摘要：活性炭生產(chǎn)過(guò)程中間產(chǎn)物炭化料的生產(chǎn)與焦炭生產(chǎn)的焦化過(guò)程雖然均是以煤為主要原材料，都是對(duì)煤的干餾加工過(guò)程，但兩者的生產(chǎn)工藝、設(shè)備、產(chǎn)品的用途及產(chǎn)能規(guī)模有著巨大的差異。綜述了活性炭生產(chǎn)過(guò)程中的炭化工藝和焦炭生產(chǎn)中的焦化工藝的區(qū)別，分別從原料、生產(chǎn)工藝原理、生產(chǎn)設(shè)備、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)以及生產(chǎn)過(guò)程中的排放物來(lái)詳細(xì)闡述其不同之處，并針對(duì)其不同，建議考慮就各自特點(diǎn)調(diào)整其管理辦法。
活性炭炭化與焦炭焦化過(guò)程均是以煤為主要原材料，即對(duì)煤的干餾加工過(guò)程，但生產(chǎn)工藝、設(shè)備、產(chǎn)品的用途及產(chǎn)能規(guī)模有著巨大的差異。現(xiàn)從以下幾點(diǎn)進(jìn)行分析說(shuō)明。
1、原料不同
炭化料生產(chǎn)與焦炭生產(chǎn)使用的都是原煤，但所選煤種不同。煤炭根據(jù)變質(zhì)程度不同，分為無(wú)煙煤、煙煤和褐煤，而煙煤又分為很多小類。煤種不同，其適宜的使用范圍也不同。
1.1 炭化料
適宜生產(chǎn)活性炭炭化料的是不黏煤、弱黏煤和1/2中黏煤等，這3種低變質(zhì)程度的煙煤是制備活性炭的優(yōu)良煤種，尤其以大同地區(qū)的弱黏煤較為合適，具有低灰、高反應(yīng)性、易加工的特點(diǎn)。
1.2 焦炭
我國(guó)的煉焦煤一般有氣煤、1/3焦煤、焦煤、瘦煤、肥煤等幾種煤，均是中高黏結(jié)性煤，通過(guò)一定的比例配煤后生產(chǎn)焦炭。生產(chǎn)炭化料用的弱黏結(jié)煤，在加熱過(guò)程中不易結(jié)焦，將氧和氫等非碳物質(zhì)排出從而形成孔隙，達(dá)到造孔的目的。而生產(chǎn)焦炭用的高黏結(jié)性煤，在加熱過(guò)程中排出焦油，然后進(jìn)行熔融、黏結(jié)形成焦炭。
2、生產(chǎn)工藝原理不同
2.1 炭化料生產(chǎn)工藝原理
炭化過(guò)程實(shí)際上就是把原料隔絕空氣加熱，使非碳元素減少，氧元素以H2O、CO、CO2等氣體析出，同時(shí)，形成芳香族化合物和交聯(lián)的高強(qiáng)度碳分子結(jié)構(gòu)固體，形成了微晶之間的空隙，這些空隙便是炭化料的初始孔隙。
影響炭化工藝的主要條件是升溫速率和炭化終溫，炭化終溫一般在550±50℃。
2.2 焦炭生產(chǎn)工藝原理
把煉焦配煤在常溫下裝人炭化室后，煤在隔絕空氣的條件下，受到來(lái)自爐墻和爐底（1000-1100℃）的熱流加熱。即沿著炭化室墻到炭化室中間方向的煤料，一層一層地經(jīng)過(guò)干燥、預(yù)熱、分解、產(chǎn)生膠質(zhì)體、膠質(zhì)體固化、半焦收縮、轉(zhuǎn)變?yōu)榻固康倪^(guò)程，同時(shí)，獲得煤氣、煤焦油并回收其他化工產(chǎn)品。炭化料和焦炭生產(chǎn)過(guò)程對(duì)比表如表1所示。
表1 炭化料和焦炭生產(chǎn)過(guò)程對(duì)比表
| 炭化過(guò)程 | 焦化過(guò)程 | |
| 一階段 |
干燥階段 溫度在120℃以下，原料煤釋放出外在水分和內(nèi)在水分 |
干燥脫氣階段 室溫350-400℃，煤的原始分子結(jié)構(gòu)僅發(fā)生有限的熱作用（主要是縮合作用）。120℃前主要脫水，約200℃完成脫氣（CH4、CO2和N2） |
| 二階段 |
開(kāi)始熱解階段 原料煤開(kāi)始發(fā)生分解反應(yīng)釋放出熱解水，形成氣態(tài)產(chǎn)物（比如CO、CO2等） |
結(jié)焦階段 350-400℃至550℃，這一階段的特征是活潑分解，以解聚和分解反應(yīng)為主。生成和排出大量揮發(fā)物（煤氣和焦油），約450℃排出的焦油量較大，在450-550℃氣體析出量較多。煙煤約350℃開(kāi)始軟化，隨后是熔融、黏結(jié)，到550℃時(shí)結(jié)成半焦 |
| 三階段 |
炭化階段 溫度在300-600℃，以縮聚和分解反應(yīng)為主，原料煤大量析出揮發(fā)份。 |
二次脫氣階段 550-1000℃，在這一階段，半焦變成焦炭，以縮聚反應(yīng)為主。析出的焦油量較少，揮發(fā)分主要是煤氣。煤氣成分主要是H2，少量CH4和C的氧化物 |
由此可見(jiàn)，生產(chǎn)炭化料和焦炭的工藝過(guò)程中，每個(gè)階段的溫度不同，需要的較高溫度不同，且在原料不同的前提下，發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng)也不同，從而析出和排放的物質(zhì)也不同。因此，它們是兩個(gè)完全不同的過(guò)程。
3、生產(chǎn)設(shè)備不同
3.1 炭化料
生產(chǎn)炭化料的炭化爐主要為回轉(zhuǎn)炭化爐，分為外熱式和內(nèi)熱式兩種。
內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)炭化爐是一個(gè)組合傳動(dòng)設(shè)備，主要由加料倉(cāng)、爐尾、回轉(zhuǎn)筒體、爐頭及傳動(dòng)裝置所組成。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝控制和操作方便、熱效率高、質(zhì)量均勻、產(chǎn)品得率高、產(chǎn)量大、連續(xù)化生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
新型外熱式回轉(zhuǎn)炭化爐筒體內(nèi)置多個(gè)獨(dú)立的料倉(cāng)，使得爐體內(nèi)的物料充填系數(shù)大幅提高，爐體內(nèi)有效利用的炭化空間體積大幅提高，因而其生產(chǎn)能力是內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)炭化爐的3倍。新型外熱式回轉(zhuǎn)炭化爐的物料與炭化分解產(chǎn)物在每個(gè)獨(dú)立的料倉(cāng)內(nèi)是并流運(yùn)行。在炭化爐的高溫出料端，物料與炭化分解產(chǎn)物分開(kāi)，炭化分解產(chǎn)物進(jìn)入焚燒爐進(jìn)行燃燒，焚燒后的煙氣一部分又返回炭化轉(zhuǎn)爐間接加熱物料，作為炭化的熱力來(lái)源，一部分進(jìn)入廢熱鍋爐產(chǎn)汽。因此，新型外熱式回轉(zhuǎn)炭化爐的熱效率高，同時(shí)，外加燃料的消耗也大大低于傳統(tǒng)的內(nèi)、外熱式回轉(zhuǎn)炭化爐。
3.2焦炭
現(xiàn)代焦?fàn)t主要由爐頂區(qū)、炭化室、燃燒室、斜道區(qū)、蓄熱室、煙道區(qū)（小煙道、分煙道、總煙道）、煙囪、基礎(chǔ)平臺(tái)和抵抗墻等部分組成，蓄熱室以下為煙道與基礎(chǔ)。炭化室與燃燒室相間布置，蓄熱室位于其下方，內(nèi)放格子磚以回收廢熱，斜道區(qū)位于蓄熱室頂和燃燒室底之間，通過(guò)斜道使蓄熱室與燃燒室相通，炭化室與燃燒室之上為爐頂，整座焦?fàn)t砌在堅(jiān)固平整的鋼筋混凝土基礎(chǔ)上，煙道一端通過(guò)廢氣開(kāi)閉器與蓄熱室連接，另一端與煙囪連接。根據(jù)爐型不同，煙道設(shè)在基礎(chǔ)內(nèi)或基礎(chǔ)兩側(cè)。
焦化廠常用的是JN型焦?fàn)t，為雙聯(lián)火道復(fù)熱式焦?fàn)t（立式）。為回收焦油及其他化學(xué)產(chǎn)品配套有氣液分離器、初冷器、除焦油器、洗苯塔等一系列化產(chǎn)回收裝置。
4、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不同
4.1炭化料
炭化料是活性炭生產(chǎn)過(guò)程的中間產(chǎn)品，作為活化的原料使用，其質(zhì)量主要通過(guò)揮發(fā)份、水容量和強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。一般控制出爐炭化料的揮發(fā)份在7%-18%，水容量為15%-25%，球盤強(qiáng)度≥90%。由于活性炭行業(yè)較小，僅有活性炭產(chǎn)品的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)炭化料既沒(méi)有行業(yè)或地方標(biāo)準(zhǔn)，也沒(méi)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品質(zhì)量要求比較高，具體根據(jù)活化爐的要求進(jìn)行調(diào)整。
4.2焦炭
焦炭是焦化行業(yè)的終端產(chǎn)品，其作為冶金焦使用時(shí)，要求焦炭的灰分在11%-15%，揮發(fā)分控制在0.9%-1.6%，全硫St控制在0.4%-0.6%，抗碎強(qiáng)度＞92%焦炭副產(chǎn)品有焦油、粗苯、硫銨等。行業(yè)規(guī)模大，有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。
5、生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的廢棄物不同
5.1 固體廢棄物
炭化料生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)固體廢棄物產(chǎn)生；
焦炭生產(chǎn)過(guò)程中的廢棄物有污泥、焦油渣。污泥外運(yùn)處理；焦油渣屬于危廢的一種，不能采用填埋、焚燒和生物分解等一般廢渣的處理方法，普遍的方法是將廢渣作為塑性添加劑直接加入煉焦配煤中或用作型煤的黏結(jié)劑。
5.2 液相廢棄物
炭化料生產(chǎn)過(guò)程中有無(wú)液相廢棄物產(chǎn)生；
焦炭生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生焦化廢水，主要在化產(chǎn)回收各工段產(chǎn)生，為含酚、含氰廢水，COD較高，經(jīng)生化處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排放或回用。
5.3 氣相廢棄物
炭化料生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物為炭化尾氣，炭化尾氣經(jīng)煙氣管道進(jìn)入配套焚燒爐充分燃燒后產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓徊糠盅a(bǔ)充進(jìn)入炭化爐，一部分進(jìn)入余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽，既可以節(jié)約燃料的消耗，又減少了向大氣中排放的廢氣量。焚燒后的煙氣經(jīng)除塵脫硫處理后達(dá)標(biāo)排放。《活性炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見(jiàn)稿）編制說(shuō)明中指出，活性炭行業(yè)氣體污染物排放量?jī)H占全國(guó)工業(yè)排量的0.72‰。
焦炭在裝煤、出焦、熄焦的過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵。
6、建議
炭化料與焦炭從原料、生產(chǎn)工藝、設(shè)備、用途、排放廢棄物等方面均存在很大差別，所以，建議炭化料生產(chǎn)過(guò)程不應(yīng)該歸屬于焦化行業(yè)來(lái)管理，要考慮活性炭行業(yè)的特點(diǎn)，制訂具體的規(guī)范管理辦法。