煤基活性炭生产设备与工艺概述

王小宁

（国家能源集团新疆能源有限责任公司活性炭分公司，新疆乌鲁木齐 830000）

煤炭属于一次能源，是煤炭加工的关键，在我国广泛运用，其技术要求和附加值都比较低。煤基活性炭是优质煤炭的关键原料，能够产生高附加值产品，有着较高的技术含量。煤基活性炭的孔隙结构比较多，有着良好的物理化学性及吸附性，在众多领域都有一定的运用。

1 煤基活性炭生产原理

在进行煤基活性炭生产时，关键步骤涉及备煤、成形及碳化等。结合实际的活化方式，可对其生产过程进行划分，依次是物理、化学及二者相结合的方式。对于物理活化方式，通常是借助水蒸气等，基于高温和碳化条件下发生氧化还原反应，以此开展活化处理，并释放一定的二氧化碳气体等，然后借助炭烧失达到造孔目的。对于化学活化来说，主要借助化学试剂开展处理，与原料开展混合，以实现碳化和活化处理，利用回收化学药品等开展一系列操作。利用化学活化法生产的产品，其表面积通常比较大，然而借助该方法会导致设备被腐蚀，甚至在产品中还会存在活化剂，要对其开展全面清洗，如此不但会提高成本，还会导致较大的污染现象，所以该方式被淘汰。现阶段的煤基活性炭处理中，常采取物理活化方式完成。

2 煤基活性炭生产设备

2.1 捏合成型设备

煤粉及黏结剂与水进行全面混合，保证原料的成形效果，这对活性炭成型尤为重要。大部分厂家会通过间歇式捏合机完成，并借助常压蒸汽加热的形式。该捏合方式可以让物料完全混合，可以较好地掌控捏合效果，但还有很多不足之处。因为间歇操作，所以其处理能力不高；同时设备的密封效果不好，在进行捏合时会导致很多煤粉溢出；在借助黏结剂焦油进行加热时，会产生很多刺激性气体，导致工作环境不佳；还要通过人工方式传输物料，这一过程中的工作强度非常大。

一些厂家对设备开展了优化，借助连续式捏合机开展工作，让物料在一端进入，借助搅拌桨进行反复搅拌，让物料不断前进，而后实现有效捏合，接着会在另一端排出。不管是进料、搅拌还是出料，整个过程都是连续完成的。该设备具有较好的密封效果，在活性炭行业有着普遍的运用。为确保物料捏合具备充裕的时间，其长度一般为3 m。从现阶段新建厂家发展情况来看，主要借助连续式捏合设备进行工作，为了追求完美地捏合效果，有些厂家还采用两至三台设备串联工作。

2.2 柱状成型设备

（1）在现阶段的成型设备中，四柱液压机是比较普遍的，其中涉及主机等辅助设施。在物料进入压缸后，利用主机可以促使压头不断往下移动，在其挤压之下，会促使物料挤压成形，然后压头返回继续开展挤压。

（2）在大部分厂家中，都利用人工上料方式，而有些企业对进料方式开展了优化，引入了前沿的成型设备，比如平模碾压造粒机，主要是借助辊轮的挤压，促使物料强制挤出，形成圆柱状物料，借助刮刀切断，从而生产出相应的产品[1]。它属于连续式成型设备，具备较强的生产能力，单台产能最大值大约是3.5 t/h，常运用于规模化生产中，并且是基于密封环境中实现的，其生产条件相对较好，工作强度不大。

（3）压块成型设备。实际发展过程中，干法辊压造粒机有着普遍的运用，往往是借助外力让物料强制通过辊轮间隙，接着对其开展辊压成形。我国在有关方面的研究不多，运用时间比较晚，基于大型生产设备的出现，一些厂商开始对这类设备的运用重视起来，现阶段有很多自主设备，每小时能够生产7 t 左右。

2.3 碳化设备

对于碳化设备来说，主要借助回转炉形式，它有两种类型，一种是内热式碳化炉，另一种是外热式碳化炉，在目前的企业中，前者有着普遍的运用。二者之间的差异体现在接触方式的区别。内热式碳化炉是直接接触的方式，在进行碳化时，会导致原料损失；外热式碳化炉是通过间接换热方式，不会出现物料烧蚀，其碳化得率相对较高，对于单台设备，其一年可减少500～1 000 t 原料的使用，极大地降低了生产成本。对于外热式碳化炉，主要借助多仓式，将物料均匀放置在不同的仓中，提升其处理能力，其最大产能大概是每年15 000 t；内热式碳化炉产能相对较小。前者主要是通过原料加热方式获取热源，并且不用采取外供燃料，还能形成很多低压蒸汽，有着较好的节能效果；设备通过耐高温材料构成，造价成本比较高，在同等规模下二者的造价差不多。因为内热式碳化炉运用时间较晚，目前运行的企业数量不多，但还有一定的问题，如焚烧炉和主体设备不适应。近些年来，该设备获得了持续优化，技术成熟度越来越高，在很多大型企业逐渐开始引入外热式碳化炉。

2.4 活化设备

对于活化来说，通常是将水蒸气和碳混合在一起开展反应，在活性炭造孔中有着较大的作用。活化会运用很多炉型，我国一般运用斯列普炉及多膛炉。斯列普炉在20世纪50年代引入我国，结合产品数量的差异，可划分成很多系列，一台设备的产量在500～3 000 t。这一设备可以实现自热平衡，不用借助外供燃料，而且进出料也能自动化完成。对于多膛炉来说，炉中心配备了耐高温的空心转动主轴，在各层炉床上还安装了2～4个耙臂，可以跟随转轴的转动而转动，通过耙齿对炉床的物料进行翻动，确保它能在上层持续往下移动直到排出去[2]。

3 煤基活性炭生产工艺

在煤基活性炭发展过程中，有关生产工艺越来越成熟，相较于世界先进生产工艺水平来看，我国的生产工艺水平越来越高，二者的差距逐渐减小。现阶段我国各类型活性炭企业通常都采用物理活化法进行生产，以水蒸气为活化剂，其中涉及的工艺流程如下。

3.1 破碎活性炭生产工艺

先对原料煤进行破碎处理，接着筛分成粒度达标的原料，然后进行碳化及活化，从而获得破碎状颗粒。该产品一般运用在工业废水处理中，一些大颗粒产品还能运用在味精提纯等作业中，其副产品活性炭还能用在水处理或垃圾焚烧的废气处理中。煤基活性炭生产工艺简单，生产成本不高，设备投入也很少，常运用在高物理强度的原料煤中，比如山西大同煤，基本是弱黏煤，有着较好的化学活性，所以常常会使用该工艺，然而针对无烟煤和化学活性不高的煤种则无法使用。

3.2 成型活性炭生产工艺

结合造粒的形状，常见的有柱状及压状两种形式。通常来讲，会先对原料煤进行磨粉，指标通常要求超过95%通过0.08 mm，然后添加黏结剂与水，在适当温度下开展捏合及挤压，从而形成炭条；干燥之后，对其开展碳化及活化处理，从而获得柱状活性炭成品；对于该成品来说，往往还要结合市场需求开展科学处理。该工艺在规模化生产中有着普遍的运用，其工艺越来越成熟，有着较好的适应性，能够运用于高及中低档的活性炭品种，并且产品强度还非常高，能够对质量指标进行科学调整，不但能运用在气相处理中，还能运用在液相处理中。现阶段这项工艺在我国有着非常广泛的运用，特别是宁夏地区，很多生产厂商都使用该工艺。

3.3 压块活性炭生产工艺

一般要先在原料煤中添加适量的催化剂，将其磨成煤粉，指标为超过80%通过0.043mm，借助高压成型设备开展压块，在破碎及筛分之后，对其进行碳化及活化处理，而后可以获得压块活性炭成品。因为磨粉干法造粒往往要求原料煤具备黏结性特点，所以该工艺通常运用在具备黏接性的烟煤中，无法运用于无黏接性的褐煤中。该项工艺在国外有着广泛的运用，在我国的发展时间较晚，有关方面的研究人员开发了该项技术，还构建了工业化生产线，到现在已经发展了十多年。除此之外，现阶段我国一些新建企业也逐步引入该工艺[3]。采用该工艺能够生产不同档次及类型的活性炭，能够对质量指标开展控制，产品强度通常很高，还有发达的中孔，往往运用在液相处理中。

4 煤基活性炭行业发展趋势

4.1 规模大型化

在煤基活性炭发展中，我国不管是生产还是出口数量都是比较大的，在世界煤炭市场中占有重要地位，然而我国有关企业的发展规模却比较小，缺乏一定的经济实力，并且技术力量不足，难以形成规模效应，通常情况下，仅是利用资源优势来发展，缺少市场竞争力。对于工业发达的国家来说，其活性炭企业的规模都很大，一般每年能达到2万t，世界最大的活性炭企业的总产能超过了10万t/a，对此，为达到世界生产水平，应增强活性炭企业的市场竞争力，引入前沿的生产技术，实现规模化生产，这是其主要发展方向。在这一过程中，因为活性炭生产对原料有着比较高的要求，仅有部分煤种可以达到现阶段的生产要求，对此，基于煤炭行业的持续调整，促使煤炭逐渐集中，推动了活性炭生产的发展，也开始将其运用在大型企业中，进一步增加了该行业的规模，对此，应全面降低生产企业的数量，以有效适应市场竞争发展的需要。

4.2 设备现代化

基于生产规模大型化发展，一些新建的大型企业逐渐引入现代化生产设备，进一步提升生产能力，比如引入干法辊压造粒机开展压块活性炭生产，它的生产能力是5万t/a，引入多膛炉开展活化，一台设备的生产能力是1万t/a。对于新建企业，应在物流运输及控制等方面实现自动化发展，构建现代化生产系统。

4.3 产品多样化

从应用范围来看，产品主要运用于食品、军事及化工等行业，现阶段逐步运用在水处理和环保等工业，在国民经济发展的诸多领域都有广泛的运用。对于活性炭产品来说，应逐渐向高档方向发展，持续增强产品质量。要求生产厂家积极研发新技术，生产出高质量的活性炭产品，通过新产品来促进企业发展，进一步增加活性炭工业的产量，提升产品质量，实现产品类型多样化发展。现阶段活性炭对于环保行业的发展有着重要作用，尤其是水处理，其市场需求量达到了一半以上。除此之外，烟气净化技术的运用开始借助活性焦进行烟气脱硫脱硝处理，生产出的新型品种获得了市场的欢迎，这将是煤基活性炭生产的核心品种。

4.4 节能减排常态化

现阶段很多生产企业都采取节能减排的理念，利用余热锅炉等方式减少能源的使用，然后利用二次燃烧及除尘等手段，减少有毒有害气体的产生，促进了循环经济的发展。

4.5 强化技术创新

很多企业都知道科技的重要性，可以显著增强产品性能，有些企业开始和科研院所开展联合研发，构建研发中心，致力于改进生产技术，创新生产产品及工艺，进一步增强产品性能，促进活性炭市场的发展。

总之，根据现阶段我国煤基活性炭产业来看，其产品市场需求越来越大，整体产业发展速度较快，在短期内企业数量会越来越多，促使产业结构开展调整，产品质量获得提升，产品市场逐渐细化，生产成本降低，推动了活性炭企业规模化发展。煤基活性炭属于新材料及炭素材料的关键部分，它的吸附性能在很多领域都有运用，在将来发展中有着良好的发展前景，也将存在更多机遇及挑战。

5 结束语

活性炭在环保领域有着广泛的运用，比如废水及废气的处理等，同时还可以运用于食品及医药等行业，其用途非常多。根据活性炭产业发展情况，我国对活性炭的需求非常较大，活性炭获得了较快的发展，尤其是环保力度逐渐提高，对活性炭的需求开始变大，这也推动了活性炭行业的发展，促使有关生产设备逐渐优化，在世界活性炭产业中占有越来越重要的地位。然而想要实现现代化及规模化，还要大型活性炭企业进行引领，以促进活性炭产业持续发展。