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活性炭炭化与焦炭焦化的区别
发布时间:2019-12-30 浏览

摘要:活性炭生产过程中间产物炭化料的生产与焦炭生产的焦化过程虽然均是以煤为主要原材料,都是对煤的干馏加工过程,但两者的生产工艺、设备、产品的用途及产能规模有着巨大的差异。综述了活性炭生产过程中的炭化工艺和焦炭生产中的焦化工艺的区别,分别从原料、生产工艺原理、生产设备、产品标准以及生产过程中的排放物来详细阐述其不同之处,并针对其不同,建议考虑就各自特点调整其管理办法。

活性炭炭化与焦炭焦化过程均是以煤为主要原材料,即对煤的干馏加工过程,但生产工艺、设备、产品的用途及产能规模有着巨大的差异。现从以下几点进行分析说明。

1、原料不同

炭化料生产与焦炭生产使用的都是原煤,但所选煤种不同。煤炭根据变质程度不同,分为无烟煤、烟煤和褐煤,而烟煤又分为很多小类。煤种不同,其适宜的使用范围也不同。

1.1 炭化料

适宜生产活性炭炭化料的是不黏煤、弱黏煤和1/2中黏煤等,这3种低变质程度的烟煤是制备活性炭的优质煤种,尤其以大同地区的弱黏煤较为合适,具有低灰、高反应性、易加工的特点。

1.2 焦炭

我国的炼焦煤一般有气煤、1/3焦煤、焦煤、瘦煤、肥煤等几种煤,均是中高黏结性煤,通过一定的比例配煤后生产焦炭。生产炭化料用的弱黏结煤,在加热过程中不易结焦,将氧和氢等非碳物质排出从而形成孔隙,达到造孔的目的。而生产焦炭用的高黏结性煤,在加热过程中排出焦油,然后进行熔融、黏结形成焦炭。

2、生产工艺原理不同

2.1 炭化料生产工艺原理

炭化过程实际上就是把原料隔绝空气加热,使非碳元素减少,氧元素以H2O、CO、CO2等气体析出,同时,形成芳香族化合物和交联的高强度碳分子结构固体,形成了微晶之间的空隙,这些空隙便是炭化料的初始孔隙。

影响炭化工艺的主要条件是升温速率和炭化终温,炭化终温一般在550±50℃。

2.2 焦炭生产工艺原理

把炼焦配煤在常温下装人炭化室后,煤在隔绝空气的条件下受到来自炉墙和炉底(1000-1100℃)的热流加热。即沿着炭化室墙到炭化室中心方向的煤料,一层一层地经过干燥、预热、分解、产生胶质体、胶质体固化、半焦收缩、转变为焦炭的过程,同时,获得煤气、煤焦油并回收其他化工产品。炭化料和焦炭生产过程对比表如表1所示。

表1 炭化料和焦炭生产过程对比表

  炭化过程 焦化过程
第一阶段

干燥阶段

温度在120℃以下,原料煤释放出外在水分和内在水分

干燥脱气阶段

室温350-400℃,煤的原始分子结构仅发生有限的热作用(主要是缩合作用)。120℃前主要脱水,约200℃完成脱气(CH4、CO2和N2)

第二阶段

开始热解阶段

原料煤开始发生分解反应释放出热解水,形成气态产物(比如CO、CO2等)

结焦阶段

350-400℃至550℃,这一阶段的特征是活泼分解,以解聚和分解反应为主。生成和排出大量挥发物(煤气和焦油),约450℃排出的焦油量最大,在450-550℃气体析出量最多。烟煤约350℃开始软化,随后是熔融、黏结,到550℃时结成半焦

第三阶段

炭化阶段

温度在300-600℃,以缩聚和分解反应为主,原料煤大量析出挥发份。

二次脱气阶段

550-1000℃,在这一阶段,半焦变成焦炭,以缩聚反应为主。析出的焦油量极少,挥发分主要是煤气。煤气成分主要是H2,少量CH4和C的氧化物

由此可见,生产炭化料和焦炭的工艺过程中,每个阶段的温度不同,需要的最高温度不同,且在原料不同的前提下,发生的物理化学反应也不同,从而析出和排放的物质也不同。因此,它们是两个完全不同的过程。

3、生产设备不同

3.1 炭化料

生产炭化料的炭化炉主要为回转炭化炉,分为外热式和内热式两种。内热式回转炭化炉是一个组合传动设备,主要由加料仓、炉尾、回转筒体、炉头及传动装置所组成。具有结构简单、工艺控制和操作方便、热效率高、质量均匀、产品得率高、产量大、连续化生产运行稳定等优点。

新型外热式回转炭化炉筒体内置多个独立的料仓,使得炉体内的物料充填系数大幅提高,炉体内有效利用的炭化空间体积大幅提高,因而其生产能力是内热式回转炭化炉的3倍。新型外热式回转炭化炉的物料与炭化分解产物在每个独立的料仓内是并流运行。在炭化炉的高温出料端,物料与炭化分解产物分开,炭化分解产物进入焚烧炉进行燃烧,焚烧后的烟气一部分又返回炭化转炉间接加热物料,作为炭化的热力来源,一部分进入废热锅炉产汽。因此,新型外热式回转炭化炉的热效率高,同时,外加燃料的消耗也大大低于传统的内、外热式回转炭化炉。

3.2焦炭

现代焦炉主要由炉顶区、炭化室、燃烧室、斜道区、蓄热室、烟道区(小烟道、分烟道、总烟道)、烟囱、基础平台和抵抗墙等部分组成,蓄热室以下为烟道与基础。炭化室与燃烧室相间布置,蓄热室位于其下方,内放格子砖以回收废热,斜道区位于蓄热室顶和燃烧室底之间,通过斜道使蓄热室与燃烧室相通,炭化室与燃烧室之上为炉顶,整座焦炉砌在坚固平整的钢筋混凝土基础上,烟道一端通过废气开闭器与蓄热室连接,另一端与烟囱连接口根据炉型不同,烟道设在基础内或基础两侧。

焦化厂常用的是JN型焦炉,为双联火道复热式焦炉(立式)。为回收焦油及其他化学产品配套有气液分离器、初冷器、除焦油器、洗苯塔等一系列化产回收装置。

4、产品标准不同

4.1炭化料

炭化料是活性炭生产过程的中间产品,作为活化的原料使用,其质量主要通过挥发份、水容量和强度来进行评价。一般控制出炉炭化料的挥发份在7%-18%,水容量为15%-25%,球盘强度≥90%。由于活性炭行业较小,仅有活性炭产品的国家标准,对炭化料既没有行业或地方标准,也没有国家标准。产品质量要求比较高,具体根据活化炉的要求进行调整。

4.2焦炭

焦炭是焦化行业的最终产品,其作为冶金焦使用时,要求焦炭的灰分在11%-15%,挥发分控制在0.9%-1.6%,全硫St控制在0.4%-0.6%,抗碎强度>92%焦炭副产品有焦油、粗苯、硫铵等。行业规模大,有国家标准或行业标准要求。

5、生产过程产生的废弃物不同

5.1 固体废弃物

炭化料生产过程中无固体废弃物产生;焦炭生产过程中的废弃物有污泥、焦油渣。污泥外运处理;焦油渣属于危废的一种,不能采用填埋、焚烧和生物分解等一般废渣的处理方法,普遍的方法是将废渣作为塑性添加剂直接加入炼焦配煤中或用作型煤的黏结剂。

5.2 液相废弃物

炭化料生产过程中有无液相废弃物产生;焦炭生产过程产生焦化废水,主要在化产回收各工段产生,为含酚、含氰废水,COD较高,经生化处理达到排放标准后排放或回用。

5.3 气相废弃物

炭化料生产过程中产生的废弃物为炭化尾气,炭化尾气经烟气管道进入配套焚烧炉充分燃烧后产生的高温烟气,一部分补充进入炭化炉,一部分进入余热锅炉生产蒸汽,既可以节约燃料的消耗,又减少了向大气中排放的废气量。焚烧后的烟气经除尘脱硫处理后达标排放。《活性炭工业污染物排放标准》(征求意见稿)编制说明中指出,活性炭行业气体污染物排放量仅占全国工业排量的0.72‰。

焦炭在装煤、出焦、熄焦的过程中都会产生大量的粉尘。

6、建议

炭化料与焦炭从原料、生产工艺、设备、用途、排放废弃物等方面均存在很大差别,所以,建议炭化料生产过程不应该归属于焦化行业来管理,要考虑活性炭行业的特点,制订具体的规范管理办法。

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