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    炭化工序是氣體活化法生產(chǎn)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(chǎn)出適合活化工序所需要的碳質(zhì)材料的工序，是活化前的主要準(zhǔn)備與基礎(chǔ)。炭化爐的爐體主要由料倉、提升機(jī)、喂料機(jī)、爐體、耐材、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、測(cè)溫裝置、PLC控制柜、冷卻裝置、沉降室、風(fēng)機(jī)、除塵裝置組成。

    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

    炭化過程實(shí)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(nèi)和隔絕空氣的條件下逐步升溫加熱，物料中的低分子物質(zhì)首先揮發(fā)，然后整個(gè)炭化過程中物料會(huì)發(fā)生一系列復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化，其中物理變化主要是脫水、脫氣和干燥過程;化學(xué)變化主要是熱分解和熱縮聚兩類反應(yīng)。物料中有機(jī)化合物的氧鍵結(jié)合基被破壞，氧元素以Hz 0, CO, CO:等氣體析出，同時(shí)形成芳香族化合物和交聯(lián)的高強(qiáng)度碳分子結(jié)構(gòu)固體;在炭化過程中，由于物料在高溫分解時(shí)將氧和氫等非碳物質(zhì)排出，失去氧氫后的碳原子則進(jìn)行重新組合，形成具基本石墨微晶結(jié)構(gòu)的有序物，這種結(jié)晶物由六角形排列的碳原子平面組成，它們的排列是不規(guī)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(jié)構(gòu)并賦予能經(jīng)受活化所需要的機(jī)械強(qiáng)度。對(duì)物料炭化的要求就是通過炭化所得的.

    炭化料外觀要達(dá)到一定的規(guī)格和形狀要求，內(nèi)部結(jié)構(gòu)上要具有一定的初孔結(jié)構(gòu)，同時(shí)要具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。炭化過程一般可以分為以下幾個(gè)階段。

    (1)干燥階段溫度在150℃以下，原料外在水分和內(nèi)在水分依靠外部供給的熱量進(jìn)行蒸發(fā)，此時(shí)原料的外形無變化。

    (2)吸熱熱解階段150-300℃，原料開始發(fā)生分解反應(yīng)釋放出氣態(tài)產(chǎn)物(如CQ, C02, H2 S等)，原料的化學(xué)組成開始發(fā)生變化，不同物料開始熱解的溫度不同，變質(zhì)程度低的物料開始熱解溫度也較低。

    (3)炭化階段溫度在300-600 ℃，以縮聚和熱分解反應(yīng)為主，原料大量析出揮發(fā)分，炭化過程析出的焦油、甲醇、乙烯等產(chǎn)物幾乎全部均在此階段產(chǎn)生。在此階段物料逐漸軟化、熔融，形成氣、液、固三相共存的膠質(zhì)體，再經(jīng)流動(dòng)、縮聚、固化等過程轉(zhuǎn)變?yōu)榘虢梗槧畎虢够驂K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.

    炭化升溫速率對(duì)炭化產(chǎn)物的產(chǎn)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(chǎn)率。降低升溫速率時(shí)，物料在低溫區(qū)受熱時(shí)間長(zhǎng)，熱解反應(yīng)的選擇性較強(qiáng)，初期熱解使物料分子中較弱的鍵斷開，發(fā)生了平行的和順序的熱縮聚反應(yīng)，形成具有較高熱穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)，從而減少高溫階段熱解析出物的揮發(fā)分產(chǎn)率，獲得更高的固體炭化產(chǎn)物(即炭化料)產(chǎn)率。

    炭化工藝中炭化料的質(zhì)量主要通過揮發(fā)分、焦昨特性指數(shù)、水容量和強(qiáng)度來進(jìn)行評(píng)價(jià)。合格的炭化料的揮發(fā)分為12%-16%，焦昨特性指數(shù)為1-3，水容量為15%-25%，球盤強(qiáng)度)90%.

    由于上述指標(biāo)的測(cè)量需要一定時(shí)間，而在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過程中常常需要根據(jù)炭化料質(zhì)量迅速調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，因此也可以通過感官對(duì)炭化料質(zhì)量進(jìn)行粗略評(píng)價(jià)。合格的炭化料應(yīng)具有平整、無裂紋的表面，較高的強(qiáng)度，物料斷面色澤一致。

    炭化尾氣處理

    物料的炭化過程產(chǎn)生炭化尾氣，其組成主要為兩部分:一部分為炭化時(shí)外加燃料熱源燃燒產(chǎn)生的高溫加熱氣體，主要成分為CO2. H2 0, N2及少量的so2和CO;另一部分為物料炭化熱分解時(shí)所產(chǎn)生的揮發(fā)物組分，如CO, H2, CH4、烷烴、烯烴、焦油等。炭化尾氣中含有少量有毒有害物質(zhì)，這些氣體直接排入大氣將給周圍環(huán)境造成污染，因此炭化尾氣需要經(jīng)過處理才能直接排入大氣。

    焚燒法是使炭化尾氣進(jìn)人沉降爐，在800-950℃的高溫條件下并有過量空氣的氣氛中充分燃燒，將可燃?xì)怏w及有害物質(zhì)全部燃燒成Co2后排入大氣。焚燒爐中燃燒產(chǎn)生的熱量可以通過余熱鍋爐進(jìn)行回收產(chǎn)生蒸汽。這種方法投資少，操作簡(jiǎn)單，能夠脫除絕大部分對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)，同時(shí)可以產(chǎn)生活性炭生產(chǎn)過程所需要的蒸汽，因此焚燒法在活性炭生產(chǎn)中采用比較普遍。