活性炭生產工藝簡介

1.煤質活性炭主流生產工藝及產污分析

（1）生產工藝流程

煤質活性炭生產工藝主要工序為破碎磨粉、成型、炭化、活化、成品處理等。

回轉爐炭化、斯列普爐活化工藝流程是國內煤質活性炭生產的主流工藝，主要分布在寧夏、山西，約占全國煤質活性炭生產企業總數的72%。

圖1 活性炭生產工藝流程圖

合格的原料煤入廠后，被粉碎到一定細度（一般為200目），然后配入適量黏結劑（一般為煤焦油）在混捏設備中混合均勻，然后在一定壓力下用一定直徑模具擠壓成炭條，炭條經炭化、活化后，經篩分、包裝制成成品活性炭。

（2）生產過程中的排污節點、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）、揮發性有機物，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 煤質活性炭污染物排放方式、排放種類、行業特征污染物

（3）無組織排放

煤質活性炭工業生產過程無組織排放節點有混捏成型工序、煤焦油儲罐區、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性有機物和一氧化碳。

污染末端治理

（1）磨粉、混捏、成品篩分包裝工序粉塵治理

活性炭行業磨粉、混捏、成品篩分包裝工序產生粉塵污染，磨粉工序生產設備內產生的粉塵經旋風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。新建和大型企業成品篩分包裝工序有回收設施回收，規模較小企業存在無組織排放現象。混捏工序無組織廢氣無處理措施，通過標準制定，引導企業治理后排放。

（2）炭化爐尾氣治理

炭化爐尾氣主要化學組成是焦油蒸汽、CH4、H2、CO、N2、CO2、O2及瀝青煙等，大部分為可燃或助燃氣體，可回收利用。焚燒法是把炭化尾氣引入焚燒爐內在高強轉化燃燒的情況下，使之轉化為CO2、H2O等高溫氣體，高溫氣體的熱能又用于余熱鍋爐產生蒸汽。蒸汽用于活化工序。

（3）活化尾氣處理

尾氣成分中含有可燃氣體，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設備采用物料不落地的連續生產工藝設備，操作過程為密閉式操作，物料、煤焦油、混捏成型料等從生產設備到儲存區均為密閉的管道輸送，可以防止揮發性氣體的無組織排放。

對于小型活性炭生產線，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。活性炭飽和后可以在本廠再生利用。

活性炭企業廢氣污染物排放限值一覽表

煤質活性炭廢水

來源于三個節點。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生的廢水。大部分廢水可以回用或者經過處理后回用，少部分酸洗廢水經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的高強度碳分子結構固體，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 內熱式回轉炭化爐

（1）物料流程：成型顆粒經運輸機提升直接加入回轉爐的加料室內，借助重力作用落入滾筒內，沿著滾筒內螺旋運動被帶到抄板上，靠筒體的坡度和轉動物料由爐尾向爐頭方向移動。物料首先經過溫度為200℃的預熱干燥階段，進入350-550℃的炭化階段，在這個過程中，炭粒與熱氣流接觸而進行炭化，排出水分及揮發分，最后經卸料口卸出。

（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，進入滾筒與逆流而來的炭粒直接接觸進行炭化；另外一部分進入余熱鍋爐進行換熱，換熱后的煙道氣從煙筒排出。余熱鍋爐產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生的揮發物組份，諸如CO、H2、CH4、烷烴、烯烴、

煤焦油等。

2.2. 活化工藝

在炭化料的基礎上擴大孔體積，豐富孔的數量。將氧化性氣體作為催化劑，在600~1200℃的溫度范圍內對炭化料進行活化。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：物料進入加料槽后，借重力作用沿著產品道緩慢下行，依次經過預熱帶、補充炭化帶、活化帶、冷卻帶，完成全部活化過程，最后由下部卸料器卸出。炭化預熱段利用爐內熱量預熱除去水分。在補充炭化段，炭化料被高溫活化氣體間接加熱使炭的溫度不斷提高進行補充炭化。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行活化。在冷卻段，用循環水對活化料進行冷卻（或采用風冷），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行篩分包裝。

氣體流程：是左半爐煙道閘閥關閉，右半爐煙道閘閥開啟，水蒸汽從左半爐

蓄熱室底部進入，經格子磚加熱到變成高溫蒸汽，從上連煙道進入，蒸汽與物料反應后產生的水煤氣與殘余蒸汽依次經過左半爐上、中下煙道進入右半爐。在右半爐內混合氣體經過下、中部及上煙道及上連煙道進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，進入煙道排出完成循環。第二次循環與上述循環相反。第一、二次循環每半小時切換一次，從而使活化過程連續不斷地進行。

3.活性炭炭化與焦炭焦化的區別

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，但生產工藝、設備、產品的用途及產能規模有著巨大的差異。

3.1. 原料不同

炭化料生產與焦炭生產使用的都是原煤，但所選煤種不同。

活性炭：適宜生產活性炭炭化料的是不黏煤、弱黏煤和1/2中黏煤等，這3種低變質程度的煙煤是制備活性炭的優質煤種，尤其以大同地區的弱黏煤最為合適，具有低灰、高反應性、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，均是中高黏結性煤，通過一定的比例配煤后生產焦炭。

生產炭化料用的弱黏結煤，在加熱過程中不易結焦，將氧和氫等非碳物質排出從而形成孔隙，達到造孔的目的。而生產焦炭用的高黏結性煤，在加熱過程中排出焦油，然后進行熔融、黏結形成焦炭。

3.2. 生產工藝原理不同

活性炭生產：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的高強度碳分子結構固體，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：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，一層一層地經過干燥、預熱、分解、產生膠質體、膠質體固化、半焦收縮、轉變為焦炭的過程，同時，獲得煤氣、煤焦油并回收其他化工產品。

由此可見，生產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，發生的物理化學反應也不同，從而析出和排放的物質也不同。因此，它們是兩個完全不同的過程。

3.3. 產品標準不同

炭化料：炭化料是活性炭生產過程的中間產品，作為活化的原料使用，其質量主要通過揮發份、水容量和強度來進行評價。一般控制出爐炭化料的揮發份在7%～18%，水容量為15%～25%，球盤強度≥90%。

焦炭是焦化行業的最終產品，其作為冶金焦使用時，要求焦炭的灰分在11%～15%，揮發分控制在0.9%～1.6%，全硫St 控制在0.4%～0.6%，抗碎強度＞92%。

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