活性炭行业清洁生产指标研究 5页

'木质活性炭行业清洁生产指标限值研究郑成辉郑成辉（1982.9—），男，E-mail：38487532@qq.com工程师，福建省环境科学研究院，福州大学化学化工学院2011级博士研究生摘要：本文根据木质活性炭行业现状，从生产工艺与装备、资源能源利用、产品、污染物产生、废物回收利用等5个方面来分析木质活性炭行业的清洁生产水平，确定清洁生产指标限值。其中，工艺路线、炭活化尾气处理装置的确定可以推动落后工艺淘汰、降低污染物产生量；磷酸消耗、水耗指标、磷酸回用率可以推动企业实现节能减排；单位产品酸雾、单位产品废水产生量可以降低污染物产生和排放强度。因此，这些限值的确定对木质活性炭企业提高清洁生产水平，进行清洁生产审核有着重要的借鉴意义。关键字：木质活性炭清洁生产指标限值磷酸法1前言活性炭是一种具有高度发达的孔隙结构和极大比表面积的炭质吸附材料，与其他具有同类功能的材料相比，获取途径广、制备容易、成本低廉，因此在化工、石油、医药、食品、废水处理、大气净化等领域得到广泛的应用。活性炭的种类按原料分可分为木质、煤质和其他含碳材料。我国煤质活性炭产业分布主要在产煤大省内蒙、宁夏、山西等地，而木质活性炭主要分布在江南森林覆盖率高的福建、江西等省份。木质活性炭生产工艺主要可分为物理法和化学法，物理法得率较低，因此一般企业生产活性炭均用化学法。化学法主要可以分为氯化锌法、磷酸法和其他化学法。氯化锌法因污染大、回收困难，已逐渐淘汰[[]唐志红朱文魅张双全.磷酸法木质活性炭的研究现状[J].炭素技术.2004,23(1)]。随着近年来磷酸法技术的成熟，我省主要活性炭企业均以磷酸法为主，其他化学法（如KOH法）一般只用以生产特殊用途、特殊品种的活性炭，因此应用不广。木质活性炭生产设备方面，早期的平板炉也已经淘汰，目前主要以转炉为主。生产原料方面，近年逐渐由原来的原木转为木材加工的“三剩物”[[]李梅.利用林木废弃物生产木质活性炭的生产工艺探讨[J].林业科学.2011,(10)]。本文将根据木质活性炭行业现状，从生产工艺与装备、资源能源利用、产品、污染物产生、废物回收利用等5个方面来分析木质活性炭行业的清洁生产水平，确定清洁生产指标限值。2活性炭行业概况5 尽管我国木质活性炭行业较之以往，不管是从技术还是在市场规模上，有了很大的进展，但相比国外，仍然存在不小的差距，纵观我们木质活性炭行业的发展，主要存在以下四大问题[[]百度百科.活性炭生产厂[EB/OL].http://baike.baidu.com/link?url=NGatexA-X6pyI4UC6vZ3dZyWWoymoimJ2Br8bC1hsesNGpPEgNtlO9kRUUyL3_KGr8Dew_SVErtTByTHcsynca]：(1)木质活性炭企业规模小、生产装备落后、劳动生产率低、市场竞争力不强我国活性炭工业尽管已是世界上的生产和出口大国，但还不是活性炭强国。我国的90%的木质活性炭厂是年产几百吨到上千吨的小企业，虽然目前全国有大大小小四五百家活性炭企业，年生产能力真正达到万吨规模的几乎没有。而我国的木质活性炭企业大多数遍布于林区和乡镇企业，规模较小，生产装备既不先进而且较难更新，主要设备是大同小异，劳动生产率一般在几十吨/人•年或更低。而国外，像美国、日本活性炭生产主要集中于万吨以上的大企业，这些大企业不但产量大，生产装备先进，大都实现了生产流水线的全盘自动化和计算机管理控制，故劳动生产率很高，达到几百吨/人•年。(2)森林资源浪费，环境污染严重我国是少林国家，生产活性炭只能采用林业加工剩余物为原料，而前几年，福建、江西等林区的整片山林承包或出租给个人，个体企业主为获取更大利润，只顾眼前利益，置森林保护和生态环境保护于不顾，成片砍伐林木烧炭后再经土法水蒸气活化而制取活性炭（一般薪炭材制成活性炭，采用物理活化法需要15~20吨/吨），已经造成这些地区的森林破坏、水土流失，个别从未发生过洪灾的地区也出现了前所未有的洪水泛滥。而采用锯木屑经过化学法生产活性炭的企业，大多是土法的平板炉，既没有废气回收装置，也没有废水处理设备（一般生产一吨成品化学炭需要化学活化剂0.3~0.5吨，工业盐酸0.5~1.0吨），由于高温活化和酸、水后处理，生产中产生大量的酸性废气和废水，给当地的生态环境造成污染极为严重。可以说中国的化学活性炭所取得的一点不大的经济效益，是以沉重的环境为代价换取的。近几年，有些生产厂家虽然在治理环境污染上也做了不少工作，但终因经费、技术、设备等原因尚未得到根本治理。(3)我国木质活性炭产业技术基础薄弱，科学研究起步晚，科研经费不足，科研力量分散，科技对生产力发展贡献不大我国对活性炭的科学研究起步于20世纪的六十年代，而真正开始工作是文化大革命结束后的七十年代下半期。从那时起，许多科技工作者对活性炭的原料、制造、应用、孔隙结构和吸附理论都作了不少工作，对我国活性炭工业的快速发展做出了很大贡献。目前我国不少大专院校和科研单位涉足活性炭的科技工作，并取得了一批成果，但由于经费、体制等问题，大多停留在“纸上成果”上，而真正转化为生产力的不多。据各方了解和查询，至今我国木质活性炭还没有标准的生产工艺规程，普遍存在着生产工艺单一，产品品种不多，应用面狭窄，通用产品多，专用品种少等问题。最近二十几年，美国化学文摘每年刊登500多条有关活性炭的文摘，其中活性炭应用方面的文摘占50%以上，在水处理和废气处理等环保方面尤为突出，一些专用炭和新开发用途颇受重视。目前，美国、日本都有300~400多个活性炭品种，而我国仅有50~60多个品种和牌号。(4)木质活性炭企业管理无序，各自为政我国木质活性炭企业虽然大大小小也有几百家，不论在生产、经营、外贸等方面都是政出多门，各自为政，管理无序。虽大多数企业属林业系统管理，但也有不少企业属乡镇企业、民营企业、城建、轻工、化工等部门管辖，所在经营过程中（尤其是外贸出口）是多头经营、竞相压价，造成恶性竞争。根据有关资料，我国活性炭的出口价只相当于国际市场价的1/2~1/3，甚至更低。尽管如此，由于多头经营、缺少宏观管理，竞相压价争取外商的现象仍屡见不鲜。这种无序状况导致外商进一步压价，有时还引起外国同行协会或商贸部门的反倾销，而我国却无人应诉，这种局面严重影响了我国活性炭对外贸易的竞争力和国家商业信誉。因此，确定活性炭行业清洁生产指标限值对行业的发展具有非常重要的指导作用。5 1指标限值的确定木质活性炭生产行业生产工艺比较简单，但是经过企业自主研发创新，企业之间的工艺水平悬殊。以国际先进企业数据作为一级指标数值的确定依据；二级指标以国内先进企业指标状况为参考，考虑未来行业发展趋势可能带来的技术改造和升级等因素确定指标数值；三级指标则以目前国内行业平均水平并适当调整以激励企业推进清洁生产来确定指标值。生产工艺与装备要求主要考虑工艺路线、活化工艺规模、炭活化装置、回收装置、炭活化尾气处理装置的相关要求。工艺路线指标的确定：活性炭生产过程中，主要有两大类活化方法，分别为物理法和化学法，其中化学法根据活化剂的不同又可分为磷酸法、氯化锌法、氢氧化钾法等。物理法的活性炭得率低，资源消耗较高，但污染物较小；化学法的活性炭得率高，资源消耗较低，但污染物较大。化学法中根据活化剂的不同，产污水平、产品用途的差异也较大，其中氯化锌法因污染严重已被列为《产业结构调整指导目录（2011年）》中的淘汰类，磷酸法因为污染相对较小，已经逐步被推广。活化工艺规模、炭活化装置的确定：化学法活化工艺的规模决定着企业的技术先进性，大于5000吨的一体化活化转炉是目前国内最先进的装备，炭活化转炉生产过程的封闭性是决定着企业的无组织排放的重要因素，一般可以分为全过程封闭活化一体化转炉、活化一体化转炉、活化分开转炉。回收装置、活化尾气处理装置的确定：针对产生的废水的回收处理装置，主要有自动压滤机、普通压滤机和回收桶三种；针对产生的活化尾气的回收处理装置，主要有效率达到85%以上的高压电场除磷酸雾、达到60%以上的尾气吸收塔、达到50%以上的其他尾气吸收装置。资源能源利用指标主要考虑单位产品木质原料消耗量、单位产品磷酸消耗量、单位产品新水消耗量、单位产品综合能耗。以降低原辅料及能源消耗，减轻对环境的不利影响。木质原料属于不同工艺路线企业的通用大宗消耗原料，故将这些原料单耗纳入指标考核。磷酸为目前主要化学法活性炭的活化剂，且极有一定的毒性和腐蚀性，因此将其纳入指标考核。木质活性炭企业生产企业具有较高的节水、节能潜力，故将新鲜水耗及综合能耗指标也纳入考核。产品指标主要考虑木质活性炭的产品合格率和优等品率指标，以减少废物的产生量及提高产品品质。污染物产生指标是本标准中最重要的指标之一，它体现了清洁生产源头控制的理念，直接关系到节能减排。本标准的污染物产生指标，包括废水、废气。与废水有关的指标为废水产生量、SS产生量、总磷产生量；与废气有关的指标为SO2产生量、酸雾产生量（以磷酸计）。木质活性炭企业主要会产生大量的含磷废水，其处理处置是行业内一大问题，故将废水产生量纳入考核指标。在活化工序等工序产生大量的含酸雾（磷酸雾），故将酸雾纳入考核指标，同时由于需要加热，很多企业由燃煤锅炉提供，故将SO2产生量纳入考核指标。根据废物回收处理要求，主要考虑废物的循环再利用。本标准的废物回收利用指标，包括废水回用率、废磷酸回用率。环境管理要求指标是清洁生产的基本要求之一，木质活性炭行业的环境管理要求，选择环境法律法规标准、环境管理与清洁生产审核、生产过程环境管理、固体废物处理处置、相关方环境管理等5项内容，基本包含木质活性炭行业当前的环境管理现状和现代企业在今后环境保护方面的发展趋势。但是环境管理要求指标的制定并不会因行业的差异而发生较大变化，因此本文不进行过多的阐述。木质活性炭清洁生产指标限值的各级指标要求见表1。5 表1木质活性炭清洁生产指标限值项目一级二级三级一、生产工艺与装备要求1.工艺路线磷酸法或其它化学法（非氯化锌法）物理法或非氯化锌化学法2.活化工艺规模转炉，单炉一体化生产转炉≥5000吨转炉3.炭活化装置炭活化一体化转炉，过程全封闭炭活化一体化转炉，过程封闭性较差炭活化分开转炉4.回收装置压滤机（自动）压滤机回收桶5.炭活化尾气处理装置高压电场除磷酸雾（≥85%）尾气吸收塔（≥60%）其他吸收装置（≥50%）二、资源能源利用指标1.单位产品木质原料消耗量，原料以干基计（t/t）≤物理法91215化学法(磷酸法)22.22.52.单位产品磷酸消耗量（t/t）磷酸法0.180.250.33.单位产品新水消耗量（t/t）≤812204.单位产品综合能耗(t标煤/t)化学法0.91.11.2三、产品指标1.产品合格率/%物理法100100100化学法1001001002.产品优等品率/%物理法958575化学法958575四、污染物产生指标（末端处理前）1.单位产品废水产生量(t/t)≤物理法152530化学法08152.单位产品固体悬浮物（SS）产生量(kg／t)≤1113.单位产品水总磷（以P计）产生量(kg／t)≤磷酸法1216204.单位产品二氧化硫产生量(kg／t)≤01019.25.单位产品酸雾（以磷酸计）产生量(kg/t)≤磷酸法120160180五、废物回收利用指标1.废水回用率/%≥10090602.废磷酸回用率/%磷酸法100100100注：产品以含水率10%为基准。5 1结论本文从生产工艺与装备、资源能源利用、产品、污染物产生、废物回收利用等5个方面，分析了木质活性炭的生产技术，确定了木质活性炭行业清洁生产指标限值。这些限值的确定对木质活性炭企业提高清洁生产水平，进行清洁生产审核有着重要的借鉴意义。5'