煤质颗粒活性炭的制造原料、预处理及成型技术（3）

jzhx928

4  煤质活性炭成型技术
目前适合于煤质活性炭制造的成型技术中，已成熟应用的有三种，分别是柱状成型技术、压块成型技术和球炭成型技术，尚处于发展阶段的有中空柱炭成型技术等。

4.1 柱状炭成型技术
（1）混捏工艺及适用的混捏机械
当生产粒径≥1.5㎜的柱状条料时，符合细度要求的煤粉(可用单一煤种或多种煤的混合粉体)与符合沥青含量要求和温度要求的高温煤焦油以及水的重量份数比控制在100︰（25~45）︰（5~20），随粒径的增大，焦油加入量降低，水的加入量可小幅减少。
当生产粒径≤1.2㎜的柱状条料时，上述三种原料的重量份数比应控制到100︰（50~80）︰（1~5），且随粒径的减小，焦油用量大幅增加，水的加入量适当减少。
应当指出的是，当采用的煤种及配比不同时，上述三种原料的最佳混合比应根据试验来最终确定，这一比例是否适当，是通过以下两点来判定的：一是成型压力是否适当；二是对混捏好的煤膏进行经验判定。
常用的混捏机械有间歇式和连续式两类。间歇式混捏机为一个带蒸汽夹套的，可120°翻转的，带有双层螺旋犁刀式搅拌器的敞口式混捏锅，每次可生产混合煤膏0.5~1.5吨，每锅的有效混捏时间15~30分钟，过程中有时需要间歇地直接用120~150℃蒸汽吹扫混合物料以保证中间部分物料的温度不低于60℃。间歇式混捏机的优点是可以最大限度地保证最终产品质量的稳定性，混捏质量可随时调整，缺点是生产效率低，工人的劳动强度大。间歇式混捏机是最早采用的煤质炭混捏机械，于1980年代被各种连续式混捏设备替代；1990年代中期，因连续式混捏机存在各种问题，部分中小型活性炭厂又重新使用间歇式混捏机，并对搅拌器件进行了各种改进，目前使用间歇混捏机的厂家呈增加趋势。
连续式混捏设备有双排双螺旋和双排单螺旋混捏机两种，以前者为常见。连续式混捏机生产效率高，但由于调整工艺时存在的时间滞后性，常造成成型料质量波动，另外，由于煤膏会不可避免地粘结到螺旋桨叶之上，当粘结量大（混合工艺不稳定）时会造成大量原料报废，清理时需停机，且耗时较长。如果能改进混合比例控制系统使物料加入流量精确、稳定，连续式混捏机是最具优势的混捏机械。
（2）成型工艺及成型机械
! [7 u$ f  v  `- R. |/ _! i( z0 N混捏好的煤膏应趁热装入成型机的模具缸，选用开孔率和孔尺寸合适的模板，于适当的压力下挤出得到条料，有时为了提高条料的光洁度和强度，还需将条料返回模具缸进行二次挤出。
* C' P9 h4 l. e4 k0 {0 I4 g成型温度和压力是获得好的成型料的关键工艺参数，一般来说，要求混捏好的煤膏在挤条前的温度应保持60℃以上；成型压力则不仅会影响炭化料的质量，还对最终活化料的吸附性能产生较大的影响。研究表明【9】，当其它工艺条件不变时，随成型压力的增大，炭化料强度提高，但活化料的碘值呈降低趋势；相同材料、相同工艺制成的炭化料，当由于成型压力不同而导致炭化料密度不同时，密度较小时易于活化，碘值会明显提高。煤质活性炭制造业常采用的条炭成型压力为22~35MPa，且成型料粒径越大，成型压力控制得越低。
9 P1 l/ g. O% n+ M! B, I3 x( l国内的柱状炭生产企业全部采用四柱式液压机作为成型机械，行业内称为“压伸机”，由油压控制系统、往复式压伸冲头、可180°旋转的双压伸缸和模盘模具等系统组成，采用间歇式生产方式。曾有企业引入过其它化工行业常用的连续式螺旋挤出机来制造活性炭，但都未取得成功。
' U+ G- x% s6 u2 X4.2 压块炭成型技术
（1）美国卡尔冈公司压块炭成型技术[2][3]
采用挥发分35~38%，灰分6~8%的烟煤破碎至4~10目，然后磨制成粒径1~105微米，65%可通过300号标准筛的煤粉，并加入适量沥青粉，压块前先用少量水蒸汽润湿并加热混合粉体，然后于1300~1500kgf/cm2压力下对辊成型为比重1.2g/mL的料块，料块可以是圆柱形、扁的椭圆形，亦可以是其它的可能的形状，压成的料块破碎到10~20目，大于10目和小于20目的料经密闭循环系统返回到破碎和磨粉机处理后重复使用。10~20目的成型料运送到炭化工序备用。
（2）日本压块成型技术
日本目前有两种压块成型技术。一种以三菱化学的黑崎制造厂为代表，所采用的工艺与美国卡尔冈公司相当，但采用的原煤为新西兰出产的低灰粘结性烟煤，灰分〈2%，挥发分29~31%，自由膨胀序数9，粘结性指数G=91，胶质层指数Y=7.5㎜，X=8.0㎜，另外，在成型之前不加任何粘合性原料，用水蒸汽润湿并加热煤粉并使煤粉含湿量控制于5~7%范围内。成型料为双面有菱形网纹状沟槽的片状（出料时为连续片，然后自然断裂成小片状），国内多称之为压片料。
另一种压块工艺以三井矿山株式会社炭制造厂为代表，成型料为13×11×8㎜杏核形，成型料不经破碎，筛去粉料后直接进入后继工序。所用原料及压块工艺参数不明，产品用于工业烟道气脱硫脱硝。
1 F8 Z' s7 T% a' U$ S6 n（3）我国的压块成型工艺
在我国，压块成型活性炭的制造工艺和设备系于1980年代引入的，目前仅有的几条生产线均生产压块或压片活性炭，且技术尚处于逐步完善阶段。
, w0 ]% R! n8 R1 g山西新华化工厂从1980年代中期引入国内第一条压块活性炭生产线以来进行过大量的研究工作[10][11][12]，国内其它的活性炭厂家亦从事过此方面的研究，并取得了突破性进展[13][14][15]。
( G5 b; e4 u* |" i5 [对于进口原装压块成型机，研究人员倾向于采用140MPa辊压,制成的型料块密度在1.05~1.30g/mL，混合煤粉中可添加8~25%的改质高温煤沥青做粘合剂及补强剂，若将混合粉体加热至80~100℃将使工艺更加容易实现目标要求。进口压块机压辊直径800㎜，宽度800㎜，可调辊压范围为100~500吨，转速3~20rpm，对辊间隙调整范围内为1~3㎜，进入压辊前的煤粉堆比重应≥0.5g/mL。
国产压块及压片机性能已相当稳定，当成型压力仅为180~300kgf/cm2时即可制得硬度可与进口压块机相媲美的成型片或块。
预计在未来五年内，干法辊压成型活性炭将发展成为我国煤质活性炭产品的主流品种之一。
4.3 球形炭成型技术
2 m5 O* D, _6 X(1) 适用的原煤
    具弱膨胀性的、具粘结性的烟煤是最适宜的煤种，其水分应＜2%，灰分＜6%，挥发分35～42%，固定碳含量在48～55%范围内。
4 ^0 k& K8 N  i  v" l) v8 O7 E    有时亦要少量配入其它的煤种来调整最终产品的特性。
(2) 适用的粘合剂
1 I4 V# j* y1 Q, _  H5 R    最好采用亚硫酸纸浆废液，或乳状沥青做粘合剂；有时亦可采用糖蜜液、淀粉液或羧甲基纤维素溶液做粘合剂。
(3) 原料的处理
  E: |4 w) _: ?7 h8 A& h    将原煤破碎并磨制成细度＜200目的煤粉备用；将粘合剂调制成一定粘度（一般取1.50厘泊）的浆液或溶液、胶体液备用。
( p; U1 r- C5 Z: p  n4 x1 |, Y(4) 成型方法
第一步，多段捏合：第一段采用螺旋桨叶式捏合机，将煤粉、水及粘合剂混捏30～60分钟；第二段采用双螺杆挤压机，再捏合30～60分钟，并成型为不规则的片状物。
) n( Y# G" P7 I# t第二步，解碎处理：用锤式破碎机将成型片全部解碎至粒度小于1毫米。
第三步，成球：采用直径2.2米、倾斜度51.5°、转速20.5rpm、圆周速1.47M/Sec.的圆盘造球机进行造粒，当球径达1.3～1.5mm时认为是适宜的。
5 X0 N8 O+ p( Y参 考 文 献
[1]华东化工学院煤化工教科组编，煤化工工艺学（1987年，油印本）。
+ v/ G0 [% {8 |/ u6 }+ x1 M[2] 国营第九O八厂研究所主编。国外防化器材发展动向。1983年6月（内部资料）。
[3] 国营第九O八厂研究所主编，国外防化器材发展动向。1974年10月（内部资料）。
' Q( ]  \- }- ]: y) [4 A# `/ d[4]包一译。添加石油沥青渣的碳吸附剂的制造和研究。活性炭，1983（6）：138~142。
[5]全瀛寰，程建源，吉建斌等。独山子石油焦制备活性炭工艺研究。1996全国活性炭学术交流会论文集（1996.9，烟台）：203~205。
[6]吉建斌，窦慈祥，苏艳春等。石油焦制备空分碳分子筛可行性述评。活性炭，2000（3）：46~52。
[7]本田英昌。以煤为原料制造球形活性炭。三防器材国外动态，1971年3期（九O八设计研究所内部资料）：1~42。
: {, Z- i+ N- G/ Z$ x) o2 x0 ^2 Y+ I[8]包一。国外煤制球形活性炭介绍。活性炭，1979（1）：1~20。
/ t! O; R1 s) d0 z[9]赵红阳，李云峰，郭坤敏。成型压力与炭化温度对吸附材料性能的影响。1996全国活性炭学术交流会论文集（1996、9，烟台）：153~156。
[10]朱长和，姜荣跃。压块活性炭工艺。93全国活性炭学术会议论文集（1993、11，宜昌）：206~210。
% F7 x7 c/ b, B+ T, f! @6 S, h[11]姜荣跃，张鲁萍。压块炭对辊成型技术研究。1996全国活性炭学术会议论文集（1996、9，烟台）：227~229。
[12]庞惠生，李同川。贫瘦煤制造压块活性炭。2000年全国活性炭学术会议论文集（2000、9，成都）：24~26。
[13]吉建斌，薛保平，贺守印等。含碳添加剂对大同烟煤压块活性炭性能的影响。煤炭转化，2004，27(1)：49～53。
[14]吉建斌，薛保平，刘大鹏等。采用压块工艺试制煤质颗粒活性炭。煤化工，2004，32(4)：（待发表）。
[15]吉建斌，薛保平，刘大鹏等。预氧化处理对大同烟煤压块活性炭性能的影响。煤炭转化，2004（待发表）。
  q0 q. T: ?4 l! V- N3 a
Raw Material, Pretreatment and Shaping Technique in
1 a# _" |" o# ^& j+ BCoal-based Activated Carbon Manufacturing Industry
       Ji Jianbin    Xue Baoping   Liu Dapeng and Xue Liling
2 d$ t# ?/ f4 \8 ]) G      (Datong Huibao Activated Carbon Co. Ltd., 037006 Datong)
( L+ d  C3 e. x; N' @% EABSTRACT This paper introduces the types, distribution of Chinese
1 f- T: B& j. l" t' o( Praw coal, the possible directions to make Activated Carbon from these coal types, and a series of ways to pre-treat the raw coal. Furthermore, it gives the types and specification requirements of common adhesives that can be used in coal-based Activated Carbon manufacturing industry. Besides, the shaping technique for the coal-based cylindrical, briquetted and beat Activated Carbon are introduced in an all-round way.
KEYWORD coal-based Activated Carbon, raw coal, adhesive, pretreatment way, shaping technique