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1、 活性炭是含碳的物质经过炭化和活化制成的多孔性 人造炭质吸附剂。它具有发达的孔隙结构和巨大的 比表面积可用作吸附剂催化剂和催化剂载体。 活性炭作为人造材料是在1900年到1901年发明的 其发明者是拉费尔王奥斯特莱科他采用化学活 化法和物理活化法制造活性炭而获得专利。 1911年 门高德博士在维也纳附近的工厂首次将活性炭工业 化生产。当时的产品是粉状活性炭这是世界上第 一家工业化生产工厂。 回顾世界活性炭的发展历史有两个主要的事件推动了活性炭事业的 发展一是第一次世界大战化学武器的应用二是1927年发生在美国芝加 哥自来水厂的饮用水恶臭事件。 1914年欧洲爆发了第一次世界大战1915年4月2
2、2日德国军队在欧 洲战场伊普番河上使用了毒气5月18日在华沙附近的拉夫卡河又向俄 国军队施放了毒气 。1915年德军在比利时对毫无准备的英法联军使用 6000个钢瓶施放化学毒气氯气18万公斤造成士兵伤15000余人其中约 5000人丧生。有“矛”必然会发明“盾”有化学毒气必然会发明防毒武 器。两个星期后军事科学家就发明了防护氯气武器他们给前线的每个 士兵发了一种特殊的口罩这种口罩里有用硫代硫酸钠和碳酸钠溶液浸过 的棉花。这两种药品都有除氯的功能能起到防护的作用。但是如果敌方 改用第二种毒气这种口罩就无用武之地了。事实也是如此。此后不到一 年双方已经用过几十种不同的化学毒气包括人们现今熟知的介子
3、毒气 及氢氰化合物。因此人们一直在寻找一种能使任何毒气都失去毒性的物质 才好。这种百灵的解毒剂在1915年才被科学家找到它就是活性炭。到 1917年交战双方的防毒面具里都装上了活性炭毒气对交战士兵的危害 程度就大大降低了。第二次世界大战中德国首次利用介子气引发了毒气战 争人们就开始寻求避免受到毒气侵害的方法而活性炭正是因为其能高 效防止毒气的侵害被广泛应用于战争。这样就刺激了世界各国对活性炭 的研究和生产。 1927年美国芝加哥自来水厂发生了广大居民难以接受的自来水恶臭事 件。这是由于原水中苯酚和消毒用的氯发生异臭所致。后来德国等地的 自来水厂也发生了同样的事件而这些事件都是用活性炭处理解决的
4、。从 此以后环境保护日益受到重视政府的法令也日趋严格不仅在净水方 面在其他领域也得到广泛应用由此活性炭进入全面发展阶段。 50年代以前, 我们国家还没有活性炭的加工企业每年进口30-50t 50年代到1981年国产活性炭开始上市特别是1966年从苏联引进斯列 普活化炉后有了规模化生产国内生产能力逐步提升至10000t/a80年代 末期到90年代末期进入改革开放以后国内开始建设大量的活性炭厂 其规模也飞速发展生产能力逐步从10万t/a发展到12万t/a2000年到 2008年生产能力持续增长现已达到每年20余万t。 生产煤质活性炭的原料种类 褐煤、烟煤和无烟煤均可作为活性炭的原料。国 内的煤质活
5、性炭原料主要采用山西大同地区的弱粘结 性烟煤和宁夏的太西无烟煤。 (1)弱粘结性烟煤山西大同地区的弱粘结性烟煤由 于化学活性好、灰分低特别是其八层煤和十一层 煤而广泛被山西的活性炭企业用于加工制造原煤 破碎活性炭。 (2)无烟煤宁夏太西煤低灰、低硫、含碳量高化 学活性好是生产高档活性炭的优质原料。宁夏的活 性炭企业主要采用太西无烟煤作为主原料生产柱状活 性炭。 生产工艺流程 以太西无烟煤为主原料的合格原料煤入厂后被粉碎到 一定细度一般为200目然后配入适量黏结剂一 般为煤焦油在混捏设备中混合均匀然后在一定压力 下用一定直径模具挤压成炭条炭条经炭化、活化后 经筛分、包装制成成品活性炭。 其工艺框
6、图如下所示 活性炭生产工艺流程图 活性炭分公司二分区工艺流程图 原料 1、原料煤的要求 2、配煤 3、黏合剂的要求 原料煤的要求 水分煤中的水分对活性炭生产有一定影响水分含量过高不 仅对煤炭的破碎、筛分不利而且增加能量消耗提高生产成本。 褐煤内在水分最高其次时是无烟煤中等变质程度的烟煤内在 水分含量最低。目前我们要求无烟煤水分5%。 灰分煤灰分含量高会降低煤的发热量影响炭化料及活性炭 产品的机械强度影响活性炭的孔隙结构降低活性炭的吸附能 力使活性炭产品杂质增加限制了煤基活性炭的应用领域。但 是有些矿物质如CaO,MgO,Fe2O3,K2O及Na2O等可以催化煤中碳与 水蒸气的反应加快反应速度提
7、高活化炉的产量。一般要求灰 分6%目前我们要求采用的原煤灰分3%。 挥发分无烟煤挥发分含量最低。挥发分含量过高挥发出的 物质容易结焦堵塞产品道过低不能为活化提供足够的燃料。 目前要求挥发份为7-8%。 煤的反应性反应性高的煤在活化和燃烧过程中反应速度快、 效率高。 配煤是改善活性炭产品孔结构提高活性炭产品吸附性能的一种好方法。 单种煤的结焦特性及其在配煤中的作用 肥煤肥煤属中等变质程度的煤挥发分范围较广胶质层厚度大于25mm,受热 时产生大量的胶质体其流动性大热稳定性好。肥煤在约260时有机质开始 分解。肥煤具有很强的粘结能力能将煤粉颗粒很好低粘结在一起形成机械强 度较好的炭颗粒是配煤中的重要
8、成分。但挥发分高的肥煤结焦性较差因此 在选择肥煤作配合煤时要充分考虑肥煤的粘结能力、挥发分、结焦性等。 弱粘煤弱粘煤是一种还原程度较弱的低变质程度到中等变质程度的煤。加热时 产生的胶质体较少结焦性能较好。精选弱粘煤加粘结剂煤焦油在特定的 工艺条件下制造柱状活性炭在国内已成为现实其被用作催化剂载体。 焦煤焦煤具有中等挥发分与中等胶质层厚度加热时能形成热稳定性很好的胶 质体。结焦性能好在配煤中焦煤可以起到提高干馏固体物料之机械强度的作用。 炼焦工业利用焦煤单独炼焦时能得到块大、裂纹少、机械强度和耐磨强度都高的 焦炭。目前尚未有报道利用焦煤制造活性炭。随着活性炭制造研究工作的深入 焦煤作为配合煤会用
9、于活性炭制造工业。 经过研究发现在生产工艺基本条件相同条件下煤基活性炭孔结构类型主要由 煤本身性质决定褐煤生产的活性炭碘值不高但孔容积较高这说明褐煤生产 的活性炭中孔大孔较多这种活性炭的脱色能力较强在某些液相应用领域 实际应用效果较好由不黏煤、弱黏煤为原料生产的活性炭中孔较发达适宜生 产液相吸附净化用活性炭以无烟煤为原料生产微孔发达的活性炭适宜生产优 质的气相吸附用活性炭。 配煤原理 活性炭制造主要是依据挥发份-粘结性指标的配煤基本概念 进行配煤一般要求配合煤的挥发份在25%-30%这个范围 内特征指数为3-5根据活性炭特性要求改变单种煤在配 合煤中的配合比例。 总之配煤是改善活性炭产品孔结构
10、提高活性炭产品吸 附性能的一种好方法。但如何配煤应因地制宜应根据 活性炭产品孔结构及吸附性能的要求确定配煤的煤种和 配煤的比例切不可盲目照搬否则不会达到提高活性炭 性能降低生产成本的目的。 需要指出的是配煤技术难以大幅度提高活性炭的吸附性能 只能在一定范围内改善活性炭的吸附性能降低生产成本。 如果生产高吸附性能的活性炭产品应采用催化活化煤 岩分析等先进的新技术。 黏合剂的要求 含碳量高热解时析焦率高最后能够构成活性炭本身的 一部分起到骨架作用。 具有一定的流变性能对基质颗粒具有良好的浸润性并 与基质混合后具有可塑性有利于将基质原料加工成型为颗粒 状物质。 具有粘结性在工艺过程中能使基质结合成整
11、体颗粒并 赋予较高的机械强度。 有助于形成活性炭颗粒内部的初步孔隙并对加工过程无 不利影响起造孔作用。以上最重要的是浸润作用和黏结作用。 黏合剂的种类较多目前常用于煤基柱状活性炭生产的黏合剂 主要有煤焦油、木质磺酸钠、纸浆废液和淀粉溶液等考虑到 黏合剂的来源途径一般黏合剂选用煤焦油从生产的产品质 量比较煤焦油是煤基成型活性炭生产最适合的黏合剂。 我们采用煤焦油作为黏合剂要求其沥青含量50%、水分 5%、粘度要好。水分不易过高因为水分太多影响炭条强度。 原料煤的粉碎200目95%通过 磨粉的目的是为了将煤进行预氧化处理增加其 表面积易于活化。氧化对煤的炭化及其后生产活性 炭的影响是巨大的。煤的氧
12、化降低了煤受热的流动性 提高了炭化物的微孔容积煤的预氧化使得制备的炭 化料具有极高的微孔有利于制备优质活性炭。例如 不进行预氧化而直接活化的太西原料煤其在930 活化条件下进行活化试验3小时I2值在530mg/g左右 而采用预氧化工艺柱状成型炭化后的颗粒在同等活 化条件下进行活化试验反应3小时后I2值在 1000mg/g以上。 物料由提升机送至储料斗再经振动给料机将物料均匀定量连 续地送入主机磨室内进行研磨粉磨后的粉子被风机气流带走 经选粉机进行分级符合细度的粉子随气流进入大旋风收集器 内进行分离收集再经出粉管排出即为成品粉子。气流再由 大旋风收集器上端回风管吸入引风机。本机整个气流系统是密
13、闭循环的并且是在负压状态下循环流动的。 在磨室内因被磨物料中有一定的含水量研磨时产生热量导致 磨室内气体蒸发膨胀改变了气流量以及整机各管道接合处密 封不严外界气体被吸入使循环气流风量增加。为此通过调 整风机和主机间的排气管来达到气流平衡的目的。并将多余气 体导入布袋除尘器内把余气带入的微粉收集下来余气被净 化后排出。 混捏 混捏的目的是使固相的煤粉与液相的煤焦油充 分的混合赋予混合料以塑性和流动性使煤 粉的细小颗粒充分地、均匀地被煤焦油充填和 包裹煤沥青在经过炭化后形成炭骨架。 焦油温度90 混捏温度7090 混捏时间15分钟到20分钟 挤压成型 成型的目的是得到具有一定外形及较高密实度的炭条
14、。目 前本公司用于活性炭制造的挤压成型设备为借高压液体介 质进入柱塞液压缸推动柱塞对煤膏加压的立式液压机 。 成型液压机有单缸式和双缸式两种。 单缸油压机二分区的装料与压制是间歇式进行的料 缸装满煤膏后再加压没有预压装臵煤膏受压时间短。 煤膏的工作压力为180-220kgf/cm2(17.6-21.6MPa)。 双缸液压成型机一分区的装料和压制可以分别在两个 缸内同时进行某一个缸在装料预压时另一个缸则对煤 膏加压煤膏受压时间长压出条密度大操作易实现自 动化。 。 炭化 炭化是活性炭制造过程中的主要热处理工序之 一炭化过程中大部分非炭元素氢和氧因原料 的高温分解首先以气体形式被排除而获释的元 素
15、碳原子则组合成通称为基本石墨微晶的有序结 晶生成物。 严格的说炭化应是在隔绝空气的条件下进 行。炭化是指在低温下500左右煤及煤沥青 的热分解、固化以及煤焦油中低分子物质的挥发。 炭化主要目的 1排除成型料中的挥发份及水分 2提高炭化料强度煤焦油中的沥青成分形成了 基本骨架 3使炭颗粒形成初步孔隙。 炭化温度直接影响炭化料的孔隙结构和强度。温度过 低炭化产物无法形成足够的机械强度温度过高则会 促使炭化产物中的石墨微晶有序变化减少微晶之间 的空隙影响活化造孔过程。 将无烟煤加热其炭化产物中易石墨化成分占主导地 位无烟煤对炭化终温非常敏感当温度升高时就开 始收缩结果造成在炭化初始阶段形成的微孔容积
16、大 幅度降低。如炭化炉内尾部着火造成的炭化料形成光 圈现象坚硬炭化料形成易石墨化物质难以活化。 炭化温度对炭化料初始孔隙的形成影响很大按照炭 化过程中温度的影响太西煤质的炭化料炭化的升温速度 应控制在15-20/min范围内。高升温速率能使物料析出更 多的焦油和煤气降低炭化料产率。降低升温速率时物 料在低温区受热时间长热解反应的选择性较强初期热 解使物料分子中较弱的键断开发生了平行的和顺序的热 缩聚反应形成具有较高热稳定性的结构从而减少高温 热解析出物的挥发分产率获得更高的固体炭化产物即 炭化料产率。我们平时说的炭化温度是指转炉的中部 温度但中部温度并不是炭化最终温度。炭化最终温度实 际是出料口的温度这个温度最终影响炭化料的质量。 炭化不仅决定最终产品的机械强度等级还决定最终 产品的孔结构特性以及常规吸附性能指标等级。 内热式回转炉炭化工艺流程 炭化工艺流程 1物料流程成型颗粒经运输机提升直接加入回转炉的加 料室内借助重力作用落入滚筒内沿着滚筒内螺旋运动被带 到抄板上靠筒体的坡度和转动物料由炉尾向炉头方向移动。 物料首先经过温度为2
