煤基活性炭生產(chǎn)技術(shù)工藝及發(fā)展

郭俊春

（大同煤業(yè)金鼎活性炭有限公司，山西大同 037003）

煤炭作為我國(guó)長(zhǎng)時(shí)間使用的一次能源，是煤炭加工的基礎(chǔ)產(chǎn)品，其技術(shù)要求及附加值不高，而在長(zhǎng)期的發(fā)展中，煤基活性炭作為一種基于優(yōu)質(zhì)煤炭為主要原料進(jìn)行生產(chǎn)的高附加值產(chǎn)品，其技術(shù)含量較高[1]。煤基活性炭具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)特征，穩(wěn)定的物理化學(xué)性，吸附性能良好，在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛。

1 煤基活性炭生產(chǎn)技術(shù)工藝

1.1 煤基活性炭生產(chǎn)原理

煤基活性炭生產(chǎn)過(guò)程主要包括了備煤、成型、碳化、活化以及產(chǎn)品后處理幾個(gè)步驟。根據(jù)具體的活化方式，煤基活性炭在生產(chǎn)過(guò)程中可以分為物理活化、化學(xué)活化以及物理化學(xué)活化。其中，物理活化方式主要就是利用水蒸氣、煙道氣以及二氧化碳等氣體在高溫以及碳化中產(chǎn)生的氧化還原反應(yīng)進(jìn)行活化處理，生產(chǎn)二氧化碳、氫氣等氣體，再利用碳燒失實(shí)現(xiàn)造孔的效果。而化學(xué)活化方式就是通過(guò)化學(xué)試劑將原料浸潤(rùn)，在混合之后，對(duì)其進(jìn)行碳化以及活化處理，再通過(guò)回收化學(xué)藥品等流程進(jìn)行制作。

通過(guò)化學(xué)活化法制作的活性炭比表面積較大，但因?yàn)樯a(chǎn)過(guò)程中對(duì)于設(shè)備具有較為顯著的腐蝕性，活性炭產(chǎn)品中也會(huì)殘留活化劑，必須要對(duì)其進(jìn)行清洗，這樣不僅僅會(huì)增加成本，還會(huì)造成較為嚴(yán)重的污染問(wèn)題，此種方式逐漸淘汰[2]?，F(xiàn)階段，我國(guó)在煤基活性炭的處理過(guò)程中主要應(yīng)用的方式是物理活化方式。

1.2 煤基活性炭生產(chǎn)工藝

在煤基活性炭的生產(chǎn)過(guò)程中，主要應(yīng)用物理活化方式，此工藝主要分為原煤破碎活性炭生產(chǎn)、成型活性炭生產(chǎn)工藝以及粉狀的活性炭生產(chǎn)工藝技術(shù)。

1.2.1 原煤破碎活性炭生產(chǎn)工藝

原煤破碎活性炭生產(chǎn)技術(shù)是一種將原煤破碎處理，再進(jìn)行碳化、活化、破碎、包裝生產(chǎn)的工藝過(guò)程，其主要的流程具體如圖1所示。此種技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，操作靈活，投資不高，具有成本低廉的特點(diǎn)，可以在一些物理強(qiáng)度較高且反應(yīng)性較強(qiáng)的原煤中應(yīng)用。其產(chǎn)品主要就是在廢水處理中應(yīng)用，而一些大粒徑的活性炭產(chǎn)品則主要在食品工業(yè)的脫色領(lǐng)域中應(yīng)用。

圖1 原煤破碎活性炭生產(chǎn)工藝流程

1.2.2 成型活性炭生產(chǎn)工藝

成型活性炭結(jié)合具體的狀況可以劃分為不同的類(lèi)型，主要有壓塊活性炭、球形以及柱狀的活性炭，其主要的生產(chǎn)工藝具體如下。

1.2.2.1 壓塊活性炭生產(chǎn)

壓塊活性炭生產(chǎn)工藝在國(guó)外的應(yīng)用范圍廣泛，我國(guó)則是在20世紀(jì)90年代的后期開(kāi)始應(yīng)用。在生產(chǎn)中，主要是通過(guò)干法造粒處理，對(duì)原煤的黏接性有著一定的要求，其具體的生產(chǎn)工藝具體如圖2所示。

圖2 壓塊活性炭生產(chǎn)流程

1.2.2.2 柱狀活性炭生產(chǎn)工藝

柱狀活性炭生產(chǎn)工藝是在我國(guó)應(yīng)用范圍較廣的工藝，其工藝較為復(fù)雜。此種工藝手段較為成熟，生產(chǎn)的設(shè)備也相對(duì)較為可靠，在生產(chǎn)中對(duì)于原料的要求不高，生產(chǎn)的活性炭孔隙分布均勻，具有良好的產(chǎn)品吸附性能以及可調(diào)性，機(jī)械強(qiáng)度也較高；在實(shí)踐中應(yīng)用范圍較為廣泛，可以在液相吸附以及氣相吸收中應(yīng)用，具體的工藝流程如圖3所示。

1.2.2.3 球形活性炭生產(chǎn)工藝

此種工藝流程與柱狀活性炭的生產(chǎn)流程大致相同，具體如圖4所示。

圖3 柱狀活性炭生產(chǎn)工藝流程

圖4 球形活性炭生產(chǎn)工藝流程

1.2.3 粉狀活性炭生產(chǎn)工藝

粉狀活性炭的生產(chǎn)工藝較為簡(jiǎn)單，在操作中原煤在磨粉之后，符合粒度要求之后再進(jìn)行碳化、活化處理即可獲得成品。此種類(lèi)型的活性炭主要是作為副產(chǎn)品生產(chǎn)，價(jià)格也相對(duì)較低，沒(méi)有單獨(dú)生產(chǎn)的價(jià)值。在一般狀況下，都是將原煤破碎活性炭以及成型的活性炭余下的活化料進(jìn)行處理，形成粉狀的活性炭，其主要是在上下水處理以及土壤改良中應(yīng)用，在垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣處理中應(yīng)用也較為廣泛。

1.3 煤基活性炭生產(chǎn)設(shè)備

碳化以及活化是煤基活性炭生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，需要應(yīng)用到熱效率高且產(chǎn)能較大、自動(dòng)化程度較高的新型碳化以及活化設(shè)備。

1.3.1 碳化設(shè)備

碳化過(guò)程是將原料煤在與空氣隔離的條件下進(jìn)行低溫干餾，進(jìn)而有效降低非碳元素，進(jìn)而生產(chǎn)出與活化工序吻合且具有初步發(fā)育孔隙結(jié)構(gòu)的碳化料，其具有高機(jī)械強(qiáng)度的特征。隨著我國(guó)煤基活性炭生產(chǎn)逐漸成熟，現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的碳化設(shè)備主要是回轉(zhuǎn)碳化爐，綜合其加熱方式分析可以分為內(nèi)熱式以及外熱式兩種類(lèi)型。

內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)碳化爐主要應(yīng)用于煤基活性炭的碳化過(guò)程中，也是現(xiàn)階段我國(guó)活性炭生產(chǎn)廠家中應(yīng)用較為主要的碳化設(shè)備。內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)碳化爐主要是利用犧牲部分原料為碳化提供能源，導(dǎo)致其碳化得率不高，無(wú)法提升整體產(chǎn)能。外熱式回轉(zhuǎn)碳化爐是在原料煤在碳化過(guò)程中產(chǎn)生的一些揮發(fā)作為其主要的能源來(lái)源，具有一定的節(jié)能效果，在生產(chǎn)中其產(chǎn)生的尾氣量也相對(duì)較少，便于回收應(yīng)用。其具有多倉(cāng)式的結(jié)構(gòu)特征，可以有效的增加外熱類(lèi)型碳化爐的處理能力。

1.3.2 活化設(shè)備

活化主要是利用水蒸氣、氧化等活化氣體以及碳產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，將原有閉塞孔開(kāi)放，可以擴(kuò)大其原有的孔隙，這也是生產(chǎn)活性炭重要流程?，F(xiàn)階段，主要應(yīng)用的設(shè)備主要有斯列普爐和多膛爐。

2 我國(guó)煤基活性炭生產(chǎn)發(fā)展趨勢(shì)

2.1 大型化的生產(chǎn)規(guī)模

我國(guó)是較大的煤基活性炭生產(chǎn)國(guó)以及出口國(guó)，對(duì)于世界活性炭市場(chǎng)的影響較大，但我國(guó)活性炭生產(chǎn)企業(yè)較少，經(jīng)濟(jì)實(shí)力不佳，缺乏足夠的技術(shù)力量支撐，沒(méi)有充分凸顯自身的價(jià)值，也缺乏規(guī)模效應(yīng)，僅僅利用自身的資源優(yōu)勢(shì)獲得經(jīng)濟(jì)效益，無(wú)法與大型的企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)。

隨著我國(guó)煤炭行業(yè)的優(yōu)化調(diào)整，現(xiàn)階段對(duì)于資源集中利用較為重視，煤炭資源集中化程度相對(duì)提升，這樣有效地推動(dòng)了活性炭生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展，這對(duì)于市場(chǎng)環(huán)境的優(yōu)化以及持續(xù)發(fā)展有著積極的作用[3]。

2.2 現(xiàn)代化的生產(chǎn)設(shè)備

隨著國(guó)內(nèi)活性炭生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展，一些大型的活性炭企業(yè)也應(yīng)用了現(xiàn)代化的生產(chǎn)設(shè)備，這些生產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用提升了物料輸送的效率，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的控制與管理，對(duì)于企業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展有著積極的價(jià)值與作用。

2.3 產(chǎn)品的多樣化

基于應(yīng)用范圍的角度分析，我國(guó)產(chǎn)品主要集中在化工、軍事以及醫(yī)藥等領(lǐng)域，而隨著技術(shù)手段的逐漸成熟，現(xiàn)階段主要拓展到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域中，活性炭產(chǎn)品呈現(xiàn)高質(zhì)量的發(fā)展趨勢(shì)。

一些廠家通過(guò)對(duì)高質(zhì)量的活性炭產(chǎn)品研發(fā)，帶動(dòng)了企業(yè)的發(fā)展，我國(guó)的活性炭工業(yè)發(fā)展發(fā)展勢(shì)頭顯著，領(lǐng)域也在不斷地拓展[4]。

2.4 節(jié)能化

多數(shù)的生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)中始終貫穿節(jié)能減排的理念，在生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)余熱鍋爐、煙氣循環(huán)等方式實(shí)現(xiàn)資源的結(jié)余利用，通過(guò)二次燃燒等方式加強(qiáng)對(duì)有毒氣體的控制，可以在根本上降低污染，提升資源的利用效率。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)活性炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，技術(shù)、設(shè)備以及工藝手段在不斷的提升，呈現(xiàn)規(guī)模化、集約化以及產(chǎn)業(yè)化、現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢(shì)，隨著技術(shù)的發(fā)展與成熟，我國(guó)活性炭企業(yè)會(huì)利用自身的資源優(yōu)勢(shì)，凸顯規(guī)?；卣?，這對(duì)于活性炭企業(yè)的持續(xù)發(fā)展來(lái)說(shuō)有著積極的價(jià)值與意義。