活性炭的生产工艺资料

活性炭的生产工艺木质材料炭化过程发生什么变化？木材、木屑、树根、果核和果壳等木质材料的炭化，是把它放在炭化设备内加热，进行热分解。在热解过程，发生一系列复杂化学反应，产生很多新生产物，木质材料发生了变化。根据热分解过程的温度变化和生成产物的情况等特征，炭化过程大体上可分为如下四个阶段。1.干燥阶段这个阶段的温度在20—150摄氏度，热解速度非常缓慢，主要是木材中所含水分依靠外部供给的热量进行蒸发，木质材料的化学组成几乎没有变化。2.预炭化阶段这个阶段的温度为50—275摄氏度，木质材料热分解反应比较明显，木质材料化学组成开始发生变化，其中不稳定的组分，如半纤维素分解生成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物质。以上两个阶段都要外界供给热量来保证热解温度的上升，所以又称为吸热分解阶段。3.炭化阶段这个阶段的温度为75—400摄氏度，在这个阶段中，木质材料急剧地进行热分解，生成大量分解产物。生成的液体产物中含有大量醋酸、甲醇和木焦油，生成的气体产物中二氧化碳含量逐渐减少，而甲烷、乙烯等可燃性气体逐渐增多。这一阶段放出大量反应热，所以又称为放热反应阶段。4.煅烧阶段温度上升450—500摄氏度，这个阶段依靠外部供给热量进行木炭的煅烧，排出残留在木炭中的挥发性物质，提高木炭的固定碳含量。这时生成液体产物已经很少。应当指出，实际上这四个阶段的界限难以明确划分，由于炭化设备各个部位受热量不同，木质材料的导热系数又较小，因此，设备内木质材料所处的位置不同，甚至大块木材的内部和外部，也可能处于不同热解阶段。炭化对原料的要求炭化的原料很多，薪材、森林采伐剩余物、森林抚育时消除的杂木、木材加工厂的剩余物，如木屑等都可以进行炭化。除木屑为粒状，需采用特殊炭化炉炭化外，其他原料多以木段为主，都适合大多数炭化炉或炭窑炭化原料的要求。炭化原料树种可分为三类：第一类为硬阔叶材，如水青冈、麻栎、苦槠、榆等；第二类为软阔叶材，如杨、柳、椴等；第三类为针叶材，如马尾松、南亚松、湿地松等。要生产出高质量的木炭，以适合冶金工业和二硫化碳工业等工业部门使用，炭化原料应选用硬阔叶材，而针叶材常用来生产松木炭，用于制造活性炭。炭化材最好大小均匀，一般要求直径不大于0厘米，若直径太大，应把它劈开，劈裂线长度要求小于12厘米。炭化材的长度以炭化炉或炭窑的高度决定，若大材不劈开，因木材的导热性差，炭化时产生的气体混合物，由木材内部通向外部，所需通过的路径很长，炭化时间也长。会导致木材机械强度下降。供炭化的薪材多属萌芽林，故最好在秋冬季采伐，此时，树木处于休眠阶段，树液停止流动，根部贮存物质，不受损害，利于来年萌芽更新；而且秋季天气晴朗，相对湿度小，木材含水量低，伐下的薪材易干燥，可缩短炭化时间，减少燃料消耗，生产的木炭裂缝少，质量高。此外，腐朽木、病害枯死的木的木材，均不宜作炭化原料，因为腐朽木材炭化时，木炭疏松、易碎和容易自燃，大大降低木炭质量。怎样进行筑窑烧炭？炭窑修筑前，都要进行窑址选择，对窑址有如下要求：1.附近资源丰富，原料和木炭的运输比较方便；2.靠近水源，但又不会受到地表水冲刷淹没，或积聚雨水；3.土质坚实，最好是能耐火烧的粘土；4.坡度较小，又有堆放原料和木炭的地方；5.如果是山坡地，选择的山坡方向要使筑成的炭窑燃烧室通风口朝向常风的方向，有利于通风和燃烧。现以猪头窑为例子，说明炭窑的筑造过程。在选好的窑址上，画一个等边三角形，其中一个顶角，用于联接燃烧室，这个顶角应朝常风方向。三角形边长约2.1米并修成弧形，在线内向下挖1米深左右，即为炭化室。在燃烧室对面炭化室后下方正中挖烟道腔和排烟孔，孔高14厘米，宽18厘米，炭化室前端略高于后端。在炭化室前端三角形顶角打一排横向木楔后即进行装柴，薪材直立装入炭化室中，质量好的上等薪材装在后面，中等的装在中间，质量差的下等材装在最前面，装材细头向下，粗头向上，中心略高于四周，使薪材堆成拱形。上面盖上一层稻草，在炭化室的后面两个边角上放上二个藤圈，在炭化室的中前部近边线上也放上二个藤圈，这四个藤圈作为烟孔。然后沿四周铺泥土，筑窑盖，边铺土，边打紧，锤打得越紧越好，窑盖筑好后，将烟孔中的泥土挖去，并铺上松土。在炭化室前面筑燃烧室，燃烧室前端低于后端。筑好窑型后就可进行烘窑，烘窑时，在燃烧室点火，火力不要太猛。如果烘窑速度太快，炭窑将不够坚实，火烧去木楔，形成通道，逐渐烧入炭化室，待烟孔松土发白时，把松土挖去，从烟孔冒出白烟，当烟色转青时，将烟孔盖上，打开烟道口，使烟气从烟道口冒出，烟色变青时，将所有孔口堵塞，进行闷窑，经2天冷却后，炭窑即成型固定，在窑的侧面开一个出炭门，进行出炭，以后可以继续装柴烧炭，其过程和前面烘窑相同，只是烧炭时间较短，正常的烧炭周转时间约3—4天。移动式炭化炉怎样烧炭？移动式炭化炉用2毫米厚的薄钢板焊接，由炉下体、上体和顶盖叠接而成。炉下体为空心圆台体，距离下端20毫米高的弧面上，间隔等距离地开通风口和烟道各4个，通风口和烟道上分别装有通风管和烟囱，炉下体的内部设有4块扇形炉栅，中央竖立一个点火通风架。炉上体直径比下体略小，性状相同。炉顶盖中央设一个点火口，用点火口盖来封闭它。炉体全高1525毫米，有效容积2.75立方米，一次处理原料量2.2层积立方米。移动式炭化炉对原料的要求为：炭材长1米，直径3—8厘米；点火材长25厘米，直径5厘米；燃料材长50厘米，直径5厘米，含水率要求在25%以下。烧炭时，将炉下体放在平地中心，装入4块扇形炉栅，炉上体放在炉下体的凹槽上，点火通风架竖立在炉栅中央，烟囱和通风管分别插在烟道口和通风口上。点火材呈井字形平放在点火通风架上；制炭材直立地装在炉内，大头向上，大径级和含水率较高的装在炉体中央；制炭材的顶端横铺一层燃料材。炉顶盖放在炉上体的凹槽上，为了密封，各层的凹槽内均用沙土填满，炉下体外缘填一层厚250毫米的泥土并夯实。用明子等易燃材料点火，从炉顶盖上的点火口投入炉内，将点火材和制炭材顶端的燃料材点燃，并不断地添入燃料材；当烟囱口温度达到60摄氏度，盖上点火口，并用沙土填入凹槽内密封。当炭化进行4—5小时，炉内制炭材的干燥阶段结束。当烟囱口烟气由白色变黄色时，逐步关闭通风口插板。当通风口出现火焰，烟囱口冒青烟，烟囱内发出嗡嗡响声，预示炭化过程结束。立即用泥土封闭通风口，再过30分钟，将烟囱除去，封闭烟道口。炉内温度冷却至40摄氏度时；开炉出炭。木炭得率为25%左右，木炭含水率为6%。多槽炭化炉怎样进行木屑炭化？木屑是一种多孔隙松散的物料，在炭化时，特别要注意木屑是热的极不良导体这一性质，所采用的设备形式，应考虑如何加快传热和传热均匀的问题。否则炭化将不能完成。多槽炭化炉是根据木屑特性而设计的专用木屑炭化设备。多槽炭化炉每台炉有14个立式炭化槽，每个炭化槽的两侧为烟道，一台炉内共有15个烟道，炉的内部用耐火砖，外部用青砖砌成，炉长7米，宽4.5米，每炉设五个燃烧室，每一燃烧室与炉内的3个烟道相通，燃烧烟气在炉内烟道中分5层曲折上升至顶部，与烟囱连通，烟囱高10米，高温烟气在运动中将热量通过隔墙间接地传给炭化物料。炭化产生的蒸汽气体通过房顶排气罩排空，炉顶设加料室，原料由此加入炭化槽，每个炭化槽均有一个卸炭口，卸炭口设在与燃烧室相反的一面。生产时，首先在燃烧室点火，加热炭化槽，待温度升至300摄氏度时开始投料，直至加满为止，每个炭化炉第一次投料可投下松木屑1400—1700公斤，待部分木屑炭化后，在各炭化室内上下搅动一下，以免炭化室内木屑之间存有空隙引起灰化，在搅动时，被木屑阻留在炭化室内的气体往往会连同烟火一齐上扬，灼伤人体，应特别注意安全。对炭化室进行搅动后，便可进行第二次投料，投料量600—800公斤。在炭化过程中，当炭化槽冒出青烟或无烟，加料口和出炭口外部没有火焰冒出，炭化槽内物料呈暗红色，不冒火星时，表明炭化结束，即可出炭。出炭时，把出炭门打开，用长柄铁耙把炭粉耙入铁桶内，立即用湿炭粉盖上，以防炭粉灰化。每炉投料量为2—2.5吨木屑，炉温约700摄氏度，炭化时间随原料含水率而异，约4—8小时，每炉可得木屑炭300—400公斤，耗煤1.5—1.7吨。这种炭化炉结构简单，容易砌造，操作易掌握；但耗煤量大，炭得率低，质量不够均匀，高温操作，劳动强度大。木炭的性质1.木炭的外部形态质量高的木炭断面具有黑色光泽，敲打时发出响亮清脆的金属声。在不同的温度下烧制的木炭，其外部形态是不同的。在低于250摄氏度时烧制的炭，表面带褐色，不易敲断，燃烧时有火焰；300—350摄氏度烧制的木炭表面呈黑色，当烧制温度达500摄氏度时，敲打时，木炭发出响亮金属声。2.木炭的固定碳固定碳是一个假定的概念，它是在规定的高温，一般为850—950摄氏度下，不通入空气进行煅烧时的无灰分的木炭。一般的木炭可能含70%—80%的固定碳。随煅烧温度升高，木炭中固定碳的相对含量增加。3.木炭的挥发分木炭在高温下煅烧时放出一氧化碳、二氧化碳、氢、甲烷和其他碳氢化合物等气态产物称为挥发分。烧制木炭的温度在300—700摄氏度以内时，随着温度的升高，木炭煅烧时所分出的挥发分的组成发生下列变化：二氧化碳、一氧化碳和甲烷的含量逐渐降低，而氢的含量逐渐增加。烧炭的温度升高时，木炭的发热量增高，而气体的发热量降低。4.木炭的机械强度木炭的机械强度表示它对压碎和磨损的抵抗能力，它在木炭的转装和运输上以及在冶金工业应用上有很大意义。转载的次数愈多，在熔铁炉的炉胸中，木炭受到上部炉料强大压力，而由上向下移动时，则受到炉料块和炉胸壁的强烈摩擦，如果木炭变成碎屑，气体难以通过炉料，熔铁炉的操作就会发生故障。木炭强度沿纵向较高，径向较低，而弦向最低。当烧制木炭最终温度相同时，木炭强度随烧炭时间的增加而增加。5.木炭的比重和孔隙度木炭的比重因树种、木材的质量、炭化的最终温度和升温速度而不同。一般比重大的木材烧成的木炭比重也大。木炭孔隙度决定木炭大部份性质，如反应能力、导热性、吸附性等。6.木炭的发热量木炭的发热量与炭化温度有关，炭化温度高，木炭碳素含量大，发热量也较高。7.木炭的灰分木炭烧完后成为白色或淡红色的物质称为灰分。木炭中灰分含量随烧制温度、树种、被炭化木块和树皮的比例、树木的立地条件、砍伐季节、运材和烧制方法而不同。一般烧制温度愈高，灰分含量愈大，由阔叶材烧制的木炭其灰分含量比针叶材高；树皮含灰量比木材高。木炭的用途1.冶金工业以前木炭就用来冶炼铁矿石，木炭与焦炭熔炼的生铁，即使化学组成相同，其结构与机械性质仍不相同。木炭冶炼的生铁一般具有细粒结构，铸件紧密，没有裂纹的特点，用木炭生产的生铁含杂质少，适于生产优质钢。在有色金属生产中，木炭常用作表面助熔剂，当有色金属熔融时，表面助熔剂在熔融金属表面形成保护层，使金属与气体介质分开，既可减少熔融金属的飞溅损失，又可降低熔融物中气体的饱和度。大量木炭还用于结晶硅生产，生产结晶硅用的木炭不应含有生炭头和过多的灰分。2.渗碳剂的制造凡是要求表面具有较高的硬度和耐磨性，而中心具有良好韧性的所有钢制品都要进行渗碳。用来对钢制品进行渗碳作用的含碳混合物称为渗碳剂。单纯木炭的渗碳效果较差。因此常用木炭作为原料，再加入一定数量的接触剂，制成渗碳剂。3.二硫化碳生产木炭是制造二硫化碳的最好原料，用来制造二硫化碳的木炭，应当是坚硬、容积重大、灰分和水分含量小，固定碳含量高。生产1吨二硫化碳约需0.5吨的木炭。4.木炭砖的压制碎木炭运输很不方便，而且用途也受到限制，用压制木炭砖的方法能使价值很小的碎木炭变成优质燃料。木炭砖具有吸湿性和吸水性小、比重大和热值高的优点，而且在使用过程有很高的机械强度。煅烧过的木炭砖在燃烧时无烟，不产生炭尘。木炭砖可用于冶金、移动式气化炉等。活性炭的种类和用途活性炭是具有发达孔隙结构、有很大比表面积和吸附能力的炭。每克活性炭的总表面积可达1500平方米以上。活性炭的种类很多，按原料不同可分为植物原料炭、煤质炭、石油质炭、骨炭、血炭等等；按制造方法可分为气体活化法炭、即物理活化法炭；化学活化法炭，即化学药品活化法炭；化学——物理法活性炭；按外观形状可分为粉状活性