郭俊春
(大同煤業(yè)金鼎活性炭有限公司,山西大同 037003)
煤炭作為我國長時間使用的一次能源,是煤炭加工的基礎(chǔ)產(chǎn)品,其技術(shù)要求及附加值不高,而在長期的發(fā)展中,煤基活性炭作為一種基于優(yōu)質(zhì)煤炭為主要原料進行生產(chǎn)的高附加值產(chǎn)品,其技術(shù)含量較高[1]。煤基活性炭具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)特征,穩(wěn)定的物理化學(xué)性,吸附性能良好,在各個領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛。
煤基活性炭生產(chǎn)過程主要包括了備煤、成型、碳化、活化以及產(chǎn)品后處理幾個步驟。根據(jù)具體的活化方式,煤基活性炭在生產(chǎn)過程中可以分為物理活化、化學(xué)活化以及物理化學(xué)活化。其中,物理活化方式主要就是利用水蒸氣、煙道氣以及二氧化碳等氣體在高溫以及碳化中產(chǎn)生的氧化還原反應(yīng)進行活化處理,生產(chǎn)二氧化碳、氫氣等氣體,再利用碳燒失實現(xiàn)造孔的效果。而化學(xué)活化方式就是通過化學(xué)試劑將原料浸潤,在混合之后,對其進行碳化以及活化處理,再通過回收化學(xué)藥品等流程進行制作。
通過化學(xué)活化法制作的活性炭比表面積較大,但因為生產(chǎn)過程中對于設(shè)備具有較為顯著的腐蝕性,活性炭產(chǎn)品中也會殘留活化劑,必須要對其進行清洗,這樣不僅僅會增加成本,還會造成較為嚴(yán)重的污染問題,此種方式逐漸淘汰[2]?,F(xiàn)階段,我國在煤基活性炭的處理過程中主要應(yīng)用的方式是物理活化方式。
在煤基活性炭的生產(chǎn)過程中,主要應(yīng)用物理活化方式,此工藝主要分為原煤破碎活性炭生產(chǎn)、成型活性炭生產(chǎn)工藝以及粉狀的活性炭生產(chǎn)工藝技術(shù)。
1.2.1 原煤破碎活性炭生產(chǎn)工藝
原煤破碎活性炭生產(chǎn)技術(shù)是一種將原煤破碎處理,再進行碳化、活化、破碎、包裝生產(chǎn)的工藝過程,其主要的流程具體如圖1所示。此種技術(shù)工藝簡單,操作靈活,投資不高,具有成本低廉的特點,可以在一些物理強度較高且反應(yīng)性較強的原煤中應(yīng)用。其產(chǎn)品主要就是在廢水處理中應(yīng)用,而一些大粒徑的活性炭產(chǎn)品則主要在食品工業(yè)的脫色領(lǐng)域中應(yīng)用。
圖1 原煤破碎活性炭生產(chǎn)工藝流程
1.2.2 成型活性炭生產(chǎn)工藝
成型活性炭結(jié)合具體的狀況可以劃分為不同的類型,主要有壓塊活性炭、球形以及柱狀的活性炭,其主要的生產(chǎn)工藝具體如下。
1.2.2.1 壓塊活性炭生產(chǎn)
壓塊活性炭生產(chǎn)工藝在國外的應(yīng)用范圍廣泛,我國則是在20世紀(jì)90年代的后期開始應(yīng)用。在生產(chǎn)中,主要是通過干法造粒處理,對原煤的黏接性有著一定的要求,其具體的生產(chǎn)工藝具體如圖2所示。
圖2 壓塊活性炭生產(chǎn)流程
1.2.2.2 柱狀活性炭生產(chǎn)工藝
柱狀活性炭生產(chǎn)工藝是在我國應(yīng)用范圍較廣的工藝,其工藝較為復(fù)雜。此種工藝手段較為成熟,生產(chǎn)的設(shè)備也相對較為可靠,在生產(chǎn)中對于原料的要求不高,生產(chǎn)的活性炭孔隙分布均勻,具有良好的產(chǎn)品吸附性能以及可調(diào)性,機械強度也較高;在實踐中應(yīng)用范圍較為廣泛,可以在液相吸附以及氣相吸收中應(yīng)用,具體的工藝流程如圖3所示。
1.2.2.3 球形活性炭生產(chǎn)工藝
此種工藝流程與柱狀活性炭的生產(chǎn)流程大致相同,具體如圖4所示。
圖3 柱狀活性炭生產(chǎn)工藝流程
圖4 球形活性炭生產(chǎn)工藝流程
1.2.3 粉狀活性炭生產(chǎn)工藝
粉狀活性炭的生產(chǎn)工藝較為簡單,在操作中原煤在磨粉之后,符合粒度要求之后再進行碳化、活化處理即可獲得成品。此種類型的活性炭主要是作為副產(chǎn)品生產(chǎn),價格也相對較低,沒有單獨生產(chǎn)的價值。在一般狀況下,都是將原煤破碎活性炭以及成型的活性炭余下的活化料進行處理,形成粉狀的活性炭,其主要是在上下水處理以及土壤改良中應(yīng)用,在垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣處理中應(yīng)用也較為廣泛。
碳化以及活化是煤基活性炭生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié),需要應(yīng)用到熱效率高且產(chǎn)能較大、自動化程度較高的新型碳化以及活化設(shè)備。
1.3.1 碳化設(shè)備
碳化過程是將原料煤在與空氣隔離的條件下進行低溫干餾,進而有效降低非碳元素,進而生產(chǎn)出與活化工序吻合且具有初步發(fā)育孔隙結(jié)構(gòu)的碳化料,其具有高機械強度的特征。隨著我國煤基活性炭生產(chǎn)逐漸成熟,現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的碳化設(shè)備主要是回轉(zhuǎn)碳化爐,綜合其加熱方式分析可以分為內(nèi)熱式以及外熱式兩種類型。
內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)碳化爐主要應(yīng)用于煤基活性炭的碳化過程中,也是現(xiàn)階段我國活性炭生產(chǎn)廠家中應(yīng)用較為主要的碳化設(shè)備。內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)碳化爐主要是利用犧牲部分原料為碳化提供能源,導(dǎo)致其碳化得率不高,無法提升整體產(chǎn)能。外熱式回轉(zhuǎn)碳化爐是在原料煤在碳化過程中產(chǎn)生的一些揮發(fā)作為其主要的能源來源,具有一定的節(jié)能效果,在生產(chǎn)中其產(chǎn)生的尾氣量也相對較少,便于回收應(yīng)用。其具有多倉式的結(jié)構(gòu)特征,可以有效的增加外熱類型碳化爐的處理能力。
1.3.2 活化設(shè)備
活化主要是利用水蒸氣、氧化等活化氣體以及碳產(chǎn)生氧化還原反應(yīng),將原有閉塞孔開放,可以擴大其原有的孔隙,這也是生產(chǎn)活性炭重要流程?,F(xiàn)階段,主要應(yīng)用的設(shè)備主要有斯列普爐和多膛爐。
我國是較大的煤基活性炭生產(chǎn)國以及出口國,對于世界活性炭市場的影響較大,但我國活性炭生產(chǎn)企業(yè)較少,經(jīng)濟實力不佳,缺乏足夠的技術(shù)力量支撐,沒有充分凸顯自身的價值,也缺乏規(guī)模效應(yīng),僅僅利用自身的資源優(yōu)勢獲得經(jīng)濟效益,無法與大型的企業(yè)競爭。
隨著我國煤炭行業(yè)的優(yōu)化調(diào)整,現(xiàn)階段對于資源集中利用較為重視,煤炭資源集中化程度相對提升,這樣有效地推動了活性炭生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展,這對于市場環(huán)境的優(yōu)化以及持續(xù)發(fā)展有著積極的作用[3]。
隨著國內(nèi)活性炭生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展,一些大型的活性炭企業(yè)也應(yīng)用了現(xiàn)代化的生產(chǎn)設(shè)備,這些生產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用提升了物料輸送的效率,實現(xiàn)了自動化的控制與管理,對于企業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展有著積極的價值與作用。
基于應(yīng)用范圍的角度分析,我國產(chǎn)品主要集中在化工、軍事以及醫(yī)藥等領(lǐng)域,而隨著技術(shù)手段的逐漸成熟,現(xiàn)階段主要拓展到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域中,活性炭產(chǎn)品呈現(xiàn)高質(zhì)量的發(fā)展趨勢。
一些廠家通過對高質(zhì)量的活性炭產(chǎn)品研發(fā),帶動了企業(yè)的發(fā)展,我國的活性炭工業(yè)發(fā)展發(fā)展勢頭顯著,領(lǐng)域也在不斷地拓展[4]。
多數(shù)的生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)中始終貫穿節(jié)能減排的理念,在生產(chǎn)過程中通過余熱鍋爐、煙氣循環(huán)等方式實現(xiàn)資源的結(jié)余利用,通過二次燃燒等方式加強對有毒氣體的控制,可以在根本上降低污染,提升資源的利用效率。
我國活性炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,技術(shù)、設(shè)備以及工藝手段在不斷的提升,呈現(xiàn)規(guī)?;⒓s化以及產(chǎn)業(yè)化、現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢,隨著技術(shù)的發(fā)展與成熟,我國活性炭企業(yè)會利用自身的資源優(yōu)勢,凸顯規(guī)?;卣鳎@對于活性炭企業(yè)的持續(xù)發(fā)展來說有著積極的價值與意義。