活性炭的制备工艺

烟煤 枣庄 淮北 102 130
无烟煤 阳泉 214
对活性炭的生产有何影响？2
灰分来源
灰分
原生矿物 次生矿物 外来矿物
如何测定？
对活性炭的生产有何影响？
强度、孔隙、灰熔点
挥发份、固定碳
挥发份来源
有机质分解 矿物质分解
对活性炭的生产有何影响？
焦渣特性 强度、孔隙
元素分析
碳 氢 氧 氮
无机硫 硫
有机硫
后再使置换物质脱附，活性炭得到再生； ➢外部加热，升高温度改变平衡条件，因为随温度升高
吸附量减少，因而使吸附质脱附； ➢降低溶剂中溶质浓度(或压力)使吸附质脱附； ➢用分解或氧化的方法，使吸附质(有机质)除去。
活性炭的再生方法－药剂再生法
这种方法是用酸、碱等无机药品和苯，丙 酮，甲醇等有机溶剂处理，对吸附质进行化 学反应，萃取，置换，而使吸附质脱附。
木 材、煤、褐煤、泥炭及煤焦油等都可以生产作为多孔炭的原 料，其用途也扩展到清除空气、水、其他气体和液体中的各 种污染物。
活性炭在液相吸附方面的应用
活性炭表面呈疏水性这一基本性质，使它能从水 中吸附各种物质，从而在水净化中得到广泛应用。
活性炭在液相吸附方面的应用大致上可分为3类： (1)精制 在以有效成分或成分组为主的液体中，将所 含的有害成分组通过活性炭表面吸附除去，以提高液体的价 值或经后处理工序，使所得最终产品的价值提高。 (2)回收(或捕集) 从由几种成分组成的液体中，将 有效成分或成分组吸附于活性炭中，作为更浓或更纯的状态 解吸而利用或再使用。 (3)分离 将几种成分所组成的液体，利用活性炭的吸 附作用分成不同的成分或成分组，以提高各部分的价值。
煤质活性炭的生产－煤质改性
为什么进行改性？
粘结性烟煤 加热
膨 胀
熔融态
气体逸出
结构松散
收 缩
预氧化－氧化不融化
熔融温度带(350－450℃大量产生焦油的温度带)，尽可能缓馒加热
预氧化过程与炭化过程可在同一炭化炉内进行。将炭化最终温度调 至600℃，隔绝空气，以10.20℃／min的速度升温，使挥发分进一步 析出，炭化后的挥发分控制在12％－15％。
影响活性炭质量的因素－工业分析
内在水分 如何测定？
煤种 褐煤 长焰煤 气煤 肥煤 焦煤 瘦煤 贫煤 无烟煤
Minh % 2-25.4 0.9-8.7 0.6-4.9 0.5-3.2 0.5-2.6 0.3-1.6 0.6
3.5
孔隙
内水 关系？
煤种及矿别 比表面积m2/g
褐煤 舒兰 百色 353 339
通过加热使有机质挥发和碳化碳化温度在150－ 750℃。 ➢ 活化阶段 炭化阶段残留在活性炭微孔中的炭，影响孔结构， 需通入水蒸汽、CO2气体进行活化，约征850℃气 化成CO，CO2等气体，使微孔得到清理，重新恢 复吸附能力。
可用常规加热法，或微波加热法。
活性炭的应用
应用简史
➢ 木材炭化获得的活性炭或多孔炭，已经使用了许多世纪； 公元前l500年以前，埃及人就将此材料用于制药及净化， 印度人也已经使用活性炭来净化饮用水。 ➢ 但是直到20世纪初才开始工业化生产，最初的应用特别简 单，随着第一次世界大战的爆发，出现了对防毒面具的需 求，多孔炭的气体分离能力及储气能力开始得到高度重视。 ➢ 自1918年以来，活性炭的生产工艺层出不穷，果壳皮、
橡胶 石油精制 高分子
染料 无机药品
金属 干洗 矿业
品名 甘蔗糖、甜菜糖、蜜糖 矿物油、表面活性剂等
再生橡胶 液体石油馏分
合成树脂、纤维原料及中间体
染料中间体、洗涤液 磷酸、硼酸、盐酸、明矾
脱脂溶剂、电镀液 干洗液 浮选液
效果 ①②③⑥⑨ ①②③⑩
⑾ ① ②脱硫 ①②③⑩防止副反应 ①⑨⑾防止副反应 ①③有机杂质 ③ ⑩分解产物 ①③脱酸 除去及调整浮选液
在加热过程中，易以挥发分的形式脱附，另一部分碳 化，残留在活性炭微孔中，如聚乙烯酸类有机物。 ➢ 难脱附型
在加热过程中，不易以挥发分形式析出，质量变化很慢 有大量的残炭留在活性炭微孔中，如酚，木质素等。
加热再生法
根据被活性炭吸附的有机物热分解的难易，脱附温度不 同，可分为低温加热再生和高温加热再生。 ➢ 低温再生法。
料斗
水蒸气过热器
燃烧嘴
沸腾炉 布风板
燃烧嘴 粉状炭
成品
颗粒炭
微波加热流化床生产煤质活性炭
排气管
微波导管 分布器
温度测口 活性炭排出管
活化气体
斯列普炉
活性炭的再生
活性炭是价格比较高的吸附剂。用一段时间以 后，吸附能力减弱，甚至完全丧失吸附能力，此时 的炭称为饱和炭。
若将饱和炭舍弃，一方面造成经济上和资源上 的浪费，另一方面，活性炭吸附的有害物质会造成 二次污染。
食品、医药及化学等工业液相精制
活性炭用于液相精制符合其疏水性及对低浓度物质具有 强吸附性的特点。活性炭的液相处理效果主要有：
(1)脱色(除去在可见光波长内有吸光性的物质)； (2)除去在可见光波长以外有吸光性的物质； (3)除去颜色的前驱物质； (4)除去臭味物质或调整香味； (5)除去臭味的前驱物质； (6)除去易形成混油或浊雾的物质； (7)除去起泡性或保泡性物质； (8)除去阻碍结晶析出的物质； (9)除去胶体物质(这类物质大多妨碍过滤和结晶)； (10)除去保护胶体的物质； (11)除去对生理有害的物质； (12)除去使产品变质的物质。
有机溶剂再生
出水
吸 附
废水
水蒸气
溶剂
再 生
溶剂槽
溶
分
剂
离
循
水
蒸
环
馏
器
回收有机物
吸附废水中高浓度的酚，也可用溶剂再生，也就是用苯，丙酮，甲 醇等有机溶剂将被吸附的污染物质萃取出来。图示为某焦化厂用有机溶 剂 ，处理煤气洗涤废水饱和炭的工艺流程。
溶剂再生法的缺点是再生效率低，再生不完全，几周后水蒸气再生。
煤粉由料仓定量送来，掺入焦油和水搅拌均 匀。焦油温度控制在60－90℃，沥青含量在55％ －65％为宜，压成坯块，混合料温度控制在20－ 60℃。
成型压力、模具
炭化
胶带输送机
料斗 导板 炭化炉
70% 30%
风机
烟囱
振动筛
焚烧炉
活化
电葫芦 料斗
进料口
烟道
储热室
烟囱
风机
活化道
燃烧室
风机
流化床生产煤质活性炭工艺
生物再生法
生物再生法是将驯化培养的菌种，应用到饱和炭的解吸上，吸附的有 机物被分解成水和CO2，使饱和炭再生。
化学氧化再生法
化学氧化法有氧化剂和电解氧化两种方法，所 用氧化剂主要是臭氧，有人将臭氧与活性炭吸附再 生设计成一个连用装置，即在放电器中间作成活性 炭吸附床，废水通过活性炭时，有机物被吸附，当 活性炭需要再生时，床外面放电反应以空气制造臭 氧随冲洗水将臭氧带入活性炭床，进行再生。
炭化是将煤隔绝空气加热至550－650℃低温干馏的 过
程同时也是煤炭热分解、缩聚的过程。 煤在隔绝空气下加热，随温度的增加发生一系列
变化：
110℃烟煤；150℃褐煤、无烟煤吸附的水分逸出； 250℃煤体开始第一次热分解； 350℃烟煤有焦油产生； 550－650℃生成半焦
会影响到活性炭的孔隙结构、强度、收率等。
另外将粉状炭作阳极，进行水的电解，由于在活 性炭表面产生了氧，而将吸附质氧化、分解。
加热再生法
加热再生法是使活性炭吸附的物质解吸或热分解而除 去。根据活性炭吸附的有机物质的热重曲线(TGA)， 可 分为三种类型 ➢ 易脱附型
沸点低的小分子碳氢化合物和芳香族有机物质，一 般加热到300℃，即可脱附。 ➢ 热分解脱附型
活化原理
煤 升温
氢、氧析出 石墨微晶
焦油等无定形碳 形成 石墨微晶
反 应
活化剂
形成 反 应
初步的孔结构 新的孔结构
微晶缺陷
中孔、大孔
常用烧失率来衡量活化过程。杜比宁认为， 烧失率小于50％时，得到的是微孔活性炭； 烧失率大子75％时，得到大孔活性炭； 烧失率在50％一75％时，活性炭具有混合结构。
气化反应阶段
活化气体向炭化物表面扩散
向粒子的外表面扩散
向粒子的内表面扩散
炭表面吸附活化气体
炭表面发生气化反应
从粒子内表面向气相中扩散 从粒子外表面向气相中扩散。
反应生成物脱吸 最后一个阶段决定整个工艺的反应速度
无烟பைடு நூலகம்为原料的生产工艺流程
原料煤
破碎 水
粉碎 煤焦油
混合
成型
炭化 活化 筛分
包装
成品
煤的破碎、制粉系统
大旋风分离器 小旋
捕尘器
胶带输送机
料斗
颚破 20－30mm 斗提
雷蒙磨 -200目
螺旋给料机 粉煤料仓
鼓风机
鼓风机
混合、成型
焦油和沥青都是粘结剂，具有良好的浸润性， 渗透性和粘结力，它与炭捏和后，具有良好的可 塑性。焦油中沥青含量对产品的机械强度和吸附 能力有很大影响，焦油中沥青含量约在55％－65 ％为宜。过多？
煤质活性炭的生产与再生
Why coal?
– Structure similar high aromaticity
Why coal?
– Price Cheap – Bosom Abound
• Disadvantages
– Ash – Variety
煤质活性炭用煤
我国煤炭资源特点 ➢ 煤炭储量丰富，但分布不均
当吸附物质为高浓度，低沸点的有机物饱 和炭，应首先考虑药剂再生，此法再生活性 炭损失小，可以在吸附塔中进行再生，采用 两个以上吸附塔交替使用。
无机药剂再生法(酸或碱再生法)
废水
4％NaOH 水 HCl
再
吸
生
附
处理水
酚钠盐槽
泵
酚回收
用无机酸(硫酸，盐酸)或碱(氢氧化钠)等药剂洗 涤，使吸附的有害物质脱除。在水处理中吸附高浓 度酚的饱和炭，用氢氧化钠再生，脱附的酚以酚钠 盐的形式被回收，再生工艺流程如图所示。吸附处 理重金属废水的饱和炭也用这种方法再生。
煤炭主要分布在华北、西北、东北等地区，而华南及滇 藏和台湾煤炭储量较少。储量最大的是新疆、内蒙，其次 是山西、宁夏、甘肃、河北、山东、河南、陕西、安徽、 贵州等，总的特点是北多南少，西多东少。
➢ 煤种齐全
气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、无烟煤、弱粘结煤、 不粘结煤、长焰煤、褐煤、天然焦等均有分布。炼焦煤主 要分布在华北，华东地区；无烟煤主要分布在华北、西南 等地区，褐煤大部分分布在内蒙东部和云南等地。
湿式空气氧化法
炭浆
浓缩池
升压泵 空压机
反 应 塔
热交 加热
气
换器 器
液
分
离
排放
尾 气 处 理
去灰
再生炭
多用于粉状炭的再生，将5-10％的饱和炭浆与压缩空气一起送入热交换 器加热，然后送入氧化反应塔，在200-250℃的温度、3×106-7×l06Pa的 压力下进行氧化反应。活性炭再生的炭浆由反应器顶部排出，经热交换器 降温到60℃以下，达到气液分离器，尾气脱臭徘出，炭浆送回吸附装置重 复使用。温度和压力宜接影响再生效率和损失率。
在选择活性炭再生方法之前，须对处理对象和 处理规模有清楚的了解，考虑吸附质有否回收价 值，可否综合利用。根据吸附质的性质选择经济可 行的方法。
活性炭再生的依据
吸附过程是活性炭、吸附质及溶剂三者形成吸附 平衡的过程，要使活性炭解吸，恢复活性，就要 破坏原来的平衡条件其依据是：
➢改变吸附质的化学性质； ➢用对吸附质亲和力强的溶剂抽提吸附质； ➢用对活性炭亲和力大的物质，将吸附质置换出来，然
工艺参数
➢ 炭化温度
炭化物孔径、微晶结构
➢ 活化温度
蒸汽活化法：850－950℃， 烟道气活化：900－950℃， 空气活化：600℃
➢ 活化剂种类 ➢ 活化剂流速及浓度
孔结构、烧失率、均匀度、活化时间
➢ 炭粒度
活化剂的扩散、活化时间、均匀度
煤质活性炭的生产－生产原理
炭化原理 煤质活性炭的生产要经过炭化，活化两个阶段，
对于吸附浓度较高的易脱附型有机物的饱和炭，吸附气 体的活性炭较易解吸，一般用蒸汽再生，温度在100-200℃， 再生可在吸附柱中进行，脱附后的蒸汽可冷凝、回收再用。 ➢ 高温再生法
液相吸附的活性炭，由于在液体中吸附了许多较大分子的色 素和杂质等，在低温下不易热分解，挥发，因此水处理饱和炭 采用高温再生法。一般加热到700－1000℃，有时即使加热
到这个温度，被吸附物仍不能完全解吸，一部分碳化物践 留在活性炭表面，使这种饱和炭不能完全恢复原来的吸附 力，因此，有时需要再通入水蒸气和其它氧化性气体，使 之进一步活化。
加热再生法
高温活化法一般需要干燥、炭化、活化三个阶段。 ➢ 干燥阶段
加热到100－130℃使饱和炭所吸附的水分析出。 ➢ 炭化阶段
食品工业液相精制
部门 制糖 淀粉糖 乳制品 酿造 食用油 食品添加剂 其它
品名 甘蔗糖、甜菜糖、蜜糖
葡萄糖、饴糖 奶糖
各种酒、酱油、食醋 植物油、黄油、猪油 味精、糖精、果胶等 果汁、糖浆、饮料
效果 ①③⑤⑥⑩ ①②③⑤⑥ ①②⑤⑥
①⑥⑦ ①②⑧ ①②③⑥ ①②③
医药与化学等工业液相精制
部门 医药 工业油剂