活性炭炭化過程及其設備

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。在煤質活性炭生產過程中，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，然后煤及煤焦油瀝青分解和固化.整個炭化過程中物料會發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。物料在熱分解和熱縮聚反應過程中析出煤氣和煤焦油，物料中有機化合物的氧鍵結合基被破壞，氧元素以Hz0,CO,CO:等氣體析出，同時形成芳香族化合物和交聯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120℃以下，原料煤釋放出外在水分和內在水分，此時原料煤的外形無變化。

(2)開始熱解階段原料煤開始發生分解反應釋放出熱解水，形成氣態產物(如CQ,C02,H2S等)，不同煤種開始熱解的溫度不同，變質程度低的煤的開始熱解溫度也較低，東北泥炭約為100—1600，褐煤約為200~3000C，煙煤約為300-4000C，無煙煤約為300-450C。由于煤的分子結構和生成條件有較大差異，故上述開始熱解溫度只是不同煤種間的相對參考值。

(3)炭化階段溫度在300-600攝氏度，以縮聚和分解反應為主，原料煤大量析出揮發分，炭化過程析出的焦油和煤氣產物幾乎全部均在此階段產生。黏結性煙煤在此階段逐漸軟化、熔融，形成氣、液、固三相共存的膠質體，再經流動、縮聚、固化等過程轉變為半焦；非黏結性則形成針狀半焦或塊狀半焦。

炭化終溫和升溫速率是炭化工藝控制的主要操作條件，對于不同煤種來說，焦油形成過程均在550℃左右結束。大量的實驗室研究和工業生產經驗均表明，600℃是最佳的炭化終溫，溫度過低炭化產物無法形成足夠一的機械強度，溫度過高則會促使炭化產物中的石墨微晶結構有序化，減少微晶之間一的空隙，影響活化造孔過程。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，發生了平行的和順序的熱縮聚反應，形成具有較高熱穩定性的結構，從而減少高溫階段熱解析出物的揮發分產率，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分、焦昨特性指數、水容量和強度來進行評價。合格的炭化料的揮發分為7%-18%，焦昨特性指數為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，而在生產現場調試過程中常常需要根據炭化料質量迅速調節工藝參數，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。。