傳統與新興活性炭的制備方法不同 工藝不當將對環境造成影響
活性炭在凈化和過濾工藝中被廣泛用作吸附劑。但是,傳統的制備方法可能會由于溫室氣體的釋放而對環境造成不利影響。
Eurocarb Products公司的KC Perera在本文所介紹的斯里蘭卡的一個新項目,在確保活性炭供給的同時,大大減輕了制造過程對環境的影響。
生產活性炭的主要原材料是木炭和燃油。木炭的來源之一是椰子殼,Haycarb公司是椰殼活性炭的領先供應商。Eurocarb Products是Haycarb公司的歐洲子公司,該公司在斯里蘭卡Badalgama開發的Recogen項目是一種完全自動化的工藝過程,可以用椰子殼來生產木炭并發電。這一工藝旨在替代傳統的坑式燒炭方法,減輕對環境的不利影響。
活性炭
活性炭也被稱作活性木炭或活性煤,是一種多孔形式的碳,在凈化和過濾工藝中廣泛用作吸附劑。椰殼活性炭已應用在許多行業中,例如濾水器、呼吸器、溶劑回收和金礦開采。
除了椰子殼,活性炭還可以采用其他多種含碳的原材料制備,包括煤、泥煤和木材。采用不同的生產工藝,不同的原材料在終的產品中會呈現出不同的內在特性,這主要是由產品的孔隙率造成的。
椰殼活性炭具有非常高的孔隙率,在去除小型有機化合物和低沸點化學品方面,比用煤制成的活性炭性能更優異,因而成為濾水器和呼吸器的首選材料。另一方面,煤基活性炭具有大量的中等的和大型的微孔,適用于染料的去除。雖然原材料的性能各自不同,但對于特定的應用需求,不同原料制成的活性炭有時還是會具有一些相同的性能。
椰子殼比煤基和泥煤基材料更加環保,是一種可再生的容易獲取的材料。無需開采或挖掘不可再生的化石燃料資源,例如煤或泥煤。但是,盡管活性炭在溶劑回收、污水控制中廣泛用于去除污染物和其他副產物,但其生產方式并不是非常環保的。
活性炭的生產
活性炭的生產通常包括三個步驟:預活化、活化和后活化。
◆預活化是在活化之前進行質量的檢查以及材料的篩選。此時的材料被稱作入窯生料。
◆活化過程中,木炭入窯料會轉變成活性炭。Haycarb公司專門采用蒸汽活化法制備活性炭,椰殼木炭要承受特別設計的窯爐內的高溫蒸汽。其他制造方法還包括:化學活化,但這種方法需要使用大量的酸。
◆后的后活化過程就是檢查窯爐生產出的材料的質量參數。然后還要進行進一步的篩選和其他特殊的處理過程,例如清洗(灰燼/雜質的去除)、消磁和浸漬,以滿足特定的應用需求。
炭化
任何含碳材料在轉變為活性炭之前,首先必須進行炭化,也稱為碳化。炭化可以采用高溫熱解(通常用于椰殼的炭化)來實現,也可以作為化學活化工藝的一部分。
在化學活化工藝中,要使用大量的酸,在廢棄物排放過程中,這可能會對環境造成永久的破壞。
椰殼可以采用一種不需要酸的方法通過熱解作用轉變為碳。但是,在椰子的生產國,椰殼燒炭是一種傳統的作坊式產業,在大多數情況下,椰殼都是通過一種坑式燒炭的工藝轉變為木炭。這是一種非常直接的方法,即將椰殼放到一個較寬且淺的坑內,再覆蓋上一層木炭粉,然后在氧氣條件下燒制。這是一種歷史悠久的傳統椰殼炭生產方法,可以在許多種植椰子的地區看到。終生成的炭出售給活性炭生產商,經過質量檢測后,用于活性炭的生產。
一些制造商為了減少預活化過程,可能會直接從木炭制造者手中購買預先篩選過的材料,從而降低質量控制的成本。但這可能會導致產品的質量問題,因為坑式木炭制造者通常是按重量出售木炭的。例如,未篩選出的沙子等雜質在高溫條件下,可能會轉變成玻璃態的物質,使得終產品不適用于飲料和食品相關的領域之中。
新工藝的需求
這一工藝的問題就在于坑式燒炭法本身。因為這種方法的制備條件比較難控制,而且會釋放大量的溫室氣體,例如甲烷、各種有機揮發物。據統計,2007年在斯里蘭卡,采用坑式燒炭生產5.5萬噸木炭的過程中,大約有13萬噸甲烷和其他氣體/蒸汽被釋放到大氣中。因此這種方法受到越來越多的質疑和調查,而且可能會被禁止使用。
Recogen工藝
為了應對環境問題,Eurocarb的母公司Haycarb在斯里蘭卡Badalgama開展了一個名為Recogen的項目。Recogen是一種專利的機械化工藝,采用一種專門設計的反應器將椰殼炭化。原來會釋放到大氣中的氣體會被收集起來并燃燒,以產生蒸汽從而發電。這一項目目前仍處于初級階段,每年可生產大約2.6萬噸木炭,輸出6 MW的電量。
Recogen與Haycarb的傳統生產工藝具有非常大的區別,可以使制造商回到供應鏈上游,充分控制木炭的生產參數,從而控制產品質量。因此,在客戶制定新的活性炭規格時,研發團隊可以將這些要求結合到供給料中,而不必依賴傳統坑式燒炭的原材料。
該項目是作為母集團的一個子公司來運營的,通過向活性炭制造商供應木炭材料以及為國家電網供電,已實現自給自足。
此外,Recogen已得到《聯合國氣候變化框架公約》清潔發展機制的認可,獲得了碳信用交易權。在清潔發展機制下,發展中國家減少排放或消除排放的項目可以獲得一定的減排信用額,每個信用額等于1噸二氧化碳。這些信用額可以用來交易,工業化國家可以使用(購買)它們,以滿足京都議定書規定的排放目標。
雖然Recogen工藝仍未成熟,但每年已經能夠產生4.6萬的碳信用額(相當于減少4.6萬噸的二氧化碳排放)。對于許多努力減少碳排放的公司來說,Recogen項目有著積極的作用,而且將來能夠出售這些碳信用。Haycarb希望通過Recogen項目的擴大和新技術的進一步研發,來鞏固其對于綠色技術的承諾,以減少在過濾和分離行業占有重要地位的活性炭產品對于環境的影響。
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