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活性炭生產(chǎn)工藝簡介活性炭生產(chǎn)工藝簡介 1.煤質(zhì)活性炭主流生產(chǎn)工藝及產(chǎn)污分析 （1）生產(chǎn)工藝流程 煤質(zhì)活性炭生產(chǎn)工藝主要工序為破碎磨粉、成型、炭化、活化、成品處理等。 回轉(zhuǎn)爐炭化、斯列普爐活化工藝流程是國內(nèi)煤質(zhì)活性炭生產(chǎn)的主流工藝，主要分布在寧夏、山西，約占全國煤質(zhì)活性炭生產(chǎn)企業(yè)總數(shù)的72%。 圖1 活性炭生產(chǎn)工藝流程圖 合格的原料煤入廠后，被粉碎到一定細(xì)度（一般為200目），然后配入適量黏結(jié)劑（一般為煤焦油）在混捏設(shè)備中混合均勻，然后在一定壓力下用一定直徑模具擠壓成炭條，炭條經(jīng)炭化、活化后，經(jīng)篩分、包裝制成成品活性炭。 （2）生產(chǎn)過程中的排污節(jié)點、污染物排放種類、排放方式 破碎磨粉工序排放顆粒物（煤塵），排放方式主要是有組織排放。 成型工序排放顆粒物（煤塵）、揮發(fā)性有機(jī)物，多以無組織形式逸散。 炭化、活化工序排放的主要污染物為顆粒物、SO2、NO X、苯并[a]芘（BaP）、 苯、非甲烷總烴（NMHC）及氰化氫（HCN），排放方式為有組織排放。具體詳見下表。 表1 煤質(zhì)活性炭污染物排放方式、排放種類、行業(yè)特征污染物
（3）無組織排放 煤質(zhì)活性炭工業(yè)生產(chǎn)過程無組織排放節(jié)點有混捏成型工序、煤焦油儲罐區(qū)、炭化工序車間門窗處、成型料晾曬場等。排放的污染物為揮發(fā)性有機(jī)物和一氧化碳。 污染末端治理 （1）磨粉、混捏、成品篩分包裝工序粉塵治理 活性炭行業(yè)磨粉、混捏、成品篩分包裝工序產(chǎn)生粉塵污染，磨粉工序生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的粉塵經(jīng)旋風(fēng)除塵器及布袋除塵器收集，并作為原料回用，除塵效率98%以上。新建和大型企業(yè)成品篩分包裝工序有回收設(shè)施回收，規(guī)模較小企業(yè)存在無組織排放現(xiàn)象�；炷蠊ば驘o組織廢氣無處理措施，通過標(biāo)準(zhǔn)制定，引導(dǎo)企業(yè)治理后排放。 （2）炭化爐尾氣治理 炭化爐尾氣主要化學(xué)組成是焦油蒸汽、CH4、H2、CO、N2、CO2、O2及瀝青煙等，大部分為可燃或助燃?xì)怏w，可回收利用。焚燒法是把炭化尾氣引入焚燒爐內(nèi)在高強(qiáng)轉(zhuǎn)化燃燒的情況下，使之轉(zhuǎn)化為CO2、H2O等高溫氣體，高溫氣體的熱能又用于余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽。蒸汽用于活化工序。 （3）活化尾氣處理 尾氣成分中含有可燃?xì)怏w，部分用作活化爐回用，另一部分用于余熱鍋爐作燃料使用。 （4）無組織廢氣 目前部分新建及改造的活性炭生產(chǎn)設(shè)備采用物料不落地的連續(xù)生產(chǎn)工藝設(shè)備，操作過程為密閉式操作，物料、煤焦油、混捏成型料等從生產(chǎn)設(shè)備到儲存區(qū)均為密閉的管道輸送，可以防止揮發(fā)性氣體的無組織排放。 對于小型活性炭生產(chǎn)線，混捏成型工段、炭化工段車間門窗處，成型料晾曬場采用集氣裝置收集廢氣后通過活性炭吸附處理�；钚蕴匡柡秃罂梢栽诒緩S再生利用。 活性炭企業(yè)廢氣污染物排放限值一覽表
煤質(zhì)活性炭廢水 來源于三個節(jié)點。一是余熱鍋爐排污水，二是生活污水，三是成品處理工序酸洗或堿洗產(chǎn)生的廢水。大部分廢水可以回用或者經(jīng)過處理后回用，少部分酸洗廢水經(jīng)石灰乳或燒堿中和后與其它廢水混合后在總排口排放。 2.主要工藝簡介 2.1. 炭化工藝 炭化是煤基活性炭造孔的預(yù)燒階段，炭化過程實際上就是把原料隔絕空氣加熱，使非碳元素減少，氧元素以H2O、CO、CO2等氣體析出，同時，形成芳香族化合物和交聯(lián)的高強(qiáng)度碳分子結(jié)構(gòu)固體，形成了微晶之間的空隙，這些空隙便是炭化料的初始孔隙。影響炭化工藝的主要條件是升溫速率和炭化終溫，炭化終溫一般在500~600℃。
圖2 內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)炭化爐 （1）物料流程：成型顆粒經(jīng)運輸機(jī)提升直接加入回轉(zhuǎn)爐的加料室內(nèi)，借助重力作用落入滾筒內(nèi)，沿著滾筒內(nèi)螺旋運動被帶到抄板上，靠筒體的坡度和轉(zhuǎn)動物料由爐尾向爐頭方向移動。物料首先經(jīng)過溫度為200℃的預(yù)熱干燥階段，進(jìn)入350-550℃的炭化階段，在這個過程中，炭粒與熱氣流接觸而進(jìn)行炭化，排出水分及揮發(fā)分，最后經(jīng)卸料口卸出。 （2）氣體流程：爐尾尾氣在燃燒室中燃燒后，一部分尾氣返回到爐頭，進(jìn)入滾筒與逆流而來的炭粒直接接觸進(jìn)行炭化；另外一部分進(jìn)入余熱鍋爐進(jìn)行換熱，換熱后的煙道氣從煙筒排出。余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽部分送到活化工序和換熱站。炭化尾氣的組成主要為兩部分：一部分為炭化時外加燃料熱源燃燒產(chǎn)生的高溫加熱氣體，主要成分為CO2、H2O、N2及少量的SO2和CO；另一部分為成型物料炭化熱分解時所產(chǎn)生的揮發(fā)物組份，諸如CO、H2、CH4、烷烴、烯烴、 煤焦油等。 2.2. 活化工藝
在炭化料的基礎(chǔ)上擴(kuò)大孔體積，豐富孔的數(shù)量。將氧化性氣體作為催化劑，在600~1200℃的溫度范圍內(nèi)對炭化料進(jìn)行活化。活化劑一般采用：水蒸汽、二氧化碳或空氣。
一般水蒸氣活化法的活化溫度控制在800~950℃，煙道氣的活化溫度控制在900~950℃，空氣的活化溫度控制在600℃左右。 物料流程：物料進(jìn)入加料槽后，借重力作用沿著產(chǎn)品道緩慢下行，依次經(jīng)過預(yù)熱帶、補(bǔ)充炭化帶、活化帶、冷卻帶，完成全部活化過程，最后由下部卸料器卸出。炭化預(yù)熱段利用爐內(nèi)熱量預(yù)熱除去水分。在補(bǔ)充炭化段，炭化料被高溫活化氣體間接加熱使炭的溫度不斷提高進(jìn)行補(bǔ)充炭化。在活化段，活化道與活化氣體道垂直方向相通，炭與活化氣體直接接觸進(jìn)行活化。在冷卻段，用循環(huán)水對活化料進(jìn)行冷卻（或采用風(fēng)冷），這樣所得到的活化料溫度可以降到60℃以下，便于物料運輸和直接進(jìn)行篩分包裝。 氣體流程：是左半爐煙道閘閥關(guān)閉，右半爐煙道閘閥開啟，水蒸汽從左半爐 蓄熱室底部進(jìn)入，經(jīng)格子磚加熱到變成高溫蒸汽，從上連煙道進(jìn)入，蒸汽與物料反應(yīng)后產(chǎn)生的水煤氣與殘余蒸汽依次經(jīng)過左半爐上、中下煙道進(jìn)入右半爐。在右半爐內(nèi)混合氣體經(jīng)過下、中部及上煙道及上連煙道進(jìn)入右半爐蓄熱室頂部，然后通過格子磚往下流動，同時加熱格子磚，尾氣冷卻，進(jìn)入煙道排出完成循環(huán)。第二次循環(huán)與上述循環(huán)相反。第一、二次循環(huán)每半小時切換一次，從而使活化過程連續(xù)不斷地進(jìn)行。 3.活性炭炭化與焦炭焦化的區(qū)別 活性炭炭化與焦炭焦化過程均是以煤為主要原材料，即對煤的干餾加工過程，但生產(chǎn)工藝、設(shè)備、產(chǎn)品的用途及產(chǎn)能規(guī)模有著巨大的差異。
3.1. 原料不同 炭化料生產(chǎn)與焦炭生產(chǎn)使用的都是原煤，但所選煤種不同。 活性炭：適宜生產(chǎn)活性炭炭化料的是不黏煤、弱黏煤和1/2中黏煤等，這3種低變質(zhì)程度的煙煤是制備活性炭的優(yōu)質(zhì)煤種，尤其以大同地區(qū)的弱黏煤最為合適，具有低灰、高反應(yīng)性、易加工的特點。 焦炭：煉焦煤一般有氣煤、1/3焦煤、焦煤、瘦煤、肥煤等幾種煤，均是中高黏結(jié)性煤，通過一定的比例配煤后生產(chǎn)焦炭。 生產(chǎn)炭化料用的弱黏結(jié)煤，在加熱過程中不易結(jié)焦，將氧和氫等非碳物質(zhì)排出從而形成孔隙，達(dá)到造孔的目的。而生產(chǎn)焦炭用的高黏結(jié)性煤，在加熱過程中排出焦油，然后進(jìn)行熔融、黏結(jié)形成焦炭。 3.2. 生產(chǎn)工藝原理不同 活性炭生產(chǎn)：炭化過程實際上就是把原料隔絕空氣加熱，使非碳元素減少，氧元素以H2O、CO、CO2等氣體析出，同時，形成芳香族化合物和交聯(lián)的高強(qiáng)度碳分子結(jié)構(gòu)固體，形成了微晶之間的空隙，這些空隙便是炭化料的初始孔隙。影響炭化工藝的主要條件是升溫速率和炭化終溫，炭化終溫一般在550±50℃。 焦炭生產(chǎn)：把煉焦配煤在常溫下裝入炭化室后，煤在隔絕空氣的條件下受到來自爐墻和爐底（1000～1100℃）的熱流加熱。即沿著炭化室墻到炭化室中心方向的煤料，一層一層地經(jīng)過干燥、預(yù)熱、分解、產(chǎn)生膠質(zhì)體、膠質(zhì)體固化、半焦收縮、轉(zhuǎn)變?yōu)榻固康倪^程，同時，獲得煤氣、煤焦油并回收其他化工產(chǎn)品。 由此可見，生產(chǎn)炭化料和焦炭的工藝過程中，每個階段的溫度不同，需要的最高溫度不同，且在原料不同的前提下，發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng)也不同，從而析出和排放的物質(zhì)也不同。因此，它們是兩個完全不同的過程。 3.3. 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不同 炭化料：炭化料是活性炭生產(chǎn)過程的中間產(chǎn)品，作為活化的原料使用，其質(zhì)量主要通過揮發(fā)份、水容量和強(qiáng)度來進(jìn)行評價。一般控制出爐炭化料的揮發(fā)份在7%～18%，水容量為15%～25%，球盤強(qiáng)度≥90%。 焦炭是焦化行業(yè)的最終產(chǎn)品，其作為冶金焦使用時，要求焦炭的灰分在11%～15%，揮發(fā)分控制在0.9%～1.6%，全硫St 控制在0.4%～0.6%，抗碎強(qiáng)度＞92%。
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