摘要：為在生產過程中能夠有目的的控制、調整活性炭的孔徑分布，提高產品性能，從原煤性質、炭化料質量、活化爐工藝控制3方面闡述了影響煤質顆粒活性炭產品質量的因素，從而能夠根據客戶要求，根據炭化料的性質，有針對性、有選擇性地組織活性炭的生產加工，更好地降低生產成本。

煤質顆粒活性炭是以原煤為原料經過炭化、活化制成的一種多孔性碳素物質。它具有一定的機械強度和很大的比表面積，具有很強的吸附性能廣泛地應用于醫藥、化工、食品工業及環境保護等多個領域。活性炭產品的質量與生產過程中的每個工序都密切相關。在生產過程中，只有掌握了影響煤質顆粒活性炭質量的因素，才能根據客戶的要求有針對性地選擇炭化料，有目的地調整活化爐的生產工藝，這樣才能生產出優良低耗的產品，才能在激烈的市場競爭中占據主動，贏得更多的客戶。

1、原煤性質的影響

由于成煤過程中的條件不同、煤階不同其含碳量、含氧量、含氫量不同、揮發分不同、煤的結構不同導致炭化后制成的炭化料性質也不同。

煤制炭化料通常分2種：普通炭化料和低漂浮炭化料。在大同地區，同樣是8號煤層，丁村、楊樹灣的煤就可以制成低漂浮炭化料，而甸灣的煤只能制成普通炭化料。同樣是11號煤層，大陸坡的煤就可以制成低漂浮炭化料，而青磁窯的煤只能制成普通炭化料。2種炭化料的特性對比見表1。由表1可以看出2種炭化料的性能區別在于漂浮率和結塊性不同，這是由于成煤條件不同導致煤的化學結構不同，炭化后得到的炭化料特性也不同。

表1 普通炭化料和低漂浮炭化料性能指標對比

炭化料	灰分/%	揮發分/%	水分/%	堆積重/（g·L-1）	水容量/%	粒度
						3目	＜8目
普通	5.32	12.45	6.48	621	13	8.5	3.2
低漂浮	5.87	12.01	7.26	650	11	7.9	4.0

2、炭化料質量的影響

生產活性炭的原料是炭化料，即半焦。半焦的質量直接影響活性炭的質量。要想生產出優良的活性炭需要從原材料抓起嚴格把關。

1）炭化料的初步孔隙結構對活性炭品質的影響。

活性炭的生產過程其實是炭化料再次造孔的過程。如果煤在成為半焦的過程中炭化溫度控制不當，就會直接影響炭化料的孔隙結構，使初步孔隙發育不良從而使活性炭的孔隙發育受到制約，產品質量受到影響。

2）炭化料中的灰分對活性炭品質的影響。

炭化料中的灰分主要是炭中礦物質燃燒后的殘渣含量。生產活性炭時，其灰分大部分留在活性炭中，因此活性炭灰分比原料灰分大2~3倍。所以，對灰分的要求是越低越好。如果炭化料中灰分過高，會影響活性炭的機械強度，影響活性炭的孔隙結構，降低活性炭的吸附能力。另外，如果灰熔點高，可以提高活化溫度，增加產量，如果灰熔點低，會在活化過程中，造成活化爐產品道焦結，堵塞料道，影響活性炭的產品質量，嚴重時會燒壞爐芯導致爐體報廢造成重大事故。

3）炭化料揮發分對活性炭品質的影響。

炭化料的揮發分是指炭化料在隔絕空氣時，在一定溫度（900±10）℃下加熱7min，所揮發出來的質量百分比。這其中不但有有機物受熱分解，還會有礦物質分解。在活化爐正常生產過程中不需外加熱源，主要是靠炭化料中揮發分的逸出，以及活化反應產生的可燃氣體的燃燒來提供熱量。如果揮發分過高，會造成產品燒結活性炭的孔隙發育不良，甚至料道堵塞；如果揮發分太低會使產品的燒失率加大，產率降低。同時，影響活性炭的外觀。所以，要求炭化料的揮發分在8%~15%。

4）炭化料水分對活性炭品質的影響。

炭化料中的水分主要來源于半焦的熄焦水。在活化過程中，由于水分的蒸發，爐溫降低，造成活化爐熱量損失，從而影響活性炭的活化質量。

5）炭化料粒度對活性炭品質的影響。

對于不同粒度的炭化料在活化爐中，由于活化反應受活化劑在碳層內擴散速度的影響，所以顆粒小的炭化料其活化速度快；顆粒大的炭化料則由于活化劑與碳的接觸面積小，所以會發生顆粒外部已燒失，而內部卻還未完全活化的情況。如果顆粒大的炭化料活化程度達到較佳時，則與大顆粒一起活化的小顆粒物料就難免會燒過，導致碘吸附值下降。因此，在相同的工藝條件下，炭化料粒度的均勻性直接影響其活化速度及活化料質量的穩定性。所以炭化料粒度要均勻，通常要求炭化料粒度在3~8目。

6）炭化料反應性對活性炭品質的影響。

炭化料的反應性也叫活性，是指在一定溫度條件下與不同的介質，如CO₂、O₂、H₂O等相互作用的反應能力。這些反應是制造粒狀活性炭時活化階段的主要反應。炭化料反應性好，就會使活化料生產周期短產量高、灰分低、吸咐性能好、生產成本相對較低。

3、活化爐生產工藝條件的影響

煤氣廠使用的活化爐是斯列普活化爐，是一種以水蒸氣和煙道氣為活化劑交替進行活化的爐型。根據斯列普活化爐特別的結構及產品指標的不同，通過調整工藝指標可生產不同指標要求的活性炭，并且使其在活化過程中質量、產量達到較佳效果。

3.1活化溫度對活性炭吸附性能的影響

活化溫度是活化工藝的關鍵參數之一。不同活化溫度下碳的結構不同吸附性能也不同（表2）。

表2 活化溫度對活性炭吸附性能的影響

活化溫度/℃	碘吸附值/（mg·g-1）	亞甲藍值/（mg·g-1）	抗碎強度/%	產率/%
800	931	142	98	46.2
850	998	173	96	39
900	1039	189	93	32.7
950	1061	206	93	30.9
1000	1052	210	90	26.3

由表2可知，隨著活化溫度的升高，碘吸附值和亞甲蘭值呈上升趨勢，產率和強度則呈下降趨勢。隨著溫度的提高活化反應速率也提高。但活化溫度過高，勢必造成進爐的風量增加，爐氣含氧量相對較難控制，炭的燒失率也在加大產率降低灰分增加。另外，溫度過高活性炭內的微孔反而減少吸附能力下降。其次，還易造成產品通道堵塞降低產量，嚴重時影響活化爐使用壽命。因此，將活化溫度控制在一定范圍內，對提高活性炭產品質量非常重，要煤氣廠的活化溫度一般控制在850~950℃。

3.2水蒸氣壓力和流量對活性炭吸附性能的影響

水蒸氣是活性炭生產過程中主要的活化劑，在活化爐內主要進行如下反應：

H₂O+C=CO+H₂-126.8kJ （1）

如水蒸氣過量則發生以下反應：

2H₂O+C=CO₂+2H₂-75.6kJ （2）

CO₂+C=2CO-163kJ （3）

以上反應均為吸熱反應，為了維持正常的活化反應溫度，須向活化爐的加熱半爐不同位置通入二次空氣，與混合氣體中的可燃氣體燃燒放出大量熱量，主要反應如下：

2CO+O₂=2CO₂+575.4kJ （4）

2H₂+O₂=2H₂O+485.4kJ （5）

由于放出熱量足以使活化反應處于熱平衡狀態，兩半爐之間定期交替運行，使活化溫度穩定，活化效果好，產品質量均勻，吸附能力強。為了保證水蒸氣與炭化料的充分接觸，加速活化反應，提高活化效率，可以提高水蒸氣的實際需求量。如果水蒸氣壓力低、流量小，則放熱反應大于吸熱反應，爐溫不易調控，燒失率大，活化反應緩慢，活性炭質量、產量均下降。如果水蒸氣壓力高，流量大，則爐壓高，爐內氣氛不易控制，影響安全和活化爐使用壽命。水蒸氣壓力在（0.20+0.05）MPa時水蒸氣流量對活性炭吸附性能的影響見表3。

表3 水蒸氣流量對活性炭吸附性能的影響

水蒸汽流量/（kg·h-1）	碘吸附值/（mg·g-1）	亞甲藍值/（mg·g-1）	灰分/%	堆積重/（g·L-1）
1000	984	173	14.66	441
1400	1029	189	12.90	442
1800	1061	200	11.42	439
2200	1067	196	12.79	434

由表3可以看出當水蒸氣流量增加時，活性炭的碘吸附值和亞甲蘭值均發生明顯的變化。為了保證活化爐內壓力和溫度的穩定，需要嚴格控制水蒸氣的壓力和流量，水蒸氣壓力一般應控制在0.10~0.30MPa，水蒸氣流量控制在1200~2000kg/h。

3.3活化爐內壓力對活性炭吸附性能的影響

活化爐需要保持正壓操作，爐壓過高，容易從爐體各處噴出活化氣體，引起爐外著火，影響安全生產和活化爐壽命，也不利于炭化料內反應后的活化氣體逸出，孔隙打不開，影響活化效果；爐壓過低，易從爐外吸進空氣，引起炭的燒失率增加，嚴重時吸進的空氣與爐內活化氣體發生爆炸，引起事故。因此，冷卻半爐爐壓一般控制在80~100Pa，加熱半爐爐壓控制在20~40Pa合適。

3.4活化時間對活性炭吸附性能的影響

活化時間一般根據產品活化情況確定，需生產碘吸附值高的活性炭，一般適當延長活化時間即可。但活化時間過長，炭的燒失率加大，灰分增加，強度降低，嚴重時碘吸附值反而降低，且易造成產品道的堵塞，一般活化時間應控制在40~45h。

4、結語

1）對于煤質顆粒活性炭而言，通過活化可以使碳內部形成具有吸附能力的復雜的孔隙結構。在實際生產過程中，應根據產品的指標要求合理地調整工藝參數，如入爐的水蒸氣壓力、風壓、活化時間、活化溫度等，大限度地生產出客戶滿意的產品，并在此基礎上大限度地降低生產成本。

2）在活性炭生產過程中，需要根據客戶的要求合理選擇炭化料，如果客戶需要的活性炭是用來吸附液相和氣相中相對分子質量和分子直徑較小的物質，那么就要求活性炭的孔徑分布以微孔居多，其性能指標通常用碘吸附值表示。這時就要選擇普通炭化料為原料進行生產。如果客戶需要的活性炭是用來吸附液相中相對分子質量和分子直徑較大的物質，則要求活性炭的孔徑分布以中孔居多，其性能指標以糖蜜值、焦糖脫色率表示。這時就要選擇低漂浮炭化料為原料進行生產。

3）目前市場對活性炭的要求越來越高，如要求生產微量元素含量低的活性炭、低漂浮活性炭等，因此以后還應進一步研究與開發使活性炭產品質量更好，品種結構更加多樣化。