淺析煤基活性炭生產(chǎn)設(shè)備中智能化技術(shù)應(yīng)用

侯偉，李會(huì)賢

（中藍(lán)長(zhǎng)化工程科技有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410116）

活性炭可以去除液體或氣體中的多種極少量有毒有害物質(zhì)，從而達(dá)到產(chǎn)品凈化、精制或回收的目的，它具有物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積巨大、選擇性吸附能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。隨著科技的發(fā)展，活性炭生產(chǎn)工藝技術(shù)水平不斷提高，應(yīng)用要求和領(lǐng)域不斷拓展，市場(chǎng)對(duì)活性炭的需求日益增多，因此，很有必要加強(qiáng)活性炭生產(chǎn)設(shè)備智能化方面的開(kāi)發(fā)工作，滿足經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)的需求，從而促進(jìn)中國(guó)活性炭產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

1 煤基活性炭的特征與用途

活性炭表面存在功能官能團(tuán)，決定了其吸附能力。官能團(tuán)中不同性質(zhì)化合物對(duì)不同的吸附質(zhì)作用差別很大，一般來(lái)說(shuō)，含酸性官能團(tuán)的活性炭容易吸收習(xí)性化合物，反之，含堿性官能團(tuán)則容易吸附非極性物質(zhì)。為了使活性炭的應(yīng)用更豐富、更全面，在其生產(chǎn)中，我們應(yīng)該注重對(duì)其表面官能團(tuán)的處理，增強(qiáng)其吸附能力，從而拓寬其應(yīng)用范圍。

時(shí)至今日，活性炭作為吸附劑已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。一是氣相吸附劑?；钚蕴孔鳛闅庀辔絼?，具備吸附范圍廣、速度快、可再生和綠色無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)，被大量用于空氣污染治理、溶劑回收利用、氣體分離提純等方面；二是液相吸附劑。在液相吸附方面，活性炭可作為脫色劑、凈化劑、吸附劑，比如，水環(huán)境治理中用它來(lái)改善水質(zhì)，石油化工行業(yè)用它來(lái)精制化學(xué)品，食品行業(yè)用它來(lái)進(jìn)行脫色處理等；三是催化劑?；钚蕴烤哂写呋钚?，是煙道氣脫硫、酯的水解和氯化二氫的合成等化學(xué)反應(yīng)的理想催化劑，在化工生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用；四是催化劑載體。活性炭表面具有發(fā)達(dá)的空隙結(jié)構(gòu)，便于承載催化劑，還可以在化學(xué)反應(yīng)中吸附易揮發(fā)有機(jī)化合物，不僅提高了原材料的利用率，還提高了催化反應(yīng)的效率；五是其他應(yīng)用?；钚蕴烤邆鋬?yōu)良的特性，被開(kāi)發(fā)利用于其他領(lǐng)域中一些特殊應(yīng)用，比如，醫(yī)藥行業(yè)中血液滲析、胃腸失調(diào)等方面、金屬精選中精制稀有金屬、香煙中煙氣過(guò)濾凈化、檢測(cè)分析中濃縮提純、農(nóng)林種植中改良土壤等。

2 煤基活性炭生產(chǎn)設(shè)備與工藝概況

2.1 生產(chǎn)工藝

目前，生產(chǎn)煤基活性炭方法很多，在此僅以煤基活性炭的通用制造工藝為例來(lái)介紹。煤基活性炭的生產(chǎn)工藝一般分四步進(jìn)行。一是原料準(zhǔn)備。選擇出合適的煤原料，用破碎機(jī)將其搗碎，篩選出一定塊度的煤粒，用特定的物理方法制作成需要的形狀，為增加活性炭官能團(tuán)的功能，也可將特定成型料進(jìn)行氧化處理；二是炭化。用炭化設(shè)備在高溫下將煤炭灼燒成灰；三是活化。在高溫下，用氧化性物質(zhì)將炭化料在高溫下進(jìn)行氧化反應(yīng)，形成特定孔隙結(jié)構(gòu)；四是后處理過(guò)程。活化料通常還需要烘干、篩選、提純和二次成型后，才能分級(jí)包裝出庫(kù)，之后流入市場(chǎng)。

2.2 生產(chǎn)設(shè)備

煤基活性炭生產(chǎn)過(guò)程涉及的生產(chǎn)設(shè)備隨工藝方法變化而變動(dòng)，主要設(shè)備大體上是一致，分別是備煤設(shè)備、炭化設(shè)備、活化設(shè)備、包裝設(shè)備等。備煤這塊設(shè)備主要包括破碎機(jī)、粉碎機(jī)、干燥機(jī)等。炭化活化設(shè)備主要是干燥機(jī)、炭化爐、流態(tài)活化爐等。包裝部分為提高效率采用全自動(dòng)混合包裝一體機(jī)。

3 智能化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

3.1 現(xiàn)狀分析

煤基活性炭生產(chǎn)設(shè)備經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，設(shè)備自動(dòng)化程度越來(lái)越高，但在技術(shù)上與國(guó)外企業(yè)差距還是很大，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，國(guó)內(nèi)智能化生產(chǎn)設(shè)備大多采用的是國(guó)外進(jìn)口的初級(jí)設(shè)備產(chǎn)品，設(shè)備自動(dòng)化性能需進(jìn)一步提高，以適應(yīng)行業(yè)需求；第二，國(guó)外煤基活性炭自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)廠商短時(shí)間內(nèi)也生產(chǎn)不出自動(dòng)化性能比較全面的活性炭生產(chǎn)成套設(shè)備；第三，國(guó)外活性炭生產(chǎn)設(shè)備存在著技術(shù)出口限制，國(guó)內(nèi)廠商難以掌握高端設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)。

3.2 設(shè)備智能化控制要點(diǎn)

（1）原料煤的選擇。在活性炭的生產(chǎn)中，煤原料的灰分、揮發(fā)分、碳含量和焦塊指數(shù)對(duì)活性炭生產(chǎn)影響很大，這些指標(biāo)需要用分析儀器進(jìn)行檢測(cè)，效率低，應(yīng)該采取智能化篩選設(shè)備，便可快速地進(jìn)行細(xì)微分析，還可以解決感官評(píng)定沒(méi)法做到的部分，提高原料選擇的自動(dòng)化程度。

（2）炭化溫度控制。炭化工序很關(guān)鍵，它決定了活性炭產(chǎn)品的最終機(jī)械強(qiáng)度等級(jí)、孔結(jié)構(gòu)特性以及吸附性能強(qiáng)度等，炭化工序的重點(diǎn)是對(duì)炭化溫度的控制，碳化爐內(nèi)的溫度分布不合理，炭化料就容易出現(xiàn)過(guò)多的裂紋和夾生料。智能化技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)溫度分布調(diào)控。

（3）活化工序出料量?；罨潭仁欠窈线m取決于活化設(shè)備出料器的水容量指標(biāo)。智能化技術(shù)有助于調(diào)控設(shè)備出料時(shí)間和出料量，實(shí)現(xiàn)對(duì)活化料質(zhì)量的自動(dòng)化控制。

3.3 最新智能化活性炭生產(chǎn)設(shè)備

（1）內(nèi)熱蒸汽轉(zhuǎn)爐。內(nèi)熱蒸汽轉(zhuǎn)爐將活化爐與炭化爐設(shè)計(jì)在一個(gè)爐腔內(nèi)，活化區(qū)設(shè)置在腔內(nèi)前部，與其連通的空氣輸入裝置，為活化提供氧化氣體，氧化還原產(chǎn)生的大量熱和水煤氣一方面供自身反應(yīng)使用，另一方面可以通過(guò)蒸汽輸入裝置傳遞給炭化工序。此外，剩余的熱量還可以給鍋爐供能。這種集炭化和活化為一體的智能裝置，無(wú)須再補(bǔ)充其他能源，縮短了活性炭生產(chǎn)過(guò)程，提高了生產(chǎn)效率，減低生產(chǎn)成本。

（2）雙功能生產(chǎn)裝置。雙功能生產(chǎn)裝置利用先進(jìn)的工藝智能調(diào)試，自動(dòng)化控制炭化爐、活化爐等重要硬件設(shè)備，均勻控制炭化爐、活化爐內(nèi)的各段溫度，確保炭化料和活化料合格，提高活化爐產(chǎn)量。此外，該裝置還具備節(jié)能保護(hù)的特點(diǎn)，它采用智能氣體回收裝置，一方面回收利用燃燒不充分的氣體，另一方面，回收活化料攜帶的大量蒸汽，供活性炭生產(chǎn)使用。這種集內(nèi)熱和外熱為一體的智能裝置，實(shí)現(xiàn)了蒸汽能量的高效利用，降低了生產(chǎn)能源成本，確保了產(chǎn)品的性能，豐富了產(chǎn)品的性能，值得被推廣。

3.4 發(fā)展措施

（1）引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)。我國(guó)國(guó)內(nèi)的活性炭產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)薄弱，借鑒國(guó)外先進(jìn)工藝生產(chǎn)技術(shù)和高端生產(chǎn)設(shè)備，提高國(guó)內(nèi)活性炭生產(chǎn)設(shè)備的智能化水平，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)活性炭產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化。

（2）加強(qiáng)交流。智能制造意味著產(chǎn)業(yè)升級(jí)、技能升級(jí)，它需要現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)工人，未來(lái)對(duì)智能裝備、智能監(jiān)控和智能操作等方面的人才需求巨大，活性炭行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)以增強(qiáng)國(guó)內(nèi)活性炭產(chǎn)業(yè)為己任，積極參加職業(yè)教育培訓(xùn)計(jì)劃，加強(qiáng)學(xué)術(shù)交流，特別是活性炭生產(chǎn)設(shè)備智能化控制要點(diǎn)方面，為活性炭生產(chǎn)設(shè)備智能制造貢獻(xiàn)自己的一份力量。

（3）尋求研發(fā)投資。進(jìn)一步拓展研發(fā)活性炭智能化生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域的融資渠道，爭(zhēng)取政府補(bǔ)貼、銀行融資和扶持基金等三方社會(huì)資本，緩解智能設(shè)備研發(fā)的成本困境。

（4）政策鼓勵(lì)。出臺(tái)與活性炭生產(chǎn)設(shè)備制造水平相適應(yīng)的智能制造推進(jìn)政策，推進(jìn)我國(guó)活性炭生產(chǎn)設(shè)備智能化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)智能裝備引進(jìn)與工藝改造有機(jī)融合，從而促進(jìn)活性炭生產(chǎn)過(guò)程全面自動(dòng)化。

（5）加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。在推進(jìn)活性炭生產(chǎn)設(shè)備智能化生產(chǎn)的過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，建議在工業(yè)園區(qū)搭建較為完備的智能化基礎(chǔ)性物理架設(shè)，構(gòu)建活性炭生產(chǎn)設(shè)備全面標(biāo)準(zhǔn)化體系，以此推動(dòng)智能制造標(biāo)準(zhǔn)化，從而推進(jìn)活性炭產(chǎn)業(yè)健康地發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

為了滿足當(dāng)前對(duì)活性炭市場(chǎng)不斷增長(zhǎng)的需求，應(yīng)提高煤基活性炭的生產(chǎn)效率?；钚蕴康纳a(chǎn)效率是與其生產(chǎn)工藝技術(shù)和設(shè)備有關(guān)，而先進(jìn)的生產(chǎn)工藝技術(shù)依賴于行業(yè)研發(fā)人士對(duì)其結(jié)構(gòu)與特征的充分探究，工藝與之配套的設(shè)備又是相輔相成的，兩者同步發(fā)展才能真正促進(jìn)活性炭產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。智能化是活性炭生產(chǎn)設(shè)備未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，為了推進(jìn)活性炭生產(chǎn)設(shè)備智能化的進(jìn)程，必須先了解智能化技術(shù)在產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，熟悉設(shè)備智能化控制要點(diǎn)，然后才能合理地采取引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)、加強(qiáng)交流、尋求研發(fā)投資、政策鼓勵(lì)、構(gòu)建智能制造標(biāo)準(zhǔn)化體系等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。智能化生產(chǎn)設(shè)備可以大規(guī)模、高效、低成本地生產(chǎn)出合格的活性炭產(chǎn)品，因此，我們應(yīng)該全力開(kāi)發(fā)活性炭整套智能化生產(chǎn)設(shè)備，以滿足國(guó)內(nèi)規(guī)?；a(chǎn)活性炭的需求。