首頁 > 產(chǎn)品知識
粉狀活性炭廠家淺談生產(chǎn)活性炭的主要設(shè)備有哪些？
- 字號 + -
氣體活化法工藝簡單，煤質(zhì)活性炭適用于氣體活化法;化學(xué)活化工藝復(fù)雜，化學(xué)藥品難以回收，容易造成環(huán)境污染。只有通過化學(xué)活化法生產(chǎn)木質(zhì)活性炭，才能獲得合格的活性炭產(chǎn)品。
1)斯列普爐:又稱鞍式爐，因為其活化帶的耐火磚是馬鞍式，原本是法國專利，20世紀50年代從原蘇聯(lián)引進中國。經(jīng)過一系列的改進，成為我國顆粒活性炭生產(chǎn)中重要的爐型。活性氣體:水蒸氣。主要優(yōu)點:連續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)量大，質(zhì)量高，過熱蒸汽溫度高，穩(wěn)定，無需外加熱。主要問題:原材料要求高，成本高，技術(shù)要求高，維護成本高。
2)轉(zhuǎn)爐:是常見的臥式爐，可以單獨用作活化爐，也可以用作活化爐。活化氣體:煙氣、水蒸氣、化學(xué)品;主要優(yōu)點:連續(xù)運行，均勻激活。主要問題:設(shè)備大，熱效率差，燃料消耗量大。
3)燉爐:活化氣:燃煤產(chǎn)生的高溫?zé)煔狻Ｖ饕獌?yōu)勢:投資簡單。主要問題:燃料消耗多，活化不均勻，勞動強度高，粉塵大。
4)多管爐:活性氣體:水蒸氣。主要優(yōu)點:不需要燃料，穩(wěn)定，控制方便，產(chǎn)量大。主要問題:活化不均勻，碳質(zhì)量低，蒸汽過熱溫度低，耐火管容易損壞，投資大。
5)沸騰爐:活性氣體:空氣、水蒸氣。主要優(yōu)點:氣固接觸好，活化均勻，機械化占地面積小。主要問題:間歇生產(chǎn)，易結(jié)渣，影響正常運行，消耗燃料。
6)多層耙爐:活化氣體:煙氣和水蒸氣。主要優(yōu)點:國外引進大型設(shè)備，活化強度高，產(chǎn)量大。適應(yīng)各種產(chǎn)品。主要問題:投資大，技術(shù)要求高，運營成本高。
一、氯化鋅法活化原理
氯化鋅和其他化學(xué)藥品活化法生產(chǎn)活性炭的方法，簡稱化學(xué)法。它是將各種含碳原料與化學(xué)藥品均勻地混合（或浸漬）后，在適宜的溫度下，經(jīng)過炭化、活化和回收化學(xué)藥品、漂洗、干燥、粉碎等過程，制取活性炭的一種方法。國外常用的化學(xué)藥品有氯化鋅、磷酸、硫化鉀和白云石（CaCO3·MgCO3），國內(nèi)主要是氯化鋅法，個別的也用磷酸法。氯化鋅法在國內(nèi)直接用木屑作原料，炭化、活化工序分開或一道完成（回轉(zhuǎn)爐法）均可。用氯化鋅法制定型顆粒炭時，是在炭化前塑化階段完成擠壓成型的，這時氯化鋅既作活化劑又起粘結(jié)劑的作用。關(guān)于氯化鋅的活化作用，至今還不十分清楚，現(xiàn)將有些見解、推論概述如下。
氯化鋅的強脫水作用，使木質(zhì)炭化溫度顯著降低（在150-300℃），并改變熱分解進程，控制了焦油的產(chǎn)生，有利于孔隙開放，因焦油物質(zhì)會堵塞孔隙的。氯化鋅在較低溫度下（200℃）會使木纖維潤脹，并侵蝕到木質(zhì)內(nèi)部直至產(chǎn)生熔融混合物一解聚、塑化過程。由于ZnCl2沸點732℃、熔點263℃，故在木質(zhì)炭化結(jié)束的溫度下（450℃）它仍是液態(tài)存在，不阻礙碳分子的重排、容易形成炭結(jié)構(gòu)，并在炭內(nèi)均勻分布，以后把ZnCl回收抽出時，就形成發(fā)達微細孔。
氯化鋅法炭得率較高，一般達40%（對絕干原料），80%碳轉(zhuǎn)到活性炭中來，這是氯化鋅法的一大特色。另一特色是通過調(diào)節(jié)氯化鋅用量，來調(diào)節(jié)所產(chǎn)活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)，如生產(chǎn)糖用炭時固體屑與固體鋅之比為1∶1.6-2，而生產(chǎn)藥用炭時比例調(diào)為1：1.1-1.3，即ZnCl2用量大時，孔徑向增加（過渡孔多）方向變動。
同時，氯化鋅法有污染嚴重（大氣和水體），有重金屬殘留影響成品用途等二大弊端，使用此法的廠家有減少的趨勢。
二、ZnCl2法分類
1.間歇式土法生產(chǎn)
炭化、活化分開在土爐中完成，是為間歇式。
（1）平板炭化爐：所謂平板爐，即用耐火磚板鋪設(shè)成平板炭化室、平板架在加熱煙道上，由燃燒室燃煤或柴產(chǎn)生高溫?zé)煹罋夤帷Ｔ摖t溫度500-700℃，料層溫度300-400℃，拌好氯化鋅的鋅木屑攤在炭化室里，料層厚度20-30cm，不斷翻拌約30-60min完成每批料的炭化。200t/年成品產(chǎn)量配套炭化爐長約8m，寬2m，鋪設(shè)4條煙道。
有的把炭化室建在活化室上面，利用活化余熱來完成炭化，以減少燃耗，這就是目前采用的雙層活化爐。
（2）爐管式活化爐：爐體長、寬、高分別為7m、2.5m和1.8m，另設(shè)一燃燒室，年產(chǎn)量200t/年。爐床用耐火磚隔成7個活化室（爐管），爐管上下各圍繞4條煙道，由燃燒室送來高溫?zé)煹罋饧訜峄罨t溫700-800℃，料層溫度500-600℃，活化需時2-2.5h，每隔15-20min翻料一次。當(dāng)呈暗紅色、冒藍煙，炭疏松、烏黑即可出料。
雙層式活化爐，在爐管上煙道之上再建造平板炭化室，炭、活化兩道工序可在一個爐里完成。
2.連續(xù)式回轉(zhuǎn)爐法
炭、活化一道在內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐里連續(xù)完成。回轉(zhuǎn)爐為臥式，內(nèi)徑1m，長13m。筒體用鋼板制成，內(nèi)襯耐火磚。在中部外套大齒輪，借以推動筒體轉(zhuǎn)動。兩端各有一對托輪，支承筒體重量。爐頭和爐尾均有密封裝置。安裝的傾斜度為2°-5°。生產(chǎn)能力為日產(chǎn)活性炭1-2t。回轉(zhuǎn)爐為連續(xù)操作，捏和后的鋅屑料，由圓盤加料器和螺旋送料器送入爐尾。物料借助筒體的轉(zhuǎn)動和傾斜度緩慢地向爐頭移動。在爐頭設(shè)有燃燒室，燃燒原油、煤氣等產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵苯舆M入爐中，由爐頭向爐尾流動。與物料逆流直接接觸。在炭化過程中，形成帶粘性的塑性物料，粘附在爐壁上，結(jié)塊成痂，堵塞爐膛。為了防止堵塞，在爐內(nèi)裝有用鏈條串連好的星形刮刀，讓它隨著筒體的轉(zhuǎn)動，不停地撞擊爐壁，將粘在爐壁上的結(jié)塊物料刮削下來。活化好的物料稱活化料，從爐頭落入出料室，并定期取出，送往回收工序。廢煙氣從爐尾經(jīng)煙道進入廢氣回收系統(tǒng)。
回轉(zhuǎn)爐的炭、活化工藝條件為：活化區(qū)物料溫度500-600℃，爐頭溫度700-800℃，爐尾溫度200-300℃。炭活化時間約40min，出料間隔時間20min。筒體轉(zhuǎn)速1-3r/min。
三、氣體法活化原理
氣體活化法生產(chǎn)活性炭是先把含碳有機原料炭化，然后讓氣體活化劑-水蒸汽、CO2、O2（空氣）等通過熾熱的炭層、并與炭發(fā)生活化反應(yīng)進行活化的。活化料經(jīng)酸水洗精制，干燥后粉磨即制得粉狀炭。不定型顆粒炭一般采用較硬的炭破碎成一定粒度活化后精制而得。定型顆粒炭是炭粉磨成細粉末加粘結(jié)劑擠壓成型，再經(jīng)炭、活化和整粒而得。
研究表明，原料炭化時已形成活性炭微晶結(jié)構(gòu)的雛形，即類似石墨的基本微晶結(jié)構(gòu)。微晶之間留有空隙，此時，由于焦油物質(zhì)的析出和分解，這些空隙被占據(jù)或被紊亂的“無定形”炭所堵塞，結(jié)果炭化品的吸附量很小。當(dāng)進行活化時，空隙中的焦油等物質(zhì)和紊亂的炭首先被除去，開放了原來閉塞的孔隙。這時基本徽晶表面暴露出來，并與活化劑作用，發(fā)生燒失。微晶燒失是不均勻的，燒失速度在同炭層平行的方向比垂直方向大，在邊角上和有缺陷的位置上的碳原子即活性點上的碳同氣體反應(yīng)的速度較大，微晶的這種不均勻的燒失就導(dǎo)致新的孔隙的出現(xiàn)。在隨后的活化過程中，孔隙不斷加寬，相鄰微孔之間的壁完全被燒毀而形成較大的孔隙，導(dǎo)致過渡孔和大孔容積的增加。總之，常用這三種過程來解釋活化過程中產(chǎn)生孔隙的活化機理：
（1）原來閉塞孔的開放；
（2）原有孔隙的擴大，孔壁被燒失：
（3）某些結(jié)構(gòu)經(jīng)選擇性活化而產(chǎn)生新孔。
孔隙的生成與炭的氧化程度有密切的關(guān)系，而炭的氧化必然要消耗炭。因此，常用燒失率來衡量炭的活化程度，調(diào)節(jié)活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)，這是氣體活化法的一大特色。根據(jù)杜比寧（Dubinin）的觀點，燒失率小于50%時，得到的是微孔活性炭；燒失率大于75%時，得到的是大孔活性炭；燒失率在50%-75%時，活性炭具有混合結(jié)構(gòu)。氣體活化法炭的得率較低，但成品比較純凈。
1.水蒸汽活化
碳同水蒸汽的反應(yīng)為：
C+H2O→H2+CO-131kJ
同碳氣化的水煤氣反應(yīng)，此活化反應(yīng)為吸熱反應(yīng)—冷卻效應(yīng)，應(yīng)由外部給熱，故多用過熱水蒸汽。產(chǎn)生的可燃性反應(yīng)氣體（水煤氣）燃燒回收熱量，可以平衡供熱。
水蒸汽活化緩慢、平穩(wěn)，能獲得優(yōu)良活性炭，在生產(chǎn)上較多采用。水蒸汽活化是在隔絕氧，在750-950℃的條件下完成的。氧會使炭表面燒失，降低炭的成品收率，故應(yīng)盡量減少混入空氣（氧）。
2.空氣（氧）活化
碳同氧氣反應(yīng)為：
C+O2→CO2+386.2kJ（600℃以下）
2C+O2→2CO+225.6kJ（800-900℃）
這兩個反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，可在較低溫度下進行、兩種產(chǎn)物CO與CO2的比值隨溫度的增高而增加。由于反應(yīng)放出大量熱量，不易控制爐內(nèi)的正常溫度，尤其不容易避免局部過熱而造成不均勻活化，燒失過多，一般不單獨使用，常在空氣活化劑中滲入適量的水蒸汽，利用水煤氣反應(yīng)的吸熱作用來控制料層溫度。
3.煙道氣（CO）活化
碳同二氧化碳的反應(yīng)為：
C+CO2→2CO-170.5kJ（850-1100℃）
此反應(yīng)也是吸熱反應(yīng)，比水蒸汽活化溫度還要高，一般也不單獨使用，常摻入適量空氣和水蒸汽并用。
4.混合氣體活化
工業(yè)生產(chǎn)上很難做到用單一活化氣體活化，一般采用空氣與水蒸汽、煙道氣與水蒸汽、煙道氣和氧（空氣）等混合氣體進行活化或兩種以上活化氣體交替進行活化。如上所述，用水蒸汽和空氣的混合氣體活化時，若混合比例適宜，可使吸熱反應(yīng)與放熱反應(yīng)相平衡，使活化溫度穩(wěn)定，活化均勻。另外，有的認為原料炭有各種各樣活性點，有的活性點易于同水蒸汽反應(yīng)、有的易于同CO2反應(yīng)，采用混合氣體活化，對提高活性炭成品的吸附能力是有好處的。也有采用分段活化法，即先用水蒸汽在800℃下進行短時間活化，然后用空氣在500-600℃下進一步活化；或先用水蒸汽在800℃活化，然后用煙道氣活化，以提高脫色力。
為了使活性炭的孔結(jié)構(gòu)、化學(xué)結(jié)構(gòu)和吸附性能適應(yīng)不同工業(yè)用途，即具備不同的吸附選擇性，有多種制造方法。目前我國采用的氣體活化法有10余種之多。主要根據(jù)活化氣體、爐型、活化反應(yīng)床等分類，如燜燒爐煙道氣活化法、鞍式爐水蒸汽活化法等等。現(xiàn)就常用的幾種方法歸納列
此外，還有多管沸騰爐、外溢流式沸騰爐、旋流噴動活化爐、燧道窯活化爐、斜板式活化爐、百葉窗式活化爐、機械耙動活化爐等未列入。