沉舟侧畔半枯人

炭化料的蒸汽活化

    炭化料的蒸汽活化试验也由工艺调整试验和工艺优化试验两部分组成，工艺调整试验达到预期目标后，我们对蒸汽流量、活化温度及活化时间等与制品质量密切相关的关键参数进行了细致的工艺研究，蒸汽活化工艺优化试验的主要工艺参数控制值如表8所示。

表8：在转炉中进行的蒸汽活化工艺优化试验所用的关键参数控制值

中试优化试验及试验结果

    中试优化试验包括工艺调整试验和优化试验两个阶段，每个阶段均进行了炭化和蒸汽活化试验工作。炭化试验采用了三个操作温度——425、550和600℃进行工艺参数优化，活化试验对三个工艺参数——蒸汽流量、活化温度及活化时间——进行了优化对比试验。工艺调整试验及工艺优化试验在下文中将分别进行详细介绍。

North Dakota褐煤的炭化

    从2005年9月中旬起中试回转炉装置安装完成并投入运行，随即进行了炭化工艺调整试验工作；调整试验实施成功之后，我们随即进行了炭化工艺优化试验研究。工艺优化试验采用的炭化工艺条件见表3。

表3：转炉炭化工艺优化试验所采用的工艺参数

燃烧反应试验装置(CTF)

    EERC的CTF装置系统立体透视结构见图7。燃烧炉的燃烧能力约为100磅燃料/小时（热值产率为75万Btu/hr），试验使用的燃料包括较高热值的生物质和各种原煤样品。该试验装置系统可采取多种不同的安装配置型式，图7中“两级积灰探测装置（a second probe bank）”是进行低温积灰检测时使用的单元装置，在本次试验过程中，这一单元装置未使用，而代之以几组带有耐火材料内衬层的烟气-冷水型热交换装置。

    图7：CTF及其附属装置系统（见原稿，此处从略）。

   当采用固体燃料进行发电时，通常使用破碎/粉磨装置将燃料粉碎到70%可通过200目标准分样筛的细度，然后进入输送料斗，之后进入一台由微处理机控制的可编程称重计量型喂料机。燃烧配风采用一台电热型空气预热器进行预热处理。粉化燃料被重力喂料机的螺旋给料装置给入设置于一次空气管线上的文丘里装置的喉管段，与一次风共同进入燃烧器。热的二次风同时进入可调控型旋流燃烧器，该燃烧器仅可使用一次风和二次风做助燃剂。从燃烧

煤基活性炭制造工艺流程框图

    图5给出的是煤基活性炭制造主要工序的工艺流程框图及相应的工艺操作参数。炭化工序是将原煤制成炭化料，活化工序是将上述炭化料进一步制成活性炭产品；炭化料是半成品，是活化工序的原材料；活性炭则是最终产品。

    图5：煤基活性炭制造工艺流程框图（见原稿，此处从略）。

炭化料的制造

    将Center Mine矿区生产的褐煤于氮气保护条件下进行热解，驱除煤中的水分和挥发分物质、提高材料的表面积、并“制造”出对多相Hg–C反应有促进作用的中孔结构。这一过程即众所周知的“炭化加工”。

    实验室的小规模煤样的炭化采用的是一套内径为3英寸的固定床型不锈钢管式反应器，采取间歇操作方式将褐煤制成炭化料，每次加装935克颗粒褐煤（粒度范围<1/8英寸∼>20目），将装入原煤的反应管放置到直立炉中，并向反应管中以温和流速（gentle fl

    采用一套薄膜式（thin-film）、固定床型、间歇操作式反应器对褐煤基活性炭进行脱汞效率试验，试验采用氮作载气，并配入10 μg/Nm3的Hg0、6% O2、12% CO2、15% H2O、580 ppm SO2、120 ppm NO、6 ppm NO2和1 ppm HCl，混合好的气体做为试验用褐煤电厂的模拟烟气。按上文工艺制备的所有褐煤基活性炭试样（于750°C, 1382°F活化温度下活化后的炭样）与模拟电厂烟气气流接触反应30到45分钟后，均表现出了很好的汞吸附能力以及对元素汞的氧化潜力（90%的元素汞被氧化成了Hg2+形态）。

    在一套热能产率为580MJ/hr（550,000Btu/hr）的煤粉喷吹燃烧装置中进行了Fort Union褐煤基活性炭（活化温度为800°C, 1472°F）与DARCO FGD的对比脱汞性能试验，试验项目包括：吸附性能（吸附剂的反应性及吸附量）、物理性能（粒度及表面积）、运行成本等（2）。结果表明，经800℃（1472℉）活化制得的Fort Union褐煤基活性炭试样与DARCO FGD一样，是一种有效的烟气汞吸附剂。

项目的原料用煤及研究目标

    EERC项目设定的

项目简介及项目背景

    从2001年始，活性炭在气相和液相净化领域（如烟气脱硫、水处理、危害性废物的补救性处理等）的应用呈现剧增态势。在欧洲，褐煤基活性炭吸附技术是净化金属加工废屑熔炉尾气中二恶英的新型技术方法；在美国，2001年度仅从中国进口的活性炭总量即在1996年进口量的基础上翻了一倍，达到了5700万磅，且随着活性炭用量的稳定增长，预计2006年的总用量将达4.5亿磅。

    可预期的是，由于燃煤电厂对烟气汞排放控制技术系统的需求剧增，势必相应地刺激活性炭需求量的增长幅度。在烟气颗粒污染物排放控制系统（如袋滤机（FF）或静电除尘器（ESP））的上游设置活性炭喷注脱汞技术系统可实现相当优越的脱汞效果（1）。用于烟气脱汞用途的活性炭产品，必须能够有效地吸附烟气中的元素汞及+2价汞。EERC对自制的Fort Union褐煤基活性炭吸附剂和市售的、由NORIT美国公司制造的DARCO® FGD活性炭吸附剂（2）的脱汞效率进行了详细对比试验。DARCO FGD的生产原料为德克萨斯褐煤，而德州褐煤的灰分一般要比北达科塔褐煤高，另外，北达州

污泥的气化处理技术

    气化工艺本质上是一个缺氧燃烧过程，污泥的气化处理温度一般在900°C以上。将低于反应式量要求量的氧或空气喷入污泥，通过局部燃烧反应生成二氧化碳，二氧化碳接着与污泥中的其它固定碳发生反应生成一氧化碳。废水污泥气化反应生成气体的主要构成组分包括一氧化碳、氢气、氮气、二氧化碳、甲烷、和硫化氢等。

废水污泥采用习用气化技术进行处理之后会产出固相残渣（污泥焦），其中仍含有一定量的可挥发性物质。

    习用的污泥气化处理技术系统并未对重金属成分做明确规定。

    中试研究表明，污泥的气化处理技术具备以下优点：

（1）污泥中的病原体和病毒可被彻底摧毁；

（2）可对重金属污染成分（包括汞）实施控制；

（3）能够完全摧毁有机氯化物；

（4）可控制污泥处理过程中异味污染物的排放；

（5）需采取卡车外运的污泥加工残渣的数量得以最小化；

（6）可回收污泥中的能源性物质；

（7）具有参与碳排放交易并实现正收益的可能性

摘要

    能源与环境研究中心（EERC）已对北达科塔褐煤制活性炭项目进行了很长时间的研究工作，该项目的目标是采用上述褐煤为原料制造出具有市场竞争力的商业级活性炭产品。做为该项目研究成果的一部分，已采用Fort Union生产的褐煤小规模制造出了活性炭产品。目前已完成了这一研究项目的商业活性炭生产工厂的方案设计和市场评估（明确了该项目的投资收益情况）工作。

    采用褐煤在实验室中用固定床反应器制备出了活性炭试样，并进行了小型的、中试规模的回转窑试产。EERC已完全成功地将实验室的活性炭生产技术系统放大到了中试级回转窑活性炭生产技术装置系统的规模。

    从碘吸附值的检测结果来看，用北达科塔褐煤制造的活性炭性能要优于市售的DARCO® FGD品牌活性炭和Rheinbraun生产的HOK牌活性焦产品。北达科塔褐煤基活性炭的碘值在600至800mg/g范围，而DARCO FGD牌活性炭的碘值为500至600mg/g，HOK活性焦的碘值则在275mg/g左右。

     EERC还对制备的活性炭试样进行了在各种优化

吸附柱操作

    为了获取可应用于工业设计的、可靠的数据信息，在中试吸附柱试验时尽可能采用与预期的工业装置运行条件相近的操作参数是非常重要的步骤。最关键的参数如流量及原料中杂质物质的浓度等，在整个试验过程中必须保持稳定状态。另外，在工业运行时进料及出料流体的温度变化情况也应该在中试试验时尽可能地进行模拟，这就要求在颗粒活性炭中试吸附柱试验装置上设置电加热带以及绝热材料，同时在进料系统设置预热装置。

    在试验进行过程中，应在不同时间点取出几份进料流体试样以检测进料中杂质含量浓度的变化值，取样点应位于每个吸附柱的底部（即进液口处）。若已确认试样中的悬浮物会对分析结果产生较大影响时，应对取出的试样首先进行过滤处理，之后再进入分析检测工序。若从最后一支吸附柱中流出的液体仍不能达到要求的质量效果时，停止试验。

数据的采集

    试验数据可按照表1所列举的数据序列进行采集（表1是对实际的石

简介

    NORIT美国公司生产的活性炭品种超过150个，可为用户提供各种吸附操作所需的炭产品。吸附柱中试试验可有效地为用户挑选出最适合的活性炭产品品种。

    在液相吸附应用领域，活性炭通常用来脱除自来水、废水、精细化学品、液态食品和药物中的杂质成分。这篇技术文章的主题是介绍评价液相吸附用颗粒活性炭（GAC）的方法。

    首先进行简单的吸附等温线检测（见下文），以确定所选活性炭的适用性。对粉碎后的炭样品进行等温线检测可得知所选炭产品是否能够达到处理目标要求。关于吸附等温线的检测方法，用户可以向NORIT美国公司索取编号为NA00-3的技术手册，其中有详细介绍。

    照片1：吸附等温线检测试验装置（此处从略）。

    等温线检测系将经过计量的粉状炭加入待处理溶液，溶液中的杂质成分被活性炭的表面所吸附，经过一段时间之后，吸附达到平衡状态。等温线检测可证明所选炭品种对目标吸附质的最大脱除能力，但检测结果并不能直接“放大”后用于颗粒活性炭