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活性炭的生产工艺
木质材料炭化过程发生什么变化?
木材、 木屑、 树根、 果核和果壳等木质材料的炭化, 是把它放在炭化设备内加热, 进行热分解。在热解过程, 发生一系列复杂化学反应, 产生很多新生产物, 木质材料发生了变化。
根据热分解过程的温度变化和生成产物的情况等特征, 炭化过程大致上可分为如下四个阶段。
1. 干燥阶段
这个阶段的温度在120—150摄氏度, 热解速度非常缓慢, 主要是木材中所含水分依靠外部供给的热量进行蒸发, 木质材料的化学组成几乎没有变化。
2. 预炭化阶段
这个阶段的温度为150—275摄氏度, 木质材料热分解反应比较明显, 木质材料化学组成开始发生变化, 其中不稳定的组分, 如半纤维素分解生成二氧化碳、 一氧化碳和少量醋酸等物质。
以上两个阶段都要外界供给热量来保证热解温度的上升, 因此又称为吸热分解阶段。
3. 炭化阶段
这个阶段的温度为275—400摄氏度, 在这个阶段中, 木质材料急剧地进行热分解, 生成大量分解产物。生成的液体产物中含有大量醋酸、 甲醇和木焦油, 生成的气体产物中二氧化碳含量逐渐减少, 而甲烷、 乙烯等可燃性气体逐渐增多。这一阶段放出大量反应热, 因此又称为放热反应阶段。
4. 煅烧阶段
温度上升到450—500摄氏度, 这个阶段依靠外部供给热量进行木炭的煅烧, 排出残留在木炭中的挥发性物质, 提高木炭的固定碳含量。这时生成液体产物已经很少。
应当指出, 实际上这四个阶段的界限难以明确划分, 由于炭化设备各个部位受热量不同, 木质材料的导热系数又较小, 因此, 设备内木质材料所处的位置不同, 甚至大块木材的内部和外部, 也可能处于不同热解阶段。
炭化对原料的要求
炭化的原料很多, 薪材、 森林采伐剩余物、 森林抚育时消除的杂木、 木材加工厂的剩余物, 如木屑等都能够进行炭化。除木屑为粒状, 需采用特殊炭化炉炭化外, 其它原料多以木段为主, 都适合大多数炭化炉或炭窑炭化原料的要求。
炭化原料树种可分为三类: 第一类为硬阔叶材, 如水青冈、 麻栎、 苦槠、 榆等; 第二类为软阔叶材, 如杨、 柳、 椴等; 第三类为针叶材, 如马尾松、 南亚松、 湿地松等。要生产出高质量的木炭, 以适合冶金工业和二硫化碳工业等工业部门使用, 炭化原料应选用硬阔叶材, 而针叶材常见来生产松木炭, 用于制造活性炭。
炭化材最好大小均匀, 一般要求直径不大于10厘米, 若直径太大, 应把它劈开, 劈裂线长度要求小于12厘米。炭化材的长度以炭化炉或炭窑的高度决定, 若大材不劈开, 因木材的导热性差, 炭化时产生的气体混合物, 由木材内部通向外部, 所需经过的路径很长, 炭化时间也长。会导致木材机械强度下降。
供炭化的薪材多属萌芽林, 故最好在秋冬季采伐, 此时, 树木处于休眠阶段, 树液停止流动, 根部贮存物质, 不受损害, 利于来年萌芽更新; 而且秋季天气晴朗, 相对湿度小, 木材含水量低, 伐下的薪材易干燥, 可缩短炭化时间, 减少燃料消耗, 生产的木炭裂缝少, 质量高。
另外, 腐朽木、 病害枯死的木的木材, 均不宜作炭化原料, 因为腐朽木材炭化时, 木炭疏松、 易碎和容易自燃, 大大降低木炭质量。
怎样进行筑窑烧炭?
炭窑修筑前, 都要进行窑址选择, 对窑址有如下要求:
1. 附近资源丰富, 原料和木炭的运输比较方便;
2. 靠近水源, 但又不会受到地表水冲刷淹没, 或积聚雨水;
3. 土质坚实, 最好是能耐火烧的粘土;
4. 坡度较小, 又有堆放原料和木炭的地方;
5. 如果是山坡地, 选择的山坡方向要使筑成的炭窑燃烧室通风口朝向常风的方向, 有利于通风和燃烧。
现以猪头窑为例子, 说明炭窑的筑造过程。
在选好的窑址上, 画一个等边三角形, 其中一个顶角, 用于联接燃烧室, 这个顶角应朝常风方向。三角形边长约2.1米并修成弧形, 在线内向下挖1米深左右, 即为炭化室。在燃烧室对面炭化室后下方正中挖烟道腔和排烟孔, 孔高14厘米, 宽18厘米, 炭化室前端略高于后端。在炭化室前端三角形顶角打一排横向木楔后即进行装柴, 薪材直立装入炭化室中, 质量好的上等薪材装在后面, 中等的装在中间, 质量差的下等材装在最前面, 装材细头向下, 粗头向上, 中心略高于四周, 使薪材堆成拱形。上面盖上一层稻草, 在炭化室的后面两个边角上放上二个藤圈, 在炭化室的中前部近边线上也放上二个藤圈, 这四个藤圈作为烟孔。然后沿四周铺泥土, 筑窑盖, 边铺土, 边打紧, 锤打得越紧越好, 窑盖筑好后, 将烟孔中的泥土挖去, 并铺上松土。
在炭化室前面筑燃烧室, 燃烧室前端低于后端。
筑好窑型后就可进行烘窑, 烘窑时, 在燃烧室点火, 火力不要太猛。如果烘窑速度太快, 炭窑将不够坚实, 火烧去木楔, 形成通道, 逐渐烧入炭化室, 待烟孔松土发白时, 把松土挖去, 从烟孔冒出白烟, 当烟色转青时, 将烟孔盖上, 打开烟道口, 使烟气从烟道口冒出, 烟色变青时, 将所有孔口堵塞, 进行闷窑, 经2天冷却后, 炭窑即成型固定, 在窑的侧面开一个出炭门, 进行出炭, 以后能够继续装柴烧炭, 其过程和前面烘窑相同, 只是烧炭时间较短, 正常的烧炭周转时间约3—4天。
移动式炭化炉怎样烧炭?
移动式炭化炉用2毫米厚的薄钢板焊接, 由炉下体、 上体和顶盖叠接而成。炉下体为空心圆台体, 距离下端20毫米高的弧面上, 间隔等距离地开通风口和烟道各4个, 通风口和烟道上分别装有通风管和烟囱, 炉下体的内部设有4块扇形炉栅, 中央竖立一个点火通风架。炉上体直径比下体略小, 性状相同。炉顶盖中央设一个点火口, 用点火口盖来封闭它。炉体全高1525毫米, 有效容积2.75立方米, 一次处理原料量2.2层积立方米。
移动式炭化炉对原料的要求为: 炭材长1米, 直径3—8厘米; 点火材长25厘米, 直径5厘米; 燃料材长50厘米, 直径5厘米, 含水率要求在25%以下。
烧炭时, 将炉下体放在平地中心, 装入4块扇形炉栅, 炉上体放在炉下体的凹槽上, 点火通风架竖立在炉栅中央, 烟囱和通风管分别插在烟道口和通风口上。
点火材呈井字形平放在点火通风架上; 制炭材直立地装在炉内, 大头向上, 大径级和含水率较高的装在炉体中央; 制炭材的顶端横铺一层燃料材。
炉顶盖放在炉上体的凹槽上, 为了密封, 各层的凹槽内均用沙土填满, 炉下体外缘填一层厚250毫米的泥土并夯实。
用明子等易燃材料点火, 从炉顶盖上的点火口投入炉内, 将点火材和制炭材顶端的燃料材点燃, 并不断地添入燃料材; 当烟囱口温度达到60摄氏度, 盖上点火口, 并用沙土填入凹槽内密封。
当炭化进行4—5小时, 炉内制炭材的干燥阶段结束。当烟囱口烟气由白色变黄色时, 逐步关闭通风口插板。
当通风口出现火焰, 烟囱口冒青烟, 烟囱内发出嗡嗡响声, 预示炭化过程结束。立即用泥土封闭通风口, 再过30分钟, 将烟囱除去, 封闭烟道口。炉内温度冷却至40摄氏度时; 开炉出炭。木炭得率为25%左右, 木炭含水率为6
多槽炭化炉怎样进行木屑炭化?
木屑是一种多孔隙松散的物料, 在炭化时, 特别要注意木屑是热的极不良导体这一性质, 所采用的设备形式, 应考虑如何加快传热和传热均匀的问题。否则炭化将不能完成。多槽炭化炉是根据木屑特性而设计的专用木屑炭化设备。
多槽炭化炉每台炉有14个立式炭化槽, 每个炭化槽的两侧为烟道, 一台炉内共有15个烟道, 炉的内部用耐火砖, 外部用青砖砌成, 炉长7米, 宽4.5米, 每炉设五个燃烧室, 每一燃烧室与炉内的3个烟道相通, 燃烧烟气在炉内烟道中分5层曲折上升至顶部, 与烟囱连通, 烟囱高10米, 高温烟气在运动中将热量经过隔墙间接地传给炭化物料。炭化产生的蒸汽气体经过房顶排气罩排空, 炉顶设加料室, 原料由此加入炭化槽, 每个炭化槽均有一个卸炭口, 卸炭口设在与燃烧室相反的一面。
生产时, 首先在燃烧室点火, 加热炭化槽, 待温度升至300摄氏度时开始投料, 直至加满为止, 每个炭化炉第一次投料可投下松木屑1400—1700公斤, 待部分木屑炭化后, 在各炭化室内上下搅动一下, 以免炭化室内木屑之间存有空隙引起灰化, 在搅动时, 被木屑阻留在炭化室内的气体往往会连同烟火一齐上扬, 灼伤人体, 应特别注意安全。对炭化室进行搅动后, 便可进行第二次投料, 投料量600—800公斤。在炭化过程中, 当炭化槽冒出青烟或无烟, 加料口和出炭口外部没有火焰冒出, 炭化槽内物料呈暗红色, 不冒火星时, 表明炭化结束, 即可出炭。出炭时, 把出炭门打开, 用长柄铁耙把炭粉耙入铁桶内, 立即用湿炭粉盖上, 以防炭粉灰化。
每炉投料量为2—2.5吨木屑, 炉温约700摄氏度, 炭化时间随原料含水率而异, 约4—8小时, 每炉可得木屑炭300—400公斤, 耗煤1.5—1.7吨。
这种炭化炉结构简单, 容易砌造, 操作易掌握; 但耗煤量大, 炭得率低, 质量不够均匀, 高温操作, 劳动强度大。
木炭的性质
1. 木炭的外部形态 质量高的木炭断面具有黑色光泽, 敲打时发出响亮清脆的金属声。在不同的温度下烧制的木炭, 其外部形态是不同的。在低于250摄氏度时烧制的炭, 表面带褐色, 不易敲断, 燃烧时有火焰; 300—350摄氏度烧制的木炭表面呈黑色, 当烧制温度达500摄氏度时, 敲打时, 木炭发出响亮金属声。
2. 木炭的固定碳 固定碳是一个假定的概念, 它是在规定的高温, 一般为850—950摄氏度下, 不通入空气进行煅烧时的无灰分的木炭。一般的木炭可能含70%—80%的固定碳。随煅烧温度升高, 木炭中固定碳的相对含量增加。
3. 木炭的挥发分 木炭在高温下煅烧时放出一氧化碳、 二氧化碳、 氢、 甲烷和其它碳氢化合物等气态产物称为挥发分。
烧制木炭的温度在300—700摄氏度以内时, 随着温度的升高, 木炭煅烧时所分出的挥发分的组成发生下列变化: 二氧化碳、 一氧化碳和甲烷的含量逐渐降低, 而氢的含量逐渐增加。烧炭的温度升高时, 木炭的发热量增高, 而气体的发热量降低。
4. 木炭的机械强度 木炭的机械强度表示它对压碎和磨损的抵抗能力, 它在木炭的转装和运输上以及在冶金工业应用上有很大意义。转载的次数愈多, 在熔铁炉的炉胸中, 木炭受到上部炉料强大压力, 而由上向下移动时, 则受到炉料块和炉胸壁的强烈摩擦, 如果木炭变成碎屑, 气体难以经过炉料, 熔铁炉的操作就会发生故障。
木炭强度沿纵向较高, 径向较低, 而弦向最低。当烧制木炭最终温度相同时, 木炭强度随烧炭时间的增加而增加。
5. 木炭的比重和孔隙度 木炭的比重因树种、 木材的质量、 炭化的最终温度和升温速度而不同。一般比重大的木材烧成的木炭比重也大。木炭孔隙度决定木炭大部份性质, 如反应能力、 导热性、 吸附性等。
6. 木炭的发热量 木炭的发热量与炭化温度有关, 炭化温度高, 木炭碳素含量大, 发热量也较高。
7. 木炭的灰分 木炭烧完后成为白色或淡红色的物质称为灰分。木炭中灰分含量随烧制温度、 树种、 被炭化木块和树皮的比例、 树木的立地条件、 砍伐季节、 运材和烧制方法而不同。一般烧制温度愈高, 灰分含量愈大, 由阔叶材烧制的木炭其灰分含量比针叶材高; 树皮含灰量比木材高。
木炭的用途
1. 冶金工业
以前木炭就用来冶炼铁矿石, 木炭与焦炭熔炼的生铁, 即使化学组成相同, 其结构与机械性质仍不相同。木炭冶炼的生铁一般具有细粒结构, 铸件紧密, 没有裂纹的特点, 用木炭生产的生铁含杂质少, 适于生产优质钢。
在有色金属生产中, 木炭常见作表面助熔剂, 当有色金属熔融时, 表面助熔剂在熔融金属表面形成保护层, 使金属与气体介质分开, 既可减少熔融金属的飞溅损失, 又可降低熔融物中气体的饱和度。
大量木炭还用于结晶硅生产, 生产结晶硅用的木炭不应含有生炭头和过多的灰分。
2. 渗碳剂的制造
凡是要求表面具有较高的硬度和耐磨性, 而中心具有良好韧性的所有钢制品都要进行渗碳。用来对钢制品进行渗碳作用的含碳混合物称为渗碳剂。单纯木炭的渗碳效果较差。因此常见木炭作为原料, 再加入一定数量的接触剂, 制成渗碳剂。
3. 二硫化碳生产
木炭是制造二硫化碳的最好原料, 用来制造二硫化碳的木炭, 应当是坚硬、 容积重大、 灰分和水分含量小, 固定碳含量高。
生产1吨二硫化碳约需0.5吨的木炭。
4. 木炭砖的压制
碎木炭运输很不方便, 而且用途也受到限制, 用压制木炭砖的方法能使价值很小的碎木炭变成优质燃料。木炭砖具有吸湿性和吸水性小、 比重大和热值高的优点, 而且在使用过程有很高的机械强度。煅烧过的木炭砖在燃烧时无烟, 不产生炭尘。木炭砖可用于冶金、 移动式气化炉等。
活性炭的种类和用途
活性炭是具有发达孔隙结构、 有很大比表面积和吸附能力的炭。每克活性炭的总表面积可达1500平方米以上。
活性炭的种类很多, 按原料不同可分为植物原料炭、 煤质炭、 石油质炭、 骨炭、 血炭等等; 按制造方法可分为气体活化法炭、 即物理活化法炭; 化学活化法炭, 即化学药品活化法炭; 化学——物理法活性炭; 按外观形状可分为粉状活性炭、 不定型颗粒活性炭、 定型颗粒活性炭、 球形炭、 纤维状炭、 织物状炭等; 按用途可分为气相吸附炭、 液相吸附炭、 糖用炭、 工业炭、 催化剂和催化剂载体炭等。
活性炭具有吸附性能、 催化性能, 它不溶于水和其它溶剂, 具有物理和化学上的稳定性。除了高温下同氧接触、 同臭氧、 氯、 重铬酸盐等强氧化剂反应外, 在实际使用条件下都极为稳定。由于活性炭作为吸附剂的优异特性, 因此活性炭的用途非常广泛。
中国活性炭当前多在葡萄糖、 医药和味精生产中使用, 在环境保护、 作催化剂和催化剂载体中的应用还不够广泛。
中国粉状活性炭使用情况如下:
用于医药 占59.8%
用于口服葡萄糖 占26.6%
用于食品工业 占10.8%
用于其它方面 占2.8%
中国颗粒活性炭使用情况如下:
用于合成纤维载体 占51.2%
用于聚氯乙烯载体 占13.0%
用于空气、 水净化 占23.5%
用于合成脱硫 占7.7%
用于其它 占4.6%
值得注意的是, 不同方法制得的活性炭, 它的选择吸附性会不同, 各有一定适用范围, 使用不当则效果不佳。
活性炭生产的发展情况
1. 国外活性炭生产的发展概况
八十年代, 世界活性炭生产能力约70万吨/年。主要生产国为: 美国15万吨/年, 原苏联9万吨/年, 日本7万吨/年, 德国7万吨/年, 英国6万吨/年, 法国5万吨/年, 荷兰4万吨/年, 意大利2万吨/年。预计近年来还有较大幅度增长。
活性炭生产之因此有如此迅速的发展, 这应归功于应用领域的扩大和活性炭本身的不可替代性。活性炭被广泛用于液相和气相中起吸附、 脱色、 精制、 分离、 催化及催化剂载体等。在发达国家活性炭在环境治理方面用量约占总量的1/3, 主要是水源、 饮水净化及工业废水、 生活废水处理。
近年来, 国外在新产品开发方面, 一是采用多种原料, 多种工艺研制出具有特殊性能的活性炭。二是采用对活性炭进行二次加工的方法研制出多种高效能、 多功能的活性炭制品, 使活性炭呈现新的活力。
2. 国内活性炭生产的发展概况
中国活性炭生产在党中央改革开放的总方针指引下有了很大发展。1981年产量为1.2万吨, 1982年上升到了3万吨, 1983年达3.5万吨, 1987年为4.5万吨, 1991年为6万吨, 1995年产量已突破8万吨, 全国出口量达到5.3万吨, 中国已成为活性炭生产大国。
近年来, 许多企业进一步开发产品品种的原材料来源, 向着产品的高、 精、 尖方向发展, 成为外销产品的基地; 无论在设备引进、 消化吸收、 改造或制造工艺方面。近年来均有长足的进步; 在品种研究上, 不但形成系列多品种, 而且在炭纤维、 炭分子筛、 高比表面积、 高吸附值活性炭的研究方面也取得了较大进展; 不少厂家在降低能耗、 治理污染、 提高社会效益和经济效益方面做了大量工作, 取得了较好的成效。
活性炭的吸附特性
活性炭与其它吸附剂如硅胶、 沸石、 活性白土等相比较, 具有许多特点。
1. 有较发达的孔隙结构, 比表面积大
活性炭具有发达的孔隙结构, 除了活性分子筛以外, 孔径分布范围较广, 具有孔径大小不同的孔隙, 能吸附分子大小不同的各种物质。同时具有大量的微孔, 因而比表面积很大, 吸附力也大。活化方法对制得活性炭的孔隙大小有很大影响。
2. 活性炭的表面特性
活性炭的表面性质因活化条件而不同, 高温水蒸汽活化的活性炭, 表面多含碱性氧化物, 而氯化锌活化的活性炭, 表面多含酸性氧化物, 后者对碱性化合物的吸附能力特别大。活性炭具有的表面化学性质、 孔径分布和孔隙形状不同, 是活性炭具有选择性吸附的主要原因。
3. 催化性质
活性炭作为接触催化剂用于各种异构化、 聚合、 氧化和卤化反应中。它的催化活性是由于炭的表面和表面化合物以及灰分等的作用。
活性炭在化学工业中常见作催化剂载体, 即将有催化活性的物质沉积在活性炭上, 一起用作催化剂。这时, 活性炭的作用并不限于负载活化剂, 它对催化剂的活性、 选择性和使用寿命都有重大影响, 它具有助催化的作用。
4. 化学性质稳定、 容易再生
活性炭的化学性质稳定、 能耐酸、 耐碱, 因此能在较大的酸碱度范围内应用; 活性炭不溶于水和其它溶剂, 能在水溶液和许多溶剂中使用; 活性炭能经受高温高压的作用, 由于它的催化活性, 在有机合成中常作为催化剂或载体。
活性炭使用失效时, 可用各种方法多次重复再生, 使其恢复吸附能力, 再用于生产。如果再生得法, 可达到原有的吸附水平。
活性炭在国防建设及工农业生产等各个领域的使用情况

活性炭作为吸附剂具有优异特性, 现已在工业、 农业、 国防、 科技以及人民生活各个领域中广泛使用, 成为国民经济不可缺少的重要物质。
1. 气相吸附方面的应用
( 1) 废气净化和回收 用于净化工业上排放的有害气体, 如废烟气的脱硫等; 回收挥发散失的溶剂如丙酮、 酯类、 苯、 汽油等。
( 2) 防御毒气和有害气体 在国防和民用工业中用活性炭装填各种防毒面具, 制造防御放射性物质的纺织品。
( 3) 原子能设施中的应用 用于捕集和去除泄漏的放射性物质。
( 4) 其它 用活性炭填充气体钢瓶, 增加贮存气体的容量; 用于香烟滤嘴滤除尼古丁等。
2. 液相吸附方面的应用
( 1) 食品工业 用于葡萄糖、 饴糖、 味精、 油脂、 酒等的脱色精制, 除去色素、 胶质和其它杂质。
( 2) 医药工业 用于抗菌素、 解热药、 维生素、 注射用针剂等除去色素、 杂质等。
( 3) 化学药品 用于各种有机和无机药品, 如酯类、 酚类、 柠檬酸、 草酸等的脱色精制。
( 4) 环境保护 用于净化用水, 处理废水等。
( 5) 其它 在冶金工业中用于回收金、 银、 钯等贵重金属。
3. 作为催化剂和催化剂载体
活性炭本身有各种催化活性, 可单独作催化剂, 应用于卤化、 氧化脱氢等化学反应中。某些活性炭也是优良的催化剂载体, 应用在醋酸乙烯酯合成、 卤化、 氧化、 聚合等反应中。
4. 在医药方面的应用
活性炭作为外用药, 用于烂疮、 化脓化创伤, 也可用于内服药治疗腹泻。活性炭能吸附病毒、 细菌毒素、 药物等, 可用于治疗中毒或过量服药的病人。
5. 在农业和其它方面的应用
活性炭施用于土壤中, 能促进氮的生物固定作用, 除去农药对作物的毒害等。另外, 活性炭还用作制造锌—空气电池的电极。
什么叫化学药剂活化法? 氯化锌为什么能使炭活化?
用氯化锌和其它化学药物作为活化剂生产活性炭的方法, 称为化学药剂活化法, 简称化学法。常见的化学药物有氯化锌、 磷酸, 也有用硫酸钾和硫化钾的, 国内主要用氯化锌作为活化剂。
氯化锌的活化作用主要是:
1 氯化锌对植物原料中的纤维素起润胀、 胶溶以致溶解作用, 药液渗透到原料内部, 溶解纤维素而形成孔隙。
2. 氯化锌在高温下具有催化脱水作用, 使原料中的氢、 氧原子以水的形式分离出来, 使更多的碳保留在原料中, 提高了活性炭的得率。用氯化锌作活化剂, 能降低活化温度, 活化时产生的焦油颜色明显变浅, 这说明木屑的活化过程与一般的热解反应有所不同。
3. 氯化锌在炭化时能起骨架作用, 即它们在原料被炭化时给新生的碳提供一个骨架, 让碳沉积在它的上面。新生的碳具有初生的键, 有吸附力, 能使碳与氯化锌等锌化物结合在一起。当用酸和水把氯化锌等无机成分溶解洗净之后, 碳的表面便暴露出来, 成为具有吸附力的活性炭内表面积。这种作用最明显的体现是: 活性炭的孔隙总容积随锌屑比的增大而增大。而且当锌屑比大时, 能够制得过渡孔较发达的活性炭, 锌屑比小时, 又可制得微孔较发达的活性炭。
氯化锌连续法生产粉状活性炭的工艺流程
氯化锌连续法生产粉状活性炭的工艺流程如下:
1. 木屑的筛选和干燥
木屑由斗式提升机送到振动筛筛选, 选取6—40目木屑, 由鼓风机输送到旋风分离器, 分离后的木屑落如贮仓中。然后进行气流干燥, 木屑由贮仓下面圆盘加料器定量连续地落入螺旋进料器, 加入热风管, 由热风炉来的热空气高速气流带走及干燥, 木屑含水率由原来的40%左右下降到15%—20%, 干木屑在旋风分离器分离后落入干木屑贮仓。
2. 氯化锌溶液的配制
氯化锌溶液的配制是根据生产的要求, 配制规定浓度的氯化锌溶液。配制时, 将回收工序回收的浓度约40波美度的锌液, 用泵泵入配锌池中, 再加入固定氯化锌和盐酸, 配制成规定浓度和酸碱度的氯化锌溶液, 或直接用水配制亦可, 然后用泵泵入浓锌池备用。
3. 捏和
用泵将浓锌池的氯化锌液泵入浓锌液高位槽, 由于木屑贮仓下部落下的木屑用斗式提升机提升至计量槽, 一定量的木屑放入捏和机, 同来自高位槽的定量浓锌液拌和后, 倒入回转炉的料斗中。
4. 炭、 活化
由料斗下部的圆盘加料器和螺旋进料器将木屑加入回转炉, 从炉的另一端通入热烟道气, 将木屑炭化和活化, 活化料落入出料室, 定期取出, 用小车推到回收工序的斗式提升机加料处。
5. 回收、 漂洗
开动斗式提升机, 将活化料加入回收桶回收氯化锌。先用25—30波美度的氯化锌溶液洗涤, 得到的浓锌液送往配制氯化锌溶液, 再用较稀的锌液洗涤, 洗涤时加入适量盐酸, 并将溶液加热到70摄氏度以上, 使氧化锌转变为氯化锌。最后要求洗涤液的浓度降至1波美度以下。回收过的炭用水冲入漂洗桶中, 用90摄氏度以上的热水漂洗, 第二次漂洗时加入适量盐酸, 并加热至沸腾, 以除去炭中的铁质, 直至洗液不含铁为止。
6. 离心脱水、 干燥和粉磨
活性炭在离心机中脱水, 然后在外热式回转干燥器中干燥至含水率4—6%, 再送往球磨机磨粉即为成品。
另外附设专门的废气、 废水处理系统, 以回收烟气中的氯化锌和盐酸, 消除公害。
氯化锌活化对原料的要求
氯化锌法生产粉状活性炭的原料主要是木屑, 生产糖用炭时, 最好使用杉木屑和松木屑, 纯杉木屑更好。新鲜的松木屑含松脂较多, 不利于氯化锌溶液的渗入, 如果存放一段时间, 使挥发成分自行挥发和氧化后再使用则较为有益。但存放时间不宜过长, 以免木屑腐烂变质。当生产其它活性炭品种时, 可使用多种树种的混合木屑。对木屑要求为: 粒度6—40目, 不含板皮、 木块、 泥沙和铁屑等, 含水率为15%—20%。
为了使工艺操作稳定, 木屑需用振动筛进行筛选, 选取符合要求的木屑颗粒, 并除去杂质, 以免影响产品质量。
筛选好的木屑含水率约40%。一般采用气流干燥器进行干燥。它由热风炉、 风机和干燥管组成。干燥管由钢板制成, 直径300毫米, 高20米左右。木屑送入干燥管, 由热风炉送来的120—150摄氏度的热空气带动木屑, 以8米/秒的速度经过干燥管, 干燥后的木屑含水率降到15%—20%, 经旋风分离器回收。
木屑的干燥, 有的工厂采用回转炉。木屑间接被烟道气加热而干燥。生产时, 木屑由加料口一端进入筒体内, 随着筒体的转动及一定的坡度慢慢向前移动, 烘干的木屑连续由出料口卸出。由燃烧室烧煤产生的烟气先在筒体外面流过, 加热筒体, 然后进入筒体内部的烟管, 以便充分进行热交换, 最后排入烟囱。操作时, 应根据炉温情况, 控制好加料量。同时炉温不能太高, 以防木屑燃烧。
氯化锌溶液的配制
氯化锌溶液的浓度因生产活性炭的品种而异, 氯化锌溶液的配制是指配制成规定浓度的氯化锌溶液, 它是保证锌屑比的一个重要因素。应选用洁白、 易吸水潮解、 含量96%以上的工业氯化锌。
因活性炭用途不同, 使用氯化锌制炭时, 要求也不同, 简述如下:
糖用活性炭的配方要求是:
氯化锌溶液在60摄氏度时, 浓度为50—57波美度, 溶液的pH值为3.0—3.5。
药用活性炭的配方要求是:
氯化锌溶液在60摄氏度时 浓度为45—47波美度, 溶液的pH值为1.0—1.5。
配制时, 在配锌池中, 将固体氯化锌溶于回收工序回收的氯化锌溶液中。若回收的锌液不够用时, 也可用水进行配制, 当达到要求的波美度时, 再用盐酸调整溶液的pH值。
波美浓度是氯化锌法生产厂中广泛使用的表示溶液浓度的一种方式。用波美比重计浸入溶液中所测得的度数表示浓度。用0Be?FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN">作符号。如50波美度可写成500Be?FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN">。
氯化锌溶液的波美浓度与温度有一定的关系, 当百分浓度一定时, 随着温度的升高, 波美浓度降低。因此对于氯化锌溶液的波美浓度, 必须注明溶液的温度。例如, 要配制60摄氏度下的45—46波美浓度的氯化锌溶液, 若在30摄氏度下, 就应配成46—47波美浓度。
氯化锌溶液的波美浓度( 0Be?FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN">) 与温度( 摄氏度) 的关系、 氯化锌溶液的波美浓度与相对密度和百分浓度的关系, 可从有关图表中查得。
捏和工序的目的和工艺条件
捏和工序的目的, 是为了将木屑与氯化锌溶液, 借助捏和机中一对之字形搅拌桨不停搅拌, 重复揉压, 使它们混合均匀, 加速氯化锌溶液向木屑内部渗透。
捏和在捏和机中进行。捏和机用耐酸钢制成, 为卧式半圆形槽, 槽内有一对之字形的搅拌器, 容积一般采用0.5立方米, 间歇操作。捏和机设有一个传动机构, 按下这一机构的按纽, 能使捏和机半圆形槽转动一个角度, 以便把锌屑料倾倒入回转炉的料斗中。
为了操作方便, 捏和工序还设立木屑计量装置和氯化锌溶液高位槽和计量装置。木屑计量装置由运送木屑的斗式提升机、 磅秤和料斗组成, 它能准确控制每次捏和木屑的重量。氯化锌溶液高位槽下部有一条管子连到捏和机上部, 以便把定量氯化锌溶液均匀喷射到捏和机中, 与木屑进行混合。
捏和时, 工艺木屑的重量与氯化锌溶液的重量之比, 称为料液比, 有时又称浸渍比。
捏和的工艺条件为:
1. 生产工业用活性炭
木屑含水率( %) 15—20
60摄氏度时氯化锌液浓度( 波美度) 45—47
氯化锌液pH值 1—1.5
料液比 1: 3
捏和时间( 分钟) 10—15
2. 生产糖用活性炭
木屑含水率( %) 15—20
60摄氏度时氯化锌液浓度( 波美度) 50—57
氯化锌液pH值 3—3.5
料液比 1: 4—5
捏和时间( 分钟) 10—15
回转炉怎样操作? 其炭化、 活化的工艺条件怎样?
回转炉是锌屑料炭化、 活化制取活性炭的一个关键设备。回转炉为卧式, 内径1米, 长13米。筒体为钢板制成, 内衬耐火砖。在筒体中部外面装有大齿轮, 借以推动筒体转动。两端各有一对托轮 支承筒体重量。炉头和炉尾均有密封装置。安装的倾斜度为2—5度。
回转炉为连续操作, 锌屑料由圆盘加料器和螺旋送料器送入炉尾。物料借助筒体转动和倾斜度缓慢地向炉头移动。在炉头设有燃烧室, 燃烧原油或煤气, 产生的高温烟气直接进入炉中, 由炉头向炉尾流动, 与物料逆流直接接触。在炭化过程中, 形成带粘性的塑性物料, 粘附在炉壁上, 结块成痂, 堵塞炉膛。为了防止堵塞, 在炉内装有链条串连好的星形刮刀, 让它随着筒体的转动, 不停地撞击炉壁, 将粘在炉壁上的结块物料刮下。
活化好的物料称活化料, 从炉头落入出料室, 并定期取出, 送往回收工序。废烟气从炉尾经烟道进入废气回收系统。
开炉时, 先启动转炉, 再点火升温, 待炉尾温度升至300摄氏度左右, 开始加料。如果需要停炉, 先停止进料, 继续保持一定的炉温, 待炉内物料全部排出后, 方熄火停炉。热炉未完全冷却之前, 每隔数分钟至20分钟转动筒体一次, 防止筒体变形。
回转炉炭化、 活化的工艺条件如下:
活化区物料温度( 摄氏度) 500—600
炭化、 活化时间( 分钟) 约40
炉内充填系数( %) 15—20
筒体转速( 转/分钟) 1—3
炉内压力 略带负压
炉头烟气温度( 摄氏度) 700—800
炉尾烟气温度( 摄氏度) 200—300
出料间隔时间( 分钟) 20
氯化锌法生产活性炭回收工序的目的
在活化料中含有70%—90%的氯化锌和含锌化合物。回收的目的就是将这部分氯化锌和含锌化合物收回, 降低活性炭生产时氯化锌的消耗, 以降低产品的成本。
氯化锌的回收操作属于浸提方法, 即用不同浓度的氯化锌溶液( 简称锌水) 和少量工业盐酸加入活化料中溶解氯化锌和氧化锌, 再过滤分离。
回收是在回收桶中进行。回收桶是由钢板制成, 为圆筒体。桶的壳体内外均用辉绿岩胶泥涂刷。在桶的内侧衬上辉绿岩板。桶的下部有用钢筋和辉绿岩粉浇铸的过滤板。
操作时, 将活化料加入回收桶中, 先用浓度较高的回收锌水加入活化料中, 并加入约为活化料重量5%的盐酸, 使活化时生成的氧化锌转变为氯化锌。
在反应过程中, 要充分搅拌。反应完成后静置数分钟, 开启真空抽气阀, 将回收桶内的氯化锌溶液抽入真空桶, 然后再放入耐酸缸。一般第一次回收的氯化锌溶液浓度可达40波美度以上, 可送往配制氯化锌溶液。经第一次回收后, 依次将低浓度的锌水用泵打入回收桶中, 使锌水盖过炭面, 这样进行多次回收, 得到浓度高低不同的回收锌水, 分别放置于耐酸缸中, 供下次回收用。直至上次留下的各种浓度的锌水用完后, 再用热水洗涤, 洗涤液也收入耐酸缸内。直至炭中的氯化锌含量低于1%为止。
漂洗的目的是什么? 怎样漂洗?
漂洗的目的是除去来自原料和加工过程中的各种杂质, 使活性炭的氯化物、 总铁化物、 灰分等含量和酸碱度都达到规定的指标。漂洗分两个步骤进行, 首先是加入盐酸除去铁类化合物, 因此称为酸洗, 又称酸处理或叫”煮铁”; 其次是加碱中和酸, 除去氯根, 并用热水重复洗涤, 故叫水洗。
漂洗的两个步骤都在同一个漂洗桶中进行。漂洗桶由钢板制成, 圆筒体状。桶的壳体内外都用环氧树脂泥粘贴数层玻璃纤维布, 内侧再衬一层耐酸瓷砖, 在桶的底部装有过滤板。
漂洗时, 利用回收桶与漂洗桶的安装位差, 将活性炭用水由回收桶冲入漂洗桶中。放出部分水后, 关好底部放水阀门, 然后加入活化料量5%左右的盐酸, 通入开口蒸汽, 煮沸2小时。这时, 混在炭中的杂质与盐酸发生反应, 原来不溶于水的氧化铁和氧化钙等杂质, 变成氯化铁和氯化钙的水溶物, 随水除去。
酸处理后, 将桶内酸水放出, 用热水连续漂洗数次, 水温要保持在60摄氏度以上。由于过量盐酸不容易被水洗净, 故加入适量的纯碱中和, 并调整桶内水溶液的pH值在7—8。再用开口蒸汽加热15分钟左右, 将水放出。再用热水连续洗涤, 至炭中氯根含量小于0.16%为止。总的水洗时间为4—6小时。
离心脱水、 干燥和粉磨?
离心脱水
漂洗好的炭用水从漂洗桶冲入贮炭槽中。采用卧式活塞推料离心机使活性炭的含水率降到60%—65%。操作时, 先开动砂泵, 将贮炭槽中的漂洗炭和水一起泵入高位炭槽中, 然后开动高位炭槽的搅拌机, 使炭与水混合。再开动离心机, 待离心机运转平稳后, 打开高位槽底部阀门, 让炭水进入离心机进行脱水。炭送往干燥, 而甩出的水含有许多细炭, 经沉淀回收细炭后再排放废水。
干燥
干燥的目的是使活性炭的含水率降低到10%以下。干燥的方法很多, 较常见的是回转干燥炉。回转体由钢板制成, 圆筒体直径约1米, 长7米, 安装于加热炉内, 用烟道气间接加热。湿炭由加料口的一端进入筒体内, 由于筒体的倾斜度和转动使物料向前移动, 至出料口连续卸出。回转干燥炉内的料温要求在120—130摄氏度。操作时, 要根据炉温控制加料量, 防止干炭出现火星。这种干燥炉因炭粒能在筒体内翻动, 干燥速度较快。另外, 干燥炉采用间接加热 避免了炭与干燥介质直接接触, 因而减少了炭被污染的可能性。
粉磨
粉磨的目的是为了增加活性炭的外表面积。常见球磨机粉碎到120目—200目。定型的球磨机是连续进料和出料, 一般根据产品的颗粒度来调整进料量。为了避免活性炭在球磨过程中增加铁含量, 一般球磨机内镶衬一层硬木板, 并采用卵石或瓷球粉碎。有些工厂, 也采用雷蒙粉碎机进行粉磨。
氯化锌间歇式生产粉状活性炭的工艺流程
现以某生产厂为例, 其工艺流程如下:
原料木屑经皮带运输机送入振动筛经8—16目筛网进行筛选, 合格木屑落入加料斗中, 再由另一架皮带运输机送入回转干燥机进行干燥, 干燥后木屑含水率为10%—15%。干木屑由送料风机输送到旋风分离器, 木屑落入贮料仓中备用。
固体氯化锌放入地下配锌池中, 用回收来的浓锌液或水进行溶解, 配制成符合要求的氯化锌溶液, 再用泵打入浸料池与木屑相拌。
木屑由贮料仓放入浸料池中, 再泵入配好的氯化锌液, 在浸料池内均匀的搅拌、 浸渍。浸渍好的锌屑料由皮带运输机送到炭化炉前, 铲入炭化炉进行炭化。锌屑料炭化后称为炭化料由小车推往活化炉进行活化, 活化后的物料称为活化料。
活化料装入加料斗称重后, 由卷扬机提升倒入回收桶, 加入热水和盐酸进行回收。首次回收液浓度较高, 放入浓锌水池, 由地下沟道流到配氯化锌溶液工序的地下锌水池, 以作配料用。以后几次回收的低浓度氯化锌液 分别放入不同浓度的锌水缸中, 作下次回收之用。把回收好的炭用水冲入浸泡桶, 加热水并通入蒸汽进行蒸煮, 称为”煮铁”, 除去铁盐, 煮后放出废酸水流入地下沟, 把炭冲入漂洗桶, 加热水并通入蒸汽进行洗涤。
漂洗合格的活性炭放入三足式离心机甩干, 甩干后的炭集中于加料斗, 经皮带运输机送到回转干燥机干燥。
干燥后的炭由卷扬机提升倒入球磨机进行粉磨。最后包装入库。
浸渍工序的目的是什么? 怎样操作?
氯化锌法间歇式生产粉状活性炭, 为了减少机械设备投资, 木屑与氯化锌溶液的混合不是采用捏和机进行捏和, 而是采用浸料池, 用浸渍的方法, 将氯化锌渗入木屑, 起到捏和机捏和的作用。
浸渍的操作方法, 不同厂家略有差异, 但都大同小异。
浸渍一般采用浸渍池, 又称浸料池。它是在地面上, 用砖和耐酸水泥砌的池子, 池子长3米、 宽2米、 深1米。池子外表面贴耐酸瓷片, 以防腐蚀, 池底设置排液管, 供浸渍后排出多余的氯化锌溶液。
浸渍时, 将符合要求的木屑投入浸渍池中, 然后开动锌水泵, 将已配制好, 并经检验合格的氯化锌溶液均匀地浇在木屑上, 直至氯化锌溶液盖过木屑为止, 浸渍8—12小时后, 打开浸渍池底的排液口, 让多余的氯化锌溶液流到锌水池中, 2小时后, 便可将锌屑料运往炭化工序炭化。
有些工厂, 采用一定固液比进行拌料, 混合均匀后淹渍8—10小时, 并需不时