活性炭生產工藝、特性、用途淺析

葛現玉

摘要：本文就活性炭的特性、用途，生產工藝、設備做了分析闡述，希望能給活性炭行業的后來者提供一些有益的參考。

關鍵詞：活性炭;特性;用途;工藝;設備

1.活性炭的概念、特性和用途

活性炭是一種黑色多孔的固體炭物質，其主要成分為碳元素，并含少量氧、氫、硫、氮、氯等。

具有較大的表面積（500～1000m²/g），有很強的吸附性能，吸附物質的質量可接近于活性炭本身的質量，能吸附氣體、液體或膠態固體，是用途極廣的一種工業吸附劑，廣泛應用于水處理、服裝印染、化工、電力、食品、醫藥、冶金等工業部門。

具體用途列舉如下：

1）水處理/凈化：

（1）自來水、電廠鍋爐用水、地下水：能快速、有效地去除有機污染物和微生物。

（2）市政污水、廢水：降低有機物、顏色、臭味、毒性。

2）氣體吸附/凈化：工業氣體/廢氣處理、化工原料/化工合成氣體、制藥工業氣體、飲料用二氧化碳氣體、氫氣、氮氣、氯氣、氯化氫、臭氧、乙烴、丁烷、裂化氣、惰性氣體等的凈化;也用于廢氣以及混合氣體的分離提純;去除空氣中的臭味、甲醛、氨、苯、二惡英等。

3）汽油蒸發回收：加油站及儲油罐區的汽油輸送過程中對蒸發的汽油蒸汽進行回收。

4）醫藥：維生素C、核酸針劑、抗菌素、激素及其它原料藥的脫色，以及各種注射藥劑的脫色、精制。

5）制糖：糖、甜味素、山梨醇、甘露醇、蔗糖、果糖、木糖脫色凈化。

6）食品、飲料：除去顏色、氯、胺、合成有機化合物等。

7）酒：能有效去除引起白酒渾濁的物質和異雜味。

8）貴金屬提煉：炭漿法提取黃金以及其它貴重金屬。

9）催化氣體保護：保護用于氣體處理（如天然氣、乙炔、乙烷-丙烷和乙烯氧化物）的催化劑不中毒以及保護設備不被腐蝕。

2.生產活性炭的原料

生產活性炭的主要原料：煤、木材、果殼、椰殼、核桃殼等。其中能生產煤質活性炭的煤種是不粘煤和無煙煤，要求干基灰分小于5%。

3.活性炭生產工藝

活性炭生產包括炭化和活化兩個工藝過程。炭化是將煤、木材、果殼、椰殼、核桃殼等隔絕空氣加熱，析出水分，分解出氣體，從而得到炭化物的過程。活化是炭化物中的碳元素與活化劑反應，從而形成具有復雜孔隙結構、發達比表面積的活性炭的過程。制造活性炭的關鍵工藝是活化，由于所用活化劑的不同，可分為兩類方法：氣體活化法、化學品活化法。

氣體活化法工藝簡單，煤質活性炭適合氣體活化法;化學品活化法工藝復雜，化學藥品難回收極易造成環境污染，木質活性炭只有用化學品活化法生產才可得到合格的活性炭產品。

4.活性炭生產主要設備

我國目前常用的活性炭生產設備主要有：

1）斯列普爐：又稱鞍式爐，因其活化帶的耐火磚是馬鞍型，原為法國專利，20世紀50年代由原蘇聯引進我國。后經一系列改進，成為我國目前生產顆粒狀活性炭的最主要爐型。活化氣體：水蒸氣。主要優點：連續生產、產量大、質量高、過熱蒸汽溫度高、穩定、不需外部供熱。主要問題：對原料要求高、造價高、技術要求高、維修費用大。

2）轉爐：是最通用的臥式爐，可單獨作為活化爐，也可作為炭化、活化一體爐。活化氣體：煙道氣、水蒸氣、化學藥品;主要優點：連續操作、活化較均勻。主要問題：設備龐大、熱效率差、耗燃料。

3）燜燒爐：活化氣體：燃煤所產生的高溫煙道氣。主要優點：簡單投資省。主要問題：耗燃料多、活化不均勻、勞動強度大、粉塵大。

4）多管爐：活化氣體：水蒸氣。主要優點：不需燃料、穩定、易控制、產量較大。主要問題：活化不均勻、炭質量不高、過熱蒸汽溫度低、耐火管易損壞、投資較大。

5）沸騰爐：活化氣體：空氣、水蒸氣。主要優點：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、易結渣影響正常操作、耗燃料。

6）多層耙式爐：活化氣體：煙道氣、水蒸氣。主要優點：國外引進大型設備、活化強度大、產量大。適應多種產品。主要問題：投資大、技術要求高、操作費用較高。

5.活性炭的后處理

1）去雜

活化時加過催化劑如氯化鋅、磷酸、碳酸鉀的活性炭常用酸洗或用水洗處理，以減少各種化合物含量。低灰分活性炭可用水、鹽酸或硝酸洗滌，去除一些雜質。用于精細化學品、藥物、催化劑、催化劑載體的活性炭，需要特殊的充分洗滌。

2）浸漬：活性炭的浸漬是針對特定用途的一種后處理。

（1）用于防護毒氣的活性炭以銅鹽和鉻鹽浸漬。

（2）用于去氮的活性炭以鋅鹽浸漬。

（3）用于從含氧氣體中去硫化氫、從廢氣中去汞蒸氣的活性炭以碘化合物處理。

（4）用于提取核裝置產生的放射性甲基碘和其他氣體的活性炭也以碘化合物處理。

（5）用于將硫化氫和甲醛氧化為無毒物的活性炭以二氧化錳浸漬。高溫下甲醛不氧化到甲酸，而直接生成二氧化碳。

（6）用于從低氧的氣體混合物中除去二價化合物的活性炭以鐵鹽浸漬，再加熱轉變為三價的氧化鐵。

（7）用于從天然氣、氫氣和其他氣體中消除汞蒸氣的活性炭以元素硫處理。

（8）用于飲用水凈化的活性炭以銀鹽浸漬。

（9）用于各種目的催化劑的活性炭以貴金屬化合物浸漬。例如涂鈀的活性炭是典型的氫化催化劑。

（10）用于礦物油中硫醇的氧化的活性炭以酞菁鈷浸漬。

6.煤質活性炭的特性、用途

煤質活性炭具有合理的孔隙結構，良好的吸附性能，機械強度高，易反復再生。廣泛應用于工農業生產的各個方面，如石化行業的無堿脫臭（精制脫硫醇）、乙烯脫鹽水（精制填料）、催化劑載體（鈀、鉑、銠等）、水凈化及污水處理;電力行業的電廠水質處理及保護;化工行業的化工催化劑及載體、氣體凈化、溶劑回收及油脂等的脫色、精制;食品行業的飲料、酒類、味精母液及食品的精制、脫色;黃金行業的黃金提取、尾液回收;環保行業的污水處理、廢氣及有害氣體的治理、氣體凈化;以及相關行業的香煙濾嘴、木地板防潮、吸味、汽油蒸發污染控制，各種浸漬劑液的制備等。煤質活性炭有極好的發展前景和廣闊的銷售市場。

7.煤質活性炭資源優勢

我國煤炭資源豐富，生產活性炭的煤種主要分布在寧夏、山西、新疆，寧夏太西無煙煤、山西大同無煙煤、新疆準東、哈密不粘煤最佳。不粘煤可以炭化、活化一體化進行生產，直接得到活性炭，大大降低生產成本。

8.結束語

隨著國民經濟的發展，環保政策的趨緊，活性炭的用途越來越廣泛，活性炭行業發展前景看好，尤其是在新疆地區，煤質優良，灰分低，煤不經過洗選就可直接生產活性炭，具有獨特的競爭優勢。

（作者單位：特變電工股份有限公司）