關于煤基活性炭生產用斯列普活化爐生產工藝的研究

劉麗春

摘 要：碳基吸附材料之一的煤基活性炭，因其質地比較優良，產量巨大，被廣泛應用到了水（印染水，污水，自來水）處理，化工醫藥，汽油回收，煙氣凈化等多個領域。目前我國煤基活性炭生產廠家主要使用的活化設備就是斯列普活化爐，它的缺點在于建設周期比較長，自動化控制水平比較低，優點在于比較適合我國國情。本文簡單介紹了煤基活性炭，淺析了煤基活性炭生產用斯列普活化爐的生產工藝，粗略探討了斯列普活化爐對煤基活性炭質量產量的影響。

關鍵詞：煤基活性炭;斯列普活化爐;生產工藝

作為中國產量非常大的活性炭產品之一的煤基活性炭，在2000年之前中國的煤基活性炭產量就已經超過了9萬t，其中80%的產品出口到國外。斯列普活化爐作為應用最廣的一種活化爐，是我國生產煤基活性炭的重要設備之一，尤其是它的優點，生產量大、產品的質量基本穩定平均、產品吸附功能高、能同一時間生產各異規格的活性炭、在日常生產的時候不需要引進其他熱源加熱，正常操作使用下活化爐壽命較長，所以被廣泛地應用到國內很多的煤質活性炭制造廠。

1 煤基活性炭

煤基活性炭是以煤炭為原材料，經過不同工藝制成的一大類活性炭的統稱。煤質活性炭分為成型炭和原煤直接破碎炭[1]。加入焦油粘合劑制造的柱狀炭是一種濕法成型炭，加入固態瀝青制成的壓塊炭是一種干法成型炭，他們都屬于煤質活性炭成型炭。磨粉、炭化、活化、成型等都是制造煤質活性炭的工藝步驟。炭化過程是原料經過熱分解，絕大部分的氫和氧呈氣體的形態脫離，碳則以石墨化微晶的形態存在。活化主要是活性炭形成大量孔隙結構的過程，是活性炭制造生產中的重中之重階段。大同煤是弱粘性煤，特別是分布在左云一帶的8#、11#煤層非常適合生產活性炭，不但生產出的活性炭灰分低，吸附性能也好，而且產量大，可使生產煤質活性炭的成本明顯降低[2]。

2 斯列普活化爐

斯列普活化爐的工作過程分為烘爐和正式生產。烘爐是將溫度提升至可供生產的合適高溫并且防止了后續高溫不適可能造成的爐體坍塌危險。正式生產的兩個主要階段是升溫干餾和活化段，目的是人工造孔的同時提高孔隙率，增加比表面積，從而產出極具吸附能力的優質活性炭。

斯列普活化爐的工藝控制指標有活化溫度、活化爐內壓力、蒸汽壓力、活化時間等，調節各工藝參數不僅可以實現生產出不同指標的活性炭而且即使生產同一種活性炭也可以使其產量和質量實現最佳。

在平常的生產過程中要準確的控制好爐子內的氧氣含量，如果氧氣多了，就會造成爐內的溫度過高，對炭的燒失率也會增加，而且生產出的產品會有白條或白點的瑕疵現象，一旦爐內的溫度非常高的時候，就會把產品道的節流給堵住，所以在生產中的活化爐，在冷卻半爐時只需要少量的空氣來維持爐內的溫度即可，這樣可以暫緩由于活化反應后物理吸熱引發爐內溫度降低。在加熱半爐時爐內就需要加入空氣，在完全燃燒后冷卻時對于還沒有燃燒的煤氣和加熱時煙氣活化所產生的煤氣，就會產生氧含量過多的情況，因此，控制加熱半爐的氧含量就是控制好整個爐內氧含量的關鍵。

活化爐內發生吸熱和放熱這兩種化學反應，它們的影響因素是活化爐內二氧化碳、各配風口的配風量和氧氣的含量。為此，采用串級的調節回路控制活化溫度，選用氣動調節閥執行器，活化溫度控制原理框如圖所示：

進入爐內的空氣壓力要均衡，如果進爐的空氣壓力太大，就會導致爐溫過高，活化爐內通煙的通道內火焰就會增長，嚴重的話會進到水平氣道內和炭燃燒，這樣容易造成炭的燒失率增大，進而活性炭的產出率就會下降。而且容易引起炭中的灰熔融化成玻璃形態的物質堵住產品道。如果空氣流量太小的話，爐內的溫度就會降低，就會導致活化反應產生的煤氣進入到空氣管道，再引起空氣管道發生爆炸，那么活性炭的產量也會下降。所以，需要對空氣總蝶閥進行及時的調整，還要調整爐體內外各個點配風口處的蝶閥或者盲板，進而影響進爐空氣的壓力及流量來控制好爐體壓力是尤為重要的。

3 斯列普活化爐自身條件對于活性炭質量的影響

首先斯列普活化爐本身就有活化時穩定的溫度和生產出的產品優良等優點，它能夠制造出在吸附能力和機械強度、質量純度上都非常優質的顆粒型活性炭。斯列普活化爐活化溫度穩定，這樣使得炭化料在發熱方面也會比較穩定，不會發生高溫時的碎裂和結塊，也不會堵住活化爐的產品道，更也不會發生白點或白條的燃燒的現象。但仍要注意的是由于灰熔點的溫度相對低一些，如果炭化料在活化爐里面因為溫度高被燒成灰，灰就會熔化成玻璃形態的物質粘在活化爐的產品道上，逐漸堵住產品道，堵住后就沒有辦法挽救，從而活性炭的質量和產量都受到不同程度的影響。所以，要控制好制造炭化料的灰熔點不低于1000℃。

其次斯列普活化爐還具備的優點在于節約能源，對物料的磨壞和損失比較小，所以生產出的產品量就比較高。除了在爐子需要烘熱加溫和有特殊的情況時要補充燃料之外，正常狀態下是不用外源加熱的，而且活化爐的爐身經久耐用，維修起來不費力，勞動的強度相對較小，生產的費用低但是產出率高，這樣對于活性炭的生產上既節省了時間又會有較大的產能。

然而斯列普活化爐本身就有爐子體積比較大，需要定時定點的切換加熱和冷卻半爐，還有蓄熱爐的通風通汽等操作模式的缺點，因此在加料與卸料的周期上面，活化爐需要嚴格控制加料周期，特殊的品種需要隔4h加一次料，一次性加滿才行，加料后注意料口的高度，料槽加料時才能打開水封蓋。其次，炭化料下沉的深度不能超過活化爐料槽要求的高度，不然爐頂容易噴火。最后活化爐不能長時間不卸料，否則會引起產品道膨料。正常情況下，每過1h活化爐需要卸一回爐子里面的料，每回卸料的次數依要制定活性炭的質量而定。因此，要想爐子的壽命延長，活性炭的質量提高，在卸料和加料時就要嚴格的控制好，加料既不能頻繁，也不能長時間的不卸料，視具體情況而定。

最后斯列普活化爐有冷熱半爐之分，在活化爐加熱半爐方面，要嚴格的控制爐內的氧占比如果爐里面的氧氣多了，爐內的溫度上升到一定數值，就會導致活性炭得率下降。而且活化過程中要吸收熱量，會導致爐內的溫度降低，所以，既要保持住活化狀態最佳的爐內溫度，也要穩定且均勻的爐內壓力。因此，斯列普活化爐就需要定時定點切換加熱半爐和冷卻半爐，從而更好地控制好爐內的溫度，最終生產出質量最佳的煤基活性炭。

4 結束語

綜上所述，煤基活性炭作為中國產量非常大的活性炭產品，它的生產過程要進過磨粉、炭化、活化、成型等工藝步驟，而且對于生產它的斯列普活化爐工藝條件也有一定的要求，如炭化料、活化及燃燒室溫度、蓄熱室頂溫度、進入活化爐內的蒸汽和空氣的壓力與流量、加熱半爐和冷卻半爐的切換周期等。因此，正確熟練地操作斯列普活化爐對于煤基活性炭的質量產量就變得至關重要。此外，活化爐的操作人員也要定期培訓學習從而熟練的掌握活化爐的操作和檢修規程、開、停爐的操作規程和特殊狀況引起的停電和停汽現象發生時的應急措施，因為活化爐要始終保持在一個穩定運行的狀態下，不僅能提升活化爐的經濟效益，還能提高煤基活性炭的產量和質量。

參考文獻：

[1]邱敬賢，劉君，彭芬，吳志恒，何淼.煤基活性炭在環保領域的應用發展綜述[J].中國環保產業，2019（11）：23-28.

[2]侯偉，李會賢，淺析煤基活性炭生產設備中智能化技術應用[J].中國設備工程，2019（13）：214-215.