活性炭生产工艺、特性、用途浅析

葛现玉

摘要：本文就活性炭的特性、用途，生产工艺、设备做了分析阐述，希望能给活性炭行业的后来者提供一些有益的参考。

关键词：活性炭;特性;用途;工艺;设备

1.活性炭的概念、特性和用途

活性炭是一种黑色多孔的固体炭物质，其主要成分为碳元素，并含少量氧、氢、硫、氮、氯等。

具有较大的表面积（500～1000m²/g），有很强的吸附性能，吸附物质的质量可接近于活性炭本身的质量，能吸附气体、液体或胶态固体，是用途极广的一种工业吸附剂，广泛应用于水处理、服装印染、化工、电力、食品、医药、冶金等工业部门。

具体用途列举如下：

1）水处理/净化：

（1）自来水、电厂锅炉用水、地下水：能快速、有效地去除有机污染物和微生物。

（2）市政污水、废水：降低有机物、顏色、臭味、毒性。

2）气体吸附/净化：工业气体/废气处理、化工原料/化工合成气体、制药工业气体、饮料用二氧化碳气体、氢气、氮气、氯气、氯化氢、臭氧、乙烃、丁烷、裂化气、惰性气体等的净化;也用于废气以及混合气体的分离提纯;去除空气中的臭味、甲醛、氨、苯、二惡英等。

3）汽油蒸发回收：加油站及储油罐区的汽油输送过程中对蒸发的汽油蒸汽进行回收。

4）医药：维生素C、核酸针剂、抗菌素、激素及其它原料药的脱色，以及各种注射药剂的脱色、精制。

5）制糖：糖、甜味素、山梨醇、甘露醇、蔗糖、果糖、木糖脱色净化。

6）食品、饮料：除去颜色、氯、胺、合成有机化合物等。

7）酒：能有效去除引起白酒浑浊的物质和异杂味。

8）贵金属提炼：炭浆法提取黄金以及其它贵重金属。

9）催化气体保护：保护用于气体处理（如天然气、乙炔、乙烷-丙烷和乙烯氧化物）的催化剂不中毒以及保护设备不被腐蚀。

2.生产活性炭的原料

生产活性炭的主要原料：煤、木材、果壳、椰壳、核桃壳等。其中能生产煤质活性炭的煤种是不粘煤和无烟煤，要求干基灰分小于5%。

3.活性炭生产工艺

活性炭生产包括炭化和活化两个工艺过程。炭化是将煤、木材、果壳、椰壳、核桃壳等隔绝空气加热，析出水分，分解出气体，从而得到炭化物的过程。活化是炭化物中的碳元素与活化剂反应，从而形成具有复杂孔隙结构、发达比表面积的活性炭的过程。制造活性炭的关键工艺是活化，由于所用活化剂的不同，可分为两类方法：气体活化法、化学品活化法。

气体活化法工艺简单，煤质活性炭适合气体活化法;化学品活化法工艺复杂，化学药品难回收极易造成环境污染，木质活性炭只有用化学品活化法生产才可得到合格的活性炭产品。

4.活性炭生产主要设备

我国目前常用的活性炭生产设备主要有：

1）斯列普炉：又称鞍式炉，因其活化带的耐火砖是马鞍型，原为法国专利，20世纪50年代由原苏联引进我国。后经一系列改进，成为我国目前生产颗粒状活性炭的最主要炉型。活化气体：水蒸气。主要优点：连续生产、产量大、质量高、过热蒸汽温度高、稳定、不需外部供热。主要问题：对原料要求高、造价高、技术要求高、维修费用大。

2）转炉：是最通用的卧式炉，可单独作为活化炉，也可作为炭化、活化一体炉。活化气体：烟道气、水蒸气、化学药品;主要优点：连续操作、活化较均匀。主要问题：设备庞大、热效率差、耗燃料。

3）焖烧炉：活化气体：燃煤所产生的高温烟道气。主要优点：简单投资省。主要问题：耗燃料多、活化不均匀、劳动强度大、粉尘大。

4）多管炉：活化气体：水蒸气。主要优点：不需燃料、稳定、易控制、产量较大。主要问题：活化不均匀、炭质量不高、过热蒸汽温度低、耐火管易损坏、投资较大。

5）沸腾炉：活化气体：空气、水蒸气。主要优点：气固接触好、活化均匀、机械化占地面积小。主要问题：间歇生产、易结渣影响正常操作、耗燃料。

6）多层耙式炉：活化气体：烟道气、水蒸气。主要优点：国外引进大型设备、活化强度大、产量大。适应多种产品。主要问题：投资大、技术要求高、操作费用较高。

5.活性炭的后处理

1）去杂

活化时加过催化剂如氯化锌、磷酸、碳酸钾的活性炭常用酸洗或用水洗处理，以减少各种化合物含量。低灰分活性炭可用水、盐酸或硝酸洗涤，去除一些杂质。用于精细化学品、药物、催化剂、催化剂载体的活性炭，需要特殊的充分洗涤。

2）浸渍：活性炭的浸渍是针对特定用途的一种后处理。

（1）用于防护毒气的活性炭以铜盐和铬盐浸渍。

（2）用于去氮的活性炭以锌盐浸渍。

（3）用于从含氧气体中去硫化氢、从废气中去汞蒸气的活性炭以碘化合物处理。

（4）用于提取核装置产生的放射性甲基碘和其他气体的活性炭也以碘化合物处理。

（5）用于将硫化氢和甲醛氧化为无毒物的活性炭以二氧化锰浸渍。高温下甲醛不氧化到甲酸，而直接生成二氧化碳。

（6）用于从低氧的气体混合物中除去二价化合物的活性炭以铁盐浸渍，再加热转变为三价的氧化铁。

（7）用于从天然气、氢气和其他气体中消除汞蒸气的活性炭以元素硫处理。

（8）用于饮用水净化的活性炭以银盐浸渍。

（9）用于各种目的催化剂的活性炭以贵金属化合物浸渍。例如涂钯的活性炭是典型的氢化催化剂。

（10）用于矿物油中硫醇的氧化的活性炭以酞菁钴浸渍。

6.煤质活性炭的特性、用途

煤质活性炭具有合理的孔隙结构，良好的吸附性能，机械强度高，易反复再生。广泛应用于工农业生产的各个方面，如石化行业的无碱脱臭（精制脱硫醇）、乙烯脱盐水（精制填料）、催化剂载体（钯、铂、铑等）、水净化及污水处理;电力行业的电厂水质处理及保护;化工行业的化工催化剂及载体、气体净化、溶剂回收及油脂等的脱色、精制;食品行业的饮料、酒类、味精母液及食品的精制、脱色;黄金行业的黄金提取、尾液回收;环保行业的污水处理、废气及有害气体的治理、气体净化;以及相關行业的香烟滤嘴、木地板防潮、吸味、汽油蒸发污染控制，各种浸渍剂液的制备等。煤质活性炭有极好的发展前景和广阔的销售市场。

7.煤质活性炭资源优势

我国煤炭资源丰富，生产活性炭的煤种主要分布在宁夏、山西、新疆，宁夏太西无烟煤、山西大同无烟煤、新疆准东、哈密不粘煤最佳。不粘煤可以炭化、活化一体化进行生产，直接得到活性炭，大大降低生产成本。

8.结束语

随着国民经济的发展，环保政策的趋紧，活性炭的用途越来越广泛，活性炭行业发展前景看好，尤其是在新疆地区，煤质优良，灰分低，煤不经过洗选就可直接生产活性炭，具有独特的竞争优势。

（作者单位：特变电工股份有限公司）