一种多级孔焦炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种多级孔焦炭，是以低等级物质热解制备得到留有部分挥发物的低等级物质半焦，再以低等级物质半焦负载或不负载金属作为原料，采用配煤炼焦的方式，配入具有高粘结指数的粘结性煤，高温炭化制备出多级孔焦炭。本发明专利技术的多级孔焦炭具有发达的孔隙结构和丰富的活性位点，以及较高的耐磨强度，可以作为过滤介质应用于高温含尘含油煤热解荒煤气的颗粒床过滤除尘，并在除尘过程中同步催化裂解煤热解荒煤气，调控热解产物分布，使热解焦油轻质化，达到改善焦油品质和除尘净化荒煤气的目的，从而提高荒煤气的流动性，解决低阶粉煤热解工艺中的油尘堵塞问题。热解工艺中的油尘堵塞问题。热解工艺中的油尘堵塞问题。

【技术实现步骤摘要】
一种多级孔焦炭及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种焦炭，特别是涉及一种具有多级孔结构的焦炭。本专利技术的多级孔焦炭可以应用于低阶煤分质转化过程中高温含尘含油煤热解荒煤气的原位除尘和轻质化处理。

技术介绍

[0002]采用热解技术从煤中提取焦油和高附加值化学品，是煤炭高效高价值清洁利用的主要发展方向之一。
[0003]粉煤热解工艺中，荒煤气在工艺管道的输送过程中容易夹带粉尘颗粒；同时，荒煤气中的重质组分沥青比重较大，在颗粒物介质的作用下，极易发生自催化作用形成积碳。
[0004]由于上述这些原因，容易造成工艺管道的堵塞，并使得后续的油尘分离更加困难，从而制约了含尘含油高温煤热解荒煤气高效低阻复合除尘技术的发展。诸多粉煤热解工艺停滞不前的根本原因就在于无法解决高温荒煤气的粉尘脱除和积碳问题。
[0005]含尘含油高温煤热解荒煤气的除尘技术已成为粉煤热解工艺工业化过程中亟需解决的关键问题。颗粒床除尘技术具有广阔的发展前景，常见的颗粒床过滤介质主要包括有煤颗粒、半焦、石英砂、石灰石、压制成型的氧化硅、氧化铝球等。但由于荒煤气中的重质组分多且难以处理，在颗粒床除尘过程中容易冷凝析出，造成积碳、结焦、凝结粉尘，致使颗粒床无法长时间稳定运行。
[0006]基于“以碳抑碳”思路，开发研制一种具有催化裂解作用的碳基颗粒床过滤介质，实现焦油轻质化与粉尘的协同脱除，对颗粒床除尘技术在高温含油含尘煤热解荒煤气除尘领域的工业化应用具有重要意义。
[0007]目前对焦油具有催化裂解作用的碳基催化剂主要有半焦和活性炭。大部分半焦和活性炭主要以微孔为主，而在煤热解焦油中的大分子多环芳烃相对较多，微孔限制了这些大分子的扩散，容易形成积碳。表面积碳的生成会减少催化剂表面活性位点的数量，不利于重质焦油的催化裂解，更不利于颗粒床的稳定运行。
[0008]基于上述现状，开发研制一种具有催化裂解作用且性能优于半焦和活性炭的多级孔多活性位点碳基材料，应用于高温含油含尘煤热解荒煤气的高效除尘，具有重要的现实意义。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是针对含尘含油高温煤热解荒煤气中焦油重质组分多，容易结焦、凝结粉尘、堵塞管路的问题，提供一种含或不含金属活性位点的多级孔焦炭，以其作为颗粒床过滤介质，在颗粒床除尘过程中同步实现焦油的原位轻质化，提高荒煤气的流动性，解决低阶粉煤热解工艺中的油尘堵塞问题。
[0010]本专利技术首先提供了一种简单可行的多级孔焦炭的制备方法，通过全新的工艺方法，制备出了一种具有催化裂解作用的含或不含金属活性位点的多级孔焦炭，以其作为颗
粒床过滤介质。
[0011]本专利技术所述的多级孔焦炭的制备方法是以低等级物质热解制备得到留有部分挥发物的低等级物质半焦，再以低等级物质半焦负载或不负载金属作为原料，采用配煤炼焦的方式，配入具有高粘结指数的粘结性煤，高温炭化制备多级孔焦炭。
[0012]经实验验证，采用本专利技术上述方法制备的多级孔焦炭，能显著裂解煤热解焦油中沸点＞360℃的沥青等大分子化合物，降低焦油中＞3环的多环芳烃的相对含量，提高焦油中轻质焦油的含量和轻油产率，增大焦油在颗粒床除尘系统中的流动性。
[0013]具体地，本专利技术所述的多级孔焦炭的制备方法包括以下步骤：1）在550～650℃隔绝空气的条件下对低等级物质进行热解，制备得到低等级物质半焦，并破碎筛选出粒径0.10～1.00mm的低等级物质半焦作为原料；2）选取粒径小于3.00mm的粘结性煤为配煤，与上述低等级物质半焦充分捏合，隔绝空气升温至900～1000℃炭化制备多级孔焦炭。
[0014]更具体地，本专利技术所述的多级孔焦炭的制备方法还可以包括以下步骤：1）在550～650℃隔绝空气的条件下对低等级物质进行热解，制备得到低等级物质半焦，并破碎筛选出粒径0.10～1.00mm的低等级物质半焦作为原料；2）以所述低等级物质半焦与金属前驱体溶液混合浸渍，干燥后在隔绝空气的条件下于550～650℃焙烧得到负载金属的低等级物质半焦；3）选取粒径小于3.00mm的粘结性煤为配煤，与上述负载金属的低等级物质半焦充分捏合，隔绝空气升温至900～1000℃炭化制备多级孔焦炭。
[0015]本专利技术用以制备多级孔焦炭的原料中，所述的低等级物质是生物质或高挥发分的低阶煤，由此分别制备生物质半焦和低阶煤半焦原料。
[0016]其中，所述的生物质是指农林业生产过程中的农产品加工下脚料和农林废弃物等。具体地，可以包括但不限于是农作物秸秆、玉米芯、稻壳、果壳、零散木材和木屑等。
[0017]进而，所述的高挥发分的低阶煤主要是指挥发分含量在40～65wt.%的褐煤或长焰煤等。
[0018]在本专利技术热解得到的低等级物质半焦中，依然保留有3～7wt.%的挥发分。这些挥发分在后续的高温炼焦过程中释放，形成了多级孔焦炭的微孔结构。此外，挥发分释放后，半焦的体积会缩小，与配入的粘结性煤之间形成部分间隙孔，从而丰富了多级孔焦炭中的孔结构。
[0019]本专利技术用以制备多级孔焦炭的原料中，所述具有高粘结指数的粘结性煤优选为粘结性较高的肥煤和/或焦煤。更具体地，所述具有高粘结指数的粘结性煤是粘结指数为85～110的肥煤和/或焦煤。
[0020]进一步地，本专利技术在进行配煤炼焦时，所述低等级物质半焦占到低等级物质半焦与配煤总质量的10～30wt.%。
[0021]本专利技术用以制备多级孔焦炭的原料中，所述金属前驱体优选采用金属的硝酸盐，包括但不限于是硝酸镍、硝酸钴、硝酸钼、硝酸铁、硝酸钙中的任意一种，或几种的任意比例混合。
[0022]进一步地，本专利技术在采用负载金属的低等级物质半焦进行配煤炼焦时，多级孔焦炭中负载的金属质量占低等级物质半焦与配煤总质量的1～2wt.%。
[0023]本专利技术多级孔焦炭的制备方法中，具体是将低等级物质在隔绝空气的条件下，以5～20℃/min的升温速率升温至550～650℃恒温热解1～1.5h，以制备低等级物质半焦。
[0024]本专利技术多级孔焦炭的制备方法中，更具体地，是将低等级物质半焦与金属前驱体溶液混合后，超声处理6～12h，100～120℃干燥后，于550～650℃焙烧1～1.5h，制备得到负载金属的低等级物质半焦。
[0025]本专利技术多级孔焦炭的制备方法中，更具体地，是将低等级物质半焦或负载金属的低等级物质半焦与粘结性煤在捏合机中混合25～45min，确保混合均匀后，在隔绝空气的条件下，以2～3℃/min的升温速率升温至900～1000℃恒温热解炭化1～1.5h制备多级孔焦炭。
[0026]本专利技术可以采用的配煤炼焦的方案可以有多种，例如，可以包括但不限于是：10～30wt.%生物质半焦或低阶煤半焦与70～90wt.%肥煤配合；10wt.%生物质半焦、10～20wt.%低阶煤半焦与70～80wt.%肥煤配合；10～30wt.%生物质半焦、30wt.%肥煤与40～60wt.%焦煤配合；低阶煤半焦30～40wt.%、肥煤30wt.%与焦煤30～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级孔焦炭的制备方法，是以低等级物质热解制备得到留有部分挥发物的低等级物质半焦，再以低等级物质半焦负载或不负载金属作为原料，采用配煤炼焦的方式，配入具有高粘结指数的粘结性煤，高温炭化制备多级孔焦炭。2.根据权利要求1所述的多级孔焦炭的制备方法，包括以下步骤：1）在550～650℃隔绝空气的条件下对低等级物质进行热解，制备得到低等级物质半焦，并破碎筛选出粒径0.10～1.00mm的低等级物质半焦作为原料；2）选取粒径小于3.00mm的粘结性煤为配煤，与上述低等级物质半焦充分捏合，隔绝空气升温至900～1000℃炭化制备多级孔焦炭。3.根据权利要求1所述的多级孔焦炭的制备方法，包括以下步骤：1）在550～650℃隔绝空气的条件下对低等级物质进行热解，制备得到低等级物质半焦，并破碎筛选出粒径0.10～1.00mm的低等级物质半焦作为原料；2）以所述低等级物质半焦与金属前驱体溶液混合浸渍，干燥后在隔绝空气的条件下于550～650℃焙烧得到负载金属的低等级物质半焦；3）选取粒径小于3.00mm的粘结性煤为配煤，与上述负载金属的低等级物质半焦充分捏合，隔绝空气升温至900～1000℃炭化制备多级孔焦炭。4.根据权利要求1、2或3所述的多级孔焦炭的制备方法，其特征是所述低等级物质是生物质或高挥发分的低阶煤。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王倩，叶泽甫，张帅，徐旭东，朱竹军，王美君，申岩峰，常丽萍，鲍卫仁，
申请(专利权)人：山西格盟中美清洁能源研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：