活性炭生产工艺简介

1、活性炭的专业生产工艺，活性炭的应用和发展过程，活性炭是一种多孔人工碳吸附剂，由含碳物质碳化和活化而成。它具有发达的孔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。活性炭作为一种人造材料，发明于1900年至1901年。其发明者是拉费尔国王霍斯特利特柯，他通过化学活化和物理活化制造活性炭，并获得专利。1911年，蒙高德博士在维也纳附近的一家工厂首次实现了活性炭的工业化生产。当时，产品是粉末活性炭，这是世界上第一个工业生产工厂。回顾世界活性炭的发展历史，有两大事件推动了活性炭的发展。一是化学武器在第一次世界大战中的应用；第二，1927年，芝加哥自来水厂发生了饮用水恶臭。1914年，第一次世

2、界大战在欧洲爆发。1915年4月22日，德国军队在欧洲战场的伊普范河上使用了毒气；5月18日，毒气在华沙附近的鲁夫卡河上被释放给俄罗斯军队。1915年在比利时，德国人用6000个钢瓶释放了180000公斤氯气，导致15000多名士兵受伤，其中约5000人死亡。如果你有长矛，你会发明盾牌；如果你有化学气体，你会发明反病毒武器。两周后，军事科学家发明了防止氯气的武器。他们给前线的每个士兵一个特殊的面具，里面有浸泡在硫代硫酸钠和碳酸钠溶液中的棉花。这两种药物具有除氯作用，并能起到保护作用。然而，如果敌人使用第二种毒气，这个面具就没用了。这也是事实。不到一年后，双方已经使用了数十种不同的化学气体，包括

3、介子气体和氢氰酸化合物。因此，人们一直在寻找一种能使任何有毒气体失去毒性的物质。科学家在1915年发现了百灵鸟的解毒剂。它是活性炭。到1917年，活性炭被安装在战争双方的防毒面具中，这大大减少了有毒气体对战争中士兵的伤害。德国在第二次世界大战中首次使用介子气体，引发了毒气战。人们开始寻找避免被毒气攻击的方法，活性炭因其高效的防毒气作用而被广泛应用于战争中。这刺激了全世界活性炭的研究和生产。1927年，美国芝加哥自来水厂出现了自来水的臭味。这是由于用于原水消毒的苯酚和氯气的气味。后来，德国等地的自来水厂也发生了类似的事件，这些事件都是通过活性炭处理解决的。此后，环境保护越来越受到重视，政府的法律

4、法规也越来越严格。它不仅被广泛应用于水净化，还被广泛应用于其他领域。因此，活性炭已进入全面发展阶段。20世纪50年代以前，我国没有进口30-50t活性炭的加工企业；活性炭。从20世纪50年代到1981年，国内活性炭开始投放市场，特别是1966年，苏联引进Slip活化炉后，进行了大规模生产，国内生产能力逐渐提高到10000t/a；从20世纪80年代末到90年代末，进入改革开放后，中国开始建设大量的活性炭厂，其规模也迅速发展。生产能力从10万吨/年逐步提高到12万吨/年；从2000年到2008年，生产能力持续增长，现已达到每年20多万吨。褐煤、烟煤和无烟煤可以用作活性炭的原料。我国煤基活性炭的原料

5、主要使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(特别是八层煤和十一层煤)，被山西活性炭企业广泛用于加工制造原煤碎活性炭。(2)无烟煤：宁夏太西煤灰分低、硫分低、含碳量高、化学活性好。生产过程中，以太西无烟煤为主要原料的合格原煤被粉碎至一定细度(一般为200目)，然后在捏合设备中与适量的粘结剂(一般为煤焦油)混合，然后在一定压力下挤压成一定直径的碳条模具。碳带经过碳化、活化、筛选和包装，制成成品活性炭。工艺框图如下：(1)活性炭生产工艺流程图，活性炭分公司第2分部工艺流程图，原料，1)原煤要求，2)配煤，3)粘结剂要求，

6、原煤要求；湿煤中的水分对活性炭生产有一定的影响，水分过多不仅不利于煤的粉碎和筛分，还会增加能耗和生产成本。褐煤内部水分含量最高，其次是无烟煤，中等变质程度的烟煤内部水分含量最低。目前，我们要求无烟煤的含水量低于5%。粉煤灰的高灰分会降低煤的热值，影响炭化物和活性炭产品的机械强度，影响活性炭的孔结构，降低活性炭产品的吸附能力，增加活性炭产品中的杂质，限制煤基活性炭的应用领域。但是，一些矿物质，如氧化钙、氧化镁、氧化铁、K2O和Na2O，可以催化煤中碳和水蒸气的反应，加快反应速度，提高活化炉的产量。一般情况下，灰分6%。目前，原煤灰分3%。挥发分无烟煤的挥发分含量最低。挥发分含量过高，容易结焦，堵

7、塞产品通道；太低，无法提供足够的燃料进行激活。目前，需要7-8%的挥发性物质。(4)高反应性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和吸附性能的好方法。单煤的炼焦特性及其在配煤中的作用肥煤：肥煤属于中变质煤，挥发份范围广，胶层厚度大于25毫米。当加热时，它产生大量的胶体，具有高流动性和良好的热稳定性。有机物在260左右开始分解。肥煤具有很强的粘结能力，能很好地将煤粉颗粒粘结在一起，形成具有良好机械强度的碳颗粒，是配煤的重要组成部分。然而，高挥发分肥煤的炼焦性能较差，因此在选择肥煤作为配煤时，应充分考虑肥煤的粘结能力、挥发分和炼焦性能。弱粘结性煤：弱粘结性煤是一种还原程

8、度弱、变质程度低至中等的煤。加热时，产生的胶体较少，结焦性能较好。选择弱粘结性煤和粘结剂(煤焦油)在特定工艺条件下制备柱状活性炭作为催化剂载体，已成为我国的现实。炼焦煤：炼焦煤具有中等的挥发分和中等的胶体层厚度，受热时能形成热稳定性好的胶体。结焦性能良好。炼焦煤可以提高配煤中固体物料干馏的机械强度。炼焦工业可以获得大块、少裂纹、高机械强度和耐磨性的焦炭。目前，还没有关于用炼焦煤生产活性炭的报道。随着活性炭制造研究工作的深入，炼焦煤作为混煤将用于活性炭制造行业。通过研究发现，在相同的生产工艺基本条件下，煤基活性炭的孔结构类型主要由煤本身的性质决定：褐煤生产的活性炭碘值不高，但孔容较高，说明褐煤生

9、产的活性炭具有许多中孔和大孔，这种活性炭具有较强的脱色能力，在一些液相应用中具有良好的实际应用效果；以不粘煤和弱粘煤为原料生产的活性炭具有良好的中孔性，适用于生产液相吸附净化用活性炭总之，配煤是改善活性炭产品孔结构和吸附性能的好方法。但是，如何配煤要因地制宜，配煤的煤种和配比要根据活性炭产品的孔结构和吸附性能的要求来确定，不能盲目照搬，否则就达不到提高活性炭性能、降低生产成本的目的。需要指出的是，配煤技术不能大幅度提高活性炭的吸附性能，只能在一定范围内提高活性炭的吸附性能，降低生产成本。高吸附性能活性炭产品的生产应采用催化活化、岩相分析等先进新技术。粘结剂要求：高含碳量，热解时焦炭率高，最终能

10、形成活性炭本身的一部分并起到骨架作用。具有一定的流变性能，对基体颗粒润湿性好，与基体混合后具有可塑性，有利于将基体原料加工成颗粒状物质。(3)具有粘结性，可将基体结合成整体颗粒，赋予其较高的机械强度。(4)有助于在活性炭颗粒内部形成初始孔隙，对加工过程没有不利影响，从而起到造孔作用。最重要的是渗透和结合。粘合剂有很多种。目前，煤基柱状活性炭生产中常用的粘合剂主要有煤焦油、木质素磺酸钠、纸浆废液和淀粉溶液等。考虑到粘合剂的来源，煤焦油通常用作粘合剂。与生产的产品质量相比，煤焦油是最适合生产煤基成型活性炭的粘合剂。我们使用煤焦油作为粘结剂，要求其沥青含量50%，含水量5%，粘度好。水分含量不容易太

11、高，因为太多的水分会影响碳带的强度。粉碎原煤(200目，95%通过)的目的是预氧化煤，增加其表面积并使其易于活化。氧化对煤的碳化和随后的活性炭生产有很大影响。煤的氧化降低了煤受热时的流动性，增加了碳化材料的微孔体积。煤的预氧化使炭化物具有极高的微孔，有利于制备高质量的活性炭。例如，未经预氧化直接活化的太西原煤，在930下进行3小时的活化试验，其I2值约为530 mg/g。然而，采用预氧化工艺，在相同的活化条件下活化3小时后，柱状炭化颗粒的I2值大于1000mg/g。物料粉碎过程中，物料由提升机送入储料斗，再由振动给料机均匀定量送入主机粉碎室进行粉碎。磨碎的粉末被风扇的气流带走，并由分级机分级。

12、符合细度的粉末随气流进入旋风收集器进行分离收集，然后通过出粉管排出，得到成品粉末。气流被旋风收集器上端的回气管吸入引风机。机器的整个气流系统是封闭的，并在负压下循环。在磨机中，由于被磨物料中含有一定的水分，研磨过程中产生的热量导致磨机中气体的蒸发和膨胀，从而改变空气流量，整机所有管道的连接处密封不严，外部气体被吸入，增加了循环气流的风量。因此，通过调节风扇和主机之间的排气管来实现气流平衡。将过量气体引入袋式过滤器，收集过量气体带来的微粉，并净化和排放过量气体。捏合的目的是将固体煤粉和液体煤焦油充分混合，赋予混合物塑性和流动性，使煤粉的细颗粒被煤焦油充分均匀地填充和包裹，碳化后形成碳骨架。焦油温

13、度：90，捏合温度：70-90，捏合时间：15分钟-20分钟，挤出成型，成型的目的是获得碳单缸液压机(第二隔板)的装载和压制是间歇进行的，并且汽缸充满煤膏，然后加压。没有预压装置，所以煤膏的压缩时间短。煤膏的工作压力为180-220kgf/cm2(17.6-21.6MPa)。双缸液压成型机(一个隔板)的加载和压制可以分别在两个缸中同时进行。当一个气缸被预压时，另一个气缸给煤膏加压。煤膏压制时间长，挤压条密度高，操作容易实现自动化。碳化是活性炭生产中主要的热处理工艺之一。在碳化过程中，由于原材料的高温分解，大多数非碳元素氢和氧首先以气体的形式被消除，而释放的元素碳原子被结合成有序的结晶产物，通常

14、称为碱性石墨微晶。严格来说，碳化应在隔绝空气的条件下进行。碳化是指煤和煤焦油在低温(约500)下的热分解和固化，以及煤焦油中低分子物质的挥发。碳化的主要目的是(1)消除成型材料中的挥发性物质和水分；(2)提高碳化材料的强度，煤焦油中的沥青组分形成基本骨架；(3)使碳颗粒形成初生孔隙。碳化温度和碳化温度直接影响碳化材料的孔结构和强度。如果温度过低，碳化产物不能形成足够的机械强度，而如果温度过高，碳化产物中的石墨微晶将有序变化，减小微晶间的间隙，影响活化造孔过程。当无烟煤受热时，碳化产物中的石墨化组分占主导地位。无烟煤对最终炭化温度非常敏感，当温度升高时开始收缩，导致炭化初期形成的微孔体积显著减少

15、。例如，由于炭化炉尾部的火焰，炭化材料形成孔隙现象，这使得炭化材料坚硬且易于石墨化，并且难以活化。碳化温度对碳化材料的初始成孔有很大影响。根据炭化过程中温度的影响，太西煤的炭化升温速率应控制在15-20/min的范围内。高升温速率会使更多的焦油和气体从物料中沉淀出来，降低碳化物料的产率。当升温速率降低时，物料在低温区被长时间加热，热解反应选择性强。材料分子中的弱键被初始热解破坏，发生平行和顺序的热缩聚反应，形成具有较高热稳定性的结构，从而降低高温热分解产物的挥发产率，获得较高的固体碳化产物产率。(我们通常所说的碳化温度是指转炉的中间温度，但中间温度不是最终的碳化温度。碳化的最终温度实际上是排放

16、口的温度，这最终影响碳化材料的质量。碳化不仅决定了最终产品的机械强度等级，还决定了最终产品的孔结构特征和常规吸附性能指标等级。(1)物料流动：成型后的颗粒被输送机提升直接加入到转炉的进料室，在重力作用下落入滚筒内，沿滚筒内的螺旋运动被带到抄板，物料通过滚筒的倾斜和旋转从炉尾向炉头运动。物料首先经过200的预热干燥阶段，然后在350-550进入碳化阶段。在该过程中，碳颗粒通过与热空气流接触而碳化，水分和挥发性物质被排出，并最终通过排出口排出。(2)气流：炉膛尾气在燃烧室中燃烧后，一部分尾气返回炉头，进入滚筒与来自逆流的碳粒直接接触进行碳化；另一部分进入余热锅炉(2)物理-化学联合活化法一般先活化化学物质，再进行物理活化。物理活化法，特别是蒸汽活化法制备的产品，具有发达的微孔和良好的气相物质吸附能力。当然，它们也可用于液相吸附，通过控制活性炭的活化程度，用化学活化法制备的活性炭已形成微孔，主要用于液相吸附。(3)物理活化法(气体活化法)在活化过程中引入二氧化碳、水蒸气和空气等气体活化剂。活化反应最终通过以下三个阶段达到活化造孔的目的：第一阶段：打开原来封闭的孔隙。也就是说，在高温下，活化气体首先与无序碳原子和杂原子反应，打开在