活性炭

我国杏壳活性炭的产销现状与应用前景

摘要:从国内外活性炭的发展历史,我国活性炭的产销现状中分析,我国活性炭产业发展迅速,现在产量居世界第二位,出口量居世界第一位。但是其质量低下,不仅创汇率不高,且满足不了内需。我国活性炭产业应从数量型向质量型转移,加速发展我国特有的杏壳活性炭,提高质量满足内需,增强市场竞争力应是当务之急。
关键词:活性炭;杏壳;产销现状;应用前景

　　活性炭是广泛应用于多种工业的原料,也是保护生态环境、提高人们生活与健康水平以及出口创汇的重要物资,有着极其广阔的开发利用前
景。生产活性炭的原料有煤、骨、木材、竹、果壳、松塔、玉米芯和稻壳等,但以果壳为优。在椰壳、油棕壳、油茶壳、杏壳、桃核、李核、樱桃核、欧李
核、枣核、核桃壳、沙枣核、山楂籽壳、沙棘籽壳、松籽壳等众多果壳中,又以杏壳和椰壳为最优。
1　活性炭的发展历史、现状与存在问题
1·1　活性炭的发展历史
1·1·1　世界活性炭的发展历史
世界上活性炭的研究和利用起于20世纪初期的欧洲,原料为木炭和骨炭。1910年奥匈帝国试验氯化锌化学方法生产活性炭,1913年该国的波希米亚糖厂获取发明专利,应用于制糖业。1914年第1次世界大战爆发,化学武器从单纯释放酸性气体发展到释放有毒的氯化苦和亚当氏气体,简单的碱性口罩已经无济于事,各国就把活性炭应用到防毒面具上,这样就加快了活性炭的科学研究和生产。1920~1923年,出现了化学法和气体法的活性炭生产工艺,原料除木炭外应用了椰壳和桃壳,产生了高机械强度和适宜的孔隙结构的粉状与颗粒状活性炭。这期间美国、德国、荷兰和苏联都建立了活性炭制造工业,这是欧洲活性炭工业的第一个迅速发展时期。1939年开始的第二次世界大战期间,活性炭作为防毒面具的重要材料,又出现了新的跃进,特点是煤被用作为生产活性炭的原料,又出现压块和压伸制造工艺。因此,出现了活性炭的第二个迅速发展时期。20世纪60年代以来,活性炭被广泛应用于各种工业领域,同时也更多的应用于净水和空调等日常生活,以及应用于废水、废气的处理等环保事业,活性炭的需求量与日俱增,则又出现了活性炭的第三个迅速发展时期。据20世纪80年代不完全统计,世界上能够生产活性炭的国家已由最初的几个发展到34个。即美国、苏联、日本、英国、法国、德国、中国、捷克、保加利亚、匈牙利、加拿大、澳大利亚、奥地利、意大利、波兰、印度、朝鲜、越南、比利时、西班牙、瑞典、阿根廷、墨西哥、巴西、挪威、罗马尼亚、南斯拉夫、荷兰、瑞士、韩国、印度尼西亚、泰国、斯里兰卡、马来西亚等。1980年世界活性炭年产量达35万t,1985年达100万t,其后每年以10%~12%的速度递增。
1·1·2　中国活性炭的发展历史与生产现状
我国活性炭生产始于20世纪40年代的早期(上海),建国后才得以迅速发展。1949年沈阳东北第一制药厂首先使用木炭生产粉状活性炭,1951年在青岛建立用木屑为原料的粉状活性炭生产厂,1957年又在上海、杭州建立了用木屑为原料的氯化锌化学法生产粉状活性炭的工厂。1960年山西太原建成大型颗粒状活性炭工厂,采用水蒸汽活化,用煤做为原料。1966年在黑龙江省铁力建成矩形管炉和转炉,生产以木炭为原料的粉状和颗粒状活性炭厂。1969年北京光华活性炭厂引进前苏联技术,建成500型斯列普炉,生产以椰壳和杏壳为原料的不定型颗粒状活性炭,这是我国第一个果壳活性炭生产企业。1980年全国有活性炭企业100余个,年产量达1.5万t,占当年世界活性炭总产量的4.3%。此后,我们对投资大、耗能多、有污染的斯列普炉进行不断改造,至2001年,在辽宁朝阳建成定型的160型斯列普活化炉,专一生产杏壳活性炭。1997~2000年我国活性炭的年产量均达12万t,进入21世纪全国有大大小小各种活性炭生产厂400多家,2001年年产量上升为18万t,2002年年产量达20万t,2003年年产量约23万t,产量仅次于美国,居世界第二位。
1·2　存在问题
1·2·1　布局分散,企业规模小
我国活性炭生产至今没有一个明确的主管部门归口管理,大多是谁用谁生产,如煤炭、医药、国防、石油化工、农林、环保等众多部门和行业都有自己的活性炭企业。从黑龙江省至海南省,从东部沿海至甘肃省都有活性炭厂。因此,存在着布局分散、企业规模小、生产效益低、污染环境、产品质量低、技术标准和生产工艺不统一不规范、出口创汇率不高等问题。以至使我国成为向美、日等发达国家提供生产高档高价活性炭初级加工原料的基地,年产量虽然居世界第二位,出口量居世界第一位,但仍不是活性炭产业的强国,至今还没有一个年产量达万吨级的大型活性炭企业。如2000年全国有活性炭生产企业400余个,年产量12万t,平均每个企业只有300 t。而在美国仅西哇科、卡尔岗、巴尼拜切纳、阿脱拉斯四个公司产量就达17万t,世界最大的活性炭企业是荷兰的Norit公司,其年产量达11万t。在日本、俄罗斯、英国、德国、意大利、捷克等国家都有年产量在万吨以上的大型活性炭企业。
1·2·2　产品结构与国内需求不相匹配
2002年为例,我国活性炭的年产量达20万t,其中煤质活性炭12万t,占总产量的60%,国内很少利用;木质活性炭7万t,占总产量的35%,也大部分出口;果壳活性炭仅1万t,占总产量的5%。在果壳活性炭产量中杏壳活性炭约有0.3万t,仅占总产量的0.015%。而2002年我国中高档果壳活性炭年需求量为5万t。2003年上升为6.5万t,缺口量更大。因此,尚需从国外进口许多高档活性炭,可见现在的产品结构与国内的需求很不协调。
1·2·3　产品价格低,且差幅较大
我国煤质和木质活性炭价格比较低,果壳活性炭价格较高。由于生产活性炭的材质(原料)、产品规格、质量级别的不同形成了价差幅度,以辽宁朝阳森塬活性炭厂的价格为例(表1),杏壳活性炭的价格是煤质和木质活性炭的2倍以上,该厂高贮能电极材料专用杏壳活性炭吨价为15万~16万元。从中足见杏壳活性炭的身价之高。
表1　不同原料生产的优级活性炭价格　(元/t)
原料煤质木质果壳杏壳椰壳
净水炭4800 5200 10500 11000
味精炭7500 8200 15800
柠檬酸脱色炭7500 8200 15800
试剂炭13000 18000
2　我国活性炭进出口情况
2·1　出口量居世界第1位,且逐年增加我国活性炭的出口量逐年增加(表2),1990年出口量仅为1万t,2000年出口量达7万t,占当年12万t总产量的58.3%,平均年增长率为22%。出口量居世界第1位,超过了欧洲、美国和日本等发达国家出口量的总和。据海关统计2001年我国活性炭出口量猛增到132 336 t,出口总额为7 466万美元。2002年我国出口活性炭的总量继续上升,达150 767 t,占当年总产量20万t的75.4%,出口总额达8 321万美元,比2001年分别增长13. 9%和11. 5%。其中出口日本41 636 t,出口额2 715万美元,占出口总额的32.63%;出口美国29 004 t,出口额为1 593万美元,占出口总额的19.17%;出口韩国17 455 t,出口额809.52万美元,占出口总额的9.73%。对日、美、韩三国出口量合计占出口总量的61.53%,2003年出口量上升为18.26万t。从上述情况看出,我国活性炭的出口数量在2005年不断增加,但吨价却不断下降,2003年平均吨价降至为532.4美元。而美国2002年活性炭出口吨价达1 883.3美元,比2001年的1 769.4美元,增加了113.9美元,增长率为6.4%。是我国同期产品价格的3.4倍。
2·2　进口量在逐年增加
从表3中可以看出:近年我国活性炭的进口数量也在逐年增加,特别是进入21世纪后竞成倍增长,支出的外汇额也越来越多,进口的吨价是出口吨价的3~5倍,尤其是从美国或日本进口的石化工业用的乙稀高分子合成专用载钯活性炭,其吨价高达80万元。
表2　近年我国活性炭出口情况
年份出口量(万t)创汇额(万美元)平均价(美元/t)
1995 3.22 2521.3 783.0
1997 5.18 3418.8 660.0
1999 10.04 6040.1 601.6
2000 11.92 6850.4 574.7
2001 13.23 7466.0 564.3
2002 15.08 8321.0 551.8
2003约18.26 9723.4 532.4
表3　近年我国活性炭进口情况
年份进口量(t)进口额(万美元)平均价(美元/t)
1999 1904.5 558.2 2930.9
2000 2567.3 727.1 2832.2
2001 6299.0 957.2 1519.6
2002 9272.0 1308.0 1410.7
2003约4242.0 1285.7 3030.8从进出口产品结构上看,我国出口的活性炭中低档产品比重大、档次低,技术含量和附加值低。进口的则是高档次高性能的活性炭。美国从我国进口的活性炭,除一小部分使用外,绝大多数被美国用来二次加工成中高档活性炭,然后再出口我国或供国内使用。因此,我国活性炭生产应由数量型向质量型转移,开发高中档活性炭产品应是我国活性炭产业的当务之急。
3　我国活性炭的应用领域与杏壳活性炭的开发前景
3·1　不断扩展新的应用领域20世纪70年代前,我国活性炭主要应用于制糖、制药和味精工业,80年代扩展到饮用水处理和环境保护行业,90年代又扩展到有机溶剂回收、食品饮料、净化空气、脱硫、载体、医药、提取黄金、防毒面具与服装、半导体等领域。进入21世纪以后,又进一步扩展到生物工程、新型能源、功能型绿色环保汽车等高新科技领域。虽然,随着活性炭应用领域的不断扩展,我国活性炭的产量也在不断上升。但是,符合国内需要的高档次活性炭却增长缓慢,因而不得不依赖进口,造成大量资金外流。这种现象不能不说是对我国活性炭的生产方向、生产工艺和科技水平的一个严峻鞭策和挑战。
3·2　我国杏壳活性炭的开发前景我国是全世界杏属植物的原产地,杏壳是我国特有的生产高级活性炭的优质原料,有着明显的资源比较优势。其杏壳活性炭的碘值高(900~1 300 mg/g),质地坚硬(硬度达95%~98%),孔隙密度大(总孔密积为0.70~1.00 cm3/g)、吸附能力强(笨吸附量为300~680 mg/g)、比表面积高(1 000~1 500 m2/g)等优点,并且可以再生和重复使用。因此,杏壳是生产高档活性的优质原料,但2003年我国仅生产0.3万t杏壳活性炭。2003年全国杏仁年产量为36.234 t,按5 t合产1 t杏仁计算,全国年产杏壳144.936 t,按平均每9 t杏壳生产1 t活性炭计算,可产高档的杏壳活性炭1.6万t,不仅有很大的资源潜力可挖,而且足以取代每年的进口数量,满足国内经济发展的需求。我国北方能够生产果(杏)壳活性炭的地方有北京的通州,河北的平泉、丰润、遵化、保定和涉县,河南的禹州与长葛,以及甘肃的环县,山西的孝义,山东的枣庄、内蒙古的赤峰和辽宁的朝阳,大多建在杏的主产区。其中唯辽宁的朝阳森塬活性炭有限公司是专以杏壳为原料的活性炭企业,除生产常规的净水炭、黄金炭和糖液脱色炭等产品外,目前已经试生产出超电容级电池电极专用活性炭和汽油吸附活性炭,并与长春、上海、广州等大型汽车制造业和新能源企业(公司)等建立了产销关系。其高档电池活性炭的主要技术指标,如放电时间、衰减度、电阻率等都达到了日本同类产品水平,但产量有限,急需扩大生产。总之,我国活性炭的应用领域在不断扩展,应用量也在逐年增加,对高档次、高性能的杏壳活性炭需求量越来越多,我们又有充足的杏壳原料潜力可挖。因此,对杏壳活性炭的科研与生产应当给予关注和支持。

作者： 张加延,何跃,李清泽,杜维春,盛隆厚,张铁英,代洪娟