煤质活性炭的炭化过程反应详解

白云碳素原创    
2019-06-14 10:49:06
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炭化工序是气体活化法生产活性炭过程中的重要工序之一,该过程是把原料隔绝空气加热,使非碳元素减少,以生产出适合接下来活化工序所需要的炭化材料的工序,是活化前的主要准备与基础。

炭化过程实际上就是物料在低温条件下的干馏过程。在该过程中,物料在一定的低温范围内和隔绝空气的条件下逐步升温加热,物料中的低分子物质首先挥发,然后煤及煤焦油沥青分解和固化。整个炭化过程中物料会发生一系列复杂的物理变化和化学变化,其中物理变化主要是脱水、脱气和干燥过程;化学变化主要是热分解和热缩聚两类反应。物料在热分解和热缩聚反应过程中析出煤气和煤焦油,物料中有机化合物的氧键结合基被破坏,氧元素以 H20 、 CO 、 CO 2等气体析出,同时形成芳香族化合物和交联的高强度碳分子结构固体;在炭化过程中,由于物料在高温分解时将氧和氢等非碳物质排出,失去氧、氢后的碳原子则进行重新组合,形成具有基本石墨微晶结构的有序物,这种结晶物由六角形排列的碳原子平面组成,它们的排列是不规则的,因此形成了微晶之间的空隙,这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结构并赋予能经受活化所需要的机械强度。对物料炭化的要求就是通过炭化所得的炭化料外观要达到一定的规格和形状,内部结构上要具有一定的初孔结构,同时要具有较高的机械强度。
煤质活性炭的炭化过程反应
炭化过程一般可以分为以下几个阶段。  

(1)干燥阶段。温度在 120 ℃ 以下,原料煤释放出外在水分和内在水分,此时原料煤的外形无变化。  

(2)开始热解阶段。原料煤开始发生分解反应释放出热解水,形成气态产物(如 CO 、 CO2、 H2S 等),不同煤种开始热解的温度不同,变质程度低的煤的开始热解温度也较低。  

(3)炭化阶段。温度在 300 一 600 ℃ ,以缩聚和分解反应为主,原料煤大量析出挥发分,炭化过程析出的焦油和煤气产物几乎全部均在此阶段产生。黏结性烟煤在此阶段逐渐软化、熔融,形成气、液、固三相共存的胶质体,再经流动、缩聚、固化等过程转变为半焦;非黏结性则形成针状半焦或块状半焦。