摘要：簡(jiǎn)述了美國(guó)、日本和西歐等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家活性炭應(yīng)用現(xiàn)狀，應(yīng)用表明環(huán)保問題是活性炭生產(chǎn)發(fā)展和消費(fèi)量增加的主要推動(dòng)力。分析了我國(guó)活性炭生產(chǎn)技術(shù)及產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)，介紹了北京煤化學(xué)研究所開發(fā)成功的多種國(guó)際市場(chǎng)上暢銷的活性炭新產(chǎn)品。

我國(guó)是世界活性炭生產(chǎn)大國(guó)，活性炭總產(chǎn)量?jī)H次于美國(guó)位居世界二，但出口量位居世界一，每年出口活性炭7-8萬t，因此國(guó)外活性炭市場(chǎng)的需求，對(duì)中國(guó)活性炭生產(chǎn)發(fā)展影響很大。由于配煤技術(shù)、催化活化技術(shù)、原料煤處理技術(shù)及新型成型技術(shù)在我國(guó)活性炭廠的廣泛推廣應(yīng)用，我國(guó)活性炭正向著種類越來越多、質(zhì)量越來越好的方向發(fā)展，以滿足國(guó)內(nèi)外不同用戶的需求。

1、國(guó)外活性炭應(yīng)用現(xiàn)狀

活性炭是以煤、木材和果殼等含碳材料為原料制備的炭質(zhì)吸附材料，其廣泛用于氣體吸附、分離、凈化及液體凈化、溶質(zhì)富集等。目前工業(yè)應(yīng)用的活性炭有顆粒活性炭、粉狀活性炭、成型活性炭和活性炭炭纖維等，活性炭主要應(yīng)用在水處理、化工制藥、采礦、氣體凈化、食品加工、糖脫色、氣體溶劑回收等領(lǐng)域。

工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家近幾年活性炭的應(yīng)用表明環(huán)保問題是推動(dòng)活性炭生產(chǎn)發(fā)展及消費(fèi)量增加的主要推動(dòng)力，而且在今年幾年內(nèi)環(huán)保問題仍然是活性炭生產(chǎn)發(fā)展及消費(fèi)量增加的主要推動(dòng)力。

據(jù)統(tǒng)計(jì)美國(guó)在1994年至1998年期間活性炭消費(fèi)增長(zhǎng)率約3.5%，顆粒活性炭消費(fèi)增長(zhǎng)率為3.7%，粉狀活性炭消費(fèi)增長(zhǎng)率為3.3%。美國(guó)活性炭主要應(yīng)用領(lǐng)域及數(shù)量見表1。美國(guó)活性炭主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樗幚恚渲蟹蹱罨钚蕴坑昧考s占50%，其余為顆粒活性炭；在氣相領(lǐng)域主要采用顆粒活性炭。近幾年美國(guó)從中國(guó)和東南亞進(jìn)口的廉價(jià)活性炭數(shù)量增加；國(guó)外權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)美國(guó)今后幾年活性炭的消費(fèi)年增長(zhǎng)率為4-4.5%。

表1 1998年美國(guó)活性炭應(yīng)用領(lǐng)域和數(shù)量

西歐活性炭的消費(fèi)增長(zhǎng)速度在1994-1998年間低于美國(guó)為0.7%，西歐主要活性炭應(yīng)用領(lǐng)域和數(shù)量見表2。面對(duì)從中國(guó)進(jìn)口廉價(jià)活性炭數(shù)量的增加，1995年歐共體對(duì)中國(guó)出口活性炭實(shí)行了反傾銷；國(guó)外權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)今后幾年內(nèi)西歐活性炭需求增長(zhǎng)率為2%。歐洲嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)和傳統(tǒng)工業(yè)是歐洲活性炭需求增長(zhǎng)的推動(dòng)力。但在歐洲粉狀活性炭需求量將下降，顆粒活性炭的需求量將增加。

表2 1998年西歐活性炭應(yīng)用領(lǐng)域和數(shù)量

從1994-1998年日本活性炭年需求增長(zhǎng)率為1.9%，日本主要活性炭應(yīng)用領(lǐng)域見表3。在這個(gè)時(shí)期由于水處理和氣相吸附用活性炭的增加，使粒狀活性炭需求量增加，而粉狀活性炭需求量下降，在2003年以前活性炭的總需求量仍會(huì)增加，其中水處理用活性炭需求量增加較快。

表3 1998年日本活性炭應(yīng)用領(lǐng)域和數(shù)量

2、我國(guó)活性炭發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)活性炭工業(yè)生產(chǎn)起步于50年代，按生產(chǎn)原料劃分有煤基活性炭、木質(zhì)活性炭、果殼活性炭等。我國(guó)產(chǎn)量較大的煤基活性炭產(chǎn)品主要采用物理活化法生產(chǎn)，活化裝置則主要采用我國(guó)50年代從蘇聯(lián)引進(jìn)的斯列普爐，經(jīng)過多次改進(jìn)，爐體性能有了很大提高。我國(guó)煤基活性炭生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展主要經(jīng)歷了單種煤生產(chǎn)活性炭、配煤生產(chǎn)活性炭及催化活化生產(chǎn)活性炭三個(gè)階段。

單種煤生產(chǎn)活性炭是我國(guó)較早采用的一種生產(chǎn)工藝，至今許多工廠仍在采用，但受原料煤性質(zhì)的限制，活性炭產(chǎn)品性能很難大幅度提高。為了彌補(bǔ)單種煤生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品性能的缺陷，人們研究把性質(zhì)不同的煤，按一定比例配合生產(chǎn)活性炭，采用這種生產(chǎn)工藝可以在一定范圍內(nèi)改善、提高活性炭產(chǎn)品性能，我國(guó)許多活性炭廠已采用這種新工藝生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品。為了生產(chǎn)某些具有特殊吸附性能的優(yōu)良活性炭產(chǎn)品，在活性炭炭化、活化生產(chǎn)過程中加入催化劑，催化炭與水蒸氣的活化反應(yīng)，改變活化成孔機(jī)理，提高活性炭產(chǎn)品吸附性能，這種活性炭生產(chǎn)方法被稱為催化活化法，目前煤炭科學(xué)研究總院北京煤化學(xué)研究所開發(fā)的這一生產(chǎn)工藝技術(shù)正在我國(guó)活性炭廠推廣應(yīng)用。

在活性炭生產(chǎn)用原料煤處理方面，我國(guó)正在研究開發(fā)煤的深度脫灰技術(shù)、新型成型技術(shù)。煤經(jīng)過特殊洗選處理灰分可降到2%左右，以這種低灰煤為原料，可生產(chǎn)出性能優(yōu)異的活性炭產(chǎn)品；采用成型技術(shù)可生產(chǎn)多種性能優(yōu)異的活性炭新產(chǎn)品。

雖然近十幾年來我國(guó)活性炭工業(yè)有了很大發(fā)展，但和工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在活性炭產(chǎn)品質(zhì)量、品種方面仍存在許多問題，缺少低灰、高強(qiáng)度、高吸附性能、具有特殊用途的活性炭產(chǎn)品，因此，我國(guó)活性炭產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，售價(jià)低。我國(guó)活性炭行業(yè)急需提高活性炭產(chǎn)品性能和質(zhì)量，以增強(qiáng)我國(guó)活性炭產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

3、北京煤化學(xué)研究所開發(fā)的活性炭新產(chǎn)品

隨著活性炭應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大及對(duì)其吸附性能要求的不斷提高，國(guó)外開發(fā)了一系列新的活性炭新產(chǎn)品，如高比表面活性炭、吸附催化活性炭等，近年來，活性炭產(chǎn)品的開發(fā)將朝著高強(qiáng)度、低灰、多功能、高吸附性、高選擇性及廉價(jià)的方向發(fā)展。

北京煤化學(xué)研究所活性炭研究室是專門從事煤基活性炭生產(chǎn)技術(shù)及產(chǎn)品開發(fā)的研究機(jī)構(gòu)。近幾年來，根據(jù)國(guó)際活性炭市場(chǎng)需求，以國(guó)內(nèi)煤炭、果殼和木材為原料，經(jīng)過多年潛心研究，開發(fā)成功了多種國(guó)際市場(chǎng)上暢銷的活性炭新產(chǎn)品。

3.1 汽車回收汽油用活性炭

為防止汽油揮發(fā)而浪費(fèi)燃料和污染環(huán)境，發(fā)達(dá)國(guó)家汽車上一般要安裝裝填活性炭的炭罐。所用活性炭不僅要求吸附性能好，而且要求有較好的脫附性能，一般用丁烷工作空量BWC表示其性能優(yōu)劣，要求BWC＞9(g/100ml) 。國(guó)內(nèi)用常規(guī)方法生產(chǎn)的活性炭BWC只有6左右，難以滿足國(guó)外汽車使用要求。北京煤化學(xué)研究所活性炭室已開發(fā)出該產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)，其主要性能達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品性能要求。

3.2 溶劑回收活性炭

溶劑回收活性炭也是目前國(guó)際市場(chǎng)上暢銷的活性炭產(chǎn)品，售價(jià)較高。北京煤化學(xué)研究所利用催化活化技術(shù)研制出中孔發(fā)達(dá)、強(qiáng)度高的溶劑回收用活性炭，該產(chǎn)品具有堆積密度高、吸脫附速度快等特點(diǎn)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)生產(chǎn)空白。

3.3 大顆粒活性炭

隨著活性炭領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，一些新的應(yīng)用領(lǐng)域要求活性炭有較大的粒度，以減少由于活性炭顆粒小而造成的床層壓降。用常規(guī)方法生產(chǎn)的大顆粒吸附性能、催化性能及強(qiáng)度難于同時(shí)滿足使用要求。我們根據(jù)中國(guó)煤質(zhì)資源特點(diǎn)，以年青煤為原料生產(chǎn)出直徑大于8mm的大顆粒活性炭，其性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

3.4 煙氣脫硫用活性炭

隨著環(huán)保要求的提高，煤氣脫硫技術(shù)應(yīng)用越來越普遍。采用活性炭脫硫的煙氣脫硫技術(shù)，由于脫硫效率高，且能同時(shí)脫硝，已引起越來越廣泛的關(guān)注。德國(guó)、日本已建成數(shù)套工業(yè)裝置，煙氣脫硫用活性炭需求量逐年增加。北京煤化學(xué)研究所借鑒國(guó)外先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，在國(guó)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)出硫容量高、強(qiáng)度好的煙氣脫硫用活性炭。

3.5 低比表面積、低成本活性炭

隨著環(huán)保要求提高，市場(chǎng)上需要一種低比表面、低成本的用于廢水、廢氣和土壤改良的活性炭，如用常規(guī)方法生產(chǎn)，成本高，用戶難以接受。北京煤化學(xué)研究所開發(fā)的新工藝使這一產(chǎn)品生產(chǎn)成本大幅度降低，廣泛應(yīng)用成為可能，這一方法為國(guó)內(nèi)首例，已申報(bào)發(fā)明專利。

3.6 高比表面積、高亞甲藍(lán)活性炭

由于應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大及對(duì)活性炭吸附性能要求的提高，高比表面積、高亞甲藍(lán)活性炭也是目前市場(chǎng)上暢銷的一種新產(chǎn)品，北京煤化學(xué)研究所采用催化活化技術(shù)生產(chǎn)出比表面積大于1500m²/g，亞甲藍(lán)大于300mg/g、強(qiáng)度大于85%的煤基活性炭，此種活性炭產(chǎn)品用斯列普爐就可以生產(chǎn)。

3.7 壓塊破碎活性炭

壓塊破碎活性炭是一種不用焦油等粘結(jié)劑生產(chǎn)的—中孔發(fā)達(dá)的活性炭產(chǎn)品，該產(chǎn)品具有吸附性能好、堆積密度高及漂浮率低等特點(diǎn)，是國(guó)際市場(chǎng)上暢銷的活性炭產(chǎn)品之一。北京煤化學(xué)研究所從90年代初就開始研究壓塊破碎活性炭生產(chǎn)技術(shù)，在國(guó)內(nèi)率先成功進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，并批量生產(chǎn)，該產(chǎn)品全部出口。

目前，北京煤化學(xué)研究所正在根據(jù)國(guó)內(nèi)外活性炭市場(chǎng)的需求開發(fā)特種成型活性炭、碳分子篩等新產(chǎn)品及內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)活化爐等生產(chǎn)裝置，預(yù)計(jì)不久的將來這些產(chǎn)品及裝置就可以工業(yè)化生產(chǎn)。