公布日：2023.02.28
申請日：2022.10.31
分類號：C01B32/324(2017.01)I;C01B32/336(2017.01)I;B01D53/04(2006.01)I
摘要
本發(fā)明公開了一種污泥基活性炭及其制備方法和其在煙氣吸附領(lǐng)域的應用，包括如下重量份的原料組分：污泥20～60份，農(nóng)林廢棄物20～40份，粘結(jié)劑10～20份，水0～20份；各原料混合后經(jīng)炭化、活化處理，再經(jīng)冷卻處理，得到成品污泥基活性炭；其中，所述污泥的含水率＜60％，為非危廢類污泥，且污泥預先經(jīng)過好氧發(fā)酵處理、厭氧消化處理、熱干化處理或低溫帶式干化處理；所述農(nóng)林廢棄物為稻殼、椰殼、玉米秸稈、花生殼、木粉中的一種或幾種。其解決活性炭原料短缺問題，同時更好的利用污泥和農(nóng)林廢棄的生物質(zhì)資源，制備工藝簡單、制備過程能耗低、無二次污染、成本低廉，活性炭材料性能優(yōu)異，具有優(yōu)異的吸附性能、強度高。
權(quán)利要求書
1.一種污泥基活性炭，其特征在于，包括如下重量份的原料組分：污泥20～60份，農(nóng)林廢棄物20～40份，粘結(jié)劑10～20份，水0～20份；各原料混合后經(jīng)炭化、活化處理，再經(jīng)冷卻處理，得到成品污泥基活性炭；其中，所述污泥的含水率＜60％，為非危廢類污泥，且污泥預先經(jīng)過好氧發(fā)酵處理、厭氧消化處理、熱干化處理或低溫帶式干化處理；所述農(nóng)林廢棄物為稻殼、椰殼、玉米秸稈、花生殼、木粉中的一種或幾種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥基活性炭，其特征在于，所述粘結(jié)劑為焦油、粘土、瀝青、水玻璃、硅溶膠、腐殖酸鈉、聚合磷酸鈉中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥基活性炭，其特征在于，所述炭化過程在無氧或限氧條件下進行，氣體氛圍為惰性氣體，炭化溫度為400～600℃，炭化時間為20～150min。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的污泥基活性炭，其特征在于，所述炭化過程中產(chǎn)生的熱解氣通入燃燒爐，與空氣混合燃燒，再回收其熱量用于炭化活化過程中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥基活性炭，其特征在于，所述活化過程采用物理活化方式，活化氣體為水蒸氣、二氧化碳、空氣中的一種或幾種，活化溫度為800～1000℃，活化時間為30～350min。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的污泥基活性炭，其特征在于，所述活化過程中，活化氣體的通入量為原料質(zhì)量的0.5～1.5倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥基活性炭，其特征在于，所述炭化、活化處理過程采用炭化活化一體爐，其上段為炭化段，下段為活化段，炭化段和活化段之間設(shè)有供物料通過的通道。
8.一種如權(quán)利要求1-7中任一項所述的污泥基活性炭的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：S1、原料預處理：將污泥經(jīng)干燥脫水處理后，再經(jīng)粉碎、過篩處理，得到污泥粉末；將農(nóng)林廢棄物經(jīng)干燥脫水處理后，再經(jīng)粉碎、過篩，得到農(nóng)林廢棄物顆粒；S2、造粒：將污泥粉末、農(nóng)林廢棄物顆粒按照配方量比例輸送至混捏機中干混，然后加入配方量的粘結(jié)劑和水，進行充分的濕混，再經(jīng)造粒機造粒成型，得到圓柱形顆粒物；S3、陳化：將圓柱形顆粒物進行晾曬、陳化脫水處理；S4、炭化活化：將陳化后的顆粒物進行炭化、活化處理，后經(jīng)冷卻處理；S5、熱解氣燃燒：將炭化過程中產(chǎn)生的熱解氣通入燃燒爐，與空氣混合燃燒，再回收其熱量用于炭化活化過程中；S6、煙氣處理：將炭化活化過程中產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過凈化處理后排放；S7、篩分包裝：炭化活化處理后得到的冷卻后的顆粒，經(jīng)過篩分、包裝，即得成品污泥基活性炭。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的污泥基活性炭的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中，陳化溫度為25～105℃，陳化時間為6～48h。
10.一種如權(quán)利要求1-7中任一項所述的污泥基活性炭的應用，其特征在于，所述污泥基活性炭用于煙氣脫硫脫硝領(lǐng)域。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種污泥基活性炭，其解決活性炭原料短缺問題，同時更好的利用污泥和農(nóng)林廢棄的生物質(zhì)資源，制備工藝簡單、制備過程能耗低、無二次污染、成本低廉，活性炭材料性能優(yōu)異，具有優(yōu)異的吸附性能、強度高。此外，本發(fā)明還提供一種上述污泥基活性炭的制備方法和其在煙氣脫硫脫硝領(lǐng)域的應用。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
本發(fā)明的第一方面，提供一種污泥基活性炭，包括如下重量份的原料組分：
污泥20～60份，農(nóng)林廢棄物20～40份，粘結(jié)劑10～20份，水0～20份；
各原料混合后經(jīng)炭化、活化處理，再經(jīng)冷卻處理，得到成品污泥基活性炭；
其中，所述污泥的含水率＜60％，為非危廢類污泥，包括市政污泥、造紙污泥等，且污泥預先經(jīng)過好氧發(fā)酵處理、厭氧消化處理、熱干化處理或低溫帶式干化處理；
所述農(nóng)林廢棄物為稻殼、椰殼、玉米秸稈、花生殼、木粉中的一種或幾種。
采用上述技術(shù)方案：
由于污泥中的含碳量低，因此在配方中加入農(nóng)林廢棄物作為增碳劑，提高活性炭成品的吸附性能。經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，活性炭樣品的吸附性能隨著原料中農(nóng)林廢棄物含量的增加，其呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，這是由于，雖然，農(nóng)林廢棄物的添加可以提高污泥的含碳量，提高活性炭成品的吸附性能，但是，農(nóng)林廢棄物顆粒在炭化過程中體積膨脹明顯，使得活性炭成品的強度降低，使用性能隨之降低。因此，綜合考慮上述因素，最終確定了最優(yōu)的農(nóng)林廢棄物與污泥之間的添加配比，污泥的加入量為20～60重量份，農(nóng)林廢棄物的加入量為20～40重量份。
具體地，所述粘結(jié)劑為焦油、粘土、瀝青、水玻璃、硅溶膠、腐殖酸鈉、聚合磷酸鈉中的一種或幾種。
具體地，所述炭化過程在無氧或限氧條件下進行，氣體氛圍為惰性氣體，優(yōu)選為氮氣氣氛，炭化溫度為400～600℃，炭化時間為20～150min。
具體地，所述炭化過程中產(chǎn)生的熱解氣通入燃燒爐，與空氣混合燃燒，再回收其熱量用于炭化活化過程中。
具體地，所述活化過程采用物理活化方式，活化氣體為水蒸氣、二氧化碳、空氣中的一種或幾種，活化溫度為800～1000℃，活化時間為30～350min。
具體地，所述活化過程中，活化氣體的通入量為原料質(zhì)量的0.5～1.5倍。
在炭化處理過程中采用氮氣作為保護氣體，能使炭化過程中原料充分分解，避免其與空氣發(fā)生反應。而在活化過程中將水蒸氣或二氧化碳作為活化氣體，其首先與無序碳原子及雜原子發(fā)生反應，將堵塞的孔隙打開，繼而與孔隙邊緣的碳原子發(fā)生反應，使得孔隙不斷擴大并向縱深發(fā)展，并且隨著活化反應的不斷進行，新的活性位暴露出來，這些新的活性點又能同活化氣體進行反應，導致新孔隙的形成，最終制得的活性炭成品具有復雜多孔的孔隙結(jié)構(gòu)，還可清除炭化過程中積蓄在孔隙結(jié)構(gòu)內(nèi)的熱解焦油及未逸出的熱解產(chǎn)物，擴大了孔隙結(jié)構(gòu)、提高了孔洞體積和比表面積、增多了復雜的表面官能團。
具體地，所述炭化、活化處理過程可采用內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐、外熱式回轉(zhuǎn)爐、立式炭化活化爐、管式炭化活化爐中的一種。優(yōu)選地，采用炭化活化一體爐，其上段為炭化段，下段為活化段，炭化段和活化段之間設(shè)有供物料通過的通道，使用時，物料直接通過通道實現(xiàn)從炭化段到活化段的轉(zhuǎn)移，很大程度上提高了加工效率，并且減少電力消耗，降低生產(chǎn)運行成本。
本發(fā)明的第二方面，提供一種上述污泥基活性炭的制備方法，包括如下步驟：
S1、原料預處理：
將污泥經(jīng)干燥脫水處理后，再經(jīng)粉碎、過篩處理，得到污泥粉末，其含水率≤10％，粒徑≥200目；將農(nóng)林廢棄物經(jīng)干燥脫水處理后，再經(jīng)粉碎、過篩，得到農(nóng)林廢棄物顆粒，其粒徑≥200目；
S2、造粒：
將污泥粉末、農(nóng)林廢棄物顆粒按照配方量比例輸送至混捏機中干混，干混時間為5～10min，然后加入配方量的粘結(jié)劑和水，進行充分的濕混，濕混時間為20～40min，再經(jīng)造粒機造粒成型，得到粒徑為6～10mm，長度為10～30mm的圓柱形顆粒物；
S3、陳化：
將圓柱形顆粒物進行晾曬、陳化脫水處理；
S4、炭化活化：
將陳化后的顆粒物進行炭化、活化處理，后經(jīng)螺旋水冷設(shè)備對活性炭成品進行冷卻；
S5、熱解氣燃燒：
將炭化過程中產(chǎn)生的熱解氣通入燃燒爐，與空氣混合充分燃燒，再回收其熱量用于炭化活化過程中，從而可以降低整個工藝的能耗；
S6、煙氣處理：
將炭化活化過程中產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過凈化處理后排放；
S7、篩分包裝：
炭化活化處理后得到的冷卻后的顆粒，經(jīng)過篩分(采用固定篩、筒形篩和振動篩中的一種)、包裝，即得成品污泥基活性炭。
具體地，所述步驟S3中，陳化溫度為25～105℃，陳化時間為6～48h。
本發(fā)明的第三方面，提供一種上述污泥基活性炭的應用，所述污泥基活性炭用于煙氣脫硫脫硝領(lǐng)域。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
(1)本發(fā)明中活性炭成品制備原料主要為污泥，解決了煤質(zhì)活性炭原料資源短缺以及污泥的資源化利用問題，同時可以為市場提供一種制備成本較低且性能優(yōu)良的活性炭材料；
(2)本發(fā)明通過向污泥中摻入農(nóng)林廢棄物，既可以提高污泥的含碳量，制得的活性炭成品具有優(yōu)異的吸附性能，又同時解決農(nóng)林廢棄物的處置問題；
(3)本發(fā)明的制備工藝過程中，復合污泥基顆粒采用物理方式進行活化，相較于化學活化方式，既能節(jié)省處理時間，又不產(chǎn)生污染；
(4)本發(fā)明將炭化熱解過程中產(chǎn)生的熱解氣進行充分燃燒，回用其熱量，大大降低了能耗，可以有效減少運行成本。
（發(fā)明人：童裳慧）
