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1、煤质活性炭的生产与再生,Why coal?,Structure similar high aromaticity,Why coal?,Price Cheap Bosom Abound Disadvantages Ash Variety,煤质活性炭用煤,我国煤炭资源特点 煤炭储量丰富,但分布不均 煤炭主要分布在华北、西北、东北等地区,而华南及滇藏和台湾煤炭储量较少。储量最大的是新疆、内蒙,其次是山西、宁夏、甘肃、河北、山东、河南、陕西、安徽、贵州等,总的特点是北多南少,西多东少。 煤种齐全 气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、无烟煤、弱粘结煤、不粘结煤、长焰煤、褐煤、天然焦等均有分布。炼焦煤主要分布在
2、华北,华东地区;无烟煤主要分布在华北、西南等地区,褐煤大部分分布在内蒙东部和云南等地。,影响活性炭质量的因素工业分析,孔隙,内水 关系?,内在水分 如何测定?,对活性炭的生产有何影响?2,灰分,原生矿物,次生矿物,外来矿物,灰分来源,如何测定?,强度、孔隙、灰熔点,对活性炭的生产有何影响?,挥发份、固定碳,挥发份来源,矿物质分解,有机质分解,对活性炭的生产有何影响?,焦渣特性 强度、孔隙,碳 氢 氧 氮 无机硫 硫 有机硫,元素分析,工艺参数,炭化温度 炭化物孔径、微晶结构 活化温度 蒸汽活化法:850950, 烟道气活化:900950, 空气活化:600 活化剂种类 活化剂流速及浓度 孔结构
3、、烧失率、均匀度、活化时间 炭粒度 活化剂的扩散、活化时间、均匀度,煤质活性炭的生产生产原理,炭化原理 煤质活性炭的生产要经过炭化,活化两个阶段, 炭化是将煤隔绝空气加热至550650低温干馏的过 程同时也是煤炭热分解、缩聚的过程。 煤在隔绝空气下加热,随温度的增加发生一系列 变化: 110烟煤;150褐煤、无烟煤吸附的水分逸出; 250煤体开始第一次热分解; 350烟煤有焦油产生; 550650生成半焦 会影响到活性炭的孔隙结构、强度、收率等。,为什么进行改性?,煤质活性炭的生产煤质改性,粘结性烟煤,熔融态,加热,膨胀,收缩,气体逸出,结构松散,预氧化氧化不融化,预氧化过程与炭化过程可在同一
4、炭化炉内进行。将炭化最终温度调至600,隔绝空气,以10.20min的速度升温,使挥发分进一步析出,炭化后的挥发分控制在1215。,熔融温度带(350450大量产生焦油的温度带),尽可能缓馒加热,活化原理,煤,升温,活化剂,石墨微晶,氢、氧析出,焦油等无定形碳,石墨微晶,反应,形成,微晶缺陷,初步的孔结构,反应,形成,中孔、大孔,新的孔结构,反应,常用烧失率来衡量活化过程。杜比宁认为, 烧失率小于50时,得到的是微孔活性炭; 烧失率大子75时,得到大孔活性炭; 烧失率在50一75时,活性炭具有混合结构。,气化反应阶段,最后一个阶段决定整个工艺的反应速度,活化气体向炭化物表面扩散,向粒子的内表面
5、扩散,向粒子的外表面扩散,反应生成物脱吸,炭表面吸附活化气体,炭表面发生气化反应,从粒子内表面向气相中扩散,从粒子外表面向气相中扩散。,无烟煤为原料的生产工艺流程,原料煤,破碎,活化,粉碎,混合,成型,炭化,筛分,包装,成品,水,煤焦油,煤的破碎、制粉系统,胶带输送机,颚破 2030mm,斗提,料斗,雷蒙磨 -200目,鼓风机,大旋风分离器,螺旋给料机,小旋,捕尘器,鼓风机,粉煤料仓,混合、成型,焦油和沥青都是粘结剂,具有良好的浸润性,渗透性和粘结力,它与炭捏和后,具有良好的可塑性。焦油中沥青含量对产品的机械强度和吸附能力有很大影响,焦油中沥青含量约在5565为宜。过多? 煤粉由料仓定量送来,
6、掺入焦油和水搅拌均匀。焦油温度控制在6090,沥青含量在5565为宜,压成坯块,混合料温度控制在2060。 成型压力、模具,炭 化,胶带输送机,料斗,导板,炭化炉,70%,30%,振动筛,风机,焚烧炉,烟囱,活 化,活化道,燃烧室,烟道,储热室,风机,风机,烟囱,料斗,进料口,电葫芦,流化床生产煤质活性炭工艺,料斗,沸腾炉,燃烧嘴,燃烧嘴,布风板,水蒸气过热器,粉状炭,颗粒炭,成品,微波加热流化床生产煤质活性炭,微波导管,温度测口,活化气体,活性炭排出管,分布器,排气管,斯列普炉,活性炭的再生,活性炭是价格比较高的吸附剂。用一段时间以 后,吸附能力减弱,甚至完全丧失吸附能力,此时 的炭称为饱和
7、炭。 若将饱和炭舍弃,一方面造成经济上和资源上 的浪费,另一方面,活性炭吸附的有害物质会造成 二次污染。 在选择活性炭再生方法之前,须对处理对象和 处理规模有清楚的了解,考虑吸附质有否回收价 值,可否综合利用。根据吸附质的性质选择经济可 行的方法。,活性炭再生的依据,吸附过程是活性炭、吸附质及溶剂三者形成吸附平衡的过程,要使活性炭解吸,恢复活性,就要破坏原来的平衡条件其依据是:,改变吸附质的化学性质; 用对吸附质亲和力强的溶剂抽提吸附质; 用对活性炭亲和力大的物质,将吸附质置换出来,然 后再使置换物质脱附,活性炭得到再生; 外部加热,升高温度改变平衡条件,因为随温度升高 吸附量减少,因而使吸附
8、质脱附; 降低溶剂中溶质浓度(或压力)使吸附质脱附; 用分解或氧化的方法,使吸附质(有机质)除去。,活性炭的再生方法药剂再生法,这种方法是用酸、碱等无机药品和苯,丙 酮,甲醇等有机溶剂处理,对吸附质进行化 学反应,萃取,置换,而使吸附质脱附。 当吸附物质为高浓度,低沸点的有机物饱 和炭,应首先考虑药剂再生,此法再生活性 炭损失小,可以在吸附塔中进行再生,采用 两个以上吸附塔交替使用。,无机药剂再生法(酸或碱再生法),用无机酸(硫酸,盐酸)或碱(氢氧化钠)等药剂洗 涤,使吸附的有害物质脱除。在水处理中吸附高浓 度酚的饱和炭,用氢氧化钠再生,脱附的酚以酚钠 盐的形式被回收,再生工艺流程如图所示。吸
9、附处 理重金属废水的饱和炭也用这种方法再生。,4NaOH,水,HCl,再生,酚钠盐槽,泵,酚回收,废水,吸附,处理水,有机溶剂再生,吸附废水中高浓度的酚,也可用溶剂再生,也就是用苯,丙酮,甲 醇等有机溶剂将被吸附的污染物质萃取出来。图示为某焦化厂用有机溶 剂 ,处理煤气洗涤废水饱和炭的工艺流程。 溶剂再生法的缺点是再生效率低,再生不完全,几周后水蒸气再生。,湿式空气氧化法,多用于粉状炭的再生,将5-10的饱和炭浆与压缩空气一起送入热交换器加热,然后送入氧化反应塔,在200-250的温度、3106-7l06Pa的压力下进行氧化反应。活性炭再生的炭浆由反应器顶部排出,经热交换器降温到60以下,达到
10、气液分离器,尾气脱臭徘出,炭浆送回吸附装置重复使用。温度和压力宜接影响再生效率和损失率。,升压泵,炭浆,浓缩池,热交换器,空压机,再生炭,排放,反 应 塔,气 液 分 离,加热器,尾 气 处 理,去灰,生物再生法,生物再生法是将驯化培养的菌种,应用到饱和炭的解吸上,吸附的有 机物被分解成水和CO2,使饱和炭再生。,化学氧化再生法,化学氧化法有氧化剂和电解氧化两种方法,所 用氧化剂主要是臭氧,有人将臭氧与活性炭吸附再 生设计成一个连用装置,即在放电器中间作成活性 炭吸附床,废水通过活性炭时,有机物被吸附,当 活性炭需要再生时,床外面放电反应以空气制造臭 氧随冲洗水将臭氧带入活性炭床,进行再生。
11、另外将粉状炭作阳极,进行水的电解,由于在活 性炭表面产生了氧,而将吸附质氧化、分解。,加热再生法,加热再生法是使活性炭吸附的物质解吸或热分解而除 去。根据活性炭吸附的有机物质的热重曲线(TGA), 可 分为三种类型 易脱附型 沸点低的小分子碳氢化合物和芳香族有机物质,一 般加热到300,即可脱附。 热分解脱附型 在加热过程中,易以挥发分的形式脱附,另一部分碳 化,残留在活性炭微孔中,如聚乙烯酸类有机物。 难脱附型 在加热过程中,不易以挥发分形式析出,质量变化很慢 有大量的残炭留在活性炭微孔中,如酚,木质素等。,加热再生法,根据被活性炭吸附的有机物热分解的难易,脱附温度不 同,可分为低温加热再生
12、和高温加热再生。 低温再生法。 对于吸附浓度较高的易脱附型有机物的饱和炭,吸附气 体的活性炭较易解吸,一般用蒸汽再生,温度在100-200, 再生可在吸附柱中进行,脱附后的蒸汽可冷凝、回收再用。 高温再生法 液相吸附的活性炭,由于在液体中吸附了许多较大分子的色 素和杂质等,在低温下不易热分解,挥发,因此水处理饱和炭 采用高温再生法。一般加热到7001000,有时即使加热到这个温度,被吸附物仍不能完全解吸,一部分碳化物践留在活性炭表面,使这种饱和炭不能完全恢复原来的吸附力,因此,有时需要再通入水蒸气和其它氧化性气体,使之进一步活化。,加热再生法,高温活化法一般需要干燥、炭化、活化三个阶段。 干燥
13、阶段 加热到100130使饱和炭所吸附的水分析出。 炭化阶段 通过加热使有机质挥发和碳化碳化温度在150750。 活化阶段 炭化阶段残留在活性炭微孔中的炭,影响孔结构,需通入水蒸汽、CO2气体进行活化,约征850气化成CO,CO2等气体,使微孔得到清理,重新恢复吸附能力。 可用常规加热法,或微波加热法。,活性炭的应用,应用简史,木材炭化获得的活性炭或多孔炭,已经使用了许多世纪; 公元前l500年以前,埃及人就将此材料用于制药及净化, 印度人也已经使用活性炭来净化饮用水。 但是直到20世纪初才开始工业化生产,最初的应用特别简 单,随着第一次世界大战的爆发,出现了对防毒面具的需 求,多孔炭的气体分
14、离能力及储气能力开始得到高度重视。 自1918年以来,活性炭的生产工艺层出不穷,果壳皮、木 材、煤、褐煤、泥炭及煤焦油等都可以生产作为多孔炭的原 料,其用途也扩展到清除空气、水、其他气体和液体中的各 种污染物。,活性炭在液相吸附方面的应用,活性炭表面呈疏水性这一基本性质,使它能从水 中吸附各种物质,从而在水净化中得到广泛应用。 活性炭在液相吸附方面的应用大致上可分为3类: (1)精制 在以有效成分或成分组为主的液体中,将所 含的有害成分组通过活性炭表面吸附除去,以提高液体的价 值或经后处理工序,使所得最终产品的价值提高。 (2)回收(或捕集) 从由几种成分组成的液体中,将 有效成分或成分组吸附
15、于活性炭中,作为更浓或更纯的状态 解吸而利用或再使用。 (3)分离 将几种成分所组成的液体,利用活性炭的吸 附作用分成不同的成分或成分组,以提高各部分的价值。,食品、医药及化学等工业液相精制,活性炭用于液相精制符合其疏水性及对低浓度物质具有 强吸附性的特点。活性炭的液相处理效果主要有: (1)脱色(除去在可见光波长内有吸光性的物质); (2)除去在可见光波长以外有吸光性的物质; (3)除去颜色的前驱物质; (4)除去臭味物质或调整香味; (5)除去臭味的前驱物质; (6)除去易形成混油或浊雾的物质; (7)除去起泡性或保泡性物质; (8)除去阻碍结晶析出的物质; (9)除去胶体物质(这类物质大
16、多妨碍过滤和结晶); (10)除去保护胶体的物质; (11)除去对生理有害的物质; (12)除去使产品变质的物质。,食品工业液相精制,医药与化学等工业液相精制,水处理,对水中有机物有很好的吸附特性。对COD、BOD、 TOC等有机物除去率一般达70-90。 对水质、水温及水量的变化有较强的适应能力。 装置占地面积小。以混凝沉淀与活性炭吸附组合的 物理化学流程,占地面积仅为活性污泥法的1/4-l/2。 活性炭吸附装置运转、管理简单,易于自动控制。 活性炭对一些重金属(如汞、铅、铁、镍、铬、 锑、锡、锌、钴等)及其化合物有较强的吸附能力。,液相回收与分离,活性炭与离子交换树脂等不同,一般说来脱附比较困难, 而经济性能与脱附过程有关,故适用于价值较高的物质。,活性炭在气相吸附