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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
