?工業(yè)煤質(zhì)顆粒活性炭使用質(zhì)量差,可能由原料煤性質(zhì)、炭化與活化工藝、生產(chǎn)設(shè)備、產(chǎn)品后處理及使用條件等多方面因素導(dǎo)致,具體如下:
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原料煤性質(zhì)
水分:煤中的水分分為內(nèi)在水分和外在水分,水分含量過高不僅對煤炭的破碎、篩分不利,而且增加能量消耗,提高生產(chǎn)成本,還可能影響活性炭的吸附性能。
灰分:煤的灰分對活性炭的生產(chǎn)有一定影響,其中有些礦物質(zhì)可以催化煤中碳與水蒸氣的反應(yīng),加快反應(yīng)速度,提高火化爐的產(chǎn)量。但炭化料中無機(jī)成分在炭化和活化過程中,大部分轉(zhuǎn)化為灰分,它是影響活性炭強度主要因素,在灰分與碳接觸的界面上,灰分會造成裂紋,影響活性炭的強度。
揮發(fā)分:揮發(fā)分是指煤在隔絕空氣條件下,在900攝氏度時,加熱7min揮發(fā)出來的有機(jī)物占煤質(zhì)量的百分比。不同的煤種揮發(fā)分不同,炭化后得到的半焦特性也不同,在一定溫度下,對活化劑反應(yīng)的速率也不盡相同,進(jìn)而影響活性炭質(zhì)量。
固定碳:煤的固定碳是煤在隔絕空氣條件下,高溫?zé)峤獾墓腆w殘留物,其含量和性質(zhì)會影響活性炭的產(chǎn)率和質(zhì)量。
煤的可磨性:煤的可磨性反映煤粉粹的難易程度,可磨性差的煤會增加生產(chǎn)成本,且可能影響活性炭顆粒的均勻性。
反應(yīng)性:反應(yīng)性又稱煤的活性,指在一定溫度條件下煤與不同介質(zhì)的反應(yīng)能力,反應(yīng)性差的煤在活化過程中反應(yīng)速率慢,可能導(dǎo)致活化不充分。
炭化工藝
炭化溫度:煤的炭化溫度直接影響炭化料的孔隙結(jié)構(gòu)和強度,影響半焦的性質(zhì)。溫度過低炭化不徹底,活性炭沒有足夠的機(jī)械強度;溫度過高則會使顆粒鼓泡、開裂,影響活化造孔過程和成品吸附性能。例如,炭化終溫過高,會造成炭化料表面收縮形成易石墨化炭層,造成活化難度增加。
活化工藝
活化溫度:活化是炭和活化劑在高溫下進(jìn)行的反應(yīng),隨著溫度的升高,反應(yīng)速度加快,活化速率加大,但是太高易造成活化不均勻。在不同的活化溫度下,生產(chǎn)的活性炭孔結(jié)構(gòu)不同,活化溫度過高,微孔減少,吸附力下降。一般水蒸氣活化法的活化溫度控制在800 - 950℃,煙道氣的活化溫度控制在900 - 950℃,空氣的活化溫度控制在600℃左右。
活化時間:活化溫度固定時,活化時間越長,煤質(zhì)粉狀活性炭的燒失率越大、密度下降越多、吸附量越高,內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)也由原來孔的加深變?yōu)榭椎耐貙挘嘿|(zhì)活性炭中的微孔逐漸擴(kuò)大向中孔發(fā)展,同時在中孔或大孔的內(nèi)壁上又接著會產(chǎn)生新的孔形成更大的孔隙結(jié)構(gòu),使得活性炭質(zhì)量變好。但當(dāng)活化時間過長時,孔壁燒失、孔合并成大量中孔和大孔,活性炭的吸附能力和質(zhì)量自然會下降。
活化劑種類和流速:不同活化劑與碳的反應(yīng)速度不同,生產(chǎn)的活性炭性能也不相同?;罨瘎┑姆N類決定活化方法和活化溫度,如炭和氧的反應(yīng)速度較快,活化溫度只需600℃左右即可,而用水蒸氣則需800 - 950℃?;罨瘎┝魉佥^大時,它與碳反應(yīng)速率提高,可能產(chǎn)生不均勻活化,導(dǎo)致微孔減少;活化劑流速小時,微孔容積增加,但延長了活化時間。
生產(chǎn)設(shè)備
設(shè)備選擇:煤基活性炭生產(chǎn)設(shè)備的選擇尤為關(guān)鍵,一臺合適的生產(chǎn)設(shè)備能夠確保生產(chǎn)流程的精準(zhǔn)控制,從而提高活性炭的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。反之,如果生產(chǎn)設(shè)備不適合,不僅會造成原料煤的浪費,增加生產(chǎn)成本,而且會導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下,活性炭質(zhì)量不佳。不適合的設(shè)備可能在炭化過程中無法均勻加熱,導(dǎo)致炭化不徹底或過度;在活化環(huán)節(jié),可能無法實現(xiàn)活化劑的均勻流動和反應(yīng),影響活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)和吸附性能。
產(chǎn)品后處理
粉塵處理:生產(chǎn)活性炭必須進(jìn)行后處理,即把粉碎的原料等進(jìn)行去除粉塵處理,否則粉塵過多,清潔度差,使用時會弄臟物品,還可能對人體有害。劣質(zhì)活性炭為了降低成本,可能沒有對活性炭灰份進(jìn)行后處理,粉塵很大。
使用條件
溫度:活性炭的吸附力量隨溫度變化呈正態(tài)曲線分布,在70℃時吸附力量最強,溫度提升或降低會使吸附力量下降。此外,溫度提升可使其吸附速度加快,但吸附性能降低;溫度降低使吸附速度變慢,吸附力量增加。
溶液酸堿度:活性炭吸附力量在偏酸性條件下較強,在堿性條件下吸附力量較弱,但當(dāng)pH值小于2時,開始對活性炭吸附產(chǎn)生一定的解析作用,此外活性炭在堿性條件下有脫吸附現(xiàn)象,因此在堿性條件下不宜使用活性炭吸附。
被吸附物質(zhì)的極性:活性炭吸附隨著物質(zhì)的極性增大而增大,對于非極性物質(zhì)的吸附能力很差。