活性炭炭化工藝、 炭化過程
炭化工序是氣體活化法生產活性炭過程中的重要工序之一，該過程是把原料隔絕空氣加熱，使非碳元素減少，以生產出適合活化工序所需要的碳質材料的工序，是活化前的主要準備與基礎。炭化爐的爐體主要由料倉、提升機、喂料機、爐體、耐材、轉動裝置、測溫裝置、PLC控制柜、冷卻裝置、沉降室、風機、除塵裝置組成。
炭化過程通常包括物料的炭化和炭化尾氣處理兩部分。
炭化過程
炭化過程實際上就是物料在低溫條件下的干餾過程。在該過程中，物料在一定的低溫范圍內和隔絕空氣的條件下逐步升溫加熱，物料中的低分子物質首先揮發(fā)，然后整個炭化過程中物料會發(fā)生一系列復雜的物理變化和化學變化，其中物理變化主要是脫水、脫氣和干燥過程;化學變化主要是熱分解和熱縮聚兩類反應。物料中有機化合物的氧鍵結合基被破壞，氧元素以Hz 0, CO, CO:等氣體析出，同時形成芳香族化合物和交聯(lián)的高強度碳分子結構固體;在炭化過程中，由于物料在高溫分解時將氧和氫等非碳物質排出，失去氧氫后的碳原子則進行重新組合，形成具基本石墨微晶結構的有序物，這種結晶物由六角形排列的碳原子平面組成，它們的排列是不規(guī)則的，因此形成了微晶之間的空隙，這些空隙便是炭化料的初始孔隙。因此，炭化的目的就是使物料形成容易活化的二次孔隙結構并賦予能經受活化所需要的機械強度。對物料炭化的要求就是通過炭化所得的.
炭化料外觀要達到一定的規(guī)格和形狀要求，內部結構上要具有一定的初孔結構，同時要具有較高的機械強度。炭化過程一般可以分為以下幾個階段。
(1)干燥階段溫度在150℃以下，原料外在水分和內在水分依靠外部供給的熱量進行蒸發(fā)，此時原料的外形無變化。
(2)吸熱熱解階段150-300℃，原料開始發(fā)生分解反應釋放出氣態(tài)產物(如CQ, C02, H2 S等)，原料的化學組成開始發(fā)生變化，不同物料開始熱解的溫度不同，變質程度低的物料開始熱解溫度也較低。
(3)炭化階段溫度在300-600 ℃，以縮聚和熱分解反應為主，原料大量析出揮發(fā)分，炭化過程析出的焦油、甲醇、乙烯等產物幾乎全部均在此階段產生。在此階段物料逐漸軟化、熔融，形成氣、液、固三相共存的膠質體，再經流動、縮聚、固化等過程轉變?yōu)榘虢梗槧畎虢够驂K狀半焦。
炭化終溫和升溫速率是炭化工藝控制的主要操作條件.
炭化升溫速率對炭化產物的產率有較大影響。高升溫速率能使物料析出更多的焦油和煤氣，降低炭化料產率。降低升溫速率時，物料在低溫區(qū)受熱時間長，熱解反應的選擇性較強，初期熱解使物料分子中較弱的鍵斷開，發(fā)生了平行的和順序的熱縮聚反應，形成具有較高熱穩(wěn)定性的結構，從而減少高溫階段熱解析出物的揮發(fā)分產率，獲得更高的固體炭化產物(即炭化料)產率。
炭化工藝中炭化料的質量主要通過揮發(fā)分、焦昨特性指數(shù)、水容量和強度來進行評價。合格的炭化料的揮發(fā)分為12%-16%，焦昨特性指數(shù)為1-3，水容量為15%-25%，球盤強度)90%.
由于上述指標的測量需要一定時間，而在生產現(xiàn)場調試過程中常常需要根據(jù)炭化料質量迅速調節(jié)工藝參數(shù)，因此也可以通過感官對炭化料質量進行粗略評價。合格的炭化料應具有平整、無裂紋的表面，較高的強度，物料斷面色澤一致。
炭化尾氣處理
物料的炭化過程產生炭化尾氣，其組成主要為兩部分:一部分為炭化時外加燃料熱源燃燒產生的高溫加熱氣體，主要成分為CO2. H2 0, N2及少量的so2和CO;另一部分為物料炭化熱分解時所產生的揮發(fā)物組分，如CO, H2, CH4、烷烴、烯烴、焦油等。炭化尾氣中含有少量有毒有害物質，這些氣體直接排入大氣將給周圍環(huán)境造成污染，因此炭化尾氣需要經過處理才能直接排入大氣。
焚燒法是使炭化尾氣進人沉降爐，在800-950℃的高溫條件下并有過量空氣的氣氛中充分燃燒，將可燃氣體及有害物質全部燃燒成Co2后排入大氣。焚燒爐中燃燒產生的熱量可以通過余熱鍋爐進行回收產生蒸汽。這種方法投資少，操作簡單，能夠脫除絕大部分對環(huán)境有害的物質，同時可以產生活性炭生產過程所需要的蒸汽，因此焚燒法在活性炭生產中采用比較普遍。
本文作者：董帝豪
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