浅析煤基活性炭生产设备中智能化技术应用

侯伟，李会贤

（中蓝长化工程科技有限公司，湖南 长沙 410116）

活性炭可以去除液体或气体中的多种极少量有毒有害物质，从而达到产品净化、精制或回收的目的，它具有物理化学性质稳定、孔结构发达、比表面积巨大、选择性吸附能力强等优点，已经被广泛应用于各行各业。随着科技的发展，活性炭生产工艺技术水平不断提高，应用要求和领域不断拓展，市场对活性炭的需求日益增多，因此，很有必要加强活性炭生产设备智能化方面的开发工作，满足经济市场的需求，从而促进中国活性炭产业的健康发展。

1 煤基活性炭的特征与用途

活性炭表面存在功能官能团，决定了其吸附能力。官能团中不同性质化合物对不同的吸附质作用差别很大，一般来说，含酸性官能团的活性炭容易吸收习性化合物，反之，含碱性官能团则容易吸附非极性物质。为了使活性炭的应用更丰富、更全面，在其生产中，我们应该注重对其表面官能团的处理，增强其吸附能力，从而拓宽其应用范围。

时至今日，活性炭作为吸附剂已经被广泛应用于多个领域。一是气相吸附剂。活性炭作为气相吸附剂，具备吸附范围广、速度快、可再生和绿色无污染等优势，被大量用于空气污染治理、溶剂回收利用、气体分离提纯等方面；二是液相吸附剂。在液相吸附方面，活性炭可作为脱色剂、净化剂、吸附剂，比如，水环境治理中用它来改善水质，石油化工行业用它来精制化学品，食品行业用它来进行脱色处理等；三是催化剂。活性炭具有催化活性，是烟道气脱硫、酯的水解和氯化二氢的合成等化学反应的理想催化剂，在化工生产中有着广泛的应用；四是催化剂载体。活性炭表面具有发达的空隙结构，便于承载催化剂，还可以在化学反应中吸附易挥发有机化合物，不仅提高了原材料的利用率，还提高了催化反应的效率；五是其他应用。活性炭具备优良的特性，被开发利用于其他领域中一些特殊应用，比如，医药行业中血液渗析、胃肠失调等方面、金属精选中精制稀有金属、香烟中烟气过滤净化、检测分析中浓缩提纯、农林种植中改良土壤等。

2 煤基活性炭生产设备与工艺概况

2.1 生产工艺

目前，生产煤基活性炭方法很多，在此仅以煤基活性炭的通用制造工艺为例来介绍。煤基活性炭的生产工艺一般分四步进行。一是原料准备。选择出合适的煤原料，用破碎机将其捣碎，筛选出一定块度的煤粒，用特定的物理方法制作成需要的形状，为增加活性炭官能团的功能，也可将特定成型料进行氧化处理；二是炭化。用炭化设备在高温下将煤炭灼烧成灰；三是活化。在高温下，用氧化性物质将炭化料在高温下进行氧化反应，形成特定孔隙结构；四是后处理过程。活化料通常还需要烘干、筛选、提纯和二次成型后，才能分级包装出库，之后流入市场。

2.2 生产设备

煤基活性炭生产过程涉及的生产设备随工艺方法变化而变动，主要设备大体上是一致，分别是备煤设备、炭化设备、活化设备、包装设备等。备煤这块设备主要包括破碎机、粉碎机、干燥机等。炭化活化设备主要是干燥机、炭化炉、流态活化炉等。包装部分为提高效率采用全自动混合包装一体机。

3 智能化技术的应用与发展

3.1 现状分析

煤基活性炭生产设备经过多年发展，设备自动化程度越来越高，但在技术上与国外企业差距还是很大，具体体现在以下几个方面：第一，国内智能化生产设备大多采用的是国外进口的初级设备产品，设备自动化性能需进一步提高，以适应行业需求；第二，国外煤基活性炭自动化生产设备价格昂贵，国内厂商短时间内也生产不出自动化性能比较全面的活性炭生产成套设备；第三，国外活性炭生产设备存在着技术出口限制，国内厂商难以掌握高端设备生产技术。

3.2 设备智能化控制要点

（1）原料煤的选择。在活性炭的生产中，煤原料的灰分、挥发分、碳含量和焦块指数对活性炭生产影响很大，这些指标需要用分析仪器进行检测，效率低，应该采取智能化筛选设备，便可快速地进行细微分析，还可以解决感官评定没法做到的部分，提高原料选择的自动化程度。

（2）炭化温度控制。炭化工序很关键，它决定了活性炭产品的最终机械强度等级、孔结构特性以及吸附性能强度等，炭化工序的重点是对炭化温度的控制，碳化炉内的温度分布不合理，炭化料就容易出现过多的裂纹和夹生料。智能化技术有助于实现炉内温度分布调控。

（3）活化工序出料量。活化程度是否合适取决于活化设备出料器的水容量指标。智能化技术有助于调控设备出料时间和出料量，实现对活化料质量的自动化控制。

3.3 最新智能化活性炭生产设备

（1）内热蒸汽转炉。内热蒸汽转炉将活化炉与炭化炉设计在一个炉腔内，活化区设置在腔内前部，与其连通的空气输入装置，为活化提供氧化气体，氧化还原产生的大量热和水煤气一方面供自身反应使用，另一方面可以通过蒸汽输入装置传递给炭化工序。此外，剩余的热量还可以给锅炉供能。这种集炭化和活化为一体的智能装置，无须再补充其他能源，缩短了活性炭生产过程，提高了生产效率，减低生产成本。

（2）双功能生产装置。双功能生产装置利用先进的工艺智能调试，自动化控制炭化炉、活化炉等重要硬件设备，均匀控制炭化炉、活化炉内的各段温度，确保炭化料和活化料合格，提高活化炉产量。此外，该装置还具备节能保护的特点，它采用智能气体回收装置，一方面回收利用燃烧不充分的气体，另一方面，回收活化料携带的大量蒸汽，供活性炭生产使用。这种集内热和外热为一体的智能装置，实现了蒸汽能量的高效利用，降低了生产能源成本，确保了产品的性能，丰富了产品的性能，值得被推广。

3.4 发展措施

（1）引进国外先进技术。我国国内的活性炭产品生产技术薄弱，借鉴国外先进工艺生产技术和高端生产设备，提高国内活性炭生产设备的智能化水平，争取早日实现国内活性炭产业生产设备自动化。

（2）加强交流。智能制造意味着产业升级、技能升级，它需要现代化产业工人，未来对智能装备、智能监控和智能操作等方面的人才需求巨大，活性炭行业的技术人员应以增强国内活性炭产业为己任，积极参加职业教育培训计划，加强学术交流，特别是活性炭生产设备智能化控制要点方面，为活性炭生产设备智能制造贡献自己的一份力量。

（3）寻求研发投资。进一步拓展研发活性炭智能化生产设备领域的融资渠道，争取政府补贴、银行融资和扶持基金等三方社会资本，缓解智能设备研发的成本困境。

（4）政策鼓励。出台与活性炭生产设备制造水平相适应的智能制造推进政策，推进我国活性炭生产设备智能化升级，实现智能装备引进与工艺改造有机融合，从而促进活性炭生产过程全面自动化。

（5）加强基础设施建设。在推进活性炭生产设备智能化生产的过程中，应加强信息基础设施建设，建议在工业园区搭建较为完备的智能化基础性物理架设，构建活性炭生产设备全面标准化体系，以此推动智能制造标准化，从而推进活性炭产业健康地发展。

4 结语

为了满足当前对活性炭市场不断增长的需求，应提高煤基活性炭的生产效率。活性炭的生产效率是与其生产工艺技术和设备有关，而先进的生产工艺技术依赖于行业研发人士对其结构与特征的充分探究，工艺与之配套的设备又是相辅相成的，两者同步发展才能真正促进活性炭产业可持续发展。智能化是活性炭生产设备未来发展的趋势，为了推进活性炭生产设备智能化的进程，必须先了解智能化技术在产业中的应用现状，熟悉设备智能化控制要点，然后才能合理地采取引进国外先进技术、加强交流、寻求研发投资、政策鼓励、构建智能制造标准化体系等措施来实现。智能化生产设备可以大规模、高效、低成本地生产出合格的活性炭产品，因此，我们应该全力开发活性炭整套智能化生产设备，以满足国内规模化生产活性炭的需求。