煤基活性炭生产用斯列普活化炉生产工艺探讨

煤基活性炭生产用斯列普活化炉生产工艺探讨

肖宏生,张文辉

(煤炭科学研究总院北京煤化学研究所,北京 100013)

摘要:讨论了煤基活性炭生产用斯列普活化炉合理工艺的控制,探讨了降低煤基活性炭生产成本、提高活性炭质量的途径。

关键词:斯列普活化炉;工艺

中图分类号:T Q 424 1 文献标识码:A

文章编号:1006 6772(2001)01 0057 04

收稿日期:2001-01-10

作者简介:肖宏生(1965-),男,辽宁庄河人,工程师,长期从事活性炭产品开发和工程设计工作。 煤基活性炭是中国产量最大的活性炭产品,据统计,1999年中国煤基活性炭产量超过9万t,其中产品80%出口。中国煤基活性炭生产主要采用斯列普活化炉,斯列普活化炉是活化炉的一种,由于其具有生产能力大、产品质量均匀稳定、产品的吸附指标高、能同时生产多种规格活性炭、正常生产时不需外加热源、炉子使用寿命长等特点,因而被国内煤质活性炭厂广为采用。自20世纪50年代,中国从前苏联引进设计能力为1000t/a 斯列普活化炉后,经过国内几代科研人员的不断改进和重新设计,目前,斯列普活化炉已发展成设计能力为300t/a 、500t/a 、800t/a 、1000t/a 4个系列。其中500t/a 斯列普活化炉因其造价较低,产出较为合理,国内煤质活性炭厂多采用此炉型,但是国内活性炭厂500t/a 斯列普活化炉工艺控制存在一定差别。

斯列普活化炉工艺参数控制的合理与否直接关系到活化炉的产量、产品质量及炉子的使用寿命。斯列普活化炉工艺参数控制包括炭化料、加料与卸料、活化温度、蓄热室顶部温度、燃烧室温度、通

入活化炉的蒸汽压力与流量、通入活化炉的空气压力与流量、炉内压力、加热半炉氧含量、加热半炉与冷却半炉切换周期。

本文根据笔者多年经验就500t/a 斯列普活化炉的合理工艺参数的控制、生产成本的降低和产品质量的提高进行了探讨。

1 炭化料质量对斯列普活化炉操作的影响

炭化料是加入活化炉进行活化的原料。炭化料的质量直接影响活性炭的质量、产量及炉子的使用寿命。对炭化料的要求主要包括炭化料的热稳定性、强度、灰熔点、灰分含量、堆积重、粒度、挥发分、水分及水容量。

炭化料的热稳定性要好,其在高温下不能碎裂及有结块性。炭化料若有结块性,其在活化炉的补充炭化带就会结块堵塞活化炉的产品道;炭化料若在高温下碎裂,则会使料层致密,活化介质不易穿透料层,造成活化不均匀,产品的吸附指标难于提高,活化料中常有过烧现象即白点或白条。另外,由于炭化料的碎裂容易导致活化炉产品道膨料造成

产品道堵塞。国内曾有一活性炭生产厂尝试用斯列普活化炉直接活化宁夏太西无烟煤生产无烟煤破碎炭,结果表明产品的吸附指标很难提高,活化料中白点很多,过烧现象严重,产品道堵塞,尽管太西无烟煤挥发分很低,初孔结构比较发达,但是活化效果并不理想,这主要因为太西无烟煤热稳定性不好,在高温下碎裂,大颗粒碎成小颗粒,小颗粒碎成更小颗粒,致使料层致密,活化介质不易穿透,活化不均匀所致。

炭化料的强度低,活性炭成品的强度也低,同时也容易使产品道堵塞。一般要求炭化料的强度不小于90%。

炭化料的灰熔点要大于1000 。灰熔点低,一旦炭化料在活化炉内被烧成灰,灰就会熔化成玻璃态物质粘在活化炉产品道上,堵塞产品道且无法挽救,降低活化炉的产量,最终导致活化炉停炉更换炉芯。

灰分是活性炭中的无效成分,炭化料的灰分含量越低越好。通常炭化料的灰分含量根据成品活性炭的灰分要求而定。

斯列普活化炉的基本原理是原料借助自身的重力沿产品道垂直向下移动,在移动的过程中不断与水平方向流过的活化介质接触发生活化反应。炭化料的堆积重过低,炭化料容易在产品道内膨料,活化将不能有效进行。一般要求炭化料的堆积重不小于0 4g/cm3。

加入活化炉内的炭化料粒度不能过大也不能过小,粒度过大过小都会造成膨料。合适的炭化料粒度一般为1~6mm,小于1mm不能超过0 1%。目前,国内斯列普活化炉产品道宽度一般为11~ 20mm。对于产品道宽度在16~20mm之间的,炭化料的粒度最大不宜大于10mm。虽然产品道加宽有利于提高活化炉的产量,但却不利于小粒径产品的活化,这主要是因为产品道加宽相当于小粒径产品料层致密加厚,不利于活化介质的穿透。实践证明,产品道宽度在16~20mm之间,对于小粒径产品的活化极不均匀,产品吸附指标难于提高,产品过烧现象严重。笔者认为合适的产品道宽度为11~16mm。

炭化料挥发分含量的高低反映炭化料中焦油沥青的分解程度。挥发分含量高,焦油沥青分解程度达不到要求,炭化料会在活化炉不充炭化带结焦堵塞活化炉产品道。一级炭化料的挥发分为6%~ 8%;二级炭化料的挥发分为8%~10%;三级炭化料的挥发分为10%~12%。炭化料的挥发分不小于15%极易在活化炉补充炭化带结焦,不宜加入炉内。国内常有一些煤质活性炭生产厂将挥发分不小于15%的炭化料加入炉内导致产品道堵塞,活化炉不能正常运行的现象,影响活化炉的产量和寿命。

炭化料的水分一般要求不大于8%。水分过高将会降低活化带上部温度,不利于活化进行。另外,水分过高,炭化料表面易粘炭粉,造成活化炉产品道膨料、烧灰、结瘤,堵塞产品道。炭化料要有一定的初孔结构,活化方能有效进行。衡量炭化料初孔结构的指标则为水容量。水容量越高,炭化料的初孔结构越发达,活化越容易进行。但是炭化料的初孔结构是有限度的,初孔太多,炭化料的强度降低。煤制炭化料的水容量一般为22%~40%,实际生产中一般都控制在30%左右。

2 斯列普活化炉加料与卸料周期的确定

一般情况,活化炉每8h加料一次,特殊品种可4h加料一次,加满为止。加料后的料槽,炭化料不得低于料槽口10cm。不加料的料槽,不得提前打开水封盖。

一般情况下,活化炉料槽中的炭化料下沉深度不应超过80cm,当更换另一品种时,炭化料的下沉深度可允许不超过1m,否则活化炉炉顶容易喷火。一般8h加料一次可满足活化炉料槽内下沉深度不超过80cm的要求。

活化炉不能长时间不卸料,否则产品道容易膨料。一般情况,活化炉每隔1h卸一回料,每一回的卸料次数应根据活性炭的质量要求而定。为了延长炉子的寿命,既不能频繁卸料,也不能长时间不卸料,料不能在炉内停留时间过长,即使卸出的料可能不合格,也要将料少许卸出。

3 斯列普活化炉操作温度的确定

通常炭和气体的反应速度随着温度的升高而增大。因此气体活化需在高温下进行,但活化温度不能任意提高。温度太高,炭的孔结构会发生变化,微孔减少,反而使吸附力下降,特别是活化温度超过950 时,水蒸气的扩散速度的影响马上就表现出来,活化不能有效进行,比表面积的增加率变小。另外温度太高,炭的烧失率增大,得率下降,又容易造成炭中的灰分在高温下熔融结瘤堵塞产品道。若温度过低,又能引起产量下降,因此蒸汽活