活性炭生產(chǎn)工藝、特性、用途淺析

葛現(xiàn)玉

摘要：本文就活性炭的特性、用途，生產(chǎn)工藝、設(shè)備做了分析闡述，希望能給活性炭行業(yè)的后來者提供一些有益的參考。

關(guān)鍵詞：活性炭;特性;用途;工藝;設(shè)備

1.活性炭的概念、特性和用途

活性炭是一種黑色多孔的固體炭物質(zhì)，其主要成分為碳元素，并含少量氧、氫、硫、氮、氯等。

具有較大的表面積（500～1000m²/g），有很強的吸附性能，吸附物質(zhì)的質(zhì)量可接近于活性炭本身的質(zhì)量，能吸附氣體、液體或膠態(tài)固體，是用途極廣的一種工業(yè)吸附劑，廣泛應用于水處理、服裝印染、化工、電力、食品、醫(yī)藥、冶金等工業(yè)部門。

具體用途列舉如下：

1）水處理/凈化：

（1）自來水、電廠鍋爐用水、地下水：能快速、有效地去除有機污染物和微生物。

（2）市政污水、廢水：降低有機物、顏色、臭味、毒性。

2）氣體吸附/凈化：工業(yè)氣體/廢氣處理、化工原料/化工合成氣體、制藥工業(yè)氣體、飲料用二氧化碳氣體、氫氣、氮氣、氯氣、氯化氫、臭氧、乙烴、丁烷、裂化氣、惰性氣體等的凈化;也用于廢氣以及混合氣體的分離提純;去除空氣中的臭味、甲醛、氨、苯、二惡英等。

3）汽油蒸發(fā)回收：加油站及儲油罐區(qū)的汽油輸送過程中對蒸發(fā)的汽油蒸汽進行回收。

4）醫(yī)藥：維生素C、核酸針劑、抗菌素、激素及其它原料藥的脫色，以及各種注射藥劑的脫色、精制。

5）制糖：糖、甜味素、山梨醇、甘露醇、蔗糖、果糖、木糖脫色凈化。

6）食品、飲料：除去顏色、氯、胺、合成有機化合物等。

7）酒：能有效去除引起白酒渾濁的物質(zhì)和異雜味。

8）貴金屬提煉：炭漿法提取黃金以及其它貴重金屬。

9）催化氣體保護：保護用于氣體處理（如天然氣、乙炔、乙烷-丙烷和乙烯氧化物）的催化劑不中毒以及保護設(shè)備不被腐蝕。

2.生產(chǎn)活性炭的原料

生產(chǎn)活性炭的主要原料：煤、木材、果殼、椰殼、核桃殼等。其中能生產(chǎn)煤質(zhì)活性炭的煤種是不粘煤和無煙煤，要求干基灰分小于5%。

3.活性炭生產(chǎn)工藝

活性炭生產(chǎn)包括炭化和活化兩個工藝過程。炭化是將煤、木材、果殼、椰殼、核桃殼等隔絕空氣加熱，析出水分，分解出氣體，從而得到炭化物的過程?；罨翘炕镏械奶荚嘏c活化劑反應，從而形成具有復雜孔隙結(jié)構(gòu)、發(fā)達比表面積的活性炭的過程。制造活性炭的關(guān)鍵工藝是活化，由于所用活化劑的不同，可分為兩類方法：氣體活化法、化學品活化法。

氣體活化法工藝簡單，煤質(zhì)活性炭適合氣體活化法;化學品活化法工藝復雜，化學藥品難回收極易造成環(huán)境污染，木質(zhì)活性炭只有用化學品活化法生產(chǎn)才可得到合格的活性炭產(chǎn)品。

4.活性炭生產(chǎn)主要設(shè)備

我國目前常用的活性炭生產(chǎn)設(shè)備主要有：

1）斯列普爐：又稱鞍式爐，因其活化帶的耐火磚是馬鞍型，原為法國專利，20世紀50年代由原蘇聯(lián)引進我國。后經(jīng)一系列改進，成為我國目前生產(chǎn)顆粒狀活性炭的最主要爐型?；罨瘹怏w：水蒸氣。主要優(yōu)點：連續(xù)生產(chǎn)、產(chǎn)量大、質(zhì)量高、過熱蒸汽溫度高、穩(wěn)定、不需外部供熱。主要問題：對原料要求高、造價高、技術(shù)要求高、維修費用大。

2）轉(zhuǎn)爐：是最通用的臥式爐，可單獨作為活化爐，也可作為炭化、活化一體爐?；罨瘹怏w：煙道氣、水蒸氣、化學藥品;主要優(yōu)點：連續(xù)操作、活化較均勻。主要問題：設(shè)備龐大、熱效率差、耗燃料。

3）燜燒爐：活化氣體：燃煤所產(chǎn)生的高溫煙道氣。主要優(yōu)點：簡單投資省。主要問題：耗燃料多、活化不均勻、勞動強度大、粉塵大。

4）多管爐：活化氣體：水蒸氣。主要優(yōu)點：不需燃料、穩(wěn)定、易控制、產(chǎn)量較大。主要問題：活化不均勻、炭質(zhì)量不高、過熱蒸汽溫度低、耐火管易損壞、投資較大。

5）沸騰爐：活化氣體：空氣、水蒸氣。主要優(yōu)點：氣固接觸好、活化均勻、機械化占地面積小。主要問題：間歇生產(chǎn)、易結(jié)渣影響正常操作、耗燃料。

6）多層耙式爐：活化氣體：煙道氣、水蒸氣。主要優(yōu)點：國外引進大型設(shè)備、活化強度大、產(chǎn)量大。適應多種產(chǎn)品。主要問題：投資大、技術(shù)要求高、操作費用較高。

5.活性炭的后處理

1）去雜

活化時加過催化劑如氯化鋅、磷酸、碳酸鉀的活性炭常用酸洗或用水洗處理，以減少各種化合物含量。低灰分活性炭可用水、鹽酸或硝酸洗滌，去除一些雜質(zhì)。用于精細化學品、藥物、催化劑、催化劑載體的活性炭，需要特殊的充分洗滌。

2）浸漬：活性炭的浸漬是針對特定用途的一種后處理。

（1）用于防護毒氣的活性炭以銅鹽和鉻鹽浸漬。

（2）用于去氮的活性炭以鋅鹽浸漬。

（3）用于從含氧氣體中去硫化氫、從廢氣中去汞蒸氣的活性炭以碘化合物處理。

（4）用于提取核裝置產(chǎn)生的放射性甲基碘和其他氣體的活性炭也以碘化合物處理。

（5）用于將硫化氫和甲醛氧化為無毒物的活性炭以二氧化錳浸漬。高溫下甲醛不氧化到甲酸，而直接生成二氧化碳。

（6）用于從低氧的氣體混合物中除去二價化合物的活性炭以鐵鹽浸漬，再加熱轉(zhuǎn)變?yōu)槿齼r的氧化鐵。

（7）用于從天然氣、氫氣和其他氣體中消除汞蒸氣的活性炭以元素硫處理。

（8）用于飲用水凈化的活性炭以銀鹽浸漬。

（9）用于各種目的催化劑的活性炭以貴金屬化合物浸漬。例如涂鈀的活性炭是典型的氫化催化劑。

（10）用于礦物油中硫醇的氧化的活性炭以酞菁鈷浸漬。

6.煤質(zhì)活性炭的特性、用途

煤質(zhì)活性炭具有合理的孔隙結(jié)構(gòu)，良好的吸附性能，機械強度高，易反復再生。廣泛應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個方面，如石化行業(yè)的無堿脫臭（精制脫硫醇）、乙烯脫鹽水（精制填料）、催化劑載體（鈀、鉑、銠等）、水凈化及污水處理;電力行業(yè)的電廠水質(zhì)處理及保護;化工行業(yè)的化工催化劑及載體、氣體凈化、溶劑回收及油脂等的脫色、精制;食品行業(yè)的飲料、酒類、味精母液及食品的精制、脫色;黃金行業(yè)的黃金提取、尾液回收;環(huán)保行業(yè)的污水處理、廢氣及有害氣體的治理、氣體凈化;以及相關(guān)行業(yè)的香煙濾嘴、木地板防潮、吸味、汽油蒸發(fā)污染控制，各種浸漬劑液的制備等。煤質(zhì)活性炭有極好的發(fā)展前景和廣闊的銷售市場。

7.煤質(zhì)活性炭資源優(yōu)勢

我國煤炭資源豐富，生產(chǎn)活性炭的煤種主要分布在寧夏、山西、新疆，寧夏太西無煙煤、山西大同無煙煤、新疆準東、哈密不粘煤最佳。不粘煤可以炭化、活化一體化進行生產(chǎn)，直接得到活性炭，大大降低生產(chǎn)成本。

8.結(jié)束語

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)保政策的趨緊，活性炭的用途越來越廣泛，活性炭行業(yè)發(fā)展前景看好，尤其是在新疆地區(qū)，煤質(zhì)優(yōu)良，灰分低，煤不經(jīng)過洗選就可直接生產(chǎn)活性炭，具有獨特的競爭優(yōu)勢。

（作者單位：特變電工股份有限公司）