大同煤定向制備新型高性能凈水用煤基活性炭技術(shù)

研發(fā)起止時(shí)間：2013.1.～2019.12.

完成單位：大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）

獲獎(jiǎng)及評(píng)價(jià)：國(guó)際先進(jìn)水平，其中大同煤壓塊制備高性能凈水活性炭技術(shù)方面達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

1 項(xiàng)目背景

2012 年起我國(guó)強(qiáng)制實(shí)施《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006），促進(jìn)了以活性炭為核心材料的O3-BAC 工藝在水廠得到廣泛應(yīng)用，對(duì)高性能飲用水凈化用活性炭的需求量日增。

為利用好大同地區(qū)豐富的優(yōu)質(zhì)活性炭原料煤資源，提高生產(chǎn)技術(shù)、增加產(chǎn)品品種少、避免同質(zhì)化現(xiàn)象，2012年同煤集團(tuán)利用在原料、資金、人才、管理等方面的優(yōu)勢(shì)，基于豐華活性炭有限公司多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和人才、技術(shù)的儲(chǔ)備，引進(jìn)、吸收世界先進(jìn)活性炭生產(chǎn)技術(shù)，開(kāi)工建設(shè)10 萬(wàn)噸/年煤基活性炭項(xiàng)目，以大同煤為基礎(chǔ)原料、采用先進(jìn)的壓塊炭工藝生產(chǎn)壓塊破碎活性炭。然而，由于凈水用活性炭指標(biāo)體系不完善、活性炭質(zhì)量提升的目標(biāo)不明確，大同原料煤壓塊成型性、炭化活化過(guò)程中孔的發(fā)育、工藝參數(shù)優(yōu)化等上缺乏細(xì)致深入的研究，壓塊炭生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢炭化料粉難以處理和處置，造成金鼎活性炭先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)難以體現(xiàn)。

為此，大同煤礦集團(tuán)分別在2013年和2017年下達(dá)了“添加劑作用下大同煤配煤制備壓塊活性炭及功能化活性炭技術(shù)”和“大同煤壓塊法制飲用水凈化用專(zhuān)用活性炭”科研計(jì)劃項(xiàng)目。

2 研究?jī)?nèi)容

（1）凈水用壓塊活性炭指標(biāo)體系的研究與建立

依據(jù)活性炭在飲用水深度凈化中所起的有機(jī)污微染物吸附劑和生物膜載體作用，研究活性炭吸附性能、組成、孔結(jié)構(gòu)、機(jī)械強(qiáng)度、形狀及粒度、濾池性能、可回收性、對(duì)凈化新型污染物能力和實(shí)際凈水能力等的合理表征指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了凈水用活性炭的完整指標(biāo)體系，主要包括：①活性炭的物理機(jī)械性能指標(biāo)；②活性炭的組成指標(biāo)；③活性炭的孔結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特征及表面化學(xué)指標(biāo)；④活性炭的吸附性能指標(biāo)；⑤活性炭的濾池指標(biāo)；⑥活性炭的可回收性指標(biāo)。

（2）凈水用高性能專(zhuān)用活性炭的研究與開(kāi)發(fā)

大同煤業(yè)金鼎活性炭有限公司現(xiàn)有煤基壓塊活性炭制備工藝的優(yōu)化。以大同煤為原料、煤瀝青為粘結(jié)劑，采用壓塊活性炭制備工藝制備活性炭樣品，考察煤瀝青添加量對(duì)活性炭吸附性能和強(qiáng)度的影響規(guī)律；以大同煤為主料、太西煤和勝利煤為配煤，采用壓塊活性炭制備工藝制備活性炭樣品，研究了煤的配比及預(yù)氧化對(duì)活性炭孔結(jié)構(gòu)和吸附性能的影響規(guī)律。

凈水用高性能專(zhuān)用活性炭的研究與開(kāi)發(fā)。研究掌握非煤焦油型粘結(jié)劑（淀粉、糖蜜、酚醛樹(shù)脂等）及無(wú)粘結(jié)劑條件對(duì)活性炭強(qiáng)度和孔發(fā)育的影響規(guī)律，在“技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保性”的原則下，確定大同煤配煤無(wú)粘結(jié)劑壓塊活性炭的技術(shù)路線(xiàn)；優(yōu)化研究獲得的大同煤配煤無(wú)粘結(jié)劑壓塊活性炭制備的工藝參數(shù)，活性炭焦糖脫色率高達(dá)80.28%，碘吸附值為1 221.6 mg/g，亞甲藍(lán)吸附值為267.35 mg/g。

在實(shí)驗(yàn)室研究成果的基礎(chǔ)上，在大同煤業(yè)金鼎活性炭公司開(kāi)展了大同煤配煤無(wú)粘結(jié)劑制備新型凈水壓塊活性炭的工業(yè)性生產(chǎn)試驗(yàn)?；谕杭瘓F(tuán)金鼎活性炭公司現(xiàn)有生產(chǎn)裝備，研究建立大同煤（或大同煤為主料的配煤）制備飲用水凈化專(zhuān)用活性炭的生產(chǎn)工藝，研究?jī)?yōu)化包括原料配比、炭化與活化參數(shù)等主要工藝參數(shù)，生產(chǎn)出吸附性能、機(jī)械力學(xué)性能、活性炭濾池指標(biāo)性能全面滿(mǎn)足要求的新型凈水活性炭，迄今已生成22 887.4 t高性能凈水用活性炭。

（3）壓塊活性炭生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢炭化料粉資源化利用技術(shù)

大同煤業(yè)金鼎活性炭有限公司除了壓塊活性炭生產(chǎn)線(xiàn)，還有柱狀活性炭生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)常規(guī)柱狀活性炭和活性半焦。將壓塊活性炭生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢炭化料粉，摻入大同煤中制備柱狀活性炭樣品，考察廢炭化料粉的摻入比例對(duì)活性炭吸附性能和孔結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律和對(duì)其孔結(jié)構(gòu)發(fā)育的作用機(jī)理，證實(shí)了廢炭化料粉的加入既可提高柱狀活性炭的機(jī)械強(qiáng)度、還有一定程度調(diào)節(jié)活性炭孔結(jié)構(gòu)的作用。為使研究成果有普遍意義，還實(shí)驗(yàn)了將勝利煤、新疆煤和府谷煤中摻入一定比例的廢炭化料粉試制活性炭，探究廢炭化料粉的摻入對(duì)低變質(zhì)程度煤制活性炭吸附性和孔結(jié)構(gòu)的影響。

在實(shí)驗(yàn)室研究成果的基礎(chǔ)上，在大同煤業(yè)金鼎活性炭公司開(kāi)展了廢炭化料粉資源化利用的工業(yè)性生產(chǎn)試驗(yàn)并取得了成功，證明將壓塊炭工藝中的廢炭化料粉摻入原料煤制備柱狀活性炭，既改善活性炭性能、又妥善處置固體廢棄物，變“廢”為寶、增效減排，迄今已利用5 686噸廢炭化料粉生產(chǎn)出66 000噸柱狀活性焦。

3 主要研究成果

（1）依據(jù)活性炭在飲用水深度凈化過(guò)程中所起的吸附、微生物載體和濾料床層作用，構(gòu)建了包括吸附性、機(jī)械、濾池流體力學(xué)性能指標(biāo)在內(nèi)的完整的凈水用活性炭性能指標(biāo)體系；發(fā)明了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的活性炭床層壓降及反沖膨脹率測(cè)定裝置，測(cè)試活性炭的濾池流體力學(xué)性能指標(biāo)；

（2）在研究掌握煤焦油型粘結(jié)劑及非煤焦油型粘結(jié)劑作用的基礎(chǔ)上，依據(jù)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、易得性原則，篩選粘結(jié)劑，平衡機(jī)械強(qiáng)度和吸附性能指標(biāo)，開(kāi)發(fā)出大同煤配煤無(wú)粘結(jié)劑壓塊活性炭制備技術(shù)；

（3）采用將廢炭化料粉摻入大同煤中制備柱狀活性炭的方法處理壓塊活性炭制備過(guò)程中的廢炭化料粉，達(dá)到節(jié)能、減排、增效的目的。

4 應(yīng)用效果

大同煤業(yè)金鼎活性炭公司在應(yīng)用“大同煤定向制備新型高性能凈水用煤基活性炭技術(shù)”成果后，生產(chǎn)了高品質(zhì)、適銷(xiāo)對(duì)路的新型高性能凈水用煤基活性炭，合理利用壓塊凈水活性炭生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢炭化料粉，減排增效。應(yīng)用成果的2 年期間，新增產(chǎn)值3 433萬(wàn)元，凈節(jié)支3 750萬(wàn)元，綜合經(jīng)濟(jì)效益7 183萬(wàn)元。