配煤法制備壓塊炭工藝研究

任改玲（大同煤業金鼎活性炭有限公司，山西 大同 037000）

煤基活性炭主要分為原煤破碎活性炭、壓塊破碎顆粒活性炭（以下簡稱“壓塊炭”）及柱狀活性炭。其中壓塊炭生產工藝由于其原料范圍廣、生產能力大、產品機械性能強、吸附性能好且穩定、生產過程相對清潔等優點，在我國活性炭制備領域得到越來越多的應用[1-2]。

活性炭的孔結構是其起到吸附、分離作用的關鍵因素，不同的應用途徑對活性炭孔結構有著不同的要求[3]。解煒[4]等研究了大同煤中配入無煙煤及褐煤后對活性炭孔結構發育的影響規律。查春梅[5]等以長焰煤為原料，采用預氧化-活化工藝制備出比表面積達1241.5m2/g的活性炭。本實驗以新疆長焰煤為主，配以比利時粘結性煙煤，采用水蒸氣活化法，探索壓塊法制備具有較高糖蜜值的壓塊炭工藝。

1 試驗

1.1 試驗煤樣

實驗用煤選用新疆長焰煤（XJ）及比利時粘結性煙煤（BLS），其工業分析見表1。

表1 煤樣的工業分析

1.2 活性炭的制備

1）配煤方案

新疆長焰煤無粘結性，無法直接用壓力機壓塊成型，因此在原料中配入5%煤瀝青進行壓塊試驗。利用新疆煤與比利時煤按100:0、70:30及50:50進行不同質量配比試驗。

2）制備工藝

每次試驗將原料煤按確定的比例充分混合后，配入5%煤瀝青，放入球磨機內進行磨粉，待煤粉325 目通過率達90%以上，將煤粉從球磨機中卸出加入壓塊機內，在30MPa 成型壓力下壓制成約Φ20mm×10.5mm膠囊狀，自然風干后將物料塊破碎至5～13mm的不規則顆粒。

利用ST-50 型炭化爐和SH-50 型大肚管式活化爐分別開展物料的炭化和活化過程，裝置如圖1所示。

煤基活性炭的炭化過程控制理論已經發展的非常成熟，可通過升溫速率和炭化終溫的控制保證以固相炭化為主，形成石墨化程度較低的炭化料[6-7]。為了更貼合工業生產實際，炭化過程在180℃左右進料，以3.5℃/min的升溫速率升至600℃并恒溫30min。

水蒸氣與炭的活化反應溫度是750～950℃，活化條件對活性炭孔隙結構的影響也已被人們普遍研究[8,9]。在活化終溫為930℃，水蒸氣通入量為2.4mL/(g·h)條件下進行活化，活化時間為150min。

1.3 樣品表征

根據GB/T7702《煤質顆粒活性炭試驗方法》相關規定測定活性炭樣品的碘值和亞甲藍值。

2 試驗結果與結論

2.1 配煤對壓塊炭性能的影響

XJ煤與BLS煤在不同質量配比（100:0、70:30及50:50）條件下，制得的壓塊炭性能測試結果見表2。

表2 不同配比煤樣制得的壓塊炭性能測試結果

由表2可知，隨著比利時煤配入量的增加，活性炭的糖蜜值呈現先增加后趨于平緩的趨勢。碘吸附值主要衡量活性炭微孔（2nm 以下）的發達程度，而亞甲基藍吸附值可衡量中孔（2-50nm）的發達程度，糖蜜值是指能進入活性炭的最小孔徑為2.8nm[10]。相較于XJ 煤與BLS 煤質量比為70:30 和50:50 來說，純XJ 煤制得的壓塊炭的平均孔徑更小一些，且小于2nm，代表活性炭的孔隙分布以微孔為主，直觀表現就是活性炭的碘值及比表面積大。當XJ 煤與BLS 煤質量比為70:30 時，活性炭的糖蜜值達到209，平均孔徑為2.12nm，處于中孔范圍，亞甲藍值及糖蜜值均達到高值。并且強度為96.6%，大于國標要求的95%。

2.2 驗證實驗

由上述實驗可知，隨著比利時煤配入量的增加，活性炭的糖蜜值先增加明顯，當配入量達30%后趨于平緩。為了驗證30%處是否為轉折點，選擇XJ 煤與BLS 煤質量比為75:25 依照上述方法進行試驗。制得的活性炭的糖蜜值為200，說明當XJ煤與BLS煤質量比為70:30時是制備高糖蜜值壓塊炭的最佳工藝條件。

3 結語

以新疆長焰煤和比利時粘結性煙煤為原料，分別按照質量比100:0、70:30 和50:50 進行試驗，制備具有較高糖蜜值的壓塊炭。結果表明：當比利時煤配入量為30%時，制得的壓塊炭的綜合性能最佳，其碘值為1052mg/g，亞甲藍值為225mg/g，糖蜜值為209，強度為96.6%。