活性炭生产工艺简介VIP

关于活性炭生产工艺简介第一页，共三十九页，2022年，8月28日活性炭的应用及发展过程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。第二页，共三十九页，2022年，8月28日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22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。第三页，共三十九页，2022年，8月28日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。从此以后，环境保护日益受到重视，政府的法令日趋严格，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模化生产，国内生产能力逐步提升至10000t/a；80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/a；2000年到2008年，生产能力持续增长，现已到每年20余万t。第四页，共三十九页，2022年，8月28日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。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。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。第五页，共三十九页，2022年，8月28日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图如下所示：第六页，共三十九页，2022年，8月28日活性炭生产工艺流程图第七页，共三十九页，2022年，8月28日第八页，共三十九页，2022年，8月28日活性炭分公司二分区工艺流程图第九页，共三十九页，2022年，8月28日②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总之，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。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。第十三页，共三十九页，2022年，8月28日黏合剂的要求①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。② 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。③具有粘结性，在工艺过程中能使基质结合成整体颗粒，并赋予较高的机械强度。④ 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。第十四页，共三十九页，2022年，8月28日物料磨粉过程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。第十六页，共三十九页，2022年，8月28日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：70℃—90℃混捏时间：15分钟到20分钟第十七页，共三十九页，2022年，8月28日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。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，没有预压装置，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。。第十八页，共三十九页，2022年，8月28日炭化主要目的（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。第二十页，共三十九页，2022年，8月28日炭化温度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。第二十一页，共三十九页，2022年，8月28日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。第二十二页，共三十九页，2022年，8月28日内热式回转炉炭化工艺流程第二十三页，共三十九页，2022年，8月28日炭化工艺流程（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200℃的预热干燥阶段，进入350-550℃的炭化阶段，在这个过程中，炭粒与热气流接触而进行炭化，排出水分及挥发分，最后经卸料口卸出。（2）气体流程：炉尾尾气在燃烧室中燃烧后，一部分尾气返回到炉头，进入滚筒与逆流而来的炭粒直接接触进行炭化；另外一部分进入余热锅炉进行换热，换热后的烟道气从烟筒排出。余热锅炉产生的蒸汽部分送到活化工序和换热站，部分返回炉头与尾气混合后进入炭化炉。第二十四页，共三十九页，2022年，8月28日活化赋予炭颗粒活性，使炭形成多孔的微晶结构，具有发达的表面积的过程称为活化过程。活化方法通常有三种，即化学药品活化法、物理化学联合活化法和物理活化法（1）化学药品活化法即将含碳原料与化学药品活化剂混捏，然后炭化、活化制取活性炭。药品有ZnCl2,H3PO4,K2SO4及K2S等。（2）物理化学联合活化法一般先进行化学药品活化，然后进行物理活化。由物理活化法特别是用水蒸气活化制成的产品，微孔发达，对气相物质有很好的吸附力，当然也可以通过控制炭的活化程度而用于液相吸附；由化学药品活化法制得的活性炭次微孔发达，多用于液相吸附。（3）物理活化法（气体活化法）在活化过程中通入气体活化剂如二氧化碳，水蒸气，空气等。第二十五页，共三十九页，2022年，8月28日影响气体活化的主要因素(1)活化剂种类对活化过程的影响炭的气化燃烧反应的相对速度(800℃,10.1KPa)在相同的温度下，不同的活化剂化学性质不同，它与炭的反应速度也不同。从上表中可以看出空气、水蒸气和二氧化碳活化的相对速度对比。如炭和氧的反应速度较快，活化温度只需600℃左右即可；而用水蒸气则需800-950℃。由于水蒸气能充分地扩散到炭的微孔内，使活化反应能在整个炭颗粒内均匀进行，所以得到比表面积大、吸附能力强的活性炭。总的认为，CO2和水蒸汽作为活化剂活化的效果较好。第二十七页，共三十九页，2022年，8月28日（2）

原料煤性质的影响不同的煤种，含碳量、含氧量、含氢量不同，灰分、挥发分不同，煤化学结构不同，炭化后得到的半焦特性也不同。在一定温度下，对活化剂反应的速率也不尽相同。因此，原料煤不同选用的活化生产工艺略有不同。无烟煤为原料的活化温度可比烟煤的活化温度高20-30℃。(3)炭化温度的影响煤的炭化温度直接影响炭化料的孔隙结构和强度，即影响半焦的性质，尤其是最终温度。炭化终温过高，会造成炭化料表面收缩形成易石墨化炭层，造成活化难度增加。第二十八页，共三十九页，2022年，8月28日活化炉简介588型斯列普活化炉588型斯列普活化炉炉体为长方形体，长×宽×高=14678×10594×1320外墙370mm红砖砌成，内衬350mm耐火粘土砖，红墙与内衬耐火砖之间充硅酸铝纤维毡40mm，隔热保温。炉膛正中间用464mm厚的耐火粘土砖墙将炉分成左右半炉。全炉可装入炭化料50t左右。炉墙和炉膛之间有烟道（一般称为侧烟道），烟道被盖板砖分成上近烟上远烟道，中部烟道，下远烟道，下近烟道。为保证可燃气体在烟道内充分燃烧，以维持活化炉温度，在上远烟道、中部烟道、下远烟道上设有空气配风口，以便从外部通入适量空气。在活化炉下部，两个半炉由下连烟道（燃烧室）连通，并设有进风口。两个上连烟道分别将两个半炉与两个蓄热室连通，上连烟道顶部同样设有进风口。为了检修方便，在炉体上设有12个人孔，人孔砌筑在盖板砖上面。在孔的位置上设有热电偶和观察孔，在下远烟道上设有测压管。活化炉还配有蓄热室，水封，出料器，供风系统，冷却系统，尾气回收装置等。第三十二页，共三十九页，2022年，8月28日活化炉本体自上而下分为四个带，分别为预热带、补充炭化带、活化带和冷却带。①预热带，由普通耐火粘土砖砌成，高为1632mm左右。卸料容积35m3，可装炭化料22t左右。它的作用：①装入足够的炭化料，以便活化炉的定时加料操作；预热炭化料，使其缓慢升温。②补充炭化带，由特异形耐火砖砌成，高1230mm。在这里炭化料与活化剂不直接触，靠高温气流加热异形砖而将热量辐射给炭化料，使其补充炭化。③活化带，由60层特异形耐火粘土砖叠成，高6.0m。在活化带炭化料与活化剂直接接活化，活化剂通过气道扩散渗入炭层中，与炭发生一系列化学反应，使炭形成发达的孔结构和巨大的比表面积。④冷却带，也是由特异形耐火粘土砖叠成，高为1330mm。在冷却带炭不再与炉气接触是高温炭材料逐步降温冷却，以免卸出炉外的炭料在高温下与空气发生燃烧反应而影响炭的质量和活化得率。第三十三页，共三十九页，2022年，8月28日336型斯列普活化炉336型斯列普活化炉外型尺寸为10250×9572×11452（长×宽×高）。其中，预热带高度为1564mm，补充炭化带高度为1030mm，活化带高度为4500mm，冷却带高度为

1650mm。预热炭化带可装填炭化料23.0吨左右。336型斯列普活化炉的主要结构同588型斯列普活化炉相同，只是产品道数量和尺寸上存在差异。第三十四页，共三十九页，2022年，8月28日斯列普活化炉示意图第三十五页，共三十九页，2022年，8月28日工艺标