煤質(zhì)直接破碎顆粒活性炭

    煤質(zhì)直接破碎顆粒活性炭是中國獨有的活性炭品種，本文將原煤直接破碎顆粒活性炭的制造工藝和質(zhì)控方法按制造工序分別介紹如下：

    1、原煤的準備工序

    （1）原煤的選擇及質(zhì)量控制

    大同地區(qū)的煤炭資源非常豐富，其中既有標準弱粘煤煤種，又有不粘煤煤種，還有1/2中粘煤煤種，許多礦點甚至生產(chǎn)以上三種原煤的混合煤。按照活性炭制造行業(yè)的通俗分類，大同煤分為亮煤和暗煤（有時稱為絲煤）兩類，前者通常是指具有膨脹性和結(jié)焦性的煤，在常規(guī)炭化時會產(chǎn)生大量鼓泡和結(jié)焦料，后者通常指非膨脹非焦性煤，目前生產(chǎn)直接破碎炭的企業(yè)多采用后者為原料。

    一般來說，本行業(yè)通稱的亮煤，其水分≤10%，灰分2～8%，揮發(fā)分30～35%，從煤的巖相組成來說，其鏡質(zhì)組的含量為65～75%，半鏡質(zhì)組15～25%，絲質(zhì)組10～20%，惰質(zhì)組≤5%，斷面有金屬光澤，煤質(zhì)一般不均勻，大塊原煤中肉眼可觀察到層狀結(jié)構(gòu)的有其它光澤的煤夾層或矸石夾層。而暗煤多呈啞光型，有堅硬的細紋層狀或針狀結(jié)構(gòu)，其巖相組成一般是——鏡質(zhì)組40～60%，半鏡質(zhì)組10～20%，絲質(zhì)組30～45%，惰質(zhì)組＜5%；工業(yè)分析結(jié)果為——水分≤10%，灰分2～10%，揮發(fā)分26.5～29%。

    通常地，活性炭行業(yè)僅檢測原煤的水分、灰分和揮發(fā)分三項指標，而上述通稱的亮煤和暗煤的最明顯的差別在于揮發(fā)分指標。一般來說，具膨脹性和結(jié)焦性的、不適于用常規(guī)工藝制造直接破碎炭的亮煤，其揮發(fā)分均高于30%，這一點可用來簡單地判斷原煤的適應(yīng)性。

    值得提出的是，隨著對大同煤認識程度的加深，和基于大量實驗獲得的數(shù)據(jù)，用感官判定哪種是亮煤或哪種是暗煤，是極不準確的，表面呈金屬光澤的亮煤中有許多也可以用現(xiàn)有工藝制造出不鼓泡、不結(jié)焦的高性能直接破碎炭產(chǎn)品，如斗子灣附近的亮煤即是如此。為了準確地判定某一礦點出產(chǎn)的原煤是否可用來制造直接破碎炭，目前可采取兩種辦法：一是進行工藝實驗，二是在現(xiàn)有的判定指標體系（水分、灰分、揮發(fā)分）的基礎(chǔ)上擴展檢測項目，一般增加自由膨脹序數(shù)（CSN）和粘結(jié)性指數(shù)（GRI），用以表述大同煤的細節(jié)性差異。前者投資省，但只能宏觀判定，后者投資較大，但可進行細微分析，更加科學(xué)。

    （2）原煤的破碎和篩選

    選擇出不具膨脹性和結(jié)焦性的大同煤（塊度要求≥20毫米）之后，用輥式或錘式、鄂式破碎機將其破碎，并篩選出一定塊度的煤粒，準備炭化。

    不同的炭化設(shè)備對原煤的塊度要求是不同的。例如：當采用回轉(zhuǎn)爐炭化時，原煤最適宜的塊度應(yīng)在4～15mm范圍內(nèi)；采用斯特克爐進行炭活化時，原煤最適宜的塊度應(yīng)在20～40mm范圍；當用大同地區(qū)常見的，由立式焦爐改造的立式炭化爐時（產(chǎn)品道寬度一般大于350mm），適宜的煤塊塊度應(yīng)在40～80mm范圍。

    （3）原煤準備工序的其它問題

    關(guān)于亮煤的使用問題。一般來說，采用常規(guī)生產(chǎn)工藝時用大同亮煤難以制造出性能優(yōu)良的直接破碎炭產(chǎn)品，但近年來的研究表明，當在炭化工序之前采用適當?shù)墓に嚪椒ㄊ蛊渥杂膳蛎浶驍?shù)降低到1以內(nèi)，且粘結(jié)性指數(shù)降至10以下后，可用亮煤更快地、高得率地制造出性能超過用暗煤為原料時的直接破碎炭產(chǎn)品。目前使用大同亮煤為原料制造高性能直接破碎炭已成為本地區(qū)活性炭行業(yè)的研究方向之一。

    2、炭化工序

    從對直接破碎炭最終質(zhì)量的影響程度的角度來說，炭化工序的作用幾乎可以說是決定性的，本工序不僅可決定最終產(chǎn)品的機械強度等級，還能決定最終產(chǎn)品的孔結(jié)構(gòu)特性以至常規(guī)吸附性能指標等級。

    通常采用的炭化最終溫度為500～750℃；炭化溫度梯度亦應(yīng)經(jīng)過詳細設(shè)定，一般來說，當采用轉(zhuǎn)爐炭化時，爐尾溫度一般不允許超過180℃，出料口附近的溫度為500～750℃，物料在爐內(nèi)的有效停留時間為20～30分鐘，即：物料的升溫速度應(yīng)控制在11℃/Min～25℃/Min范圍內(nèi)。

    對內(nèi)加熱轉(zhuǎn)爐炭化方式來講，最終溫度的控制是靠爐頭燃燒室溫度的調(diào)控來實現(xiàn)的，爐尾溫度及沿爐體軸向的溫度梯度分布則由爐體的長度、轉(zhuǎn)速及煙道的抽力來調(diào)控的，當爐體的長度和轉(zhuǎn)速均固定時，調(diào)整抽力可部分地實現(xiàn)溫度分布調(diào)控功能。

    炭化料的質(zhì)量評價。炭化工序操作質(zhì)量的評價是依靠對炭化料的綜合評價來實現(xiàn)的。首先應(yīng)進行感官評價，炭化料如果出現(xiàn)過多的裂紋（可用手擠碎）、或斷裂面呈現(xiàn)明顯的兩種色澤（夾生料）時，說明爐內(nèi)溫度分布不合理，需適當調(diào)整煙道抽力；如果斷裂面靠近外表面處出現(xiàn)一層致密的“亮圈”結(jié)構(gòu)，說明最終溫度過高，需適當調(diào)低燃燒室溫度。其次應(yīng)進行工序質(zhì)檢化驗分析，分析項目應(yīng)包括：揮發(fā)分、焦渣特性指數(shù)、水容量、強度、灰分、粒度分布等。其中最重要的指標為前四項。

    3、活化工序

    原煤直接破碎炭大多采用自熱平衡式活化爐來活化，爐型多為斯列普或改良后的斯列普活化爐。

    判斷活化程度是否恰當，是活化工序質(zhì)量控制的關(guān)鍵、重點內(nèi)容之一。最常見的控制方法是以出料器的水容量指標來判定的，前提是原料和炭化料的質(zhì)量應(yīng)相對穩(wěn)定。因為每臺活化爐的氣氛都是有差距的，所以一般的做法是：當開爐后，穩(wěn)定加入原煤（斯特克炭化活化一體化爐）或炭化料（斯列普爐），控制出料速度和出料量，得到一系列活化料樣品，分別檢測其水容量和碘值，繪制水容量～碘值關(guān)聯(lián)曲線，確定適宜的水容量控制范圍。在正常生產(chǎn)時，每隔一段時間（一般4～8小時）取一次樣，分析其水容量值，并標注在相應(yīng)爐號的“出料器水容量控制圖”上，由司爐工根據(jù)活化料的水容量水平來調(diào)整出料時間及出料量。一般地，當采用大同煤生產(chǎn)直接破碎炭時，斯列普爐出料器水容量控制范圍在65%～100%之間，對應(yīng)的活化料碘值為850～1100mg/g，亞甲蘭值為150～220mg/g。

    極少數(shù)的情況下，企業(yè)會采取對活化料進行全分析來判斷活化程度是否適當，這種方法的優(yōu)點是可使企業(yè)技術(shù)人員對工序的產(chǎn)品質(zhì)量有一全面的了解，缺點是因為全分析耗時較長，工序的調(diào)控滯后性較嚴重，另外，根據(jù)全分析結(jié)果確定工序控制的工藝參數(shù)，難度會提高許多。

    最常見的活化工序質(zhì)控方法是：通過出料器活化料水容量控制圖來調(diào)控出料時間及出料量，當進料質(zhì)量非常穩(wěn)定時，還可通過出料器堆比重控制圖來調(diào)控出料時間及出料量；活化料組批（一般將每臺爐每班次的活化料組成一批）后進行必要項目的全分析。這些必要項目包括：堆比重、強度、水容量、碘值等。

    近年來，已出現(xiàn)了一種可根據(jù)活化爐產(chǎn)品道的活化氣氛差異及活化料控制指標進行設(shè)定的自動控制出料器技術(shù)專利產(chǎn)品，應(yīng)用效果表明該項技術(shù)已趨近成熟，可以使活化爐的產(chǎn)量和活化料的質(zhì)量實現(xiàn)最佳控制。相信在不遠的將來，這項技術(shù)將獲得大規(guī)模推廣，活化工序的質(zhì)控將實現(xiàn)全面自動化操作。