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活性炭再生及新技术研究

　　活性炭在水处理运行中存在使用量大、 价高的问题, 其费用往往占运行成本30％-45％。用过的活性炭不经处理即行废弃, 不但对资源是很大的浪费, 还将造成二次污染。因此, 将用过的饱和炭进行再生具有显著的经济价值。活性炭再生(或称活化), 是指用物理或化学方法在不破坏活性炭原有结构的前提下, 将吸附于活性炭微孔的吸附质子以去除, 恢复其吸附性能, 达到重复使用目的。
1 活性炭再生的几种方法
1．1 药剂洗脱的化学法
　　对于高浓度、 低沸点的有机物吸附质, 应首先考虑化学法再生。
　　(1)无机药剂再生。是指用无机酸(硫酸、 盐酸) 或碱(氢氧化钠)等药剂使吸附质脱除, 又称酸碱再生法。例如吸附高浓度酚的炭, 用氢氧化钠溶液洗涤, 脱附的酚以酚钠盐形式被回收, 再生工艺流程见图1。吸附废水中重金属的炭也可用此法再生, 这时再生药剂使用HCl等。

　　图1 吸附酚的饱和炭无机药剂再生工艺流程
　　(2)有机溶剂再生。用苯、 丙酮及甲醇等有机溶利, 萃取吸附在活性炭上的吸附质。再生工艺流程见图2。例如吸附高浓度酚的炭也可用有机溶剂再生。焦化厂煤气洗涤废水用活性炭处理后的饱和炭也可用有机溶剂再生。

图2 有机溶剂再生工艺流程
　　采用药剂洗脱的化学再生法, 有时可从再生液中回收有用的物质, 再生操作可在吸附塔内进行, 活性炭损耗较小, 但再生不太彻底, 微孔易堵塞, 影响吸附性能的恢复率, 多次再生后吸附性能明显降低。
1．2 生物再生法
　　利用经过驯化培养的菌种处理失效的活性炭, 使吸附在活性炭上的有机物降解并氧化分解成C02 和H20, 恢复其吸附性能, 这种利用微生物再生饱和炭的方法, 仅适用于吸附易被微生物分解的有机物的饱和炭, 而且分解反应必须彻底, 即有机物最终被分解为C02和H20, 否则有被活性炭再吸附的可能。如果处理水中含有生物难降解或难脱附的有机物, 则生物再生效果将受影响。
　　生物再生试验流程见图3。吸附试验时4柱串联运行, 再生运行时4柱并联操作。
　　近年来利用活性炭对水中有机物及溶解氧的强吸附特性, 以及活性炭表面作为微生物聚集繁殖生长的良好载体, 在适宜条件下, 同时发挥活性炭的吸附作用和微生物的生物降解作用, 这种协同作用的水处理技术称为生物活性炭(Biological Activated Carbon, BAC)。这种方法可使活性炭使用周期比一般的吸附周期延长多倍, 但使用一定时期后, 被活性炭吸附而难生物降解的那部分物质仍将影响出水水质。因此在饮用水深度处理运行中, 过长的活性炭吸附周期将难以保证出水水质, 定期更换活性炭是必须的。

图3 生物再生试验流程
1．3湿式氧化法
　　这种再生法一般见于再生粉末活性炭, 如为提高曝气池处理能力投加的粉末炭。将吸附饱和的炭浆升温至200～250℃, 通入空气加压至(300～700) X104P, , 在反应塔内被活性炭吸附的有机物在高温高压下氧化分解, 使活性炭得到再生。再生后的炭经热交换器冷却后, 送入储炭槽再回用。有机物碳化后的灰分在反应器底部集积后定期排放。
　　湿式氧化法适宜处理毒性高、 生物难降解的吸附质。温度和压力须根据吸附质特性而定, 因为这直接影响炭的吸附性能恢复率和炭的损耗。这种再生法的再生系统附属设施多, 因此操作较麻烦。
1．4 电解氧化法
　　利用电解时产生的新生态[O], [C1]等强氧化剂, 使活性炭吸附的有机物氧化分解。但在实际运行中, 存在金属电极腐蚀、 钝化、 絮凝物堵塞等问题。而不溶性电极--石墨存在体积大、 电阻高、 耗电大等缺点, 因此尚未见在实践中应用。
1．5 加热再生法
　　根据有机物在加热过程中分解脱附的温度不同, 加热再生分为低温加热再生和高温加热再生。
　　(1)低温加热再生法。对于吸附沸点较低的低分子碳氢化合物和芳香族有机物的饱和炭, 一般用 100～200℃蒸汽吹脱使炭再生, 再生可在吸附塔内进行。脱附后的有机物蒸汽经冷凝后可回收利用。常见于气体吸附的活性炭再生。蒸汽吹脱方法也用于啤酒、 饮料行业工艺用水前级处理的饱和活性炭再生。
　　(2)高温加热再生法。在水处理中, 活性炭吸附的多为热分解型和难脱附型有机物, 且吸附周期长。高温加热再生法一般经过850℃高温加热, 使吸附在活性炭上的有机物经碳化、 活化后达到再生目的, 吸附恢复率高、 且再生效果稳定。因此, 对用于水处理的活性炭的再生, 普遍采用高温加热法。
　　经脱水后的活性炭, 加热再生全过程一般需经过下述3个阶段。
　　(1)干燥阶段。将含水率在50％～86％的湿炭, 在100-150℃温度下加热, 使炭粒内吸附水蒸发, 同时部分低沸点有机物也随之挥发。在此阶段内所消耗热量占再生全过程总能耗的50％一 70％。
　　(2)焙烧阶段, 或称碳化阶段。粒炭被加热升温至150～700℃。不同的有机物随温度升高, 分别以挥发、 分解、 碳化、 氧化的形式, 从活性炭的基质上消除。一般到此阶段, 再生炭的吸附恢复率已达到 60％～85％。
　　(3)活化阶段。有机物经高温碳化后, 有相当部分碳化物残留在活性炭微孔中。此时碳化物需用水蒸汽、 二氧化碳等氧化性气体进行气化反应, 使残留碳化物在850℃左右气化成C02, CO等气体。使微孔表面得到清理, 恢复其吸附性能。
　　残留碳化物与氧化性气体的反应式如下:
　　　　C + O2 → CO2↑
　　　　C + H2O → CO↑+H2↑
　　　　C + CO2 → 2CO↑
　　高温再生过程中, 氧对活性炭的基质影响很大, 因此必须在微正压条件下运行。过量的氧将使活性炭烧损灰化, 而过低的氧量又将影响炉内温度和再生效果。因此, 一般的高温加热再生炉内对氧必须严格控制, 余氧量小于1％, CO含量为2．5％左右, 水蒸汽注入量为0．2-1 kg／kg活性炭(根据炉型确定)。
　　活性炭再生设备的优劣主要体现在: 吸附恢复率、 炭损率、 强度、 能量消耗、 辅料消耗、 再生温度、 再生时间、 对人体和环境的影响、 设备及基础投资、 操作管理检修的繁简程度。
　　另外, 任何活性炭高温加热再生装置中都需要妥善解决的是防止炭粒相互粘结、 烧结成块并造成局部起火或堵塞通道, 甚至导致运行瘫痪的现象。
2 高温加热再生的几种装置
　　高温加热活性炭再生系统, 由脱水装置、 活性炭输送、 高温加热再生装置、 活性炭冷却、 废气处理、 活性炭贮罐组成。另外还有加热所需的热源, 如燃油、 天然气、 煤气或焦炭以及电力、 蒸汽锅炉。其中以再生装置为主。
　　加热再生装置有多种形式。当前国内外使用较多的有多层式、 回转式、 流化床式、 移动床式等。
2．1 多层式
　　又称立式多段再生炉, 或称多层耙式炉。主要用于再生粒状炭, 在美国采用较普遍, 国内也有引进。适用于大型活性炭再生, 一般再生量都大于 2t／d。其特点为: 用天然气或油作燃料, 水蒸汽活化, 由炉顶部供饱和炭, 用转动的粑臂将炭推送至下一层, 由上至下6层(或8层), 见图4。冷却空气 1哪置

　　图4 多层式再生装置
　　(1)干燥段。第1～3层, 停留时间15min, 炉温 100～700℃。
　　(2)焙烧段。第4层, 停留时间5 mln, 炉温700 ～800℃
　　(3)活化段。第5～6层, 停留时间10min, 炉温 800～900℃。此段内通水蒸汽活化。
　　再生炭用水槽急冷后排走。再生炭碘值恢复率 86％一95％, 炭再生损耗率7％～15％(因为既有烧损又有转耙磨耗)。蒸汽耗量1 kg／kg活性炭, 总能耗4 925 kcal／kg活性炭(折合电耗5．72 kW·h／kg 活性炭)。
2．2 回转式
　　又称转炉, 有一段式或二段式, 有内燃式直接加热或外燃式间接加热。内燃式炭再生损耗较大, 外燃式效率较低, 活化段须微正压且通水蒸汽活化。图5为二段回转式再生装置, 干燥段用内燃式转炉, 焙烧、 活化段用外燃式转炉。燃烧

　　图5 二段回转式再生装置
　　回转式再生装置操作较简单, 一段式转炉炉体长达15m, 因此炉体往往要变形, 活化段温度升至 750℃后不易再上升, 再生恢复率与达到的最高温度有关。停留时间3～4 h, 炭再生损耗率5％～ 7％, 总能耗7 899 kcal／kg活性炭(折合电耗9．18 kW·h／kg活性炭)。
2．3 流化床式
　　又称流化床再生炉, 有内燃式及外燃式两种, 有一段或多段。国外用于再生粉末炭及球形炭。
　　燃烧重油或煤气, 并从炉底通入水蒸汽, 使炭呈流化状态。活性炭自上而下流动, 完成干燥、 焙烧、 活化(800～900℃)。图6为二段外燃式流化床再生装置, 这种炉型的炉温、 水蒸汽投加量与流化状态调节困难, 再生损耗率7％～10％, 再生时间7～10h, 总能耗3 326～11 341 kcal／kg活性炭)(折合电耗 3．87～13．18 kW, h／kg活性炭)。

　　图6 二段外燃式流化床再生装置
2．4 移动床式
　　又称立式移动床再生炉(见图7)。再生部分由两层不锈钢管组成, 炭自上而下在两管隔层中移动, 内管道水蒸汽在活化段由细孔排至隔层中, 与活性炭进行氧化反应。外管与燃烧室接触, 将热量传导至活性炭, 再生气体由上部通气孔排出至燃烧室处理, 尾气由旁置烟囱排除。炉底有盘式出料装置将再生炭排出。这种炉型构造简单、 操作管理较方便, 由于再生时间长达6h, 因此炉体高12m, 水蒸汽量为0．2kz／kg活性炭), 燃气温度入口1 000℃, 出口 70～80℃, 再生损耗3％～4％, 总能耗约6 950 kcal／kg活性炭(折合电耗8．07 kW·h／kg活性炭), 热回收型总能耗3 360 kcal／kg活性炭(折合电耗 3．9kW·h／kg活性炭)。

　　图7 外燃式立式移动床再生装置
　　国内研制的盘式炉也属移动床式(见图8)。活性炭自上而下, 在由中空的料盘叠成的管状通道中移动, 再生气体由料盘缝隙排出。以重柴油作燃料, 炉膛燃烧室温度达1 110～1 300℃, 热量从料盘及料盘缝隙传至活性炭, 水蒸汽自炉底通入。活性炭 在炉膛内得到再生。

　　图8 盘式再生装置
2．5 电加热再生装置
　　以电作能源的高温加热再生装置, 有微波炉、 远红外炉及直接通电式再生炉。
　　(1)微波加热。微波是由磁控管(或速调管)经过电压的周期性变动而产生, 使微波吸收体的内部极性分子高速重复运动产生热能。再生炉体为微波谐振膛。用于干燥或加热工艺的微波频率为970 MHz及2450 MHz两种。微波再生的优点是微波使炭自身发热, 加热速度快, 可迅速达到再生要求的高温, 装置体积小。缺点是炉膛内加热不易均匀(微波能量吸收不均匀), 有时产生炭烧结现象。另外, 微波辐射需要较好的屏蔽, 当漏能功率大于0．01 w／cm2, 接触时间在6min以上时, 对人体的健康有损害。在微波产生、 输送过程中, 磁控管本身消耗30％～40％的功率, 再生能耗一般为1．46kW, h／kR活性炭。
　　(2)远红外线再生装置。远红外线加热, 一般用于干燥活性炭, 也有用于再生的, 其效果取决于被加热物体对各特定波长的红外线的吸收能力。辐射体一般是用碳化硅板加涂料, 二者辐射波长的匹配将直接影响加热效率。当涂料为三氧化二铁和氧化锆组合时, 再生能耗约为1．45kW, h／kg活性炭。
　　(3)直接通电加热再生装置。是利用炭自身具有的电阻和炭粒间具有的接触电阻, 使炭产生焦耳热, 逐渐达到再生温度, 再通入水蒸汽进行活化。日本此类再生炉有间歇式和连续式。图9为日本连续式直接通电再生装置。炭在炉内停留6h, 再生碘值恢复率94％～96％, 再生损耗率1％一3％, 采用蒸汽活化, 蒸汽量折合电耗为0．5kW·h／ks活性炭。脱臭电耗0．05 kW·h／kg活性炭。再生电耗1 kW·h／kg 活性炭, 总能耗为1．59kW·h／kg活性炭。
　　图10所示为国内研制的直接通电加热再生装置, 为二段式连续再生装置, 再生饮用水深度处理后的饱和炭。干燥段由电加热室将空气加热至200℃, 而后热空气进入流化床干燥器底部, 将湿炭干燥1 h, 使湿炭含水量(干基)由76％降至6％, 耗电1．55 kW·Vkg活性炭, 干炭再进入有效断面0．1mX0．1m, 有效高度为3．0 m的直接通电加热再生炉, 停留时间14 min, 完成焙烧、 活化。耗电0．22 kW·h／kg 活性炭, 总耗电量为1．77kW·h／kg活性炭。碘吸附恢复率可达96％～98％, 再生总损耗率为3％ 1976年运行至今情况良好。

图9 连续式直接通电再生装置

　　图10 带有干燥器的直接通电加热再生装置
3 放电高温加热再生法
3．1 方法简介
　　这是一种与传统高温加热再生方法完全不同的再生方法。传统方法是在密闭条件下, 经过炉体间接或在炉内空间直接向活性炭加热, 使炭由表及里地逐渐升温, 最后达到850℃高温并通入水蒸汽。国外学者认为一般的加热再生升温速度不能超过10 ℃／mid, 以防炭基质烧损, 因此再生全过程长达6h。
　　而该方法是让炭自身迅速升温, 使干燥、 焙烧、 活化三个阶段在5～10 min内迅速完成。不需要在密闭条件下操作, 不需要通入水蒸汽活化。在达到高温850℃情况下可与空气接触, 自然冷却, 不至于全部灰化。其强度也不受影响, 炭损耗率<2％, 碘吸附恢复率95％一100％。放电再生法不但效率高, 能耗也低。干炭(干基含水率6％左右)再生电耗仅0．18～0．20 kW·h／kg活性炭。湿炭(干基含水率约86％)再生全过程电耗约0．8kW·h／kg活性炭, 此电耗值是多层耙式炉能耗的1／7, 是热回收移动床再生炉能耗的1／5; 是热不回收移动床再生炉能耗的1／10; 是直接通电式二段炉能耗的1／2。
　　放电高温加热再生法与直接通电式再生法的类同点是利用了炭自身导电性并具有电阻这一特性。但放电高温加热再生是控制能量, 使其强制形成脉冲电孤, 对被再生的炭进行放电, 放电频率在3 000 次／min左右, 使再生全过程在5～10 min完成, 再生温度达到800-900℃。
　　国内研制成功的活性炭强制放电再生方法及装置(创造专利号85100619．A)已应用在黄金矿山、 热电厂、 啤酒、 饮料、 化工等行业的活性炭再生多年, 其原理见图11。再生量为100 ks／h的强制放电再生炉平面尺寸仅为1．6 mX2．0m, 高度为2．5m。近年来放电高温再生方法又有新的创新--活性炭调频放电脉动再生装置 (专利号 ZL01210957．6), 使放电高温再生装置效率更高, 体积更小, 再生量为100kg／h的再生炉子面尺寸仅为 1．3 mXl．2 m, 高度仅2．0 m。是一种值得推广的活性炭再生装置。

　　图11 活性炭强制放电再生装置原理
3.2 放电过程的功能
　　放电再生因此具有卓越效果, 在于放电过程中有下述功能:
　　(1)高温使吸附的有机物迅速气化、 碳化。
　　(2)放电孤隙中的气体热游离和电锤效应, 使活性炭吸附物被瞬间电离而分解。
　　(3)放电形成的紫外线, 使炭粒间空气中的氧有部分产生臭氧, 对吸附物起放电氧化作用。
　　(4)吸附水在瞬间成为过热水蒸汽, 与碳化物进行水性氧化反应。
3．3 再生效果比较
　　放电高温加热再生与多层式、 移动床式再生装置的效果进行了下述比较:
　　(1)与多层式再生炉(8层)的效果比较。对于芳香族化合物的代表苯酚, 碳化残留物较多, 一般认为必须由水蒸汽活化才能去除, 经放电再生法重复再生15次(吸附量100～120 mg／z活性炭, 再生时间7min), 每次再生后强度测定值同于新炭, 碘值吸附恢复率97．1％, 酚值吸附恢复率97．2％。美国波莫纳(Pomono)用多层式再生炉(8层)再生30 min, 过热水蒸汽活化, 再生温度850-950℃, 对生活污水深度处理中使用过的活性炭, 重复再生9次, 其碘吸附率均为95％, 强度由78％下降至63．7％。
　　(2)与移动床式再生炉的效果比较。用于炼油工业废水三级处理的活性炭, 经移动床式再生炉再生后的效果, 与放电再生法的再生效果比较列于表1。由表1可见放电再生法再生时间仅9．5 min, 而再生炭的碘值、 酚值、 亚甲基兰值吸附性能的恢复却优于再生6h, 并用过热水蒸汽活化的移动床式再生炉 (两种再生装置的试验用炭均为同种饱和炭)。
　　表1 强制放电再生法与移动床式再生炉再生效果比较
碳样
再生前
移动床式炉再生后
强制放电再生后
再生加热温度C

约850
850
再生加热时间

6小时(水蒸气活化)
9.5分
碘值(mg/g)
626
662
706
酚值(mg/g)
102.2
111.1
122.1
亚甲基兰值(mg/g)
162.5
175.9
178.4
焦糖退色能力(%)
78.3
83.6
79.8
粒度(%)
3.2-2.5 mm
0
0.2
0
2.5-2.0 mm
1
1.2
4
2.0-1.6 mm
44
38
51
1.6-1.0 mm
55
58.8
47.6
<1.0 mm
0
1.8
0
注: 炭种为太原新华8#; 来源于炼油工业污水三级处理用炭。 　
　　表2 用于饮用水深度净化的炭强制放电再生后吸附性能恢复情况
碳样
碘值
酚值
亚甲基兰值
堆积密度
mg/g
恢复率%
mg/g
恢复率%
mg/g
恢复率%
新炭
656.5
97.3
110.1
105.3
165.0
92.7
0.501
再生炭
638.8
97.3
115.9
105.3
152.9
92.7
0.468
废炭
459.3
97.3
74.0
105.3
123.6
92.7
0.573
注: 炭种为太原新华8#; 再生温度850℃; 来源于某自来水厂; 再生时间5min,
再生炭数据为12次连续测定的平均值;
废炭为4次连续测定值的平均值。 　
　　(3)用于饮用水深度净化的炭再生后的效果。表2所列系用于饮用水深度净化的炭经放电再生后吸附性能\\\'陕复情况。
4 结语
　　(1)对用于水处理的饱和活性炭再生, 高温加热再生法的再生效果最佳。
　　(2)高温加热再生装置中, 以移动床式、 多层式再生装置再生效果较好。回转式操作较方便, 但再生效果与能达到的最高温度有关。
　　(3)以电作能源的加热再生装置中, 以直接通电式再生装置较有应用价值。
　　(4)放电高温加热再生法具有设备简单、 操作方便、 体积小、 占地少、 电耗低、 效率高, 不需水蒸汽活化、 炭耗少、 吸附恢复率高等优点。是一种值得推广的活性炭再生装置。
大同活性炭论坛参考材料
活性炭炭化料市场预测分析
    一、 活性炭炭化料产品用途
    炭化料是活性炭产品的半成品, 经活化加工后可变成各种活性炭产品, 因此炭化料的市场与活性炭产品市场紧密相连, 随着活性炭产品的市场增加而增加。
    活性炭是以煤、 森材和果壳等含碳材料为原料制备的炭质吸附材料, 其广泛用于气体吸附、 分离、 净化及体净化等。当前工业应用的活性炭有颗粒活性炭、 粉状活发现 炭、 成型活发现 炭和活性炭炭任维等, 活发现 炭主要应用在水处理、 化工制药、 采矿、 气体净化、 食品加工、 糖脱 色和气体溶剂回收等领域。
    以煤为原料生产的煤 基活性炭是一种具有发达孔隙结构的炭质吸附材料, 具有良好的化学稳定性和机械强度。煤 基活性炭新产品可广泛应用于脱色净化、 深剂回收、 气体分离、 气体净化及各种水处理等领域。一些经过特殊处理及特殊加工的活性炭还要作为高效的脱硫剂、 催化剂或催化剂载体等。由于其耐酸、 耐碱、 耐热, 且颗粒活性炭在吸附饱和失效后, 可很方便地再生, 因此, 煤基活性炭是现代社会工业生产和环境保护中一种必不可少的炭质吸附材料。表2-1列出了煤基活性炭的主要用途和应用领域。
    无论在哪个应用领域, 煤基活性炭的应用均可分为液相应用和气相应用。对活性炭的应用主要是基于其吸附特性和物理化学性能, 使各种气相、 液相介质中的有用或无用组分得到富集、 回收、 精制和净化
    表2-1 煤基活性炭主要用途和应用领域

应用部门
用途
制糖
制药
食品
油脂
炼油
冶金
水处理
有机酸
无机物
化学分析
废液回收
溶剂回收
空气净化
脱硫
催化剂
空气分离
烟气脱硫
军事
日常生活

葡萄糖、 饴糖、 蔗糖脱色、 去蛋白胶质
原料药、 中间体的脱色、 口服炭片
味精的半成品及酒类的脱色、 去杂味、 果汗饮料等脱色、 去杂质
植物油、 动物油、 甘油、 鱼油等脱 色, 防止油脂变质
石油及其它矿物油的精制。石油化工产品精制
提取黄金, 分离提取稀有元素。湿法镍冶炼去除铜、 铅、 锌杂质, 作浮选剂
工业和生活废水净化, 饮用水净化、 来菌水的制取, 电子工业高纯水的制取
胱氨酸、 柠檬酸、 乳酸、 酒石酸等脱色
无机酸、 碱、 盐的脱 色精制, 从海水中提取钠
色层分离, 化学试剂
回收贵金属、 油脂、 有机溶剂
凡使用有机溶剂的场合, 用活性炭均可有效 回收利用
生化、 制药、 半导体工业净化空气, 地下工程、 室内空气净化
合成气或天然气中脱 除HS或有机硫
氯乙烯、 醋酸乙烯合成、 氢化、 歧化、 合成甲醇、 光气等
富氧、 富氮
火力电厂等烟气脱除活性炭SO和NO
防毒面具, 制防护衣
食品保鲜、 家庭净水 器, 香烟过滤嘴

    在煤基活性炭液相应主要包括脱色、 贵金属回收及水处理等, 活性炭应用于各种油品的杂质脱 除及脱 色精制, 使油品质量大幅度提高; 用活性炭撮黄鑫等贵金属也在国内外金矿得到普遍应用; 值得一提的是, 在酒类加工中, 使用活性炭能够提高酒质的稳定性, 延长保存期, 使低度酒澄清透明, 同时还能够增加酒的风味, 改进口感, 从而提高了酒的等级。
    煤其活性炭市场容量最大的应用领域是水处理, 水处理用活性炭分为城市饮用水、 家庭饮用水及工业废水治理用活性炭。据报道, 国内现有7亿人饮用含 细菌的不符合饮用水标准的水, 24%的人饮用水水质不良, 严惩危害着人们的生存和健康。活性炭能够除去水中微量的有机物, 如表面活性剂、 酚类、 胺类等, 使水质得以净化, 因此活性炭在我们城市饮用水领域应用市场很大。
    在煤基活性炭的气相应中, 其主要用于气体净化和溶剂回收, 工业废气的治理, 烟气脱 硫以及毒气防护等。在原子反应堆或应用放射性的一些领域, 活性炭可用于吸附清除放射性气体和蒸汽, 防止放射性污染; 在使用汽油、 苯等挥发性溶剂的工业部门及汽车行业, 用活性炭吸附回收挥发性溶剂和汽油一, 既保护人们的工作环境不被污染, 又减少溶剂的浪费, 降低生产成本; 防毒 保护是活性炭最早的气相应应用领域之一, 从第一次世界大战时起, 活性炭就被用做防毒面具, 至今仍被广泛应用, 只是和当初相比, 防毒保护用活性炭的性能已有很大提高。
    煤基活性炭是一种宝贵的催化剂和催化剂载体, 在许多催化领域均有应用。当前活性炭作为催化剂主要用于煤气中HS的氧化脱 除、 卤素的置换反应、 光气合成和有机合成反应中的异构化、 过氧化氢及臭氧的分解等; 作为催化剂载体主要用作维尼纶生产中的醋酸 锌载体及氯乙烯合成反应中催化剂钯的载体等。
    近年来, 国外一些活性炭生产企业采用新工艺、 新方法及先进的原料处理技术, 研制出具有特殊吸附性能的煤基活性炭, 使煤基活性炭产品性能有了很大改进和提高, 应用领域不断扩大, 原来一些不能使用煤基活性炭的领域如制药、 食品行业中净化、 脱 色现在也开始采煤基活性炭。煤基活性炭是中国以及世界当前产量最大、 应用最广的一种活性炭产品, 而且随着工业技术的进步和中国森林资源的逐步减少, 煤基活性炭将显示其更强的生命力, 是未来最有发展前途的活性炭产品, 因此煤基活性炭的半成品炭化料也有良好的发展前景。
    二、 国内活性炭生产状况及需求预测
    中国活性炭工业生产起步于20世纪50年代, 当时年产量仅约30T,其后于20世纪60-70年代中国活性炭进入发展初期, 经过几十年马鞍形、 螺旋式的曲折发展历程, 当前已基本形成了独立、 完整、 初具规模的工业体系, 特别是改革开放以来, 由于经济的不断发展和人民生活水平的逐渐提高, 活性炭的应用越来越受到人们的重视, 出口量也逐年上升, 从而刺激了中国活性炭生产及应用的蓬勃发展。
    据中国林业科学研究院、 煤炭科学研究总院及中国兵工学会对国内活性炭工业生产状况的调查, 结果表明:
中国活性炭生产刚刚兴起, 煤其活性炭厂近100家, 由于中国活性炭生产处于民展阶段, 规模小, 零散性强, 没有规模效益, 竞争力差, 从发展眼光看引进吸收国外先进生产技术, 建设大型活性炭厂是中国活性炭产业的发展方向, 特别在中国具备煤电资源优势的地区, 发展尖性炭产业具有极强的成本优势和竞争优势。另外在中国加入WTO之后, 虽然为中国活性炭产业进一步扩大出口、 增加国际市场份额和为中国成为世界第一大活性炭生产国提供了广阔的发展空间, 可是国内众多小型活性炭企业同样面临着技术更新、 产品升级、 清洁生产和环保达标等挑战, 中国活性炭待业应向集团化、 大型化方向发展, 提高中国活性炭行业在国际市场上的竞争力。近几年中国活性炭产量见表2-2。

表2-2 近几年中国活性炭年产量

时间
产量( 万t/a)
1993
1994
1995
1998

6.0
7.3
9.0
12.0
14.0
18.0

    中国主要煤基活性炭厂分布地区见表2-3, 当前中国活性炭工业生产有如下特点:
    1.工业布局: 煤基活性炭生产主要集中在山西和宁夏地区, 河南省有一部分, 其中宁夏活性炭生产能力最大; 果壳活性炭生产以河北省为主, 木 质活性炭生产主要集中在福建、 江西、 浙江南部及东北地区。
    2.原料: 以木材为原料生产的活性炭所占比重逐渐下降, 以煤为原料生产的活性炭所占比重呈上升趋势。木质活性炭所占比重从七十年代占中国活性炭总产量的80%下降到九十年代的40%, 同期煤基活性炭从15%上升到60%, 而且这种趋势一直没有改变, 全国煤基活性炭产量近13万t, 接近20万吨, 是中国当前产量最大的活性炭产品。

    表2-3国内主要煤基活性炭生产厂颁一览表

序号
地区
厂家数量( 个)
 生产能力( 万t/a)
1  
2 
3 
4  
5  
宁夏
山西
河南
安徽
东北
50
40
6
1
3
10.0
10.0
0.6
0.3
0.3

    3.产品用途: 其应用范围从七十年代集中于食品、 医药、 军事、 化工等行业, 扩展到当前大量应用于水处理、 环境保护及其它工业行业, 基本上在国民经济的各个领域均得到应用。
    4.产品特点: 活民生炭产品向高档次方向发展, 质量越来越高, 不少厂家积极开发技术会含量高的活性炭新产品, 以新产品开发带动企业发展, 中国活性炭工业发展呈现产量越来越大, 质量越来越高, 品种越来越多的趋势。产销两旺。
    近十几年来, 随着中国经济的迅猛发展, 国内活性炭的需要求也以较快的速度增长。1976---1994年的 间, 中国活性炭的需求量以年均14-15%的速度增长, 之后几年的年需求量也以10%左右的速度增长。
    制糖工业中, 活性炭脱色已逐渐取代了原来的硫磺熏蒸脱色精制方法。按照国外食粮精制中0.3%---1.0%的活性炭用量计算, 中国食糖精制每年至少需要1.2---4.0万t活性炭。油脂工业中, 脱色过程中活性炭用量很大, 大约有6000---8000t/a的潜力, 味精工业中, 仅周口味精厂, 1991年以前每年需用活性炭2500t, 92年增加到3600t/a。在制药行业, 上百种药物如果没有活性炭就无法生产, 仅东北制药总厂的VC项目, 年需用活性炭达到5000t/a。随着经济的发展, 中国汽车越来越多, 消除汽车带来的环境污染已迫在眉睫, 预计中国汽车用于消除燃油挥发用活性炭大约1000-1500t/a, 在黄金冶炼行业, 随着利用活性炭的”炭浆法”的推广使用, 提取黄金用的活性炭使用量逐年上升m时, 由于中国活性炭生产技术的暠, 中国化工行业需要的维尼纶载体炭已经完全用国内活性炭取代进口椰壳炭。
随着中国人民生活水平的提高和环境保护意识的增强, 国内用于净化空气及水质的活性炭用量也在大幅度上升, 仅家庭净水器的使用, 每年需要活性炭6000---9000t以上, 北京、 上海、 天津、 深圳等大城市用于城市自来水深度净化的活性炭当前年需求量在 0t左右, 而中国已有越来越多的城市正在兴建城市供水厂, 准备采用活性炭对城市供水进行深度净化处理, 因此在未来几年内国内城市供水净化所需活性炭将大幅度增加, 预计到 中国城市供水需活性炭约3---4万t。
    根据国家制订的《污染物排放总量控制计划》, 中国将严格控制污水排放总量, 工业废水处理率将达到83%。活性炭可广泛用于处理电镀厂的含 铬废水, 焦化厂的含酚废 , 毛纺厂的染色废水, 化工厂的含油废水等, 因此在未来几年内工业废水处理用活性炭需求量交老太太幅度撔, 预计到 工业废水处理用活性炭需求约2---4万t。
    随着国家对环境污染治理加大, 在 昕以前中国将对火电厂排放烟气进行脱硫处理, 国家经贸委已印发了《火电厂烟气脱硫关键技术与设备国产化规划要点》, 由于中国是世界上严惩的缺水国家, 在中国一些地区缺水相当严重, 根本不可能采用大量用水的湿法脱 硫技术, 当前国外干法脱硫技术应用比例为20%, 当前国内有关单位正在积极性炭干法烟气脱硫技术, 由于活性炭干法脱硫技术是适合中国国情的一种干法脱硫技术, 因此以后几年内中国烟气脱硫用活性炭将大幅度增长。
    综上所述, 随着中国环境保护力度的逐渐加大, 采用活性炭的烟气脱硫净化技术、 工业废水处理技术的推广应用, 在中国环境保护领域应用的活性炭将越来越多, 预计今后几年内中国活性炭需求增长速度将超过10%。国内活性炭潜在需求市场很大, 预计到 中国活性炭的年需求量为6----10万t左右, 城市供水净化、 工业废水处理和烟气脱 硫将是中国活性炭需求的高速增长点。 当前中国活性炭年产量为18万t左右, 产品约70---80%出口, 因此中国当前活性炭年产量远远不能满足未来国内活性炭市场的需求, 考虑到活性炭出口量的增加, 预计到 中国活性炭生产能力达到25万t左右才能满足国内外活性炭市场的需求。
    一般来说, 平均2---4t吨炭化料能够生产1t活性炭产品, 因此随着活性炭市场需求及生产能力的不断增加, 国内活性炭炭化料市场需求巨大, 特别在中国活性炭的主要生产基地的大同地区, 今后几年优质活性炭炭化料的需求必将随着活性炭产品的不断发展而呈快速增长的势头。
    三、 国外活性炭生产状况及需求预测
    随着世界工业的发展及环境保护要求的提高, 在世界范围内活性炭的生产量和消费量逐年增加, 据统计, 1991年世界活性炭生产量为42万t, 1999年达到近70万t, 世界主要活性炭生产国活性炭生产能力见表2---5,
    表2--5 1999年世界主要活性炭生产国和地区活性炭生产

序号
国家或地区
年生产能力( 万t/a)

1
2 
3 
4
5

美国
西欧
日本
东欧
东南亚

19.62
>10
9.4
 >10
 9.1
    美国是世界最大的活性炭生产国, 而且也是活性炭进口国, , 美国从中国进口活性炭约3万t。
    日本是世界上活性炭使用的第二大国, 1997年达到9万多t。近年来日本活性炭出口量很小, 颗粒活性炭的使用量占总用量的88%, 主要用于气相吸附和水处理方面, 气相吸附主要用于溶剂回收、 汽车燃油蒸发控制、 香烟过滤、 气体除臭等。粉状活性炭使用量也有所增长, 主要用于糖脱色, 进入20世纪90年代以后, 在水处理方面粉状活性炭用量也一定增加。
    日本也是活性炭主要进口国, 进口数量大于出口数量, 20世纪90年代以后, 日本从国外进口活性炭数量急增, 1994年进口量达到3.55万t, 比1989年进口量增加1倍以上, 1997年达到4.18万t, CEH预测在 以前日本活性炭需求量还会大幅度增加, 其需求年增长率将超过4%。
    西欧各国活性炭消耗量约10万t, 主要消费国是德国、 意大利、 法国、 英国、 比利时和荷兰等。西欧各国活性炭总消耗量1985----1990年期间每年以1%---3%增加, 颗粒活性炭消耗量增加很大, 粉状活性炭消耗量停滞不前, 甚至下降。1991---1998年西欧活性炭的总需要量以3%的增长率增长。西欧各国1998年从国外进口约7.4万t活性炭。主要进口国是中国, 其次是菲律宾和斯里兰卡, 出口国主要是东欧及远东国家。CEH预测在 - 西欧活性炭需求年增长率为2%。
    综上所述, 国外活性炭的需求量在不断增加, 只是不同国家, 不同地区活性炭需求增加速度不同, 美国活性炭需求量增加最快, 随着国外活性炭需求量的增加, 必将拉动国内活性炭生产的增长, 从而使国内炭化料需求量增大。
    四、 国内外活性炭的发展趋势
    ( 一) 、 国外的活性炭发展趋势
    工业发达国家近几年活性炭的应用表明, 环保问题是推动工业发达国家活性炭生产发展及消费量增加的主要推动力, 而且在今后几年内, 环境保护依然是活性炭生产发展及消费量增加的主要推动力。
    据统计, 美国在1994年至1998年期间活性炭消费增长率约3.5%, 颗粒活性炭消费增长率高于粉状活性炭增长率为3.7%, 粉状活性炭消费增长率为3.3%。美国活性炭主要应用领域为水处理, 其中粉状活性炭用量约占50%, 其余为颗粒活性炭; 在气相领域主要采用颗粒活性炭。近几年美国从中国和东南亚进口的廉价活性炭数量增加; 国外权威机构预测美国今后几年活性炭的消费年增长率为4---4.5%。
    西欧活性炭的消费增长速度在1994---1998年间低于美国为0.7%, 面对从中国进口廉价活性炭数量的增加, 1995年欧共体对中国出口活性炭实行了反倾销l外权威机构预测今后几年内西欧活性炭需求增长率2%。欧洲严格的环保法规和传统工业是欧洲活性炭需求增长的主要推动力。但欧洲粉状活性炭需求量将下降, 颗粒活性炭的需求量将增加。
    1994----1998年, 日本活性年需求增长率为1.9%, 在这个时期由于水处理和气相吸附用尖性炭的增加, 使粒状活性炭需求量增加, 而粉状活性炭需求量下降, 在 以