王小寧

（國家能源集團新疆能源有限責任公司活性炭分公司，新疆烏魯木齊 830000）

煤炭屬于一次能源，是煤炭加工的關(guān)鍵，在我國廣泛運用，其技術(shù)要求和附加值都比較低。煤基活性炭是優(yōu)質(zhì)煤炭的關(guān)鍵原料，能夠產(chǎn)生高附加值產(chǎn)品，有著較高的技術(shù)含量。煤基活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)比較多，有著良好的物理化學性及吸附性，在眾多領(lǐng)域都有一定的運用。

1 煤基活性炭生產(chǎn)原理

在進行煤基活性炭生產(chǎn)時，關(guān)鍵步驟涉及備煤、成形及碳化等。結(jié)合實際的活化方式，可對其生產(chǎn)過程進行劃分，依次是物理、化學及二者相結(jié)合的方式。對于物理活化方式，通常是借助水蒸氣等，基于高溫和碳化條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，以此開展活化處理，并釋放一定的二氧化碳氣體等，然后借助炭燒失達到造孔目的。對于化學活化來說，主要借助化學試劑開展處理，與原料開展混合，以實現(xiàn)碳化和活化處理，利用回收化學藥品等開展一系列操作。利用化學活化法生產(chǎn)的產(chǎn)品，其表面積通常比較大，然而借助該方法會導(dǎo)致設(shè)備被腐蝕，甚至在產(chǎn)品中還會存在活化劑，要對其開展全面清洗，如此不但會提高成本，還會導(dǎo)致較大的污染現(xiàn)象，所以該方式被淘汰?，F(xiàn)階段的煤基活性炭處理中，常采取物理活化方式完成。

2 煤基活性炭生產(chǎn)設(shè)備

2.1 捏合成型設(shè)備

煤粉及黏結(jié)劑與水進行全面混合，保證原料的成形效果，這對活性炭成型尤為重要。大部分廠家會通過間歇式捏合機完成，并借助常壓蒸汽加熱的形式。該捏合方式可以讓物料完全混合，可以較好地掌控捏合效果，但還有很多不足之處。因為間歇操作，所以其處理能力不高；同時設(shè)備的密封效果不好，在進行捏合時會導(dǎo)致很多煤粉溢出；在借助黏結(jié)劑焦油進行加熱時，會產(chǎn)生很多刺激性氣體，導(dǎo)致工作環(huán)境不佳；還要通過人工方式傳輸物料，這一過程中的工作強度非常大。

一些廠家對設(shè)備開展了優(yōu)化，借助連續(xù)式捏合機開展工作，讓物料在一端進入，借助攪拌槳進行反復(fù)攪拌，讓物料不斷前進，而后實現(xiàn)有效捏合，接著會在另一端排出。不管是進料、攪拌還是出料，整個過程都是連續(xù)完成的。該設(shè)備具有較好的密封效果，在活性炭行業(yè)有著普遍的運用。為確保物料捏合具備充裕的時間，其長度一般為3 m。從現(xiàn)階段新建廠家發(fā)展情況來看，主要借助連續(xù)式捏合設(shè)備進行工作，為了追求完美地捏合效果，有些廠家還采用兩至三臺設(shè)備串聯(lián)工作。

2.2 柱狀成型設(shè)備

（1）在現(xiàn)階段的成型設(shè)備中，四柱液壓機是比較普遍的，其中涉及主機等輔助設(shè)施。在物料進入壓缸后，利用主機可以促使壓頭不斷往下移動，在其擠壓之下，會促使物料擠壓成形，然后壓頭返回繼續(xù)開展擠壓。

（2）在大部分廠家中，都利用人工上料方式，而有些企業(yè)對進料方式開展了優(yōu)化，引入了前沿的成型設(shè)備，比如平模碾壓造粒機，主要是借助輥輪的擠壓，促使物料強制擠出，形成圓柱狀物料，借助刮刀切斷，從而生產(chǎn)出相應(yīng)的產(chǎn)品[1]。它屬于連續(xù)式成型設(shè)備，具備較強的生產(chǎn)能力，單臺產(chǎn)能最大值大約是3.5 t/h，常運用于規(guī)?；a(chǎn)中，并且是基于密封環(huán)境中實現(xiàn)的，其生產(chǎn)條件相對較好，工作強度不大。

（3）壓塊成型設(shè)備。實際發(fā)展過程中，干法輥壓造粒機有著普遍的運用，往往是借助外力讓物料強制通過輥輪間隙，接著對其開展輥壓成形。我國在有關(guān)方面的研究不多，運用時間比較晚，基于大型生產(chǎn)設(shè)備的出現(xiàn)，一些廠商開始對這類設(shè)備的運用重視起來，現(xiàn)階段有很多自主設(shè)備，每小時能夠生產(chǎn)7 t 左右。

2.3 碳化設(shè)備

對于碳化設(shè)備來說，主要借助回轉(zhuǎn)爐形式，它有兩種類型，一種是內(nèi)熱式碳化爐，另一種是外熱式碳化爐，在目前的企業(yè)中，前者有著普遍的運用。二者之間的差異體現(xiàn)在接觸方式的區(qū)別。內(nèi)熱式碳化爐是直接接觸的方式，在進行碳化時，會導(dǎo)致原料損失；外熱式碳化爐是通過間接換熱方式，不會出現(xiàn)物料燒蝕，其碳化得率相對較高，對于單臺設(shè)備，其一年可減少500～1 000 t 原料的使用，極大地降低了生產(chǎn)成本。對于外熱式碳化爐，主要借助多倉式，將物料均勻放置在不同的倉中，提升其處理能力，其最大產(chǎn)能大概是每年15 000 t；內(nèi)熱式碳化爐產(chǎn)能相對較小。前者主要是通過原料加熱方式獲取熱源，并且不用采取外供燃料，還能形成很多低壓蒸汽，有著較好的節(jié)能效果；設(shè)備通過耐高溫材料構(gòu)成，造價成本比較高，在同等規(guī)模下二者的造價差不多。因為內(nèi)熱式碳化爐運用時間較晚，目前運行的企業(yè)數(shù)量不多，但還有一定的問題，如焚燒爐和主體設(shè)備不適應(yīng)。近些年來，該設(shè)備獲得了持續(xù)優(yōu)化，技術(shù)成熟度越來越高，在很多大型企業(yè)逐漸開始引入外熱式碳化爐。

2.4 活化設(shè)備

對于活化來說，通常是將水蒸氣和碳混合在一起開展反應(yīng)，在活性炭造孔中有著較大的作用?；罨瘯\用很多爐型，我國一般運用斯列普爐及多膛爐。斯列普爐在20世紀50年代引入我國，結(jié)合產(chǎn)品數(shù)量的差異，可劃分成很多系列，一臺設(shè)備的產(chǎn)量在500～3 000 t。這一設(shè)備可以實現(xiàn)自熱平衡，不用借助外供燃料，而且進出料也能自動化完成。對于多膛爐來說，爐中心配備了耐高溫的空心轉(zhuǎn)動主軸，在各層爐床上還安裝了2～4個耙臂，可以跟隨轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，通過耙齒對爐床的物料進行翻動，確保它能在上層持續(xù)往下移動直到排出去[2]。

3 煤基活性炭生產(chǎn)工藝

在煤基活性炭發(fā)展過程中，有關(guān)生產(chǎn)工藝越來越成熟，相較于世界先進生產(chǎn)工藝水平來看，我國的生產(chǎn)工藝水平越來越高，二者的差距逐漸減小?，F(xiàn)階段我國各類型活性炭企業(yè)通常都采用物理活化法進行生產(chǎn)，以水蒸氣為活化劑，其中涉及的工藝流程如下。

3.1 破碎活性炭生產(chǎn)工藝

先對原料煤進行破碎處理，接著篩分成粒度達標的原料，然后進行碳化及活化，從而獲得破碎狀顆粒。該產(chǎn)品一般運用在工業(yè)廢水處理中，一些大顆粒產(chǎn)品還能運用在味精提純等作業(yè)中，其副產(chǎn)品活性炭還能用在水處理或垃圾焚燒的廢氣處理中。煤基活性炭生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)成本不高，設(shè)備投入也很少，常運用在高物理強度的原料煤中，比如山西大同煤，基本是弱黏煤，有著較好的化學活性，所以常常會使用該工藝，然而針對無煙煤和化學活性不高的煤種則無法使用。

3.2 成型活性炭生產(chǎn)工藝

結(jié)合造粒的形狀，常見的有柱狀及壓狀兩種形式。通常來講，會先對原料煤進行磨粉，指標通常要求超過95%通過0.08 mm，然后添加黏結(jié)劑與水，在適當溫度下開展捏合及擠壓，從而形成炭條；干燥之后，對其開展碳化及活化處理，從而獲得柱狀活性炭成品；對于該成品來說，往往還要結(jié)合市場需求開展科學處理。該工藝在規(guī)?；a(chǎn)中有著普遍的運用，其工藝越來越成熟，有著較好的適應(yīng)性，能夠運用于高及中低檔的活性炭品種，并且產(chǎn)品強度還非常高，能夠?qū)|(zhì)量指標進行科學調(diào)整，不但能運用在氣相處理中，還能運用在液相處理中。現(xiàn)階段這項工藝在我國有著非常廣泛的運用，特別是寧夏地區(qū)，很多生產(chǎn)廠商都使用該工藝。

3.3 壓塊活性炭生產(chǎn)工藝

一般要先在原料煤中添加適量的催化劑，將其磨成煤粉，指標為超過80%通過0.043mm，借助高壓成型設(shè)備開展壓塊，在破碎及篩分之后，對其進行碳化及活化處理，而后可以獲得壓塊活性炭成品。因為磨粉干法造粒往往要求原料煤具備黏結(jié)性特點，所以該工藝通常運用在具備黏接性的煙煤中，無法運用于無黏接性的褐煤中。該項工藝在國外有著廣泛的運用，在我國的發(fā)展時間較晚，有關(guān)方面的研究人員開發(fā)了該項技術(shù)，還構(gòu)建了工業(yè)化生產(chǎn)線，到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展了十多年。除此之外，現(xiàn)階段我國一些新建企業(yè)也逐步引入該工藝[3]。采用該工藝能夠生產(chǎn)不同檔次及類型的活性炭，能夠?qū)|(zhì)量指標開展控制，產(chǎn)品強度通常很高，還有發(fā)達的中孔，往往運用在液相處理中。

4 煤基活性炭行業(yè)發(fā)展趨勢

4.1 規(guī)模大型化

在煤基活性炭發(fā)展中，我國不管是生產(chǎn)還是出口數(shù)量都是比較大的，在世界煤炭市場中占有重要地位，然而我國有關(guān)企業(yè)的發(fā)展規(guī)模卻比較小，缺乏一定的經(jīng)濟實力，并且技術(shù)力量不足，難以形成規(guī)模效應(yīng)，通常情況下，僅是利用資源優(yōu)勢來發(fā)展，缺少市場競爭力。對于工業(yè)發(fā)達的國家來說，其活性炭企業(yè)的規(guī)模都很大，一般每年能達到2萬t，世界最大的活性炭企業(yè)的總產(chǎn)能超過了10萬t/a，對此，為達到世界生產(chǎn)水平，應(yīng)增強活性炭企業(yè)的市場競爭力，引入前沿的生產(chǎn)技術(shù)，實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，這是其主要發(fā)展方向。在這一過程中，因為活性炭生產(chǎn)對原料有著比較高的要求，僅有部分煤種可以達到現(xiàn)階段的生產(chǎn)要求，對此，基于煤炭行業(yè)的持續(xù)調(diào)整，促使煤炭逐漸集中，推動了活性炭生產(chǎn)的發(fā)展，也開始將其運用在大型企業(yè)中，進一步增加了該行業(yè)的規(guī)模，對此，應(yīng)全面降低生產(chǎn)企業(yè)的數(shù)量，以有效適應(yīng)市場競爭發(fā)展的需要。

4.2 設(shè)備現(xiàn)代化

基于生產(chǎn)規(guī)模大型化發(fā)展，一些新建的大型企業(yè)逐漸引入現(xiàn)代化生產(chǎn)設(shè)備，進一步提升生產(chǎn)能力，比如引入干法輥壓造粒機開展壓塊活性炭生產(chǎn)，它的生產(chǎn)能力是5萬t/a，引入多膛爐開展活化，一臺設(shè)備的生產(chǎn)能力是1萬t/a。對于新建企業(yè)，應(yīng)在物流運輸及控制等方面實現(xiàn)自動化發(fā)展，構(gòu)建現(xiàn)代化生產(chǎn)系統(tǒng)。

4.3 產(chǎn)品多樣化

從應(yīng)用范圍來看，產(chǎn)品主要運用于食品、軍事及化工等行業(yè)，現(xiàn)階段逐步運用在水處理和環(huán)保等工業(yè)，在國民經(jīng)濟發(fā)展的諸多領(lǐng)域都有廣泛的運用。對于活性炭產(chǎn)品來說，應(yīng)逐漸向高檔方向發(fā)展，持續(xù)增強產(chǎn)品質(zhì)量。要求生產(chǎn)廠家積極研發(fā)新技術(shù)，生產(chǎn)出高質(zhì)量的活性炭產(chǎn)品，通過新產(chǎn)品來促進企業(yè)發(fā)展，進一步增加活性炭工業(yè)的產(chǎn)量，提升產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)產(chǎn)品類型多樣化發(fā)展?，F(xiàn)階段活性炭對于環(huán)保行業(yè)的發(fā)展有著重要作用，尤其是水處理，其市場需求量達到了一半以上。除此之外，煙氣凈化技術(shù)的運用開始借助活性焦進行煙氣脫硫脫硝處理，生產(chǎn)出的新型品種獲得了市場的歡迎，這將是煤基活性炭生產(chǎn)的核心品種。

4.4 節(jié)能減排常態(tài)化

現(xiàn)階段很多生產(chǎn)企業(yè)都采取節(jié)能減排的理念，利用余熱鍋爐等方式減少能源的使用，然后利用二次燃燒及除塵等手段，減少有毒有害氣體的產(chǎn)生，促進了循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展。

4.5 強化技術(shù)創(chuàng)新

很多企業(yè)都知道科技的重要性，可以顯著增強產(chǎn)品性能，有些企業(yè)開始和科研院所開展聯(lián)合研發(fā)，構(gòu)建研發(fā)中心，致力于改進生產(chǎn)技術(shù)，創(chuàng)新生產(chǎn)產(chǎn)品及工藝，進一步增強產(chǎn)品性能，促進活性炭市場的發(fā)展。

總之，根據(jù)現(xiàn)階段我國煤基活性炭產(chǎn)業(yè)來看，其產(chǎn)品市場需求越來越大，整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度較快，在短期內(nèi)企業(yè)數(shù)量會越來越多，促使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)開展調(diào)整，產(chǎn)品質(zhì)量獲得提升，產(chǎn)品市場逐漸細化，生產(chǎn)成本降低，推動了活性炭企業(yè)規(guī)?；l(fā)展。煤基活性炭屬于新材料及炭素材料的關(guān)鍵部分，它的吸附性能在很多領(lǐng)域都有運用，在將來發(fā)展中有著良好的發(fā)展前景，也將存在更多機遇及挑戰(zhàn)。

5 結(jié)束語

活性炭在環(huán)保領(lǐng)域有著廣泛的運用，比如廢水及廢氣的處理等，同時還可以運用于食品及醫(yī)藥等行業(yè)，其用途非常多。根據(jù)活性炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況，我國對活性炭的需求非常較大，活性炭獲得了較快的發(fā)展，尤其是環(huán)保力度逐漸提高，對活性炭的需求開始變大，這也推動了活性炭行業(yè)的發(fā)展，促使有關(guān)生產(chǎn)設(shè)備逐漸優(yōu)化，在世界活性炭產(chǎn)業(yè)中占有越來越重要的地位。然而想要實現(xiàn)現(xiàn)代化及規(guī)模化，還要大型活性炭企業(yè)進行引領(lǐng)，以促進活性炭產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展。