活性炭活化原理

 一、工作原理

    采用水蒸汽、烟道气（主要成分为CO₂）或其混合气体等含氧气体作为活化剂，在高温下与炭接触发生氧化还原反应进行活化，生成一氧化碳、二氧化碳、氢气和其它碳氢化合物气体，通过碳的气化反应（“烧失”）达到在碳粒中造孔的目的。其主要化学反应式如下

C+2H₂O               2H₂+CO₂—18kcal         ①

C+H₂O                H₂+CO—31kcal           ②

CO₂+C                2CO—41kcal             ③

    上诉三个化学反应均是吸热反应，即随着活化反应的进行，活化炉的活化反应区域温度将逐步下降，如果活化区域的温度低于800℃，上诉活化反应就不能正常进行，所以在活化炉的活化反应区域需要同时通入部分空气与活化产生的煤气燃烧补充热量，或通过补充外加热源，以保证活化炉活化反应区域的活化温度

    活化反应属于气固相系统的多项反应，活化过程中包括物理和化学两个过程，整个过程包括气相中的活化剂向炭化料外表面的扩散、活化剂向炭化内表面的扩散、活化剂被炭化料内外表面所吸附、炭化料表面发生汽化反应生成中间产物（表面络合物）、中间产物分解成反应产物、反应产物脱附、脱附下来的反应产物由炭化料内表面向外表面扩散等。

    活化反应通过以下三个阶段最终达到活化造孔的目的。

    1、炭化时形成的但却被无序的碳原子及杂原子所堵塞的孔隙的打开，即高温下，活化气体首先与无序碳原子及杂原子发生反应。

    2、打开的孔隙不断扩大、贯通及向纵深发展，孔隙边缘的碳原子由于具有不饱和结构，易于与活化气体发生反应，从而造成孔隙的不断扩大和向纵深发展。

    3、新孔隙的形成，随着活化反应的不断进行，新的不饱和碳原子或活性点则暴露于微晶表面，于是这些新的活性点又能同活性气体的其他分子进行反应，微晶表面的这种不均匀的燃烧就不断地导致新孔隙的形成。

     活化工艺控制的主要操作条件包括活化温度、活化时间、活化剂的流量及温度、加料速度、活化炉内的氧含量等。

    炭化料经破碎筛分，筛选合格炭粒作为活化原料，太粗的炭粒返回破碎筛分，太细的炭粒返回作为燃料使用，合格炭粒由斗提机提升到活化炉炉顶部加入炉内，借助炭化料的重力缓慢加入，炭每隔一定时间加入活化炉的炉内，与送入的过热蒸汽反应，炭在逐步下降过程中被蒸汽加热干燥，实现活化，最后经冷却由最下端卸料口隔一段时间卸出。水蒸气先经预热至300～400℃送至活化管内作为活化介质，与炭化料并流由上而下，在流动过程中不断与炭粒接触，经过一系列活化反应，在活化管下部烧失炭变成水煤气，水煤气与活化炭一同进入冷却段后在分离管内被分离出来，由下连烟道送到底部活化管外炉膛燃烧，由二次空气管吸入空气以满足燃烧需要，燃烧产生的高温烟气，通过蓄热室将热量传递给格子阵进行热交换，维持炉温，使活化反应继续不断地进行。

活化后的炭料经冷却后，破碎筛分，成品出售，细炭回收进入粉状活性炭工序，生产副产品粉状活性炭。