【導讀】利用污泥和褐煤生產(chǎn)活性炭技術(shù)

　　

【正文】 場競爭力分析 綜合上述分析可以看出，活性炭市場具有十分廣闊市場前景和發(fā)展空間，但是，目前國內(nèi)市場很不規(guī)范，生產(chǎn)廠家實力各異，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，市場正處于集中規(guī)范的發(fā)展期。主要市場競 爭對手已經(jīng)在生產(chǎn)上形成一定規(guī)模，在產(chǎn)品市場上具備較為完善的銷售渠道，并在行業(yè)內(nèi)具有豐富的市場應對經(jīng)驗。相比較而言，我們在這些方面均處于弱勢，成為我們的軟肋。但是，這些競爭對手們的優(yōu)勢是建立在先期發(fā)展的歷史經(jīng)驗上，我們后起之秀經(jīng)過一定時日也同樣具備這些優(yōu)勢。更重要的是我們還有以下競爭對手不具備的優(yōu)勢 。 環(huán)保新材料 機 密 31 國家政策優(yōu)勢 由于 我們采用城市污泥作為主要原料生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品，項目本身屬于國家政策鼓勵支持的環(huán)保領域， 不僅可以從項目審批方面得到政策支持，而且還可以在財稅政策上得到優(yōu)惠。 生產(chǎn)原料負成本 項目的主要生產(chǎn)原料是城市污泥和廉價的褐煤 。 城市污泥屬于國家財政補貼的原料，目前，按照城市不同，每噸污泥處置補貼費用通常在 100200 元之間，生產(chǎn) 10000 噸活性炭產(chǎn)品可以處理城市污泥約 10 萬噸，可獲得補貼費用約 1000 萬元 2021 萬元之間，相應的需要配套加入褐煤 約 3 萬噸，其購入褐煤成本約 800 萬元，因此，主要原料成本費用為負的 200 萬元 1200 萬元，也就是說，但從原料費用而言，就可有 200 萬元 1200 萬元收入。常規(guī)煤基活性炭的原料成本（物理活化法）約為 15001800 元 /噸產(chǎn)品，與同等生產(chǎn)規(guī)模的 常規(guī)煤基活性炭生產(chǎn)原料成本相比， 每噸活性炭產(chǎn)品可相應節(jié)約成本 2021 元 3000 元，年生產(chǎn)活性炭 10000 計算，則每年可節(jié)約原料成本約 2021 萬元 3000 萬元。 技術(shù)壟斷優(yōu)勢 由于 本項目核心技術(shù)屬于 我們掌握 壟斷性 技術(shù)， 在國內(nèi)外尚未有此類技術(shù)誕生，預計在近 5 年內(nèi)難以有市場競爭對手，完全有可能利用低成本和高品質(zhì)產(chǎn)品優(yōu)勢沖擊市場，快速搶占市場先機， 使得 我們 立于不敗之地 。 環(huán)保新材料 機 密 32 高端產(chǎn)品定位 由于目前國內(nèi)活性炭產(chǎn)品大多質(zhì)量低劣，基本上處于中低檔產(chǎn)品的惡性競爭狀態(tài)，本項目產(chǎn)品定位在高端產(chǎn)品上，利用 新項目、新技術(shù)、產(chǎn)品品質(zhì)調(diào)整靈活等優(yōu)勢，以生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品為主的定位，不僅可以滿足目前和今后高端產(chǎn)品市場需求，而且可以有效避免目前國內(nèi)中低檔次產(chǎn)品市場的惡性競爭。 環(huán)保新材料 機 密 33 第三節(jié) 項目建設方案 項目擬建地點 由于本項目的 主要原料是城市污泥，生產(chǎn)污泥運輸相對較難，因此，項目生產(chǎn)基地盡可能靠近城市污水處理廠，一方面有利于減少污泥原料的運輸，另一方面也有利于利用污水處理廠的污水處理設施協(xié)同處理本項目產(chǎn)生的廢水，同時也有利于項目產(chǎn)品在污水處理方面的應用。 由于目前在 北京、 上海 、 廣州 、 武漢 、重慶、天津、杭州、蘇州 等 大城 市或經(jīng)濟相對發(fā)達的城市，污泥處置形勢緊迫，原料市場需求旺盛，同時這些城市具有較強的經(jīng)濟實力，污泥處置的補貼政策也相對成熟寬松 ， 而且活性炭產(chǎn)品的市場需求也更加旺盛， 因此建議先在上 述城市建設生產(chǎn)基地 。 在此基礎上再逐漸向其他城市推廣。 項目建設規(guī)模和時間進度 項目建設規(guī)模 可以先考慮建設活性炭產(chǎn)品產(chǎn)量為 10000噸 /年，相應處理城市污泥約 10 萬噸 /年，配套褐煤原料 2 萬噸 /年 。 項目建設的時間進度為：項目立項審批 3 個月，項目建設施工12 個月，項目調(diào)試 3 個月，總工期約 16 個月。 環(huán)保新材料 機 密 34 生產(chǎn)工藝流程及生產(chǎn)設備概 述 工藝流程 圖 13 產(chǎn)品 的生產(chǎn)流程 城市污泥和褐煤 （配比控制） 干燥脫水、造粒 （煙氣熱源） 熱解碳 （控制溫度、時間） 初級活性炭 材料 (溫度、流量、時間控制 ) 成品活性炭 (品質(zhì)要求 ) 成品出廠 (性能監(jiān)測 ) 定量 混料 高溫碳化 疊加活化 脫灰 整粒 包裝外售 環(huán)保新材料 機 密 35 生產(chǎn)工序簡介 1）原 料的 制備 工序 本項目的原料制備主要包括以下幾個步驟，首先是生產(chǎn)原料城市污泥和褐煤的定量給料，然后是這兩種物料的混合與干燥脫水，最后是干燥脫水后物料的造粒加工，完成原料的制備工序。城市污泥與褐煤的定量給料，包括污泥的給料與定量，褐煤的給料與定量。污泥 定量 給料采用泵送和螺旋密閉輸送方式，保證給料的準確性和防止污泥臭味外逸。 褐煤定量給料 采用產(chǎn)車上料和定量皮帶輸送，實現(xiàn)褐煤的定量給料。污泥與褐煤混合采用專用立式混料機，混合后物料進入往復式污泥干燥脫水裝置，該裝置以煙氣為熱源，采用直接加熱方式干燥物料。物料水分調(diào)節(jié)到滿足工藝要求后，進入專用造粒機，進行造粒。造粒后的物料進入熱解碳化裝置加工處理。 2） 熱解碳化工序 干燥脫水造粒后的物料進入到熱解碳化工序。該工序采用內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯爐或者采用內(nèi)加熱隧道窯式熱解碳化爐，熱解碳化溫度控制在500℃ 700℃之間，熱解碳化時間控制為 12 小時。熱解碳化產(chǎn)生的可燃性氣體，一方面用作碳化的熱源，另一方面也用作 原料干燥脫水的熱源。 物料熱解碳化的主要功能就是將物料中的揮發(fā)組分加熱分解逸出，同時形成多孔固體炭質(zhì)作為活性炭的前驅(qū)體。 在 熱解 炭化期間，大部分的非炭元素，例如氫氣，藉由原料之裂解程序而以揮發(fā)性氣體產(chǎn)物被去除，如此炭化產(chǎn)物炭原子組合 芳香族環(huán)之片狀結(jié)構(gòu)，由于 環(huán)保新材料 機 密 36 非常不規(guī)則，故會形成一些裂隙，這些裂隙將會在活化程序中，形成更發(fā)達的微孔結(jié)構(gòu)。 3）疊加活化 工序 活化是活性炭制造最重要的工序， 其主要功能就是進一步豐富炭結(jié)構(gòu)中的孔洞，使之具有更強的吸附能力。本方案采用物理活化為主，化學活化為輔的疊加活化法，也就是在 750℃ 900℃之間 ，以二氧化碳和水蒸汽為活化介質(zhì)，同時在物料中添加少量的堿金屬鹽類物質(zhì)或磷酸類物質(zhì)作為化學活化劑，活化時間控制在 46 小時之間。一方面通過活化劑物質(zhì)的高溫分解及其 分解產(chǎn)物與碳之間的氧化還原反應，達到改善碳材料孔結(jié)構(gòu)性能指標的目的；另一方面，通過二氧化碳或水蒸汽物質(zhì)高溫下與碳之間的反應， 清除炭化過程中積蓄在孔隙結(jié)構(gòu)中的焦油物質(zhì)及裂解產(chǎn)物，發(fā)生炭原子氧化，擴大炭化料裂孔隙及創(chuàng)造微孔以提高孔洞體積或比表面積，產(chǎn)生高吸附量的活性炭。 4）水洗脫灰和整粒工序 以城市污泥和褐煤為原料生產(chǎn)活性炭，其產(chǎn)品中往 往含有較高的灰分，為了進一步提高活性炭的產(chǎn)品質(zhì)量，需要將活化后產(chǎn)物進行脫灰和整粒加工處理。脫灰過程就是采用水洗的方式將活性炭中可溶于水的無機鹽物質(zhì)吸出來，進一步降低活性炭中灰分。由于活性炭中加入了一定的堿金屬鹽類活化劑物質(zhì)，在高溫下此類物質(zhì)可與硅、鋁等酸性氧化物發(fā)生反應，生成可溶于水的堿金屬鹽類物質(zhì)，達到水洗脫灰的效果。 水洗脫灰后物質(zhì)經(jīng)過干燥和篩分整粒加工，最終得到高品 環(huán)保新材料 機 密 37 質(zhì)的不同種類的活性炭產(chǎn)品。 主要生產(chǎn)設備 主要工藝設備的選擇的思路是選擇那些已經(jīng)在工業(yè)界 成功 應用的設備， 由于本產(chǎn)品的目標 是要生產(chǎn) 出高端產(chǎn)品 ，因此目標為國 際 一流的設備 系統(tǒng) 。 本項目生產(chǎn)系統(tǒng)的主要設備包括：（ 1）原料 預處理設備系統(tǒng)，主要是原料 干燥脫水及造粒設備 ； （ 2） 熱解碳化設備系統(tǒng)，主要采用內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯熱解碳化爐或者采用內(nèi)熱式隧道窯 熱解碳化爐。（ 3)高溫活化設備系統(tǒng)，主要采用斯列普活化爐。 1) 原料預處理設備系統(tǒng) 包括原料干燥設備和造粒設備。干燥設備可采用煙氣直熱式回轉(zhuǎn)筒干燥器和機械往復式干燥器。造粒設備可采用擠出式造粒機，造粒尺度要求要滿足活性炭產(chǎn)品尺度的要求。 2) 回轉(zhuǎn)式 或隧道式 炭化爐 炭化爐是一個組合傳動設備。其原理是按 對流工作的萬式，使成型的條狀物料在轉(zhuǎn)爐內(nèi)于一 定溫度下生產(chǎn)炭化產(chǎn)品，使之揮發(fā)物降至11%以下 ， 確 保產(chǎn)品在活化爐內(nèi)不互相粘結(jié)，并具有初步的孔隙結(jié)構(gòu)。本項目采用 內(nèi)熱式 回轉(zhuǎn)窯熱解碳化爐或者采用內(nèi)熱式隧道窯 熱解碳化爐 。 回轉(zhuǎn)窯 炭化爐 的 主要工作原理為：煤氣等在燃燒室燃燒，熱煙氣從爐體尾部流向前端，與從逆向而來的物料直接接觸，物料隨著向爐 環(huán)保新材料 機 密 38 體尾部流動，溫度逐漸升高，經(jīng)歷干燥，脫揮發(fā)份，炭化過程，最后由尾部排出進入涼料場。爐體呈 25176。傾斜角，運行時緩慢轉(zhuǎn)動，爐體前端內(nèi)部設有螺旋推料板，以推動物料箱前流動。通常采用的炭化最 終溫度為 500～ 750℃；炭化溫度梯度亦應經(jīng)過詳細設定，一般來說，當采用轉(zhuǎn)爐炭化時，爐尾溫度一般不允許超過 180℃，出料口附近的溫度為 500～ 750℃。 對內(nèi)加熱轉(zhuǎn)爐炭化方式來講， 最終溫度的控制是靠爐頭燃燒室溫度的調(diào)控來實現(xiàn)的，爐尾溫度及沿爐體軸向的溫度梯度分布則由爐體的長度、轉(zhuǎn)速及煙道的抽力來調(diào)控的，當爐體的長度和轉(zhuǎn)速均固定時，調(diào)整抽力可部分地實現(xiàn)溫度分布調(diào)控功能。 3)斯列普活化爐 煤基活性 炭大多采用自熱平衡式活化爐來活化，爐型多為斯列普或改良后的斯列普活化爐。斯列普爐由方形的活化爐主體、蓄熱室，連接 煙道、燃燒室和煙囪等組成。此爐型生產(chǎn)能力根據(jù)爐內(nèi)產(chǎn)品道個數(shù)而定 。該爐生產(chǎn)的活性炭質(zhì)量優(yōu)良，適用于各種顆?；钚蕴康纳a(chǎn)；節(jié)約能源，正常生產(chǎn)中熱量能夠平衡自給 。工藝操作簡便穩(wěn)定，可以實施程序化自動操作。同臺爐可用不同的產(chǎn)品道生產(chǎn)不同品種的多種活性炭；活化爐維修工作量小，爐齡長，如果精心操作維護可連續(xù)運轉(zhuǎn)多年；生產(chǎn)費用低、勞動強度小、動力消耗少，無污染物排放。斯列普活化爐仍被認為是目前國內(nèi)生產(chǎn)煤質(zhì)活性炭比較理想的活化爐。 環(huán)保新材料 機 密 39 圖 14 斯列普活化爐的結(jié)構(gòu)示意圖和實體圖 場地及 環(huán)境 要求 項目占 地 項目總占地面積約 55000 平方米 。 其中，主生產(chǎn)廠房占地約30000 平方米，原料及成品堆場占地約 10000 平方米 ， 辦公 樓、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控測試實驗室 和生活場所占地約 5000 平方米，綠化及廠區(qū)道路占地約 10000 平方米。 廠房的 計劃 分 五 個區(qū)域，區(qū)域一為 3000平方米的 原料預處理 廠房 ； 區(qū)域二 為 熱 解碳化工序 廠房 ，占地約 5000平方米 ； 區(qū)域三 為活化 廠房 ， 占地約 2021 平方米； 區(qū)域四為 脫灰、干燥 、 整粒 、成品包裝 廠房，占地約 10000 平方米 ；區(qū)域五為除塵、水處理等環(huán)保設施廠房，占地約 10000 平方米 。 環(huán)境要求 1） 廢水 本項目 只是在活性炭洗滌時產(chǎn)生廢水，由于采用水洗，而不是酸洗，因此，產(chǎn)生的廢水物有機污染物產(chǎn)生，只是含有少量無機鹽，廢水易于處理 。本項目產(chǎn)生的工藝廢水和生活廢水，經(jīng)過加工處理 環(huán)保新材料 機 密 40 后直接用作廢氣凈化用水，項目本身無廢水排放。 2） 廢氣 本項目 在熱解碳化和活化過程中會產(chǎn)生可燃性氣體，這些氣體經(jīng)過二次燃燒處理和換熱處理后形成廢氣， 廢氣中含有粉塵和二氧化硫、氯化氫等酸性氣體，利用本項目產(chǎn)生的經(jīng)過處理后的工藝水和生活水為水源，經(jīng)過濕法除塵和濕法脫酸處理后，煙氣從煙囪達標排放 。 3） 固體廢棄物 本項目 只有在尾氣凈 化過程中會產(chǎn)生脫硫固體副產(chǎn)物，該產(chǎn)物可以用作水泥建材添加料或直接用作建材生產(chǎn)原料，實施其資源化回收利用，項目本身無固廢 產(chǎn)生 和外排 。 生產(chǎn)成本估算及預期 效益 生產(chǎn)成本估算值： 萬元 /年。 本項目的生產(chǎn)成本主要由原料成本、動力成本、人工成本、原料采購及產(chǎn)品銷售成本、設備系統(tǒng)維修成本、設備及廠房折舊等構(gòu)成。 測算項目正常年生產(chǎn)的完全成本為 萬元 /年。 有關(guān)成本構(gòu)成及測算如下： 1）原 輔 料成本： 合計 2510 萬元 /年， 測算 如下： 項目原料主要由城市污泥、褐煤、 粘結(jié)劑、 活 化劑及脫硫劑等構(gòu)成。其中，城市污泥