活性炭制造工艺(共5页).docx

精选优质文档-倾情为你奉上我国及世界范围内活性炭的生产情况（数据来源2000年-2002年）1. 世界主要活性炭产地是美国、中国、日本、东南亚地区及西欧等。2. 改革开放以来，我国活性炭生产进入高速发展时期，产量由改革开放初期的1万余吨增加到目前（2002年）的10万吨以上，总产量己超过日本仅次于美国，是世界第二大活性炭生产国。同时，我国生产的活性炭约60%出口，是世界第一大活性炭出口国，我国活性炭产品出口四十多个国家和地区。3. 我国产量最大的煤基活性炭产品主要采用物理活化法生产。4. 世界上活性炭最大消费国美国，预计需求量将以每年5%的速度增长，价格也以每年5%-8%的速度上涨，其中，性能优异的活性炭产品市场需求还将以更高速度增长。据专家预测，在未来几年内，国际活性炭市场上需求量增长速度较快的产品是:高档溶剂回收炭、汽车回收汽油炭、烟气净化专用炭及家庭饮用水处理炭。5. 活性炭领域的大公司有Calgon,Westva，Norit。Norit公司拥有重金属回收用活性炭，Calgon公司拥有Centau系列活性炭。6. 北京煤化学研究所活性炭研究室是专门从事煤基活性炭生产技术及产品开发的国家级研究机构。近几年来，根据国际活性炭市场需求，以国内煤炭、果壳和木材为原料，经过多年潜心研究，开发成功了多种国际市场上畅销的活性炭新产品。1 汽车回收汽油用活性炭：为防止汽油挥发而浪费燃料和污染环境，发达国家汽车上一般要安装装填活性炭的炭罐。所用活性炭不仅要求吸附性能好，而且要求有较好的脱附性能，一般用丁烷工作空量BWC表示其性能优劣，要求BWC>9(g1100ml)。国内用常规方法生产的优质活性炭BWC只有6左右，难以满足国外汽车使用要求。2 大颗粒活性炭：随着活性炭领域的不断扩大，一些新的应用领域要求活性炭有较大的粒度，以减少由于由于活性炭颗粒小而造成的床层压降。用常规方法生产的大颗粒吸附性能、催化性能及强度难于同时满足使用要求。我们根据中国煤质资源特点，以年青煤为原料生产出直径大于8mm的大颗粒活性炭，其性能达到国际先进水平。3 烟气脱硫用活性炭：随着环保要求的提高，烟气脱硫技术应用越来越普遍。采用活性炭脱硫的烟气脱硫技术.由于脱硫效率高，且能同时脱硝，已引起越来越广泛的关注。德国、日本已建成数套工业装置，烟气脱硫用活性炭需求量逐年增加。北京煤化学研究所借鉴国外先进的生产工艺，在国内首次工业生产出硫容量高、强度好的优质烟气脱硫用活性炭。4 低比表面积、低成本活性炭：随着环保要求提高，市场上需要一种低比表面、低成本的用于废水、废气和土坡改良的活性炭，如用常规方法生产。成本高，用户难以接受。北京煤化学研究所开发的新工艺使这一产品生产成本大幅度降低，广泛应用成为可能.这一方法为国内首创，已申报发明专利。5 高比表面积、高亚甲蓝活性炭：由于应用领域的扩大及对活性炭吸附性能要求的提高，高比表面积、高亚甲蓝活性炭也是目前市场上畅销的一种新产品，北京煤化学研究所采用新型催化活化技术生产出比表面积>1500m2龟，亚甲9>300m吮、强度>85%的优质煤基活性炭，此种活性炭产品用斯列普炉就可以生产。6 压块破碎活性炭：压块破碎活性炭是一种不用焦油等粘结剂生产的一中孔发达的高档活性炭产品，该产品具有吸附性能好、堆积重高及漂浮率低等特点，是国际市场上畅销的活性炭产品之一。北京煤化学研究所从90年代初就开始研究压块破碎活性炭生产技术，在国内率先成功进行了工业试验，并批量生产，该产品全部出口。 7在活性炭生产技术方面，工业发达国家普遍采用了原料预处理技术、产品后处理技术及催化活化生产技术，这些技术不仅使活性炭产品性能有大幅度提高，而且使活性炭产品种类多样化，生产出许多性能优异，具有特殊功能和用途的活性炭产品。原料预处理主要是指对原料煤进行深度脱灰、预氧化、预炭化等处理，通过改善提高活性炭生产用原料煤质量及性能，达到提高活性炭产品质量和吸附性能的目的。产品后处理技术主要指酸洗脱灰、浸溃金属化合物及成型加工等，通过这些特殊处理使活性炭产品具有特殊的功能和用途。催化活化是在活性炭的炭化、活化生产过程中加入催化剂，改变活性炭成孔机理，提高活性炭产品吸附性能，降低生产成本。8 目前制备活性炭的原料越来越来广泛，从木屑、木炭、煤、石油、沥青、泥煤为原料，到近年来，利用农林副产物、纸浆废液以及许多含碳的工业废料。活性炭制备现状1化学活化法化学活化法是把化学药品加入原料中，然后在惰性气体介质中加热，同时进行炭化和活化的一种方法，通常采用锯屑等植物性原料药品活化法有三大缺点： 对设备腐蚀性很大； 污染环境；活性炭中残留有化学药品活化剂，应用方面受到限制11氯化锌法氯化锌法制造工艺为在原料中加人重量是原料054倍、比重为18左右的浓氯化锌溶液并进行混合，让氯化锌浸渍，然后在回转炉中隔绝空气加热600-700 ，由于氯化锌的脱水作用，原料里的氢和氧主要以水蒸气的形式放出，形成多孔性结构发达的炭。1.2 磷酸法磷酸活化原则上是将精细粉碎的原料与磷酸溶液混合，接着混合物被烘干，并在转炉内加热到400600 ，众所熟知的工艺过程是在较高的温度下(1100 )进行的1.3 以碱为活化剂的化学活化法近来，以氢氧化钾等碱性活化剂的化学活化法引人注目将煤焦与氢氧化钾混合，在氩气流中进行低温、高温二次热处理，制得比表面积为2 918 平米克的活性炭选用经一次炭化核桃壳或石油焦，加入1 5倍氢氧化钾，充分混合，系统通氮气保护，低温脱水，高温活化，可制得高比表面积活性炭。美国Standard Oil公司于19711974的4年中申请了五篇用石油焦制备活性炭的专利，其要点为：用硝酸将石油焦氧化成石油焦酸，然后在不同的工艺条件下用过量的氢氧化钾活化，制得比表面积在1 000-2 600 m g的活性炭这种活化方法收率低，工艺繁琐复杂，物料处理困难，未能在工业上应用因此该公司又于1978年公开了用3倍量的氢氧化钾在850 活化石油焦的专利日本Kansal Coke and Chemicals公司在800 减压条件下用3倍量的氢氧化钾直接活化石油焦制得 比表面>3 000 平米 克的活性炭。1.2 气体活化法气体活化法是把原料炭化以后，用水蒸气、二氧化碳、空气、烟道气等，在6001 200 下进行活化的方法它的主要工序为炭化和活化，炭化就是将原料加热，预先除去其中的挥发成分，制成适合于下一步活化用的炭化料炭化过程分为400 以下的一次分解反应，400700 的氧键断裂反应，7001 000 的脱氧反应等三个反应阶段，原料无论是链状分子物质还是芳香族分子物质，经过上述三个反应阶段获得缩合苯环平面状分子而形成三向网状结构的炭化物。炭化物的吸附能力低，这是由于炭中含有一部分碳氢化合物、细孔容积小以及细孔被堵塞等原因所致活化阶段通常由在大约900 下，把炭暴露于氧化性气体介质中，进行处理而构成活化的第一阶段，除去被吸附质并使被堵塞的细孔开放；进一步活化，使原来的细孔和通路扩大；随后，由于碳质结构反应性能高的部分的选择性氧化而形成微孔组织。1.2.1 微波加热法制活性炭含碳原料在600 以上的温度下进行预热处理，与水蒸气、二氧化碳、含氧气体或活化产生的气体接触，以微波直接加热，即可完成活化但由通常活化方法能制得活性炭的煤类、石油类、木质类等原料，想用微波加热到完全活化温度是不可能的例如煤、沥青、木材等原料，若照射微波，最初因水分发热，温度可达100 左右，然后当水分蒸发完 ，发热极小，要升温到100 以上，或不可能或需很长的时间1.2.2 活性炭微波加热蒸汽活化法微波加热蒸汽活化法能使活性炭内部表面积显著扩大具体过程为：先将原料制成一定粒度和比重，通入水蒸气充分搅拌，使其均匀湿润，根据毛细管现象，植物纤维素原料的各纤维间的微孔中存在着游离水分，从而使原料湿润膨胀，然后，以这些游离水分为电解质，用微波放射，游离水分急剧蒸发，产生蒸汽压，从原料内部向外爆发性压出如此急剧作用，使纤维间的空间扩大，同时急剧干燥，并产生无数龟裂，原料的多孔结构更为显著，内部表面积进一步扩大再连续干馏炭化，同时通以蒸汽，蒸汽不断地流到原料的多孔和龟裂的地方，抑制和排除 碳化氢的固着，直至炭化完毕，能很好地保持其多孔结构。1.3药品活化和气体活化的配合使用气体活化和药品活化有时还配合起来使用对受过药品活化处理的炭，进一步进行水蒸气活化，有时能制造出特殊细孔分布的产品，并使幅度很广的细孔数增加用活性炭处理含有会堵塞炭的细孔的那样物质的气体时，例如，用粒状活性炭从城市煤气中吸附除去苯时，活性炭的细孔被城市煤气中的二烯烃堵塞而迅速老化为制造这种情况下能使用的活性炭，曾应用过这种配合使用的活化方法勒吉公司的苯佐尔邦牌活性炭就是有代表性的这类活性炭。1.4 连续炭化活化法用比较简单的流动加热炉连续进行炭化和限制氧化活化的活性炭生产方法，并且操作省工、产品质量较好该方法特点是：把含水率调整到l5 30 的活性炭原料，连续地送入流动加热炉，同时由炉底鼓入适量的空气，使炉内进行炭化和限制氧化活化，在原料入炉前到载入炉时，仅向炉内送入少量火种，加上从炉的下部鼓入适量空气，促使原料部分燃烧，以便加热原料本身炉内温度和炭化速度靠鼓入空气量和投料量进行调整鼓风除用于原料部分燃烧和加热外，还用于使炭化过程中的粒子流态化和连续不断进行的活化反应中。15流化床一步法制造活性炭流化床一步法制造活性炭上是近年来发展的煤制活性炭新工艺该法将原料筛分后直接送入流化床，在初始流化速度下炭化和活化，活化温度和活化气体分布均匀，可有效地活化反应原料既可处理粉状原料也可处理粒状原料，生产工艺还简单，受到了高度重视英国国家煤炭局采用该法生产无烟煤活性炭已投入商业运行但单段流化床一般适合间歇操作，连续操作活化不均匀田崎米四研究表明，流化床段数的增加，可使连续操作与间歇操作收到相同的活化产品但该工艺制造成型活性炭时磨损严重，如把粉煤细粒子与成型原料混合活化，磨损可大大减轻，可同时制取粉状和粒状活性炭工艺比加入惰性细粒子简单，设备生产能力也大1.6 快速炭化活化法研究者认为，利用快速热解工艺可以生产廉价的活性炭，这种活性炭有良好的吸附性能，使用后不需再生，可直接用作气化原料已有的实验研究结果表明快速热解可显著提高活性炭比表面积，在快速热解过程中引入高温水蒸气介质，对活性炭表面结构有显著影响邱介山等用落下床辐射炉，以碳酸钾为催化剂，探讨黄县褐煤在水蒸气介质中催化快速炭化生产活性炭的可能性结果表明：实验中所得活性炭的空隙结构指标和吸附性能指标已达到或接近某些市售活性炭的水平1.7褐煤半焦压块活化工艺目前褐煤制活性炭应用较为普遍的是褐煤半焦压块活化工艺这种工艺首先将褐煤炭化，然后将半焦粉碎至01mm以下，加入沥青粘结剂成型压块，粉碎压块后加入活化炉活化，经筛分或磨细可制得粒状或粉状活性炭澳大利亚和欧洲采用的都是这种工艺1.8 其它的生产方法张双全等探讨了以硝酸盐为主的氧化性复合催化剂制备煤基活性炭的新工艺，利用该催化剂将催化和氧化统一起来结果表明，硝酸钡的活性差，不宜作为催化剂使用；钾化合物是制造活性炭的良好催化剂；助催化剂磷在活性炭空隙结构发展上起着重要的作用；原料中的灰分对催化剂效能的发挥起阻碍作用；实验的复合催化剂可以提高活化反应速度l倍以上，在相同烧失率时获得较高的吸附性能，或在相同的烧失率时提高活化得率，从而降低活性炭的生产成本澳大利亚Robert将20氢氧化钾溶液7075 ml与干燥原煤或酸洗煤20 g混成凝胶膏状，用压塑机压制出直径6 mm的煤段，干燥后直径变为3 mm，坚硬，然后在900 氮气保护下馏16 h，干馏炭用稀酸浸提回收钾盐后制得产品原煤活性炭表面积为l 340 m g，酸洗煤活性炭的为l 500 平米g在美国也开发类似工艺，但氢氧化钾用量更大，制得粉状活性炭表面积高达3 000 平米 g但是在美国将原料褐煤及次烟煤用稀酸(如磷酸)处理，处理目的主要不是浸出矿物质，而是使煤中的一些成分交联，然后直接压块活化制造活性炭，产量和活性都大大提高2活性炭制备的发展趋势21活性炭原料方面传统的活性炭制备多以木材、木炭、木屑、椰子壳、果核等为原料，随着社会环保意识的增强，尤其是1998年发生在长江、松花江、嫩江流域的特大洪水使人们已切身体会到生态恶化对民族生存和可持续发展的巨大负面影响，国家迅速对自然林禁伐致使木材、木炭的来源萎缩，即制备活性炭的原料受到极大地限制，价格也呈上涨趋势，在此形势下，利用切实可行的新工艺，以矿物质原料代替生物质原料制备活性炭具有重大的前途和意义22活性炭制备方法由于活性炭原料的广泛性，同时，同一材质也因地理环境、自然条件的不同而不同，有时成分差异很大，如用同一种制备方法，使活性炭的质量以及材料的最大利用率受到极大限制因此，今后活性炭的制备将在传统的制备基础上朝着多样化、新颖性、针对性发展随着活性炭新的应用领域的出现以及对性能更好的新产品的需求，开发节能、高效新工艺、新设备、提高产品质量、降低生产成本成为活性炭行业的重要任务专心-专注-专业