高表面活性炭的技术研究和实际生产情况
发布人:管理员 发布时间：2011-11-26 浏览次数：2307
高表面活性炭目前多采用以KOH为主活化剂的化学活化法来制备天然气吸附剂，其优点在于：反应速度快，生产周期短，吸附剂孔径分布窄，微孔含量大等，并可根据不同的原料和处理工艺，通过添加助活化剂或特殊后处理工艺等方式来提高吸附剂的性能。其制备过程在本质上可概括为四个步骤：原料的选择和预处理；与活化剂充分混合，在300～500℃温度下进行脱水预活化； 500～1000℃下活化；冷却，充分水洗和干燥。前三个过程是决定吸附剂性能的关键技术。
制取天然气吸附剂的原料来源非常广泛，主要有木炭、泥煤、泥煤焦碳、石油产物、褐煤及其半焦碳等含碳物质，这些原料的共同特点就是含有大量的稠环芳烃结构。原料的广泛性为此项技术的产业化提供了充分的现实基础。预活化过程主要是发生部分脱水和碳化反应，产生大量甲烷、氢气、一氧化碳以及一些重烃气体，改善了原料表面的憎水特性，使其容易与活化剂充分润湿，并形成部分大孔，为活化剂进入原料颗粒内部提供充分的途径。活化过程主要是原料在KOH作用下发生芳环缩聚反应，形成石墨碳和芳香碳，从而构建成微孔，并在微孔内表面生成羟基、羧基、醌、过氧化物及醛等多种含氧官能团，从而有利于甲烷的吸附。
在目前工艺条件下，改变活化比（KOH与原料的质量比）便可研制出不同比表面积和微孔容积的吸附剂，欲增加吸附剂的比表面积就要提高活化比。国内的研究单位所采用的活化比为3:1～5:1。如果按原料烧失率计算，活化比在1:1～2:1之间就足以达到目前的效果。活化剂KOH的大大过量容易带来很多问题，例如：单质钾的产生；设备腐蚀严重；活化剂的回用负荷大；产品成本高等。所以此项技术实现产业化的关键在于降低活化比。
国外已经建成了天然气吸附剂的小批量生产装置，可以实现定购生产，但其成本较高，限制了吸附剂的应用深度和范围。在国内，此类技术多数处于实验室小试阶段，目前只有中国石油大学发明的复合活化技术进行过中试，并开展了活化热量的综合利用、吸附剂的洗涤工艺及其活化剂污水的回用技术等相关产业化技术研究。在国家科委项目和天然气总公司支持下，中国石油大学、清华大学和四川石油管理局正在进行吸附剂大试实验，估计今年年底可以提供产业化方案。复合活化技术的成功应用关键在于加入了助活化剂HJ-1，使得原料的炭化过程与预活化过程同时进行，不但提高吸附剂的吸附性能，而且降低了活化剂与原料比例，大大降低了生产成本，为其产业化的实施开辟了崭新的途径。
石油大学在95年用半年时间生产了200kg的粉体高表面活性炭，耗资近15万元；在2001年用10天时间生产200kg，耗资1.3万元；2004年承接国家“十五”重大科技攻关项目，建成50t/y 的中试生产线，生产了3吨粉体高表面活性炭，2005年继续改建成100t/y生产线，目前装置还处于调试期。辽宁石化与山西煤化所联合开发高表面活性炭的中试生产项目。
综上所述，我国ANG技术经历了实验室小试、厂矿中试和大试的十五年艰苦研发之路，建立了完整的吸附剂生产、洗涤、成型以及污水回用装置，基本解决了吸附剂生产过程中出现的系列安全问题，实现了可连续的、大规模的中试生产，其产品性能达到实验室小试水平，从技术角度讲，我国已经具备独立的知识产权和可实施产业化的ANG技术。
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