国外活性炭应用及我国活性炭发展趋势

摘要：简述了美国、日本和西欧等工业发达国家活性炭应用现状，应用表明环保问题是活性炭生产发展和消费量增加的主要推动力。分析了我国活性炭生产技术及产品的发展趋势，介绍了北京煤化学研究所开发成功的多种国际市场上畅销的活性炭新产品。

我国是世界活性炭生产大国，活性炭总产量仅次于美国位居世界二，但出口量位居世界一，每年出口活性炭7-8万t，因此国外活性炭市场的需求，对中国活性炭生产发展影响很大。由于配煤技术、催化活化技术、原料煤处理技术及新型成型技术在我国活性炭厂的广泛推广应用，我国活性炭正向着种类越来越多、质量越来越好的方向发展，以满足国内外不同用户的需求。

1、国外活性炭应用现状

活性炭是以煤、木材和果壳等含碳材料为原料制备的炭质吸附材料，其广泛用于气体吸附、分离、净化及液体净化、溶质富集等。目前工业应用的活性炭有颗粒活性炭、粉状活性炭、成型活性炭和活性炭炭纤维等，活性炭主要应用在水处理、化工制药、采矿、气体净化、食品加工、糖脱色、气体溶剂回收等领域。

工业发达国家近几年活性炭的应用表明环保问题是推动活性炭生产发展及消费量增加的主要推动力，而且在今年几年内环保问题仍然是活性炭生产发展及消费量增加的主要推动力。

据统计美国在1994年至1998年期间活性炭消费增长率约3.5%，颗粒活性炭消费增长率为3.7%，粉状活性炭消费增长率为3.3%。美国活性炭主要应用领域及数量见表1。美国活性炭主要应用领域为水处理，其中粉状活性炭用量约占50%，其余为颗粒活性炭；在气相领域主要采用颗粒活性炭。近几年美国从中国和东南亚进口的廉价活性炭数量增加；国外权威机构预测美国今后几年活性炭的消费年增长率为4-4.5%。

表1 1998年美国活性炭应用领域和数量

西欧活性炭的消费增长速度在1994-1998年间低于美国为0.7%，西欧主要活性炭应用领域和数量见表2。面对从中国进口廉价活性炭数量的增加，1995年欧共体对中国出口活性炭实行了反倾销；国外权威机构预测今后几年内西欧活性炭需求增长率为2%。欧洲严格的环保法规和传统工业是欧洲活性炭需求增长的推动力。但在欧洲粉状活性炭需求量将下降，颗粒活性炭的需求量将增加。

表2 1998年西欧活性炭应用领域和数量

从1994-1998年日本活性炭年需求增长率为1.9%，日本主要活性炭应用领域见表3。在这个时期由于水处理和气相吸附用活性炭的增加，使粒状活性炭需求量增加，而粉状活性炭需求量下降，在2003年以前活性炭的总需求量仍会增加，其中水处理用活性炭需求量增加较快。

表3 1998年日本活性炭应用领域和数量

2、我国活性炭发展趋势

我国活性炭工业生产起步于50年代，按生产原料划分有煤基活性炭、木质活性炭、果壳活性炭等。我国产量较大的煤基活性炭产品主要采用物理活化法生产，活化装置则主要采用我国50年代从苏联引进的斯列普炉，经过多次改进，炉体性能有了很大提高。我国煤基活性炭生产技术发展主要经历了单种煤生产活性炭、配煤生产活性炭及催化活化生产活性炭三个阶段。

单种煤生产活性炭是我国较早采用的一种生产工艺，至今许多工厂仍在采用，但受原料煤性质的限制，活性炭产品性能很难大幅度提高。为了弥补单种煤生产活性炭产品性能的缺陷，人们研究把性质不同的煤，按一定比例配合生产活性炭，采用这种生产工艺可以在一定范围内改善、提高活性炭产品性能，我国许多活性炭厂已采用这种新工艺生产活性炭产品。为了生产某些具有特殊吸附性能的优良活性炭产品，在活性炭炭化、活化生产过程中加入催化剂，催化炭与水蒸气的活化反应，改变活化成孔机理，提高活性炭产品吸附性能，这种活性炭生产方法被称为催化活化法，目前煤炭科学研究总院北京煤化学研究所开发的这一生产工艺技术正在我国活性炭厂推广应用。

在活性炭生产用原料煤处理方面，我国正在研究开发煤的深度脱灰技术、新型成型技术。煤经过特殊洗选处理灰分可降到2%左右，以这种低灰煤为原料，可生产出性能优异的活性炭产品；采用成型技术可生产多种性能优异的活性炭新产品。

虽然近十几年来我国活性炭工业有了很大发展，但和工业发达国家相比，在活性炭产品质量、品种方面仍存在许多问题，缺少低灰、高强度、高吸附性能、具有特殊用途的活性炭产品，因此，我国活性炭产品在国际市场上缺乏竞争力，售价低。我国活性炭行业急需提高活性炭产品性能和质量，以增强我国活性炭产品在国际市场上的竞争力。

3、北京煤化学研究所开发的活性炭新产品

随着活性炭应用领域的不断扩大及对其吸附性能要求的不断提高，国外开发了一系列新的活性炭新产品，如高比表面活性炭、吸附催化活性炭等，近年来，活性炭产品的开发将朝着高强度、低灰、多功能、高吸附性、高选择性及廉价的方向发展。

北京煤化学研究所活性炭研究室是专门从事煤基活性炭生产技术及产品开发的研究机构。近几年来，根据国际活性炭市场需求，以国内煤炭、果壳和木材为原料，经过多年潜心研究，开发成功了多种国际市场上畅销的活性炭新产品。

3.1 汽车回收汽油用活性炭

为防止汽油挥发而浪费燃料和污染环境，发达国家汽车上一般要安装装填活性炭的炭罐。所用活性炭不仅要求吸附性能好，而且要求有较好的脱附性能，一般用丁烷工作空量BWC表示其性能优劣，要求BWC＞9(g/100ml) 。国内用常规方法生产的活性炭BWC只有6左右，难以满足国外汽车使用要求。北京煤化学研究所活性炭室已开发出该产品生产技术，其主要性能达到国外同类产品性能要求。

3.2 溶剂回收活性炭

溶剂回收活性炭也是目前国际市场上畅销的活性炭产品，售价较高。北京煤化学研究所利用催化活化技术研制出中孔发达、强度高的溶剂回收用活性炭，该产品具有堆积密度高、吸脱附速度快等特点，填补了国内生产空白。

3.3 大颗粒活性炭

随着活性炭领域的不断扩大，一些新的应用领域要求活性炭有较大的粒度，以减少由于活性炭颗粒小而造成的床层压降。用常规方法生产的大颗粒吸附性能、催化性能及强度难于同时满足使用要求。我们根据中国煤质资源特点，以年青煤为原料生产出直径大于8mm的大颗粒活性炭，其性能达到国际先进水平。

3.4 烟气脱硫用活性炭

随着环保要求的提高，煤气脱硫技术应用越来越普遍。采用活性炭脱硫的烟气脱硫技术，由于脱硫效率高，且能同时脱硝，已引起越来越广泛的关注。德国、日本已建成数套工业装置，烟气脱硫用活性炭需求量逐年增加。北京煤化学研究所借鉴国外先进的生产工艺，在国内工业生产出硫容量高、强度好的烟气脱硫用活性炭。

3.5 低比表面积、低成本活性炭

随着环保要求提高，市场上需要一种低比表面、低成本的用于废水、废气和土壤改良的活性炭，如用常规方法生产，成本高，用户难以接受。北京煤化学研究所开发的新工艺使这一产品生产成本大幅度降低，广泛应用成为可能，这一方法为国内首例，已申报发明专利。

3.6 高比表面积、高亚甲蓝活性炭

由于应用领域的扩大及对活性炭吸附性能要求的提高，高比表面积、高亚甲蓝活性炭也是目前市场上畅销的一种新产品，北京煤化学研究所采用催化活化技术生产出比表面积大于1500m²/g，亚甲蓝大于300mg/g、强度大于85%的煤基活性炭，此种活性炭产品用斯列普炉就可以生产。

3.7 压块破碎活性炭

压块破碎活性炭是一种不用焦油等粘结剂生产的—中孔发达的活性炭产品，该产品具有吸附性能好、堆积密度高及漂浮率低等特点，是国际市场上畅销的活性炭产品之一。北京煤化学研究所从90年代初就开始研究压块破碎活性炭生产技术，在国内率先成功进行了工业试验，并批量生产，该产品全部出口。

目前，北京煤化学研究所正在根据国内外活性炭市场的需求开发特种成型活性炭、碳分子筛等新产品及内热式回转活化炉等生产装置，预计不久的将来这些产品及装置就可以工业化生产。