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煤质活性炭的工业制造及应用知识培训教程(05)  

2017-11-16 07:15:46|  分类: 活性炭产业 |  标签: |举报 |字号 订阅

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编写:吉建斌(2004年)

1、原料准备工序

(1)原煤的选择及质量控制

所有的煤种都可用来制造干法压型活性炭产品,但很少采用单一煤种为原料制造干法压型活性炭,从可查阅到的资料来看,目前世界上仅有美国卡尔冈和日本三菱化学两家公司采用单一煤种(不加别的含碳原料)制造压块炭,前者采用匹兹堡粘煤(相当于中国的1/3焦煤和焦煤之间的过渡煤种),后者采用新西兰粘煤或越南鸿基烟煤为原料。国内的相关研究表明,虽然用烟煤系列中的有些单一煤种可以制成压块炭,但试样的综合性能一般都不是太好,所以国内压块/压片炭生产线多采取配煤法来制造有商业应用价值的活性炭产品,所使用的煤种数量,少则两种,多则三种甚至四种。

当采用无烟煤、褐煤或泥煤用作干法压型活性炭的制造原料之一时,一般均需分析其水分、灰分和挥发分三项指标,做为后继工序的指导;当采用烟煤为制造原料时,除需分析上述三项指标之外,还需分析其CSN、GRI甚至胶质层特性指数Y和X(只有当CSN和GRI都不为零时,才进行测定),以初步确定该煤种的配入量及配入比例。

(2)固体含碳粘合剂的选择及质量控制

为了提高干粉压型炭的机械性能,一般均需在原煤中配入一定比例的固体含碳粘合剂,目前多采用石油系沥青或煤系沥青,大量研究表明,石油沥青不是一种优选的粘合剂,其与煤粉之间的互溶性不佳,在后继的热处理过程中易引起脱粉、碎裂等问题而造成操作困难、物料得率偏低;煤沥青是适用的,与煤粉间的互溶性良好。煤沥青有三种:中温煤沥青、高温煤沥青和改质煤沥青,其中只有软化点在120以上的品种才适合于干粉压型炭的生产。一般地,煤沥青与混合煤粉的混合比例以(8?25):(75?92)为宜(重量百分比例)。

(3)制粉

将所有选出的原煤按既定比例混合后破碎至粒度小于2mm,将既定比例的煤沥青掺入混合煤中,磨制成细度小于180目的混合粉体,备用。

2、辊压成型及粗破碎、筛选工序

上述制好的混合粉体均匀加入对辊式压型机的进料系统中,于150kgf/cm2以上的辊压下成型为块状、片状、棒状或丸状型料,调整进料速度和辊压、辊速,使压型料均匀、致密地制造出来。型料的机械抗碎裂强度用来表征成型工序的工艺是否适当,具体检测方法是:从距地面2米高度处使型料自由跌落,收集碎裂后的型料,用2.0mm分样筛筛选,当<2mm的碎料量不超过供测试用型料块总重的20%时,可认为工艺是适当的。

型料用辊式或棒搅式破碎机粗破碎,并筛选出粒径2?10mm,最好是4?10mm的破碎型料进入后继工序。细小的破碎型料返回工序再次磨粉,返回料的比例应不超过总物料的40%,可根据返回料比例判定破碎装置的工艺参数是否适当。

当辊压成型机的模具为压丸状,且粒径为4?15mm时,压丸型料可不经破碎,筛去粉料后直接进入后继工序进行处理。

成型料的质量控制。成型料应检测以下指标项目并应将其控制到下列范围内:水分5%;挥发分25?35%;CSN为0?3;GRI为45?65;胶质层最大厚度Y为0?7mm;胶质层最大收缩值X为0?10mm。除上述指标项目外,还应检测其在富N2空气(N2占85%以上,O2含量少于14%)或纯N2气中的热失重特征曲线,以准确预定炭化温度范围。

3、炭化工序和活化工序

    控制方法与原煤直接破碎炭相同。

4、其它相关问题

(1)强制性预先氧化处理对干法压型活性炭最终性能的影响。当采用烟煤,尤其是具膨胀性和强结焦性的烟煤为主要原料时,一般均需在炭化工序之前加入强制氧化工序对压型料进行预先处理,以降低其膨胀性和结焦性。一般采用300?350的热空气或含氧(O2含量应>15%)热烟道气做为氧化剂,处理强度一般在200L氧/(kg型料·小时)?440L氧/(kg型料·小时)范围内取值,处理时间为3?6小时(根据载气中的O2浓度而定)。大量研究结果表明,即使采用的烟煤原料不具强膨胀性和结焦性时,预先氧化处理亦是有利的,不仅可使最终活性炭的吸附性能提高5?15%,还可使活化速率提高,单位时间的产品得率可提高8?12%。也就是说,预先氧化可在短时间内低成本、高得率地制得更高性能的烟煤为主原料型干法压型活性炭产品。

但是,预先氧化处理对以无烟煤、褐煤、泥煤为主的干法压型炭是无效的,且有时甚至是有害的,可使最终制品的机械强度大幅降低。

(2)各工序副产的粉状物料的再利用问题。在干粉压型炭制造过程的中间环节如氧化工序和炭化工序会不可避免地产生大量的粉状物料,由于这些粉料已经经受了一定的热处理过程,与原煤性能产生了很大的差距,故这些粉状物料的处理一直是令活性炭行业头疼的难题。经过大量实验证明,氧化和炭化工序产生的粉料可用作柱状活性炭的配料,由于这些粉料一般系由烟煤产生的,物性介于标准烟煤和标准无烟煤之间,孔结构性能则与烟煤相似,故用作柱状炭的配合原料时,可生产出具一定粗微孔和细中孔的特种柱状炭产品。

三、柱状成型颗粒活性炭

柱状炭曾是前苏联和我国的主流活性炭产品品种,近十多年来由于欧美国家的活性炭用量大幅增加,且这些国家的用户大多数习惯采用无定形颗粒炭产品,故柱状炭产品产量呈缓慢萎缩态势。但是,由于柱状炭产品具有一些其它炭品种无法替代的优势如机械强度高、颗粒规整度好、再生性能优越等,在某些应用领域如烟道气的脱硫脱硝、某些工业溶剂的回收等,现在,甚至在未来的一定时期内仍会是主流产品,且用量还会加速上涨。

与干法压型活性炭产品相同,柱状炭也是一种孔结构和吸附性能可被良好设计的活性炭品种。目前通用的柱状炭的制造工艺和质控方法按制造工序分别介绍如下。

1、原料准备工序

与干法压型炭的不同之处在于几乎每一单一品种的原煤都能与煤焦油一起制造柱状炭产品,在实际生产过程中,为了获得某种综合性能可符合用户使用要求的产品,多种原煤的混配技术亦如干法压型炭的生产一样,是十分常见的。

柱状炭生产所用原料煤种的选择方法及质控方法与干法压型炭相似。

柱状炭生产常用煤焦油做粘合剂。煤焦油有低温、中温和高温煤焦油三种,煤质活性炭行业常用高温煤焦油。煤焦油是一种由数千种化合物组成的复杂的化工原料,其中对活性炭性能影响较大的物质类别有----萘及其衍生物,一般要求其含量应少于10%,此类物质会对活性炭的机械耐磨强度产生坏的影响;蒽油类物质,在炭化过程中可产生大量气相致癌物,对活性炭的机械性能有不利影响;沥青质,含量越高越好,一般要求焦油中沥青含量应65%,是煤焦油做为原料粘合剂的主要有效成分。

煤焦油的分析项目包括:初馏点;水分;轻油;重油;蒽油;沥青,共六项。一般地,运送到活性炭生产厂的煤焦油应在贮罐中陈化7?10天,且陈化温度控制在50以上,目的是清除大量的水分和轻油类物质,并增加焦油的粘稠度。使用之前将煤焦油加热至80左右,用泵输送至生产现场的焦油调质罐中,边加热边搅拌,当沥青含量较低时投加适量的沥青粉,当沥青含量过高时投加适量的绿油、重油或防腐油等,最后使其沥青含量达到60?65%,并加热至100?110备用。

选出的原煤经破碎、磨粉制成细度<180目的粉体,输送至煤粉贮罐备用。

2、捏合、挤条工序

根据原煤煤种及目标炭品种的不同,将煤粉、煤焦油和热水按不同比例混合后,在捏合机或螺旋混合机中充分捏合。捏合程度采取感官测试法判定,当混合料可用手轻易捏成团状,但取消外力后又能轻易散开时,认为捏合程度是适当的。

将混合煤膏加入压伸机中(压伸机的压伸缸中已预先置入固定了模孔尺寸的模盘和模具),于18?30MPa压力下挤成条料,将长的条料手工掰碎或机械切段后,在干净的水泥地面上摊开、晾置一段时间后备用(晾料时间随条料粒径的加大而延长,一般为4?24小时)。

3、炭化及活化

工艺过程和质控方法与直接破碎炭的方法相当。

四、煤质球形活性炭的通用制造方法

1、适用的原煤

具弱膨胀性的、具粘结性的烟煤是最适宜的煤种,其水分应<2%,灰分<6%,挥发分35?42%,固定碳含量在48?55%范围内。

有时亦要少量配入其它的煤种来调整最终产品的特性。

2、适用的粘合剂

最好采用亚硫酸纸浆废液,或乳状沥青做粘合剂;有时亦可采用糖蜜液、淀粉液或羧甲基纤维素溶液做粘合剂。

 

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关光(先生):北京北宇机械设备有限公司,18001368585

吉建斌(先生):18603463183,jzhx928@163.com

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