碳材料对燃煤烟气硫脱除及资源化研究进展

作     者：曲智斌 孙飞 皮信信 郄志鹏 高继慧 QU Zhibin;SUN Fei;PI Xinxin;QIE Zhipeng;GAO Jihui

作者机构：哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001 

出 版 物：《洁净煤技术》 (Clean Coal Technology)

年 卷 期：2020年第26卷第1期

页      面：151-163页

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 0821[工学-纺织科学与工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 0817[工学-化学工程与技术] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0827[工学-核科学与技术] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家重点研发计划资助项目(2017YFB0602901) 

主　　题：SO2脱除 硫资源化 碳材料 孔结构 官能团 

摘      要：中国发电煤耗每年近20亿t,虽然传统湿法脱硫工艺能够实现燃煤污染物SO2的有效控制,但由于存在水耗高、副产劣质石膏量大难用等缺点,面临可持续发展困境。相比之下,基于多孔碳材料的SO2脱除技术由于具备水耗少、无二次污染、污染物可资源化回收、吸附剂可再生利用等优点,是重要的发展方向。笔者综述了目前基于碳材料吸附、催化过程的燃煤烟气硫脱除及资源化研究进展,论述了碳材料资源化脱硫工艺的关键技术环节,最后提出了燃煤烟气硫脱除及资源化的未来科学和技术方向。碳材料内SO2吸附-催化反应机制及产物迁移路径,重点讨论了碳材料孔结构、官能团、金属氧化物负载对SO2吸附转化及副产物迁移的影响。研究表明,碳材料分级孔结构内存在SO2吸附转化以及产物硫酸的迁移过程;在碳材料中掺杂以氮和氧为代表的非碳元素能改变碳平面的电子结构,调控SO2在碳材料中的吸附和催化氧化过程。因此,碳材料孔隙与功能性官能团的协同定向构筑是强化碳材料吸附转化SO2、提升脱硫性能的有效方式。脱硫饱和碳材料再生及硫资源化回收技术路径,重点讨论了碳热还原方法将SO2资源化转化为硫磺的影响因素。热再生能耗高、活性焦质量损失严重;水洗再生效率低,活性焦循环脱硫能力差,高效再生需要活性焦不同尺度孔隙结构的有效配组,以强化物质输运扩散;在各种脱硫副产物中,硫磺物质量小、价值高、便利储运,是理想的资源化回收目标;碳基还原剂活性与选择性的调控是实现高效硫磺生成的关键。论述了高性能煤基活性焦的低成本宏量制备方法,重点讨论了强化脱硫过程的分级孔活性焦低成本制备方法。传统柱状活性焦制备工艺复杂、成本高且孔隙结构呈微孔分布,存在内扩散阻力大、内表面利用率低、SO2脱除及再生脱附性能差等问题。破碎或颗粒状活性焦有望降低活性焦制备成本且实现活性焦孔隙的深度调控,但结构稳定性(强度)的提升是关键。通过催化活化、配煤、催化石墨化方法,可望实现兼具高活性和高结构稳定性的脱硫活性焦制备。