生產煤質活性炭的原料種類:
褐煤、煙煤和無煙煤均可作為活性炭的原料。國內的煤質活性炭原料主要采用山西大同地區的弱粘結性煙煤和寧夏的太西無煙煤。
(1)弱粘結性煙煤:山西大同地區的弱粘結性煙煤由于化學活性好、灰分低(特別是其八層煤和十一層煤),而廣泛被山西的活性炭企業用于加工制造原煤破碎活性炭。
(2)無煙煤:寧夏太西煤低灰、低硫、含碳量高,化學活性好,是生產高檔活性炭的優質原料。寧夏的活性炭企業主要采用太西無煙煤作為主原料生產柱狀活性炭。
下面為煤質活性炭的生產工藝流程:
原料煤的要求:
①水分煤中的水分對活性炭生產有一定影響,水分含量過高不僅對煤炭的破碎、篩分不利,而且增加能量消耗,提高生產成本。褐煤內在水分最高,其次時是無煙煤,中等變質程度的煙煤內在水分含量最低。目前我們要求無煙煤水分≤5%。
②灰分煤灰分含量高會降低煤的發熱量,影響炭化料及活性炭產品的機械強度,影響活性炭的孔隙結構,降低活性炭的吸附能力,使活性炭產品雜質增加,限制了煤基活性炭的應用領域。但是有些礦物質如CaO,MgO,Fe2O3,K2O及Na2O等可以催化煤中碳與水蒸氣的反應,加快反應速度,提高活化爐的產量。一般要求灰分≤6%,目前我們要求采用的原煤灰分≤3%。
③揮發分無煙煤揮發分含量最低。揮發分含量過高,揮發出的物質容易結焦,堵塞產品道;過低,不能為活化提供足夠的燃料。目前要求揮發份為7-8%。
④煤的反應性反應性高的煤在活化和燃燒過程中,反應速度快、效率高。
配煤的要求:
配煤是改善煤質活性炭產品孔結構,提高活性炭產品吸附性能的一種好方法。
①單種煤的結焦特性及其在配煤中的作用
肥煤:肥煤屬中等變質程度的煤,揮發分范圍較廣,膠質層厚度大于25mm,受熱時產生大量的膠質體,其流動性大,熱穩定性好。肥煤在約260℃時有機質開始分解。肥煤具有很強的粘結能力,能將煤粉顆粒很好低粘結在一起,形成機械強度較好的炭顆粒,是配煤中的重要成分。但揮發分高的肥煤,結焦性較差,因此在選擇肥煤作配合煤時,要充分考慮肥煤的粘結能力、揮發分、結焦性等。
弱粘煤:弱粘煤是一種還原程度較弱的低變質程度到中等變質程度的煤。加熱時,產生的膠質體較少,結焦性能較好。精選弱粘煤加粘結劑(煤焦油),在特定的工藝條件下制造柱狀活性炭在國內已成為現實,其被用作催化劑載體。
焦煤:焦煤具有中等揮發分與中等膠質層厚度,加熱時能形成熱穩定性很好的膠質體。結焦性能好,在配煤中焦煤可以起到提高干餾固體物料之機械強度的作用。煉焦工業利用焦煤單獨煉焦時能得到塊大、裂紋少、機械強度和耐磨強度都高的焦炭。目前尚未有報道利用焦煤制造活性炭。隨著活性炭制造研究工作的深入,焦煤作為配合煤會用于活性炭制造工業。
經過研究發現,在生產工藝基本條件相同條件下,煤基活性炭孔結構類型主要由煤本身性質決定:褐煤生產的活性炭碘值不高,但孔容積較高,這說明褐煤生產的活性炭中孔,大孔較多,這種活性炭的脫色能力較強,在某些液相應用領域,實際應用效果較好;由不黏煤、弱黏煤為原料生產的活性炭中孔較發達,適宜生產液相吸附凈化用活性炭;以無煙煤為原料生產微孔發達的活性炭,適宜生產優質的氣相吸附用活性炭。
②配煤原理
活性炭制造主要是依據揮發份--粘結性指標的配煤基本概念進行配煤,一般要求配合煤的揮發份在25%-30%這個范圍內,特征指數為3-5,根據活性炭特性要求改變單種煤在配合煤中的配合比例。
總之,配煤是改善活性炭產品孔結構,提高活性炭產品吸附性能的一種好方法。但如何配煤,應因地制宜,應根據活性炭產品孔結構及吸附性能的要求,確定配煤的煤種和配煤的比例,切不可盲目照搬,否則不會達到提高活性炭性能,降低生產成本的目的。
需要指出的是配煤技術難以大幅度提高活性炭的吸附性能,只能在一定范圍內改善活性炭的吸附性能,降低生產成本。如果生產高吸附性能的活性炭產品,應采用催化活化,煤巖分析等先進的新技術。