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总结2015年以来国内煤质活性炭的生产及发展

作者:天旭活性炭 时间:2015-03-28 来源:本站原创
摘要:煤质活性炭由于资源丰富,价格便宜得到广泛应用,我国活性炭生产正向大规模、高技术、多品种和高档次方向发展。


煤质活性炭的生产及发展


       活性炭自20世纪初投人工业生产以来,作为吸附材料,在环保、食品、轻工、医药等行业的用量越来越大,在催化剂及其载体方面也有广泛应用。

       我国活性炭产量近年来增长很快,年生产能力超过20万吨,但绝大部分为低档次品种,高档次品种尤其是一些新类型品种的生产能力严重不足,甚至是空白。

       此外,我国活性炭行业没有一个统一的业内机构去指导市场,活性炭厂家各自为阵,大多实行低档次路线,通过庞大的产量来占领市场,新产品的研究、开发、生产和管理水平严重滞后。

       结果是,一方面我国低档次活性炭产品出口量大增,其中有些成了国外高技术公司的廉价“原料”;另一方面高级活性炭进口量却大幅飙升,2002年的进口量为4 300多吨,差不多是1990年进口量的6倍。

       近年来,国内厂家逐渐认识到只有走高档次产品路线,增加品种,不断满足国内外市场的新的需求,才能进一步增强竞争力。

       活性炭根据生产原料不同可分为木质炭和煤质炭,根据活化剂的不同可分为物理法活性炭和化学法活性炭,根据形状的不同可分为粉状活性炭和粒状活性炭。

       我国木质活性炭由于原料缺乏,生产受到限制,煤质活性炭由于资源丰富而稳定,价格也极其便宜,受到生产商高度重视,发展速度很快。
 
第一:原料煤的选择

       在活性炭的生产中,原料煤的选择十分重要。

       煤的品种和性质不同,工艺条件和产品质量就不一样。

       根据原生植物的生成年代和成煤过程、煤的灰分含量、碳含量和粘结性的不同,煤可分为:泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤。

       选择生产活性炭的原料时,必须考虑煤的灰分、挥发分、固定碳含量和粘结性等因素。其中主要是灰分,生产优质活性炭,煤的灰分应在3%~5%的范围内,生产一般活性炭煤的灰分应在4%~10%的范围内。

       如果煤的灰分较大,制成炭化料后,需在90~C的盐酸水溶液中浸渍几小时后再进行水洗干燥,才能降低灰分。

       制造粒状活性炭,特别是球形活性炭时,采用的煤必须具有一定的粘结性,一般煤的焦块指数在4左右或塑性指数在16mm左右为宜。

       另外煤的挥发分对成品炭的活性影响很大。挥发分太大,加热时挥发物将引起煤膨胀,使炭化料不适于活化;挥发分太低,不足以通过活化进一步发展原始孔隙结构,不能制成具有高活性的炭。生产中一般采用挥发分在25%~40%的煤为宜。

       制造粒状活性炭还要使用粘合剂,粘合剂的加入使煤易于成形,有利于提高造块速度,有助于提高炭的强度常用的粘合剂有糖蜜、淀粉、羧甲基纤维素和亚硫酸纸浆废液等亲水性粘合剂。
 
第二:工艺流程

       根据原料煤的性质和产品活性炭的质量及类型要求,加工工艺可采用不同的路线:

第一种:破碎炭块活性炭生产工艺流程
       原料煤按生产要求破碎,筛分后进行炭化,炭化料送去活化。

       将活性炭筛分至合格粒度即成为成品粒状活性炭。筛下物经磨粉后制成粉状活性炭。


第二种:人造块状活性炭生产工艺流程
       为了满足市场对活性炭制品的不同需要,拓宽制造活性炭原料煤的品种,生产商大力发展人造块状活性炭生产技术,对煤进行变性处理。

       市售的块状活性炭常见形状有片状、柱状和球状,形状是由成型丁序的设备和模具决定的,其余工序基本相同。各种原料煤按工艺要求先进行混合,然后粉碎到一定细度,添加适量粘结剂和水捏合后成型,再经干燥、筛分、炭化和活化后即为成品块状活性炭。
 
第三:工艺条件的选择

1、原料煤的粉碎
       粉碎的目的是将大块原料煤破碎成工艺要求的小块,通常用破碎机将煤块破碎成直径约lOmm的小块。

2、煤块的磨粉
       磨粉的目的是使原料均匀化,增大外表面积,在水和粘合剂的存在下捏合时产生界面化学凝聚,易于成型。

       可用于制粉的设备有球磨机、振动磨、雷蒙磨及气流粉碎机等。在工业条件允许的情况下,尽可能把煤磨得细些,一般要求粒度在200目以下。

3、捏合和解碎
       捏合工序使煤粉、粘合剂和水按比例混合压延,以获得密实均匀的混合料。

       常采用两段捏合,第一段用螺旋叶片式捏合机,第二段用螺杆挤压机,每段捏合时间约40rain。目前国内不断有新型捏合机研制成功,也可使用。

       捏合料必须经过解碎处理,才能清除捏合时产生的片状物,否则会影响成型(压片、压柱或造球)的质量:捏合时加水的量对造球效果有直接的影响,煤粉磨得越细,要求的水分值越高,允许的范围也越窄:捏合料的水分需严格控制,一般为12%-15%。

4、成型
       成型的目的是将粉状煤制成工艺所要求的形状。

5、 压片或压柱
       煤粉达到要求的颗粒后,在一定的压力下,通过液压机或辊式压片机,采用一定形状模具挤压成形,然后在锯齿破碎机中破碎,并在辊式磨碎机中进一步磨细到精确尺寸。通过筛选,过大颗粒再循环于磨碎机中,过小颗粒经再粉碎,循环于生产过程中。

6、造球
       一般采用圆盘造球机在常温常压下进行造球,凶为用圆盘造球机可造出球径均匀、真圆度高的煤球。

       调整圆盘的转速和倾斜度以及原料的配制情况,可以任意调整球径的大小,滚出满足要求直径的球形料,造球时要加入一些弱粘结性或不粘结的干炭粉,避免产生球粘结现象,并作为造球的核心,便于滚球。炭化和活化过程中颗粒的尺寸会减小,因此成型阶段,颗粒必须超过工艺要求的最终产品的大小。

7、炭化
       炭化是在一定条件下的热处理,以便除去气体、焦油,使其形成二次孔隙结构,主要是形成1000A以上的大孔孔隙,并赋予能经受活化的强度。

       炭化是活性炭生产工艺中一个十分重要的工序,炭化结果的好坏直接影响到活性炭的质量。炭化的升温速度影响炭的机械强度和孔隙结构:升温速度太快,挥发分在短时问内大量逸出,会造成炭的充填密度减小和强度下降,引起热熔结、膨胀和裂缝,所以炭化时要避免急速升温。

       据有关资料报道,流动度较大的原煤宜用较慢的升温速度,流动度较小的原煤宜采用较快的升温程度。炭化温度影响炭材的活化性能和活性炭的机械强度。炭化温度越高,炭化料越致密,强度越大。

       然而颗粒密实和孔隙容积减小的结果会降低炭化料的活化反应性,造成活化困难,影响活化效果。所以炭化温度要兼顾活性炭的吸附能力和机械强度。不同种类的煤,其合适的炭化温度也略有差异。

       目前多数活性炭厂采用外热式炭化转炉进行炭化。工艺条件是炭化温度:600℃-900℃,升温速度:3℃/min~10℃/min,炭化时间:4h-5h。

8、活化
       活化是利用气体进行炭的氧化反应,使炭化物的表面受到侵蚀,其细孔结构更加发达的过程。用于活化的气体有水蒸气、二氧化碳和氧气等。一般采用水蒸气活化法。

       活化工艺要保证不发生颗粒的表面烧焦和控制大孔和中孔的形成。合理调节活化温度、水蒸气量及活化时问,可以制成适合于不同用途的活性炭。

       在一定的活化温度下,随着水蒸气供给量的增加,活化时间即可缩短;活化温度的提高可以减少水蒸气用量和活化时间。活化使用的设备有转炉或沸腾炉。

       工艺条件是活化温度为:820℃-900℃,活化时问为:10h~15h,烧失率约为50%。
 
第四:结语

       1.煤质活性炭由于资源丰富,价格便宜得到广泛应用,我国活性炭生产正向大规模、高技术、多品种和高档次方向发展。

       2.煤质活性炭虽然品种很多,但是生产方法基本相同。只要选择合适的原料,采用合理的工艺条件进行生产,就能制得形状不同、性能各异可满足各种需要的活性炭产品。

       3.我国活性炭生产技术相对滞后,产品品种较少。因此提高活性炭生产技术,开发新类型品种仍是一项长期的任务。

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