生產和問題
我國的木製活性炭工業經過半個世紀的發展,尤其是改革開放20多年來取得了令人矚目的成就。產量從1949年的幾十噸到2003年20多萬噸;品種從幾個發展到的幾十個;出口量從無到2003年的15萬多噸,遍布全國二十多個省、市、自治區,我國已成為事實上的活性炭生產大國。但是與已開發國家相比,我國的活性炭工業仍然存在很大差距,主要表現在:
企業規模小、生產裝備落後、勞動生產率低、市場競爭力不強
我國活性炭工業儘管已是世界上的生產和出口大國,但還不是活性炭強國。我國的90%的木質活性炭廠是年產幾百噸到上千噸的小企業,年生產能力真正達到萬噸規模的幾乎沒有。而我國的木質活性炭企業大多數遍布於林區和鄉鎮企業,規模較小,生產裝備既不先進而且較難更新,主要設備是大同小異,勞動生產率一般在幾十噸/人·年或更低。而國外,像美國、日本活性炭生產主要集中於萬噸以上的大企業,這些大企業不但產量大,生產裝備先進,大都實現了生產流水線的全盤自動化和計算機管理控制,故勞動生產率很高,達到幾百噸/人·年。
森林資源浪費,環境污染嚴重
我國是少林國家,生產活性炭只能採用林業加工剩餘物為原料,而前幾年,福建、江西等林區的整片山林承包或出租給個人,個體企業主為獲取更大利潤,只顧眼前利益,置森林保護和生態環境保護於不顧,成片砍伐林木燒炭後再經土法水蒸氣活化而製取活性炭(一般薪炭材製成活性炭,採用物理活化法需要15~20噸/噸),已經造成這些地區的森林破壞、水土流失,個別從未發生過洪災的地區也出現了前所未有的洪水泛濫。而採用鋸木屑經過化學法生產活性炭的企業,大多是土法的平板爐,既沒有廢氣回收裝置,也沒有廢水處理設備(一般生產一噸成品化學炭需要化學活化劑0.3~0.5噸,工業鹽酸0.5~1.0噸),由於高溫活化和酸、水後處理,生產中產生大量的酸性廢氣和廢水,給當地的生態環境造成污染極為嚴重。可以說中國的化學活性炭所取得的一點不大的經濟效益,是以沉重的環境為代價換取的。近幾年,有些生產廠家雖然在治理環境污染上也做了不少工作,但終因經費、技術、設備等原因尚未得到根本治理。
管理無序,各自為政
我國木質活性炭企業雖然大大小小也有幾百家,不論在生產、經營、外貿等方面都是政出多門,各自為政,管理無序。雖大多數企業屬林業系統管理,但也有不少企業屬鄉鎮企業、民營企業、城建、輕工、化工等部門管轄,所在經營過程中(尤其是外貿出口)是多頭經營、競相壓價,造成惡性競爭。根據有關資料,我國活性炭的出口價只相當於國際市場價的1/2~1/3,甚至更低。儘管如此,由於多頭經營、缺少巨觀管理,競相壓價爭取外商的現象仍屢見不鮮。這種無序狀況導致外商進一步壓價,有時還引起外國同行協會或商貿部門的反傾銷,而我國卻無人應訴,這種局面嚴重影響了我國活性炭對外貿易的競爭力和國家商業信譽。
我國木質活性炭產業技術基礎薄弱,科學研究起步晚,科研經費不足,科研力量分散,科技對生產力發展貢獻不大
我國對活性炭的科學研究起步於20世紀的六十年代,而真正開始工作是文化大革命結束後的七十年代下半期。從那時起,許多科技工作者對活性炭的原料、製造、套用、孔隙結構和吸附理論都作了不少工作,對我國活性炭工業的快速發展做出了很大貢獻。我國不少大專院校和科研單位涉足活性炭的科技工作,並取得了一批成果,但由於經費、體制等問題,大多停留在“紙上成果”上,而真正轉化為生產力的不多。據各方了解和查詢,至今我國木質活性炭還沒有標準的生產工藝規程,普遍存在著生產工藝單一,產品品種不多,套用面狹窄,通用產品多,專用品種少等問題,美國化學文摘每年刊登500多條有關活性炭的文摘,其中活性炭套用方面的文摘占50%以上,在水處理和廢氣處理等環保方面尤為突出,一些專用炭和新開發用途頗受重視,美國、日本都有300~400多個活性炭品種,而我國僅有50~60多個品種和牌號。
發展趨勢
21世紀
活性炭作為新材料和碳素材料的一個重要分支,其綜合的優良吸附性能和在幾乎所有國民經濟部門的廣泛套用,必將在新世紀裡繼續顯示其旺盛的生命力,同時也將面臨更多的發展機遇和挑戰。
如上所述,與已開發國家相比,我國的活性炭行業還是較落後的,尤其在套用開發,專用炭製造等方面差距更大。例如從環境保護來看,世界已開發國家從20世紀70年代開始,環保行業逐漸成為活性炭的主要消費市場,早在1994年,美國用於環境保護中水處理和氣體處理的活性炭占其當年總用量13萬噸的66%;日本這兩項的用量占當年總用量8.5萬噸的75%。我國近十多年環保形勢日趨嚴峻,水處理、氣體處理用活性炭還遠遠沒有普及。據報導:江浙太湖流域水源中藻類較多時,採用大孔較多的具有一定焦糖脫色力(A法≥85%)的木質粉炭,並在水源混凝沉澱時加入,各種藻類去除率可達81%~98%。隨著2003年北京奧運會和2010年上海世博會的申辦成功和我國在10~20年裡要全面跨入小康社會我們可以充滿信心預計,僅環境保護這一領域,活性炭的用量將會成倍增長,初步估計環保用炭不會少於10萬~20萬噸/年。
從活性炭的傳統市場來看,活性炭在液相脫色和精製中的套用最早是在製糖和發酵工業。我國每年產糖600多萬噸以上,至今未能採用活性炭脫色,以國外製糖業活性炭用量占糖量的0.3%~1.0%計,活性炭在製糖業的套用量將占有2萬~6萬噸市場份額。據資料報導,改革開放20多年來,我國的糧食轉化工業如發酵工業得到了飛速發展,澱粉糖從30萬噸/年增至200萬噸/年,檸檬酸從25萬噸/年增至40萬噸/年,味素產量2002年達到91萬噸,這些產品在生產和精製過程中活性炭是必不可少的,它們成倍增加必然導致活性炭需用量也成倍增加。據粗略統計,僅味素用炭一年就要3.5萬~4.0萬噸,另外山梨酸、檸檬酸、醫藥中間體、食品添加劑及染料中間體等等需木質活性炭的年用量約3.0萬~3.5萬噸。
活性炭雖然是一個歷史悠久的產品,作為現代工業來講在我國又是一項新興產業,它之所以能經久不衰,至今仍然有著蓬勃的發展勢頭和活力,這與它的用途不斷被展有關,它不但已在上述傳統的製糖、發酵、製藥、食品、輕工、醫藥、冶金、化工、兵工等領域中廣泛套用,而且正在向著與人類生存環境息息相關的環保、淨水、空氣分離、電子信息、原子能及生物工程、納米材料、高能電極材料、高效催化劑載體等高新科技領域滲透擴展中,找到了更為廣闊的新用途。因此可以預見,未來幾十年中我國在全面建設小康社會的過程中,活性炭產業是方興未艾,必將持續發展。估計大約再過10年,我國活性炭年產量將有望達到20萬~30萬噸,它在國民經濟發展中的地位將會越來越顯示其不可取代的一面。那時,我國將成為名副其實的活性炭生產、消費、出口大國。
幾點建議
發揮活性炭行業協會的作用,加強行業的協調和管理,加強富達企業間的合作並逐步向企業集團過渡,建立和培育中國的大型活性炭企業集團,增強國際競爭力
2003年12月國家民政部正式批准,成立的中國林產工業協會活性炭分會是我國唯一的活性炭行業組織,它是一個跨地區、跨部門、跨所有制的在自願、平等、互利、互惠的原則下組成的全國活性炭行業組織,希望通過各方努力辦成活性炭的企業之家,在協助政府部門積極做好活性炭企業的組織、協調、交流、指導等方面的服務工作,使我國活性炭行業走上健康有序的發展道路,在增強國際市場的競爭力等方面發揮更大作用,真正成為政府有關部門與行業企業之間的橋樑和紐帶。
注意現有活性炭原料資源的有效利用,積極尋找替代原料和開發新資源
其實,可供抽制活性炭的資源很多,如南方的竹、木,北方的果殼,果核、木材加工三剩物、棉花稈、稻殼、優質煤、天然瀝青、炭黑、石油焦、石油瀝青等含碳資源。有針對性地開發活性炭資源對於滿足不同需求是有益的。例如,我國每年生產5萬多噸糠醛,每生產一噸糠醛有10~12噸廢渣,利用其廢渣生產的活性炭其硫容量很高,用於氣體脫硫有很好效果。再如中溫煤焦屑也可以生產出淨化含酚廢水用的廉價含碳吸附劑;石化行業大量廢棄的石油焦也是一種很好的活性炭原料,通過簡單的過熱水蒸氣加工即可生產出優質淨水炭。
密切科技與生產實際相結合,大力提倡科技創新,組織力量攻克化學法生產中的污染治理和降低消耗我國大多數木質
活性炭廠
由於規模小、資金不足、技術力量有限,在治理污染方面均未能根本解決問題。根據有關資料,化學法生產中的污染治理和降低消耗就其技術而言是可以做到的。例如日本氯化鋅法生產活性炭鋅耗幾乎為零,所採用設備為迴轉爐;美國磷酸法生產活性炭酸耗為0.2噸/噸以下,所用爐型亦為迴轉爐。我國浙江、江蘇等有些活性炭企業近幾年經採用新的轉爐和氣相回收裝置後,酸耗和氣相污染有很大降低和改善。儘可能採用適合的活性炭再生方法,以使活性炭“循環再利用”,進一步節約資源,降低使用成本。建議有關部門加大科研經費投入,走產學研相結合的道路,組織科研院所、大專院校和企業緊密合作,吸收國外先進技術,開發具有重大經濟效益和社會效益的科研項目,共同攻關,建立幾個有自身智慧財產權的有實際效益的示範工廠,爭取在不長時間內將化學生產活性炭廠的污染和消耗降到更低水平。
3.4
加強活性炭基礎研究和新技術新產品的研究與開發
深入探討活性炭的製取條件與活性炭結構形成和調變關係,逐步做到針對不同的吸附??解吸要求而有對應的生產工藝,努力緊跟世界高新技術的發展方向,建成具有我國特色的知識創新體系,大力加強活性炭新品系列的研究和開發套用,如活性炭的超細化和活性炭與納米材料的複合,高新電子電極材料和真正的“蓄電池”產品、新型催化劑載體、藥物緩釋劑、生物製劑線化專用活性炭、高能量密度物質的存貯專用活性炭、納米氧化催化劑活性炭復體等。
生產工藝
1、壓塊炭一壓塊成型炭化活化法。用粘結性強的煙煤作原料,磨粉至目,在帕壓力下壓成塊狀、餅狀或擠壓成煤 球狀。這種工藝歐美各國普遍採用,國內也己引進技術與設備建成生產線
2、球形炭一轉盤造球成型炭。也採用粘結性較強的煙煤為原料。七十年代後日本、蘇聯、中國等國家採用。近 年來蘇聯作了許多工藝性研究,並用來製造提取黃金炭。?
3、擠壓造粒方法。用飼料造粒機擠壓成條,但製品強度差
4、直接破碎炭。適合硬質煤,與果殼工藝相同,原料直接破碎後炭化活化。
5、把化學藥品活化法引進到粒狀炭生產過程中來,以擴大原煤套用範圍和提高產品質量。