國(guó)內(nèi)煤基活性炭生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展

羅 鵬，賈智剛，嚴(yán) 明

（肇慶市順鑫煤化工科技有限公司，廣東 肇慶 526238）

國(guó)內(nèi)煤基活性炭生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展

羅 鵬，賈智剛，嚴(yán) 明

（肇慶市順鑫煤化工科技有限公司，廣東 肇慶 526238）

總結(jié)了煤基活性炭的生產(chǎn)原理，分析了各種生產(chǎn)原理的優(yōu)缺點(diǎn)。詳細(xì)論述了煤基活性炭生產(chǎn)的五種工藝，并解釋了各種生產(chǎn)工藝的應(yīng)用條件、產(chǎn)品特點(diǎn)以及應(yīng)用情況。從發(fā)展簡(jiǎn)史、產(chǎn)量、主要 產(chǎn)地和產(chǎn)品品種等五個(gè)方面論述了我國(guó)煤基活性炭生產(chǎn)的現(xiàn)狀，并指出目前我國(guó)煤基活性炭生產(chǎn)存在的問(wèn)題，分析了我國(guó)煤基活性炭行業(yè)今后的發(fā)展趨勢(shì)。

煤基活性炭；工藝；發(fā)展

煤炭是我國(guó)目前乃至今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)最主要的一次能源，作為煤炭加工的初級(jí)產(chǎn)品，往往技術(shù)含量及附加值均不高。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)絕大部分煤炭生產(chǎn)、加工企業(yè)形成了單一的煤炭產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，在國(guó)家法律法規(guī)日益嚴(yán)格以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的條件下，這種生產(chǎn)低附加值單一產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的企業(yè)很難快速發(fā)展并壯大。

煤基活性炭作為以優(yōu)質(zhì)煤炭為原料生產(chǎn)的高附加值、高技術(shù)含量的煤炭深加工產(chǎn)品，由于其具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、良好的物理化學(xué)穩(wěn)定性及優(yōu)良的吸附性能，廣泛用于國(guó)防、宇航、食品安全、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)、治理和日常生活等各個(gè)領(lǐng)域[1]。隨著我國(guó)森林保護(hù)法律法規(guī)的不斷健全以及環(huán)保力度的深入，木質(zhì)活性炭的可用原材料勢(shì)必會(huì)受到越來(lái)越多的限制；與此同時(shí)，煤基活性炭制造工業(yè)蓬勃發(fā)展，生產(chǎn)技術(shù)受到人們?cè)絹?lái)越普遍的重視，以煤為原料生產(chǎn)活性炭的技術(shù)取得了很大進(jìn)步[2,3]；另一方面，人類對(duì)生活環(huán)境要求的日益提高，使得活性炭應(yīng)用的領(lǐng)域越來(lái)越廣，需求量增加導(dǎo)致活性炭企業(yè)的規(guī)模以及數(shù)量逐漸增大，有效促進(jìn)煤基活性炭產(chǎn)品性能提高、產(chǎn)量增加、應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大[4]。

1 煤基活性炭生產(chǎn)

1.1 煤基活性炭生產(chǎn)原理

煤基活性炭的生產(chǎn)一般包括備煤、成型、炭化、活化及產(chǎn)品后處理 5個(gè)過(guò)程。根據(jù)活化方式的不同，煤基活性炭生產(chǎn)可分為物理活化法、化學(xué)活化法以及物理化學(xué)活化法。物理活化法的基本原理是采用水蒸氣、CO2、煙道氣等氣體在高溫下與炭化料中碳接觸發(fā)生氧化還原反應(yīng)進(jìn)行活化，生成 CO、CO2、H2等氣體，通過(guò)碳的燒失達(dá)到造孔的目的[5]；化學(xué)活化法是將原料與化學(xué)試劑浸漬、混合以后，再經(jīng)過(guò)炭化、活化以及回收化學(xué)藥品等過(guò)程制造活性炭[6]的方法，常用的活化劑有 KOH、ZnCl2、H3PO4等化學(xué)藥品；物理化學(xué)活化法是將上訴兩種方法結(jié)合起來(lái)制造活性炭的方法[7]。雖然化學(xué)活化法制備的活性炭比表面積很大，但是生產(chǎn)對(duì)設(shè)備腐蝕性大，而且活性炭產(chǎn)品中會(huì)殘留部分活化藥劑，需要用大量的水洗滌，使得生產(chǎn)成本大大增加并且對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，這種活化方法已經(jīng)被逐漸淘汰[8]。目前國(guó)內(nèi)外煤基活性炭生產(chǎn)企業(yè)基本上采用物理活化法。

1.2 煤基活性炭生產(chǎn)工藝

目前煤基活性炭的生產(chǎn)以物理活化法為主，主要工藝有原煤破碎活性炭生產(chǎn)工藝、成型活性炭生產(chǎn)工藝以及粉狀活性炭生產(chǎn)工藝。

1.2.1 原煤破碎活性炭生產(chǎn)工藝

原煤破碎活性炭生產(chǎn)工藝[9]就是原煤經(jīng)過(guò)破碎處理后直接通過(guò)炭化、活化、破碎、包裝的一種工藝過(guò)程。該生產(chǎn)工藝流程圖如1所示。

圖 1 原煤破碎活性炭生產(chǎn)工藝流程Fig.1 The production process of broken activated carbon

此工藝簡(jiǎn)單、投資少、成本低，適合物理強(qiáng)度高、反應(yīng)性強(qiáng)的原煤。生產(chǎn)的活性炭成品主要用于廢水處理，部分大粒徑活性炭產(chǎn)品也可用于食品工業(yè)的脫色、味精精制等。

1.2.2 成型活性炭生產(chǎn)工藝

成型活性炭根據(jù)其形狀不同可分為壓塊活性炭、柱狀活性炭和球形活性炭，也衍生出相對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)工藝。

（1）壓塊活性炭生產(chǎn)工藝

壓塊活性炭生產(chǎn)工藝流程如圖2所示，此工藝在國(guó)外活性炭生產(chǎn)應(yīng)用比較普遍，國(guó)內(nèi)最早應(yīng)用于上世紀(jì)90年代后期，目前應(yīng)用較少。由于生產(chǎn)過(guò)程中需要干法造粒，故要求原煤具有一定的粘結(jié)性。

圖 2 壓塊活性炭生產(chǎn)工藝流程Fig.2 The production process of briquette activated carbon

（2）柱狀活性炭生產(chǎn)工藝

柱狀活性炭生產(chǎn)工藝是國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛、最為復(fù)雜的一類生產(chǎn)工藝。生產(chǎn)企業(yè)主要集中在寧夏活性炭生產(chǎn)基地，原料以太西無(wú)煙煤為主。該工藝技術(shù)成熟，生產(chǎn)設(shè)備也相對(duì)可靠，其工藝流程如圖3所示。

圖 3 柱狀活性炭生產(chǎn)工藝流程Fig.3 The production process of extruded activated carbon

由于本工藝對(duì)原料的要求較低，而且生產(chǎn)出的活性炭孔隙分布合理，產(chǎn)品的吸附性能可調(diào)性高，機(jī)械強(qiáng)度高；產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣，既可用于液相吸附，也可用于氣相吸收。

（3）球形活性炭生產(chǎn)工藝

該工藝流程和柱狀活性炭生產(chǎn)流程相似，其工藝流程如圖4所示。

圖 4 球狀活性炭生產(chǎn)工藝流程Fig.4 The production process of spherical activated carbon

1.2.3 粉狀活性炭生產(chǎn)工藝流程

粉狀活性炭生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，原煤通過(guò)磨粉達(dá)到粒度要求后進(jìn)行炭化、活化即可制得（圖 5）。

圖 5 粉狀活性炭生產(chǎn)工藝流程Fig.5 The production process of powdered activated carbon

粉狀活性炭一般作為副產(chǎn)品生產(chǎn)，由于市場(chǎng)售價(jià)較低，單獨(dú)生產(chǎn)粉狀活性炭在經(jīng)濟(jì)上不可行。一般原煤破碎活性炭、成型活性炭的活化料篩下物磨粉后制成粉狀活性炭出售。用途多以上、下水處理、土壤改良和垃圾焚燒的煙氣處理為主[10]。

2 我國(guó)煤基活性炭生產(chǎn)現(xiàn)狀

煤基活性炭自 20 世紀(jì)初投入工業(yè)生產(chǎn)以來(lái)，已經(jīng)有50多個(gè)國(guó)家生產(chǎn)活性炭，其中美國(guó)、日本、西歐等國(guó)家的生產(chǎn)技術(shù)水平處于領(lǐng)先地位[11]。特別是進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，世界各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的逐漸重視，使得活性炭工業(yè)有了更快的發(fā)展。目前煤基活性炭已成為全球生產(chǎn)量和消費(fèi)量最大的活性炭產(chǎn)品，約占全球活性炭總產(chǎn)量的 70%[3]，并且隨著技術(shù)的進(jìn)步，煤基活性炭產(chǎn)量及質(zhì)量仍有進(jìn)一步的提升空間。

我國(guó)活性炭工業(yè)起步較晚，于 20 世紀(jì) 80 年代后期開(kāi)始飛速發(fā)展，至 2008 年已擁有 100 多家煤基活性炭廠商，年產(chǎn)能達(dá)到 35 萬(wàn) t，出口量超過(guò) 26萬(wàn) t，已成為了全球最大的煤基活性炭生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)。近年由于環(huán)保法律法規(guī)日益嚴(yán)格，國(guó)內(nèi)對(duì)活性炭的需求量還將不斷增長(zhǎng)。同時(shí)，由于我國(guó)煤炭品種齊全、儲(chǔ)量豐富，為煤基活性炭生產(chǎn)提供了優(yōu)質(zhì)的原料；而且我國(guó)人力成本相對(duì)便宜，使得我國(guó)中、低檔煤基活性炭產(chǎn)品在國(guó)際活性炭市場(chǎng)上具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。目前我國(guó) 80%左右的煤基活性炭產(chǎn)品用于出口，特別是近幾年出口量都在 20 萬(wàn) t 以上，煤基活性炭出口量已躍居世界第一[12]。

國(guó)內(nèi)煤基活性炭企業(yè)主要集中在山西、寧夏和河南三大生產(chǎn)基地，其中山西和寧夏煤基活性炭產(chǎn)品產(chǎn)量已占全國(guó)產(chǎn)量的 90%左右。山西的煤基活性炭生產(chǎn)原料以弱粘煤為主，企業(yè)集中在太原和大同，采用物理活化法，生產(chǎn)破碎炭、壓塊炭和粉狀炭，至 2008 實(shí)際產(chǎn)量已達(dá) 12 萬(wàn) t。寧夏煤基活性炭廠商主要集中在石嘴山附近，生產(chǎn)原料為太西無(wú)煙煤，采用水蒸氣活化，產(chǎn)品以柱狀活性炭為主，2008 年實(shí)際產(chǎn)量已達(dá) 14 萬(wàn) t。河南也有 10 多家煤基活性炭廠商，主要生產(chǎn)煤氣脫硫用活性炭[13]。

3 我國(guó)煤基活性炭發(fā)展存在的問(wèn)題

經(jīng)過(guò)近 60 多年的發(fā)展，我國(guó)活性炭生產(chǎn)技術(shù)已日漸成熟，特別是近年來(lái)國(guó)外煤基活性炭工業(yè)的緩慢發(fā)展，以及國(guó)內(nèi)煤基活性炭工業(yè)的快速發(fā)展，使得我國(guó)煤基活性炭生產(chǎn)工藝及技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家的距離在逐漸縮小。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)煤基活性炭發(fā)展現(xiàn)階段主要有以下問(wèn)題：

（1）生產(chǎn)工藝技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，對(duì)生產(chǎn)所需煤種依賴性大；生產(chǎn)設(shè)備落后，單臺(tái)設(shè)備產(chǎn)能較小，自動(dòng)化程度低，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。

（2）煤基活性炭企業(yè)數(shù)量多而分散，企業(yè)規(guī)模小，大多為年產(chǎn)幾百到幾千噸的小企業(yè)，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中抗風(fēng)險(xiǎn)能力差。

（3）煤基活性炭產(chǎn)品品種少，尤以中、低檔活性炭為主，缺乏低灰、高強(qiáng)度、高吸附性、具有特殊用途的品種，使得活性炭的價(jià)格低廉，利潤(rùn)低，出口多作為生產(chǎn)高檔活性炭的原料。

（4）從事活性炭生產(chǎn)人員的文化程度普遍偏低，對(duì)煤基活性炭工業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展而言極其不利。

（5）由于國(guó)家對(duì)對(duì)外貿(mào)易缺乏有效宏觀調(diào)控，導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)活性炭在國(guó)際市場(chǎng)中存在惡性競(jìng)爭(zhēng)的情況，這些都不利于我國(guó)煤基活性炭行業(yè)的發(fā)展。

4 展 望

21世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展以及政府對(duì)環(huán)保要求的加大，國(guó)內(nèi)活性炭的需求量快速增加。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表示，21世紀(jì)的前5年，我國(guó)活性炭的需求量以年均 14%～15%的速度增長(zhǎng)，今后幾年預(yù)計(jì)年需求量也以 15%左右的速度增長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)新興市場(chǎng)有城市自來(lái)水深度凈化及活性炭的煙氣脫硫脫硝，以及原有工業(yè)廢水處理、制藥、醫(yī)用、凈化氣體、儲(chǔ)能和催化劑載體等活性炭需求穩(wěn)步增長(zhǎng)，都將促使煤基活性炭產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。另外，由于國(guó)家生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度加大，木質(zhì)活性炭的可用原料將越來(lái)越少，代替木質(zhì)活性炭的煤基活性炭數(shù)量將大幅增加。目前我國(guó)煤基活性炭年產(chǎn)量只有 30 萬(wàn) t左右，遠(yuǎn)不足以滿足未來(lái)國(guó)內(nèi)活性炭的需求和出口需求，預(yù)計(jì) 2020 年我國(guó)活性炭年產(chǎn)量需要達(dá)到 50萬(wàn)t左右才能滿足全球活性炭市場(chǎng)的需求。

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盧克石油擱置基礎(chǔ)油升級(jí)計(jì)劃

鑒于目前 API III類基礎(chǔ)油供大于求的情況，俄羅斯盧克石油公司目前考慮擱置此前的基礎(chǔ)油工廠升級(jí)改造計(jì)劃。

盧克石油公司潤(rùn)滑油分公司 LLK-International總經(jīng)理 Maxim Donde 表示：“考慮到全球市場(chǎng)的現(xiàn)況，我們不會(huì)在這個(gè)時(shí)候繼續(xù)進(jìn)行這些升級(jí)改造計(jì)劃。”

該公司原計(jì)劃，2017 年前增加其伏爾加格勒基礎(chǔ)油工廠 API III類基礎(chǔ)油產(chǎn)能。

Production Status and Development Trend of Coal-based Activated Carbon in China

LUO Peng, JIA Zhi-gang, YAN Ming
(Zhaoqing Shunxin Coal Industry Technology Co.,Ltd.,Guangdong Zhaoqing 526238, China)

The manufacturing theory, advantages and disadvantages of coal-based activated carbon were summed up. Five main production processes and application situation were discussed.The development, production, main producing places and product varieties of coal-based activated carbon were introduced. The existing problems and future trend of coal-based activated carbon production were analyzed.

Coal-based activated carbon; Process; Development

TQ 523

： A文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： 1671-0460（2014）07-1277-03

2013-11-29

羅鵬（1989-），男，江西新余人，碩士，2012 年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)，研究方向：從事潔凈煤技術(shù)工作。E-mail：luop519313890@126.com。