摘要：簡述了美國、日本和西歐等工業(yè)發(fā)達國家活性炭應用現(xiàn)狀，應用表明環(huán)保問題是活性炭生產(chǎn)發(fā)展和消費量增加的主要推動力。分析了我國活性炭生產(chǎn)技術(shù)及產(chǎn)品的發(fā)展趨勢，介紹了北京煤化學研究所開發(fā)成功的多種國際市場上暢銷的活性炭新產(chǎn)品。

我國是世界活性炭生產(chǎn)大國，活性炭總產(chǎn)量僅次于美國位居世界二，但出口量位居世界一，每年出口活性炭7-8萬t，因此國外活性炭市場的需求，對中國活性炭生產(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)在我國活性炭廠的廣泛推廣應用，我國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，以滿足國內(nèi)外不同用戶的需求。

1、國外活性炭應用現(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、氣體溶劑回收等領域。

工業(yè)發(fā)達國家近幾年活性炭的應用表明環(huán)保問題是推動活性炭生產(chǎn)發(fā)展及消費量增加的主要推動力，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)展及消費量增加的主要推動力。

據(jù)統(tǒng)計美國在1994年至1998年期間活性炭消費增長率約3.5%，顆粒活性炭消費增長率為3.7%，粉狀活性炭消費增長率為3.3%。美國活性炭主要應用領域及數(shù)量見表1。美國活性炭主要應用領域為水處理，其中粉狀活性炭用量約占50%，其余為顆粒活性炭；在氣相領域主要采用顆粒活性炭。近幾年美國從中國和東南亞進口的廉價活性炭數(shù)量增加；國外權(quán)威機構(gòu)預測美國今后幾年活性炭的消費年增長率為4-4.5%。

表1 1998年美國活性炭應用領域和數(shù)量

西歐活性炭的消費增長速度在1994-1998年間低于美國為0.7%，西歐主要活性炭應用領域和數(shù)量見表2。面對從中國進口廉價活性炭數(shù)量的增加，1995年歐共體對中國出口活性炭實行了反傾銷；國外權(quán)威機構(gòu)預測今后幾年內(nèi)西歐活性炭需求增長率為2%。歐洲嚴格的環(huán)保法規(guī)和傳統(tǒng)工業(yè)是歐洲活性炭需求增長的推動力。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年西歐活性炭應用領域和數(shù)量

從1994-1998年日本活性炭年需求增長率為1.9%，日本主要活性炭應用領域見表3。在這個時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年日本活性炭應用領域和數(shù)量

2、我國活性炭發(fā)展趨勢

我國活性炭工業(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50年代從蘇聯(lián)引進的斯列普爐，經(jīng)過多次改進，爐體性能有了很大提高。我國煤基活性炭生產(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)活性炭三個階段。

單種煤生產(chǎn)活性炭是我國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，改變活化成孔機理，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，目前煤炭科學研究總院北京煤化學研究所開發(fā)的這一生產(chǎn)工藝技術(shù)正在我國活性炭廠推廣應用。

在活性炭生產(chǎn)用原料煤處理方面，我國正在研究開發(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活性炭工業(yè)有了很大發(fā)展，但和工業(yè)發(fā)達國家相比，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、高強度、高吸附性能、具有特殊用途的活性炭產(chǎn)品，因此，我國活性炭產(chǎn)品在國際市場上缺乏競爭力，售價低。我國活性炭行業(yè)急需提高活性炭產(chǎn)品性能和質(zhì)量，以增強我國活性炭產(chǎn)品在國際市場上的競爭力。

3、北京煤化學研究所開發(fā)的活性炭新產(chǎn)品

隨著活性炭應用領域的不斷擴大及對其吸附性能要求的不斷提高，國外開發(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)將朝著高強度、低灰、多功能、高吸附性、高選擇性及廉價的方向發(fā)展。

北京煤化學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)的研究機構(gòu)。近幾年來，根據(jù)國際活性炭市場需求，以國內(nèi)煤炭、果殼和木材為原料，經(jīng)過多年潛心研究，開發(fā)成功了多種國際市場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)而浪費燃料和污染環(huán)境，發(fā)達國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，難以滿足國外汽車使用要求。北京煤化學研究所活性炭室已開發(fā)出該產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)，其主要性能達到國外同類產(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際市場上暢銷的活性炭產(chǎn)品，售價較高。北京煤化學研究所利用催化活化技術(shù)研制出中孔發(fā)達、強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，填補了國內(nèi)生產(chǎn)空白。

3.3 大顆粒活性炭

隨著活性炭領域的不斷擴大，一些新的應用領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、催化性能及強度難于同時滿足使用要求。我們根據(jù)中國煤質(zhì)資源特點，以年青煤為原料生產(chǎn)出直徑大于8mm的大顆粒活性炭，其性能達到國際先進水平。

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，且能同時脫硝，已引起越來越廣泛的關(guān)注。德國、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。北京煤化學研究所借鑒國外先進的生產(chǎn)工藝，在國內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)出硫容量高、強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，廣泛應用成為可能，這一方法為國內(nèi)首例，已申報發(fā)明專利。

3.6 高比表面積、高亞甲藍活性炭

由于應用領域的擴大及對活性炭吸附性能要求的提高，高比表面積、高亞甲藍活性炭也是目前市場上暢銷的一種新產(chǎn)品，北京煤化學研究所采用催化活化技術(shù)生產(chǎn)出比表面積大于1500m²/g，亞甲藍大于300mg/g、強度大于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，是國際市場上暢銷的活性炭產(chǎn)品之一。北京煤化學研究所從90年代初就開始研究壓塊破碎活性炭生產(chǎn)技術(shù)，在國內(nèi)率先成功進行了工業(yè)試驗，并批量生產(chǎn)，該產(chǎn)品全部出口。

目前，北京煤化學研究所正在根據(jù)國內(nèi)外活性炭市場的需求開發(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，預計不久的將來這些產(chǎn)品及裝置就可以工業(yè)化生產(chǎn)。