淺析煤基活性炭生產設備中智能化技術應用

侯偉，李會賢

（中藍長化工程科技有限公司，湖南 長沙 410116）

活性炭可以去除液體或氣體中的多種極少量有毒有害物質，從而達到產品凈化、精制或回收的目的，它具有物理化學性質穩定、孔結構發達、比表面積巨大、選擇性吸附能力強等優點，已經被廣泛應用于各行各業。隨著科技的發展，活性炭生產工藝技術水平不斷提高，應用要求和領域不斷拓展，市場對活性炭的需求日益增多，因此，很有必要加強活性炭生產設備智能化方面的開發工作，滿足經濟市場的需求，從而促進中國活性炭產業的健康發展。

1 煤基活性炭的特征與用途

活性炭表面存在功能官能團，決定了其吸附能力。官能團中不同性質化合物對不同的吸附質作用差別很大，一般來說，含酸性官能團的活性炭容易吸收習性化合物，反之，含堿性官能團則容易吸附非極性物質。為了使活性炭的應用更豐富、更全面，在其生產中，我們應該注重對其表面官能團的處理，增強其吸附能力，從而拓寬其應用范圍。

時至今日，活性炭作為吸附劑已經被廣泛應用于多個領域。一是氣相吸附劑。活性炭作為氣相吸附劑，具備吸附范圍廣、速度快、可再生和綠色無污染等優勢，被大量用于空氣污染治理、溶劑回收利用、氣體分離提純等方面；二是液相吸附劑。在液相吸附方面，活性炭可作為脫色劑、凈化劑、吸附劑，比如，水環境治理中用它來改善水質，石油化工行業用它來精制化學品，食品行業用它來進行脫色處理等；三是催化劑。活性炭具有催化活性，是煙道氣脫硫、酯的水解和氯化二氫的合成等化學反應的理想催化劑，在化工生產中有著廣泛的應用；四是催化劑載體。活性炭表面具有發達的空隙結構，便于承載催化劑，還可以在化學反應中吸附易揮發有機化合物，不僅提高了原材料的利用率，還提高了催化反應的效率；五是其他應用。活性炭具備優良的特性，被開發利用于其他領域中一些特殊應用，比如，醫藥行業中血液滲析、胃腸失調等方面、金屬精選中精制稀有金屬、香煙中煙氣過濾凈化、檢測分析中濃縮提純、農林種植中改良土壤等。

2 煤基活性炭生產設備與工藝概況

2.1 生產工藝

目前，生產煤基活性炭方法很多，在此僅以煤基活性炭的通用制造工藝為例來介紹。煤基活性炭的生產工藝一般分四步進行。一是原料準備。選擇出合適的煤原料，用破碎機將其搗碎，篩選出一定塊度的煤粒，用特定的物理方法制作成需要的形狀，為增加活性炭官能團的功能，也可將特定成型料進行氧化處理；二是炭化。用炭化設備在高溫下將煤炭灼燒成灰；三是活化。在高溫下，用氧化性物質將炭化料在高溫下進行氧化反應，形成特定孔隙結構；四是后處理過程。活化料通常還需要烘干、篩選、提純和二次成型后，才能分級包裝出庫，之后流入市場。

2.2 生產設備

煤基活性炭生產過程涉及的生產設備隨工藝方法變化而變動，主要設備大體上是一致，分別是備煤設備、炭化設備、活化設備、包裝設備等。備煤這塊設備主要包括破碎機、粉碎機、干燥機等。炭化活化設備主要是干燥機、炭化爐、流態活化爐等。包裝部分為提高效率采用全自動混合包裝一體機。

3 智能化技術的應用與發展

3.1 現狀分析

煤基活性炭生產設備經過多年發展，設備自動化程度越來越高，但在技術上與國外企業差距還是很大，具體體現在以下幾個方面：第一，國內智能化生產設備大多采用的是國外進口的初級設備產品，設備自動化性能需進一步提高，以適應行業需求；第二，國外煤基活性炭自動化生產設備價格昂貴，國內廠商短時間內也生產不出自動化性能比較全面的活性炭生產成套設備；第三，國外活性炭生產設備存在著技術出口限制，國內廠商難以掌握高端設備生產技術。

3.2 設備智能化控制要點

（1）原料煤的選擇。在活性炭的生產中，煤原料的灰分、揮發分、碳含量和焦塊指數對活性炭生產影響很大，這些指標需要用分析儀器進行檢測，效率低，應該采取智能化篩選設備，便可快速地進行細微分析，還可以解決感官評定沒法做到的部分，提高原料選擇的自動化程度。

（2）炭化溫度控制。炭化工序很關鍵，它決定了活性炭產品的最終機械強度等級、孔結構特性以及吸附性能強度等，炭化工序的重點是對炭化溫度的控制，碳化爐內的溫度分布不合理，炭化料就容易出現過多的裂紋和夾生料。智能化技術有助于實現爐內溫度分布調控。

（3）活化工序出料量。活化程度是否合適取決于活化設備出料器的水容量指標。智能化技術有助于調控設備出料時間和出料量，實現對活化料質量的自動化控制。

3.3 最新智能化活性炭生產設備

（1）內熱蒸汽轉爐。內熱蒸汽轉爐將活化爐與炭化爐設計在一個爐腔內，活化區設置在腔內前部，與其連通的空氣輸入裝置，為活化提供氧化氣體，氧化還原產生的大量熱和水煤氣一方面供自身反應使用，另一方面可以通過蒸汽輸入裝置傳遞給炭化工序。此外，剩余的熱量還可以給鍋爐供能。這種集炭化和活化為一體的智能裝置，無須再補充其他能源，縮短了活性炭生產過程，提高了生產效率，減低生產成本。

（2）雙功能生產裝置。雙功能生產裝置利用先進的工藝智能調試，自動化控制炭化爐、活化爐等重要硬件設備，均勻控制炭化爐、活化爐內的各段溫度，確保炭化料和活化料合格，提高活化爐產量。此外，該裝置還具備節能保護的特點，它采用智能氣體回收裝置，一方面回收利用燃燒不充分的氣體，另一方面，回收活化料攜帶的大量蒸汽，供活性炭生產使用。這種集內熱和外熱為一體的智能裝置，實現了蒸汽能量的高效利用，降低了生產能源成本，確保了產品的性能，豐富了產品的性能，值得被推廣。

3.4 發展措施

（1）引進國外先進技術。我國國內的活性炭產品生產技術薄弱，借鑒國外先進工藝生產技術和高端生產設備，提高國內活性炭生產設備的智能化水平，爭取早日實現國內活性炭產業生產設備自動化。

（2）加強交流。智能制造意味著產業升級、技能升級，它需要現代化產業工人，未來對智能裝備、智能監控和智能操作等方面的人才需求巨大，活性炭行業的技術人員應以增強國內活性炭產業為己任，積極參加職業教育培訓計劃，加強學術交流，特別是活性炭生產設備智能化控制要點方面，為活性炭生產設備智能制造貢獻自己的一份力量。

（3）尋求研發投資。進一步拓展研發活性炭智能化生產設備領域的融資渠道，爭取政府補貼、銀行融資和扶持基金等三方社會資本，緩解智能設備研發的成本困境。

（4）政策鼓勵。出臺與活性炭生產設備制造水平相適應的智能制造推進政策，推進我國活性炭生產設備智能化升級，實現智能裝備引進與工藝改造有機融合，從而促進活性炭生產過程全面自動化。

（5）加強基礎設施建設。在推進活性炭生產設備智能化生產的過程中，應加強信息基礎設施建設，建議在工業園區搭建較為完備的智能化基礎性物理架設，構建活性炭生產設備全面標準化體系，以此推動智能制造標準化，從而推進活性炭產業健康地發展。

4 結語

為了滿足當前對活性炭市場不斷增長的需求，應提高煤基活性炭的生產效率。活性炭的生產效率是與其生產工藝技術和設備有關，而先進的生產工藝技術依賴于行業研發人士對其結構與特征的充分探究，工藝與之配套的設備又是相輔相成的，兩者同步發展才能真正促進活性炭產業可持續發展。智能化是活性炭生產設備未來發展的趨勢，為了推進活性炭生產設備智能化的進程，必須先了解智能化技術在產業中的應用現狀，熟悉設備智能化控制要點，然后才能合理地采取引進國外先進技術、加強交流、尋求研發投資、政策鼓勵、構建智能制造標準化體系等措施來實現。智能化生產設備可以大規模、高效、低成本地生產出合格的活性炭產品，因此，我們應該全力開發活性炭整套智能化生產設備，以滿足國內規模化生產活性炭的需求。