活性炭炭化过程及其设备

炭化工序是气体活化法生产活性炭过程中的重要工序之一，该过程是把原料隔绝空气加热，使非碳元素减少，以生产出适合活化工序所需要的碳质材料的工序，是活化前的主要准备与基础。在煤质活性炭生产过程中，炭化过程通常包括物料的炭化和炭化尾气处理两部分。

炭化过程实际上就是物料在低温条件下的干馏过程。在该过程中，物料在一定的低温范围内和隔绝空气的条件下逐步升温加热，物料中的低分子物质首先挥发，然后煤及煤焦油沥青分解和固化.整个炭化过程中物料会发生一系列复杂的物理变化和化学变化，其中物理变化主要是脱水、脱气和干燥过程；化学变化主要是热分解和热缩聚两类反应。物料在热分解和热缩聚反应过程中析出煤气和煤焦油，物料中有机化合物的氧键结合基被破坏，氧元素以Hz0,CO,CO: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；在炭化过程中，由于物料在高温分解时将氧和氢等非碳物质排出，失去氧氢后的碳原子则进行重新组合，形成具基本石墨微晶结构的有序物，这种结晶物由六角形排列的碳原子平面组成，它们的排列是不规则的，因此形成了微晶之间的空隙，这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结构并赋予能经受活化所需要的机械强度。对物料炭化的要求就是通过炭化所得的炭化料外观要达到一定的规格和形状要求，内部结构上要具有一定的初孔结构，同时要具有较高的机械强度。

炭化过程一般可以分为以下几个阶段。

(1)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，此时原料煤的外形无变化。

(2)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(如CQ,C02,H2S等)，不同煤种开始热解的温度不同，变质程度低的煤的开始热解温度也较低，东北泥炭约为100—1600，褐煤约为200~3000C，烟煤约为300-4000C，无烟煤约为300-450C。由于煤的分子结构和生成条件有较大差异，故上述开始热解温度只是不同煤种间的相对参考值。

(3)炭化阶段温度在300-600摄氏度，以缩聚和分解反应为主，原料煤大量析出挥发分，炭化过程析出的焦油和煤气产物几乎全部均在此阶段产生。黏结性烟煤在此阶段逐渐软化、熔融，形成气、液、固三相共存的胶质体，再经流动、缩聚、固化等过程转变为半焦；非黏结性则形成针状半焦或块状半焦。

炭化终温和升温速率是炭化工艺控制的主要操作条件，对于不同煤种来说，焦油形成过程均在550℃左右结束。大量的实验室研究和工业生产经验均表明，600℃是最佳的炭化终温，温度过低炭化产物无法形成足够一的机械强度，温度过高则会促使炭化产物中的石墨微晶结构有序化，减少微晶之间一的空隙，影响活化造孔过程。炭化升温速率对炭化产物的产率有较大影响。高升温速率能使物料析出更多的焦油和煤气，降低炭化料产率。降低升温速率时，物料在低温区受热时间长，热解反应的选择性较强，初期热解使物料分子中较弱的键断开，发生了平行的和顺序的热缩聚反应，形成具有较高热稳定性的结构，从而减少高温阶段热解析出物的挥发分产率，获得更高的固体炭化产物(即炭化料)产率。炭化工艺中炭化料的质量主要通过挥发分、焦昨特性指数、水容量和强度来进行评价。合格的炭化料的挥发分为7%-18%，焦昨特性指数为1-3，水容量为15%-25%，球盘强度)90%。由于上述指标的测量需要一定时间，而在生产现场调试过程中常常需要根据炭化料质量迅速调节工艺参数，因此也可以通过感官对炭化料质量进行粗略评价。合格的炭化料应具有平整、无裂纹的表面，较高的强度，物料断面色泽一致。。