解 煒，王利斌，盛 明，吳 濤，李蘭廷，吳 倩

(1.煤炭科學技術研究院有限公司 煤化工分院，北京 100013; 2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，北京 100013; 3.國家能源煤炭高效利用與節(jié)能減排技術裝備重點實驗室，北京 100013)

0 引 言

活性焦是以煤炭為主要原料生產(chǎn)的多孔炭材料，其隸屬于煤基活性炭。由于其淺度活化，活性焦的耐壓及耐磨損強度高、比表面積小[1]，可主要作為脫硫脫硝的吸附劑、催化劑，目前工業(yè)使用的活性焦主要為直徑9mm或6mm的柱狀，因此也被稱為“脫硫脫硝活性炭”或“大顆粒炭”。

活性焦主要用于煙氣凈化，該技術源于20世紀60年代的德國，之后由日本三井礦山(Mitsui Mining Company)與德國BF(Uhde Bergbau- Forschung GmbH)公司合作，且經(jīng)技術轉(zhuǎn)移后開發(fā)形成MET-Mitsui-BF技術。日本住友重機(Sumitomo Heavy Industries,SHI)和電源開發(fā)(J-Power EnTech,Inc)在此基礎上進行研發(fā)、消化吸收及改進，在1980年代得到工業(yè)應用，并逐步得到推廣?；钚越垢煞煔鈨艋夹g工程，最開始應用于脫除煙氣中SO2，接著發(fā)展了煙氣選擇性催化還原(SCR)脫硝的相應技術，形成了活性焦聯(lián)合脫硫脫硝技術。

我國主要的環(huán)境問題在于SO2和NOx排放量超過大氣環(huán)境容量，如近些年高發(fā)的霧霾天氣就與大氣中形成的硫酸鹽或硝酸鹽類氣溶膠存在較高的相關性[2-3]。另外，我國屬于貧硫國，需從國外進口大量硫磺。國內(nèi)電力行業(yè)的絕大多數(shù)燃煤電廠已改造并升級達到了煙氣污染物“超低排放”的要求，非火電行業(yè)的清潔生產(chǎn)需求是我國目前的基本國情。非火電行業(yè)中，有色冶金、礦石燒結、球團生產(chǎn)、焦化、有機化工、水泥、垃圾焚燒電站行業(yè)同樣也向大氣中排放SO2、NOx和粉塵等污染物。因此，活性焦干法煙氣凈化技術主要為非火電行業(yè)煙氣凈化提供了良好的選項。

2017年中國粗鋼的產(chǎn)能已接近世界產(chǎn)能的一半，鋼鐵生產(chǎn)過程中所有工序均向大氣中排放污染物，不僅總量大且污染物濃度高，因而此為非火電行業(yè)污染物治理的重點領域。以下基于活性焦自身特性及其干法煙氣凈化技術具有的特點，闡述了活性焦的脫硫脫硝機制，列舉了該技術在國內(nèi)外應用及發(fā)展狀況，且分析了鋼鐵行業(yè)煙氣排放標準限值變化的影響，結合一些關鍵指標的實驗室測試及工業(yè)應用現(xiàn)況，探討活性焦煙氣凈化技術在鋼鐵行業(yè)的應用及趨勢。

1 活性焦脫硫脫硝機制

1.1 活性焦脫硫機制

對活性焦的脫硫機制已展開大量的研究，也提出了包括孔隙結構、表面化學特性等影響脫硫的關鍵因素[4-6]。活性焦對煙氣中SO2的吸附轉(zhuǎn)化涉及了SO2、O2和H2O的相互作用，包括納米級孔隙結構的吸附以及官能團或活性中心的催化轉(zhuǎn)化機制等相關問題[7-8]。

活性焦的孔結構、表面化學與極性特征、吸附質(zhì)賦存形態(tài)、脫附特性及反應空間共同影響了其脫除SO2的性能：活性焦催化活性位促進了對SO2的吸附，O2作為氧化劑促進了SO2轉(zhuǎn)化成SO3，SO3從活性位脫附且以物理吸附態(tài)存在，從而活性位繼續(xù)吸附SO2?；钚越沟臉O性官能團可作為極性分子H2O的吸附中心，由此吸附煙氣中H2O的極性中心并使得吸附質(zhì)SO3遷移至極性中心，從而H2SO4以液相賦存在活性焦的中孔和大孔內(nèi)[9]。活性焦的整個脫硫涉及吸附、氧化和極性至遷移等過程，如圖1所示。

圖1 活性焦脫硫-再生機制[9]

脫硫后的活性焦需通過再生恢復其催化、吸附性能，在工業(yè)應用的移動床設備中通常需經(jīng)熱再生處理。一方面利用活性焦中C元素作為還原劑在一定的再生溫度條件下(350 ℃～450 ℃)將H2SO4還原成SO2且富集，以實現(xiàn)硫資源的回收和利用；另一方面脫硫飽和活性焦通過熱再生處理，將吸附質(zhì)脫附從而恢復其脫硫性能，實現(xiàn)活性焦在移動床反應器內(nèi)的循環(huán)使用。因此，具有理想的催化反應活性、合理的孔徑分布和表面化學官能團以及一定極性的活性焦，其脫除SO2的能力較為理想。

1.2 活性焦脫硝機制

Mochida提出NH3的吸附是炭材料低溫SCR脫硝的關鍵步驟，該機制早已被提出且反復引用，其主要通過對比研究酸改性前后炭材料的SCR脫硝性能從而得出結論[10-11]。

活性焦作為典型的納米結構炭材料，在SCR脫硝過程中對溫度較為敏感，且在不同的溫度區(qū)間內(nèi)脫硝機制有所區(qū)別。在100 ℃～300 ℃的溫度范圍內(nèi)，一般情況下活性焦隨著溫度上升SCR脫硝效率逐漸降低，在經(jīng)過某個臨界溫度后脫硝效率又逐漸提升[12-13]，最理想的脫硝溫度區(qū)間通常在低溫110 ℃～180 ℃，此為其應用于煙氣凈化的優(yōu)勢。低溫條件下活性焦主要作為NH3物理吸附的媒介物，而高溫條件下活性焦與NH3發(fā)生化學吸附從而促進了SCR的脫硝。NH3不管以何種形式負載在活性焦上，其負載量的增加均有助于提升SCR脫硝活性。

活性焦的孔隙提供了參與SCR物質(zhì)反應的通道和場所，其表面化學特性是影響其低溫脫硝的關鍵[14]。表面氧元素含量越多、酸性官能團越豐富，其低溫SCR脫硝性能越強。NH3與活性焦內(nèi)部多聚芳環(huán)結構邊緣的典型酸性官能團羧基和羥基反應的過程如圖2所示，NH3作為堿性氣體與酸性官能團結合是SCR脫硝反應的關鍵步驟[15]。

圖2 活性焦SCR脫硝過程中的關鍵步驟[15]

1.3 活性焦聯(lián)合脫硫脫硝機制

活性焦聯(lián)合脫硫脫硝過程涵括活性焦和煙氣逆向接觸、煙氣先脫硫再脫硝；而針對活性焦是先SCR脫硝，脫硝后的活性焦再用于脫硫。活性焦SCR脫硝過程中煙氣的SO2對吸附態(tài)NH3的損耗會造成活性焦脫硝效率明顯降低；經(jīng)過SCR反應后，活性焦表面酸性有所減弱且堿性官能團含量增加，尤其是引入的含氮官能團可有效提升活性焦脫除SO2的效率[7]。

2 活性焦在鋼鐵行業(yè)的應用

活性焦煙氣凈化技術在日本和韓國推廣較多，應用領域包括有鋼鐵廠、燃煤電站、垃圾焚燒電廠、石化裂解和鋼鐵燒結等領域。日本電源開發(fā)(J-Power)在橫濱建設的磯子電廠應用了活性焦煙氣凈化技術，排放的粉塵、SO2、NOx和重金屬等均滿足超低排放的要求，是電力行業(yè)煙氣污染物凈化、處置的標桿?；钚越篃煔鈨艋夹g在鋼鐵燒結領域的應用更為廣泛，包括有神戶制鋼、新日鐵名古屋、JFE福山、浦項制鐵等超過20套活性焦煙氣凈化裝置投運?；钚越篃煔鈨艋夹g從2000年起在國外的應用情況見表1。由表1可知，活性焦煙氣凈化技術主要在日本、韓國的鋼鐵企業(yè)應用，處理的煙氣流量較大，均超過100萬m3/h，副產(chǎn)物以硫酸為主。到目前為止，日本是除了中國以外建設活性焦干法煙氣凈化裝置最多的國家。

由于國外的工業(yè)化及環(huán)保治理已發(fā)展到一定階段，煙氣凈化的市場容量有限。在2010年之后鮮有活性焦煙氣凈化裝置投運。中國正處于工業(yè)化發(fā)展階段，并且對環(huán)保的要求日趨嚴格，目前已成為活性焦煙氣凈化技術最大的應用市場。

我國第1套煙氣凈化裝置是2005年煤科院-國電南自-貴州甕福基于“十五”期間的國家863課題“可資源化煙氣脫硫技術”處理甕福(集團)有限責任公司130 t/h燃煤鍋爐產(chǎn)生的20萬m3/h煙氣，主要用于煙氣脫硫。并且基于此項目成立了上?？肆颦h(huán)?？萍脊煞萦邢薰?簡稱上?？肆蚬?，主要致力于活性焦煙氣凈化技術工程化及生產(chǎn)運營。國內(nèi)首次應用活性焦煙氣凈化技術的鋼鐵企業(yè)是太原鋼鐵集團有限公司(簡稱太鋼)，在2010年引進了日本住友(SHI)的活性焦煙氣凈化技術用于燒結煙氣(3號和4號燒結機)的凈化，此為我國首套采用活性焦聯(lián)合脫硫脫硝的大型煙氣凈化系統(tǒng)[16]。

表1 活性焦煙氣凈化技術在國外的應用狀況

鋼鐵生產(chǎn)過程中的礦石燒結、球團生產(chǎn)、煉焦化工及煉鐵(熱風爐、高爐)均涉及到煙氣凈化處理。自2014年起鋼鐵行業(yè)必須執(zhí)行一系列的煙氣特別排放標準，主要包括《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》(GB 16171—2012)、《鋼鐵燒結、球團工業(yè)大氣污染物排放標準》(GB 286621—2012)和《煉鐵工業(yè)大氣污染物排放標準》(GB 28663—2012)。具體排放標準中的大氣污染物排放濃度限值變化對比如圖3所示,鋼鐵生產(chǎn)主要工序的粉塵、SO2及NOx排放濃度限值均有不同程度降低。

圖3 中國鋼鐵生產(chǎn)主要工序大氣污染物排放濃度限值標準

基于鋼鐵生產(chǎn)大氣污染物排放限值要求，寶山鋼鐵股份有限公司(以下簡稱寶鋼)在工程案例、投資匡算、運行成本和副產(chǎn)物處理等方面對多種煙氣凈化技術進行對比分析和評估，同時在寶鋼上海本部建設活性焦煙氣凈化中式裝置且獲取了相關實驗數(shù)據(jù)。由數(shù)據(jù)分析最終認為活性焦煙氣凈化技術盡管投資相對較高、脫硝效率較低，但運行水耗低、可以實現(xiàn)低溫脫硝及多污染物一體化脫除，其脫硫效率高且在鋼鐵廠內(nèi)可將副產(chǎn)物濃硫酸用于冷軋酸洗[17]。在所有的煉鋼工序中，活性焦煙氣凈化技術非常適用于煙氣量大、排煙溫度低、煙氣成分復雜的燒結煙氣處理。寶鋼湛江為新建的2臺550 m2燒結機同步配套2套燒結煙氣活性焦凈化系統(tǒng)，已分別于2015年11月和2016年7月投入運行。

礦石燒結產(chǎn)生的煙氣量較大，根據(jù)燒結機的規(guī)模(m2)，燒結煙氣流量通常在每小時百萬方。而燒結煙氣的排煙溫度較低，在110 ℃～150 ℃左右。將如此大量的煙氣升溫至傳統(tǒng)的SCR脫硝催化劑(V2O5/TiO2/WO3)的窗口溫度(≥200 ℃)[18]，需要消耗大量的能量。燒結煙氣污染物成分復雜，包括粉塵、重金屬等，傳統(tǒng)催化劑在沖刷下易于失活。活性焦的化學穩(wěn)定性較強，且具有一定的吸附性能，可以將粉塵、重金屬等污染物一體化脫除。盡管活性焦SCR脫硝效率不高，應用在太鋼的設備脫硝率僅40%左右[16,19]，但燒結煙氣中NOx濃度在(100～500)mg/Nm3，較低的脫硝效率仍能滿足國標要求的排放限值。國內(nèi)最早從事活性焦煙氣凈化業(yè)務的上海克硫公司業(yè)績見表2。

表2 上海克硫科技有限公司活性焦煙氣凈化業(yè)績表

由表2可知，2015年之前上海克硫公司活性焦煙氣凈化技術主要在燃煤鍋爐和有色金屬冶煉領域應用。自2015年聯(lián)峰鋼鐵450 m2燒結機煙氣采用活性焦凈化技術開始，該技術就以在鋼鐵行業(yè)的應用為主，之后涉及到球團煙氣的凈化處理，且從2018年開始發(fā)展到焦化煙氣處理。

在鋼鐵生產(chǎn)的工序中，礦石燒結、鏈篦機—回轉(zhuǎn)窯球團工序和焦化生產(chǎn)的煙氣處理均已實際應用活性焦煙氣凈化工藝。盡管物料的來源不同，組成會有所差異，以下選擇國內(nèi)鋼鐵企業(yè)相應工序典型的工況條件進行比較，其中燒結煙氣參數(shù)來自于550 m2燒結機，球團工序煙氣條件參考200萬t/a球團工序，焦化煙氣基于國內(nèi)60萬t/a焦爐，具體煙氣條件見表3。由表3可知，礦石燒結和球團工序的煙氣工況條件較為類似，均具有煙氣流量較大、排煙溫度較低、SO2含量較高的特點，只是球團工序的NOx濃度最高值較礦石燒結的低。如前文活性焦脫硝機制中所述，其脫硝活性會隨著溫度有所變化，在200 ℃以上不是最理想的脫硝溫度窗口，但仍具有一定的脫硝性能。焦化煙氣的排煙溫度在200 ℃～220 ℃之間，活性焦作為炭材料其吸附—脫除屬于典型的放熱反應，在脫硫脫硝過程中較高的溫度易于產(chǎn)生“熱點”，并不利于煙氣的凈化。因此，實際工程應用過程中可以換熱將煙氣溫度降低后再送至活性焦移動床凈化處理。焦化煙氣中的SO2含量通常低于其它2個工序，但由于焦化熱解氣中H2含量較高，會產(chǎn)生大量的熱力型NOx，NOx含量最高甚至可達1 000 mg/Nm3以上。同時，焦爐熱解氣中高含量的H2會導致焦化煙氣中H2O含量高，從而在一定程度上抑制了活性焦SCR脫硝活性。

表3 應用活性焦煙氣凈化技術的煉鐵工序煙氣條件

3 活性焦產(chǎn)品質(zhì)量控制和運行成本分析

3.1 活性焦脫硝效率實驗室測試及工程應用

活性焦煙氣凈化的特點為脫硫效率較高，如2010年太鋼投運的活性焦煙氣凈化裝置，其排煙氣SO2濃度僅7 mg/Nm3左右。但在同樣的活性焦填裝量條件下其脫硝效率較低，太鋼的活性焦煙氣凈化系統(tǒng)脫硝效率僅為40%左右。盡管國標GB/T 30201—2013對合格活性焦的脫硝效率未提出限制性指標，但隨著環(huán)保的要求越來越嚴格，應用活性焦煙氣凈化技術的企業(yè)對脫硝效率會提出要求。按照GB/T 30202.5—2013測試活性焦的脫硝效率，其操作參數(shù)見表4。

表4 國標GB/T 30202—2013測試脫硝率技術要求

溫度150 ℃條件下進行活性焦SCR脫硝性能測試，NO的濃度設定為200×10-6(268 mg/Nm3)，在礦石燒結排放NO濃度范圍內(nèi)。以等體積濃度的NH3為還原劑，測試NO的轉(zhuǎn)化率，每隔120 min測1次NO出口體積分數(shù)，當連續(xù)4次體積分數(shù)差值不大于5×10-6時可停止試驗，即以NO的平衡轉(zhuǎn)化率確定活性焦的脫硝效率。

在反應溫度、空速、反應物濃度確定的情況下，活性焦的自身特性決定了其SCR脫硝性能。煤炭科學技術研究院有限公司多年來依據(jù)國標測試商用活性焦脫硝率結果的分布狀況如圖4所示，其脫硝率分布在28%～53%，近似正態(tài)分布，且在37%～45%之間較為集中。

圖4 活性焦脫硝效率測試結果評價分布

2019年4月由生態(tài)環(huán)境部和國家發(fā)展和改革委員會牽頭發(fā)布《關于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》(環(huán)大氣[2019]35號)，稱之為鋼鐵行業(yè)的“超低排放意見”，其提出“燒結機機頭、球團焙燒煙氣顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度小時均值分別不高于10、35、50毫克每立方米”的要求；針對NOx排放濃度較高的焦爐煙氣，其排放濃度最高限值為150 mg/m3；河北省2019年1月實施的《煉焦化學工業(yè)大氣污染物超低排放標準》(DJ 13/2863—2018)中規(guī)定焦爐煙氣中NOx排放限值為100 mg/m3?；诨钚越沟拿撓鯔C制及其作為炭材料的物質(zhì)、結構特性，除非將其化學改性或使用添加劑負載一些活性中心，否則活性焦的脫硝性能很難有質(zhì)的提升?；钚越够瘜W改性或負載活性中心的工藝，都會顯著提高生產(chǎn)成本，并不是工業(yè)生產(chǎn)中常用的方式。

按照GB/T 30202—2013測試脫硝效率的空速及NOx濃度條件，目前實驗室測得未加改性的商用活性焦脫硝率最高值也僅為53%，若用于處理燒結、球團或焦化煙氣則很難滿足鋼鐵行業(yè)“超低排放意見”的要求。在活性焦自身特性很難優(yōu)化的前提下，只能在脫硝工藝條件上進行一些調(diào)整。基于國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)“燃煤污染物干法聯(lián)合脫除的基礎研究”課題中期報告[20]，通過調(diào)節(jié)反應空速或調(diào)整NH3/NO比，研究其對NO轉(zhuǎn)化率的影響，具體如圖5所示。

由圖5可知，NO的濃度為520×10-6，即使將還原劑NH3的濃度提升至1 878×10-6，NH3/NO比例在即使超過3的條件下仍很難顯著提升NO的平衡轉(zhuǎn)化率。在保證NH3/NO比例不改變的條件下，將反應空速由5 000 h-1降低為3 000 h-1，NO的轉(zhuǎn)化率由22%提升至27%；空速再由3 000 h-1降低為1 500 h-1，NO轉(zhuǎn)化率可升至42%。

以上研究說明改變反應空速和提升NH3/NO比例是調(diào)節(jié)活性焦脫硝系統(tǒng)脫硝能力的有效方法。過量使用的NH3作為還原劑，未能全部參與SCR反應中，其逸出不僅是浪費更是1種污染源?；钚越篃煔鈨艋こ虘脤嵺`中增加填裝量、降低反應空速，從而提升活性焦煙氣凈化系統(tǒng)的脫硝能力。盡管活性焦煙氣凈化過程中脫硫脫硝采用分段處理，但依據(jù)處理煙氣流量和填裝總量以計算空速是較為簡便、有效的方法，可用于橫向?qū)Ρ取?/p>

以利用活性焦煙氣凈化技術處理60萬t/a焦爐煙氣實際工程情況為例，具體的參數(shù)且反應空速計算見表5。

圖5 空速及NH3/NO比對SCR脫硝效率的影響

表5 60萬t/a焦爐煙氣活性焦煙氣凈化系統(tǒng)參數(shù)

活性焦的SCR脫硝性能與溫度密切相關，在200 ℃左右恰好是NH3的物理吸附控制向化學吸附的過渡階段，SCR脫硝活性處于低點，因此通過換熱回收余熱并且降低煙氣溫度至135 ℃?；钚越篃煔鈨艋到y(tǒng)工程中可以通過導流板、噴氨格柵等設計優(yōu)化提升NOx的脫除效率，但改變空速才是最為重要的手段。焦爐煙氣流量較小，60萬t/a焦爐煙氣量僅為14萬m3/h，填裝了650 t(1 000 m3)的市售商用活性焦在反應器中，反應空速低至140 h-1。此條件下脫除后NOx的含量為71.0 mg/Nm3，脫除效率達到89.9%；脫除后SO2濃度為0.1 mg/Nm3，幾乎近零排放。

活性焦煙氣凈化的特點是脫硫性能較好，但同等條件下其脫硝效率較低。為了滿足目前鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)工序中超低排放的要求，通過增加活性焦的填裝量以降低空速尚能滿足NOx的排放要求，但也造成填裝量大、投資及運行成本高?；谀壳颁撹F行業(yè)“超低排放意見”要求已很嚴苛，為了滿足活性焦煙氣凈化系統(tǒng)的脫硝率要求，過量填裝活性焦使得SO2近零排放也易導致凈化能力的浪費。

3.2 活性焦強度檢測及運行成本分析

活性焦的強度指標主要包括耐壓強度和耐磨強度。根據(jù)國標GB/T 30201—2013《脫硫脫硝用煤質(zhì)顆?；钚蕴俊返囊蠛团涮椎摹睹摿蛎撓跤妹嘿|(zhì)顆粒活性炭試驗方法》(GB/T 30202—2013)對耐磨強度和耐壓強度測試進行詳盡的規(guī)定?；钚越沟年P鍵技術指標見表6，耐磨強度和耐壓強度是區(qū)分A型活性焦(φ=9 mm)合格品、一級品及優(yōu)級品的關鍵指標。其中A型活性焦為常用的φ9 mm柱狀顆?；钚越巩a(chǎn)品，常用于移動床設備中。

表6 活性焦關鍵技術指標

活性焦移動床煙氣凈化設備較高，一般高度大約幾十米，活性焦堆砌在設備中，其自身重量形成的壓力較大，需要保證活性焦具有較高的耐壓強度以減少其被壓斷、破碎的可能性，從而降低損耗率；另外，由于活性焦煙氣凈化裝置為移動床，活性焦顆粒在設備內(nèi)輸送、轉(zhuǎn)運的過程中不可避免地發(fā)生磨損，因而較高的耐磨強度是降低活性焦磨損率的關鍵。

為了保證活性焦煙氣凈化系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)則需要不斷補充新鮮的活性焦，以彌補其在運行過程中的損耗。因此，保證活性焦較高的耐壓強度、耐磨強度是降低該技術運行成本的關鍵。以2019年度年產(chǎn)100萬t焦炭的焦化企業(yè)煙氣處理為例，對其煙氣凈化工程系統(tǒng)運行成本分析見表7。

表7 活性焦煙氣凈化系統(tǒng)運行成本分析

利用活性焦煙氣凈化技術處理年產(chǎn)100萬t焦炭的焦爐煙氣，其直接運行費用為1 116.72萬元，其中補充活性焦的費用即達673.92萬元，占到運行成本的60.3%?；钚越褂糜诎偃f噸級的煙氣凈化折合成噸焦的直接運行費用為11.16元，低于如“半干法脫硫+袋式除塵+SCR脫硝”等煙氣凈化技術的運行成本，且運行過程中幾乎不存在廢水、廢渣的處理問題。

4 活性焦煙氣凈化技術發(fā)展趨勢

4.1 活性焦生產(chǎn)的發(fā)展趨勢

經(jīng)過多年的研究與生產(chǎn)實踐，生產(chǎn)活性焦的技術壁壘已被打破，包括配煤技術、匹配成型、炭化和活化工藝等。活性焦為淺度活化生產(chǎn)的炭材料產(chǎn)品，單條生產(chǎn)線的產(chǎn)能較大，從投資建設到生產(chǎn)運行的周期較短，近2年內(nèi)國內(nèi)活性焦的生產(chǎn)能力由約20萬t/a激增至50萬t/a。此外，原料煤價格一直在上漲，使得活性焦不再是1種具有較高附加值的產(chǎn)品，故須在原料、生產(chǎn)工藝等方面對其進行優(yōu)化。

活性焦通常以煤為原料生產(chǎn)，為了保證強度、脫硫性能等指標達標，最初階段活性焦是以優(yōu)質(zhì)、稀缺的太西無煙煤為主通過配煤生產(chǎn)，之后又逐漸擴展至一些特定煙煤為主要原料進行制備。目前一些企業(yè)為了降低活性焦的生產(chǎn)成本，在原料中配有大量的蘭炭粉、焦粉等，或為了提升原料的反應性以利于其快速造孔，也會配入一定量低變質(zhì)程度的長焰煤。

太西無煙煤或特定煙煤均為稀缺資源，可以用于生產(chǎn)具有更高附加值的活性炭產(chǎn)品。活性焦用于煙氣凈化過程中不需要發(fā)達的孔隙，而是在保證強度的基礎上需要具備較好的反應活性與較多的表面官能團。因此，從生產(chǎn)技術的角度，利用低變質(zhì)程度的原料煤、高灰煤或其它含碳材料替代部分優(yōu)質(zhì)原料煤以生產(chǎn)活性焦完全具有可行性。如一些焦渣、氣化殘渣、焦粉、飛灰等固體廢棄物，其較高的含碳量可以用作生產(chǎn)活性焦的原料。國內(nèi)一些機構已經(jīng)開展相關的實驗室及工業(yè)級試驗，并已制備出理想的活性焦產(chǎn)品。

強度對于活性焦是至關重要的指標，因而為了提升活性焦的強度，在生產(chǎn)過程中可以添加一些改質(zhì)瀝青或稠環(huán)添加劑。此外，在傳統(tǒng)的活性焦生產(chǎn)過程中采用高溫煤焦油作為黏結劑，其作為危險化學品，不僅采購、運輸及儲存需要辦理較為繁瑣的手續(xù)，同時其也是1種揮發(fā)性有機物(VOCs)源，需要匹配相應的環(huán)保措施。高溫煤焦油作為黏結劑用于生產(chǎn)活性焦并不符合未來的發(fā)展趨勢，目前部分生產(chǎn)企業(yè)采用改質(zhì)瀝青作為黏結劑，該改質(zhì)瀝青完全可以替代高溫煤焦油。

在活性焦的生產(chǎn)工藝方面也勢必需要優(yōu)化，由于只需淺度活化，生產(chǎn)活性焦勿需另設活化爐，可在同一套炭化—活化一體爐內(nèi)完成活化，而制備高吸附性能的活性炭工藝則需另設活化爐。此舉不僅降低了投資、縮減了生產(chǎn)用地，且半成品炭化料勿需經(jīng)過冷卻降溫—升溫活化—冷卻降溫的過程，減少了物料轉(zhuǎn)運損失，節(jié)約了循環(huán)冷卻水的消耗。目前，炭化-活化一體工藝已在一些大型的活性焦生產(chǎn)企業(yè)得到了成功應用。

4.2 活性焦煙氣凈化技術優(yōu)化

活性焦的脫硫性能較好，且在脫硫的同時能夠?qū)煔庵械姆蹓m、重金屬、汞等一并脫除。而活性焦煙氣凈化技術的最大劣勢即為其作為炭基催化劑時的脫硝性能較差。近些年，低溫脫硝催化劑成功研發(fā)，在120 ℃～150 ℃仍具有較為理想的脫硝性能[21]，將活性焦的高效脫硫性能和低溫脫硝催化劑相匹配，完全可以達到“超低排放”的要求，適用于鋼鐵生產(chǎn)過程中燒結煙氣、球團轉(zhuǎn)爐等工序的煙氣凈化需求。其活性焦脫硫-低溫SCR催化劑脫硝工藝流程如圖6所示。

圖6 活性焦脫硫-低溫SCR催化劑脫硝工藝流程

5 結 語

活性焦是國內(nèi)生產(chǎn)、應用量最大的炭基吸附劑、催化劑，干法煙氣凈化技術具有的技術特點符合中國國情，在鋼鐵行業(yè)應用量較大且在不斷推廣。鋼鐵企業(yè)用戶對活性焦的各項指標要求越來越高，活性焦生產(chǎn)、應用甚至評價技術仍有待不斷進步。因此無論生產(chǎn)企業(yè)、科研院所以及設計院均需在降低生產(chǎn)與應用成本、提高凈化效率方面加大研發(fā)力度。