1、国内外活性炭产业现状及我国活性炭产业的发展趋势活性炭是一种孔隙发达、比表面积大、吸附能力强的功能型碳材料,其耐酸、耐碱、耐热，且在使用失效以后可方便再生，被广泛应用于工业、农业、国防、交通、医药卫生和环境保护等各个领域，在保护人类生存环境中发挥着越来越重要的作用。活性炭产品种类繁多，按原料不同可分为木质活性炭、果壳类活性炭(椰壳、杏核、核桃壳、橄榄壳等)、煤基活性炭、石油焦活性炭和其他活性炭(如纸浆废液炭、合成树脂炭、有机废液炭、骨炭、血炭等)；按外观形状可分为粉状活性炭、颗粒活性炭和其他形状活性炭(如活性炭纤维、活性炭布、蜂窝状活性炭等)，颗粒活性炭又分为破碎活性炭、柱状炭、压块炭、球形炭、
2、空心球形炭、微球炭等；根据用途不同分为气相吸附炭、液相吸附炭、糖用炭、工业炭、催化剂和催化剂载体炭等 ；按制造方法可分为气体活化法炭、化学活化法炭、化学一物理法活性炭。其中，煤基活性炭以合适的煤种或配煤为原料，相对于木质和果壳活性炭原料来源更加广泛，价格也更为低廉，因而成为目前国内外产量最大的活性炭产品。随着生产技术的进步，煤基活性炭的产品性能有了很大的提高，应用领域越来越广，产量也逐年增加。由于我国煤炭资源丰富，具有活性炭生产的天然优势，且随着工业技术的进步和我国森林资源的逐步减少，煤基活性炭将显示其更强的生命力，是未来最有发展前途的一种活性炭产品。因此，煤基活性炭在我国具有广阔的发展前景。
3、自 20 世纪 90 年代中期以后，我国已成为世界上最大的活性炭生产国和出口国。近几年，活性炭出口量一直以较快的速度增长，到 2011 年，我国活性炭出口量已经达到 24 万吨。随着美国等发达国家对燃煤火力发电厂汞排放量的进一步控制，作为重要的吸附材料，国外对活性炭的需求还会进一步增加 鉴于此，本文将分析目前国内的活性炭生产情况，并对美国、日本等发达国家对活性炭的需求及应用情况进行介绍，同时，对未来我国活性炭产业的发展予以展望。一、我国活性炭产业发展现状我国活性炭产业起步于 20 世纪 50 年代，至今已有 60 多年的发展历史，产量、品种、质量和应用都有了很大提高，尤其是 20 世纪90 年
4、代以后，我国活性炭工业得到快速发展，在设备引进、消化吸收、改造或制造工艺方面均有长足的进步。改革开放以来，随着工业的发展、民用产品的丰富，活性炭的应用领域逐步扩大，尤其是随着环保力度不断加大，国内外燃煤火力发电厂汞吸附活性炭需求量不断增长，活性炭的出口量也逐年上升。经过 20 余年的快速发展，我国活性炭产业目前已基本形成了独立、完整、初具规模的工业体系。我国活性炭生产企业已由 20 世纪 80 年代初的几十家增加到目前的 300 余家，总生产能力达到 50 万吨，活性炭品种几十个，牌号达 100 多种，其中，煤基活性炭生产企业近 200 家。2011 年，我国活性炭总产量已经达到 35 万吨，
5、其中煤基活性炭产量约 24 万吨。目前，我国活性炭产业呈现出如下特点：1、工业布局：煤基活性炭生产主要集中在山西和宁夏，目前这 2 大基地的煤基活性炭产品产量占全国煤基活性炭产量的 90%左右；果壳活性炭生产以河北为主；木质活性炭生产主要集中在福建、江西、浙江南部及东北地区。2、原料：以木质原料生产的活性炭所占比重逐渐下降，以煤为原料生产的活性炭所占比重呈上升趋势。木质活性炭所占比重从 20 世纪 70年代占我国活性炭总产量的 80%下降到 20 世纪 90 年代的不足 30%，同期煤基活性炭从 15%上升到 70%，而且这种趋势至今一直没有改变，煤基活性炭是以煤为主要原料制成的活性炭，原料煤
6、的物理化学性质对煤基活性炭的产品性能有重大影响。近年来，我国在活性炭原料煤处理方面加大了研发力度，研究开发的活性炭原料煤深度脱灰技术，能够生产灰分极低(灰分约 2%以下)的超低灰煤。而以超低灰煤为原料生产的活性炭，杂质含量低、附加值高，成为新一代的优质活性炭产品。另外，采用压块成型技术可以生产出强度高、孔隙结构可随意调整、孔径分布均匀而合理、无漂浮且在液相中下沉速度快、吸附性能优越的活性炭产品。3、产品用途：从 20 世纪 70 年代，活性炭的应用范围还主要集中在食品、军事、医药、化工等行业。随着工业技术的不断发展，各国环保意识的提高，目前的活性炭应用已经扩展到了国民经济的各个方面。4、产品特
7、点：由于原料的优化、应用领域的拓展，目前国内的活性炭产品已经逐步向多品种、高附加值方向发展。随着出口量的增加以及企业技术的不断革新，国内外客户对活性炭产品的要求不断提高，国内活性炭产品的品质也随之不断提升。5、生产方法：目前，国内约 68%左右的活性炭产品为煤基活性炭，煤基活性炭以优质煤为原料，经过碳化、冷却、活化、洗涤等工艺一步步精制而成。生产技术也由最初的单种煤生产活性炭，逐步过渡到配煤生产活性炭及催化活化生产活性炭阶段。单种煤生产活性炭是我国最早开发的一种生产工艺，但由于原料单一，所生产的活性炭产品性能的提升空间十分有限。为了弥补单种煤生产活性炭的局限性，近年来又开发出了配煤生产活性炭及
8、催化活化生产活性炭 2 种工艺。其中，配煤生产活性炭技术是将不同性质的煤，按一定比例进行混合搭配，生产出具有不同性能需求的活性炭产品。采用这种工艺，一方面解决了原料的单一性问题，同时也使活性炭产品的性能有了很大的提高。催化活化生产活性炭是指在生产某些具有特殊吸附性能的高档优质活性炭过程中，在炭化、活化过程中加入一定的催化剂，从而改变活化成孔机理，达到提升产品吸附性能的目的。近年来，煤炭科学研究总院在催化活化生产活性炭方面进行了很多有益的探索，煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院先后承担完成多项国家自然科学基金、国家科技攻关和原煤炭部重点项目，率先成功开发了催化活化活性炭生产工艺、氧化还原活性炭生
9、产工艺、压块成型活性炭生产工艺、超纯煤活性炭生产工艺和“一步法”活性炭生产工艺等，并在这些工艺技术的基础上，开发出了大量的活性炭新产品，不仅填补了国内的空白，而且提高了我国煤基活性炭产品在国际市场上的竞争力 。这些新工艺技术的出现，优化了原有的活性炭生产工艺，提升了活性炭产品的性能，丰富了我国活性炭市场的产品种类，为我国的活性炭产业发展起到了十分重要的推动作用。二、国外活性炭产业发展概况随着世界工业的发展以及环境保护要求逐步提高，世界范围内活性炭的生产量和消费量逐年增加。2014 年，全世界活性炭消费量预计可达到 138.8 万吨，预计年增长率为 10.8%。1、美国从 20 世纪 80 年代
10、末开始，我国一直是美国最大的活性炭输出国，主要输出中、低档活性炭产品，因此，美国的活性炭市场需求与我国活性炭产业发展关系十分密切。与此同时，美国又是世界上最大的活性炭生产国和消费国之一，未来几年空气净化领域的增长率高达 65.4%-66.4%，其中燃煤电厂控制汞排放用粉状活性炭是主要增长点。2005 年 3 月美国环保总署制定联邦法规，要求永久减少燃煤电厂和水泥厂的汞排放量。而活性炭吸附是控制汞排放最有效的方法之一。据有关机构预测，2014 年，美国市场用于燃煤电厂和水泥厂汞吸附的活性炭需求量将达到 42 万吨/a。水处理已经成为当期美国活性炭的主要应用领域之一，水处理用粉状活性炭用量已经达到
11、 50%左右；在气相领域，2013 年粉状活性炭用量达到 4.2 万吨a，超过颗粒活性炭(用量为 2.6 万吨a)。还有一个值得注意的现象：在美国，生产活性炭的公司一般都是生产能力大、企业实力雄厚、市场竟争力强的联合企业。其中，卡尔岗炭素公司(Calgon)和诺瑞特(Nori 吨)美洲公司位居美国活性炭生产企业的前 2 位，这2 家企业的活性炭产量约占全美活性炭总产量的 70%。其中，Calgon公司也是世界第 1 大活性炭生产企业，年生产能力超过 8 万吨，约占美国活性炭总产量的 40%；Nori 吨公司的年生产能力约 7.5 万吨，约占美国活性炭总产量的 30%。2、日本日本是世界活性炭使
12、用仅次于美国的国家，位居全球第 2。日本也是我国第 1 活性炭出口目的地。2013 年，日本活生炭年生产能力为 10.22 万吨，进口活性炭 8.43 万吨，出口活性炭 0.68 万吨。日本主要活性炭生产企业包括卡尔岗三菱化学株式会社、武田药品工业株式会社及二村化学工业株式会社，主要生产高质量、高档次的活性炭产品，其生产能力都在 l 万吨a 以上。2013 年，日本颗粒活性炭的产量占活性炭总产量的 60%以上，消耗量为 7.4 万吨。2013 年，日本 68%的颗粒活性炭被用于液相吸附，如水处理、化工、食品等领域，32%的颗粒活性炭被用于气相吸附，气相吸附主要包括气体吸附、溶剂回收和催化剂。其
13、中水处理所占的比例最大，约为 57%，其次为气体吸附，约为 30%。与此同时，日本也是活性炭主要进口国，进口数量逐年增加，其中 2013 年进口量比 2009 年进口量增加 19%，近年仍在持续增长，而其近 5 年活性炭进口量的增长主要是由于从中国进口的活性炭数量增加而引起的。2013 年日本从中国进口活性炭数量占日本进口活性炭总量的55%，2009 年该比例为 63%，2013 年为 69%。3、西欧我国活性炭出口的 3 大地区除东亚、美国之外，欧洲市场也是我国传统的活性炭出口目的地。2013 年西欧各国活性炭消耗量为 14.9万吨，主要消费国是德国、法国、意大利、英国和西班牙等，其中最大的
14、 No 吨 i 吨公司年生产能力为 4.6 万吨，占欧洲整个活性炭产量的 52%。近几年，传统的活性炭生产强国如美国、日本、欧洲等发达国家及地区的活性炭生产呈现出逐步减少的态势，中、低档品种十分很少甚至已经基本不生产。从其市场需求角度看，由于活性炭应用领域的不断扩展，活性炭产品的应用也不断深化，尤共是在汽车工业、溶剂与废气回收工业、空气净化工业、食品工业、水处理等行业的兴起，使活性炭需求也在不断发生变化 。目前，世界活性炭工业生产呈现出如下特点：1) 世界活性炭的工业化生产已从西方转向中国等发展中国家，这种产业的转移在 21 世纪中期将持续进行；2）全球范围内日渐严厉的环保法规使得活性炭的需求
15、进一步增长，水处理行业一直是活性炭消费的巨大市场，同时也是最重要的增长领域；3）其它需求增长较快的领域包括气体处理市场，美国在此领域的消费量中期内将增长 5%；4）最大的潜在活性炭应用市场是燃煤火电厂所排放气体的净化，预计美国在此领域的活性炭需求到 2014 年将达到 42 万吨；5）由于人们对可能的生化恐怖袭击高度关注，核、细菌以及化学防护过滤器和个人防护服装对活性炭的需求也将逐步增加。三、我国活性炭产业的发展趋势活性炭产业终端需求的不断深化，推动了我国活性炭技术的不断进步，目前我国活性炭产业呈现出以下发展趋势：1）生产规模大型化。目前国内活性炭生产企业普遍规模较小、技术力量薄弱、经济实力不
16、强，只能依赖资源优势在激烈的市场竞争中求生存，不但企业自身很难有大的发展，而且也很难与国外的大型活性炭企业竞争。一般来说，工业发达国家运行良好的活性炭企业其生产规模在 2 万吨a 以上。上文提到的世界最大的 2 家活性炭企业美国 calgon 公司和荷兰 Nori 吨公司活性炭年产量均在 10 万吨以上，单台设备生产能力可达 1.57 万吨a。因此，为提高与国外大型活性炭企业的竞争能力，充分利用现代化生产设备的生产能力，必须扩大活性炭生产企业的生产规模。随着活性炭生产的规模化发展，活性炭生产企业数量将逐步缩减，从而有效地改善中国活性炭市场的无序竞争现状。2）生产设备大型化和现代化。随着国内活性
17、炭生产规模的大型化发展，必将促进活性炭生产设备向大型化和现代化方向发展。目前国内已有活性炭生产企业引进国外的干法辊压造粒机(生产能力 5 万吨a)和耙式炉(生产能力 l 万吨a)。同时，配套的物料输送和仪表控制环节也向连续化、自动化方向发展。3）产品多样化。随着活性炭应用领域的不断扩大，涌现出一些技术含量高的活性炭新产品，活性炭的档次也越来越高，质量逐步提升。目前，水处理是活性炭最主要的应用领域，约占市场需求量的60%以上。压块活性炭将是未来水处理用活性炭市场，尤其是中国水处理活性炭市场的主流产品，此外，随着干法烟气净化技术的推广，活性焦也越来越受到重视。4）销售市场国内化。我国是活性炭生产大
18、国，年产量高达 30 万吨以上，但年消费仅为 1O 万吨左右。而居世界活性炭产量第 2 的美国年产活性炭为 18 万吨，消费却接近 20 万吨，可见我国活性炭产业还有很大的市场空间，随着工业的不断进步，我国活性炭产业在未来 10-20 年的国内市场需求还将进一步加大 。5）节能减排常态化。目前，活性炭生产过程中的节能减排已经成为活性炭生产企业基本要求，企业普遍采用通过余热锅炉、烟气循环等方式节约能源，并通过二次燃烧、洗涤除尘等方式降低有毒有害气体的排放，效果十分显著。6）加强技术创新。煤炭科学研究总院系统研究开发煤基活性炭 20余年，已开发了适合中国国情的压块炭生产工艺，并致力于关键生产设备的
19、大型化和国产化，推动了国内压块活性炭生产技术的快速发展；同时在国家“863” 、 “973”等科技计划的支持下，在我国率先实现了活性焦干法脱硫技术的产业化并开始工业推广，自主开发的煤基脱硫专用活性焦系列产品已在山西、宁夏、内蒙古等地实现产业化，产品目前已占据国内 60%以上的活性焦市场份额，并出口日本、韩国。在煤炭科学研究总院的示范带动作用下，越来越多的企业认识到，科技创新对提高产品性能的重要性。企业纷纷通过与科研院所、高校联合开发，或者成立自己的研发中心，不断优化活性炭的生产工艺，提高产品性能，开发新型产品，保护和开拓活性炭的应用市场。四、总结21 世纪中国的活性炭行业仍然具有广阔的发展前景。活性炭在环保、食物提纯和催化剂等方面继续发挥重要作用的同时,人们已将活性炭与储气、膜分离、化工分离、分析传感器和生物机体联系起来,这些研究领域的开发为活性炭产品提供了新的生命力,也为活性炭的研制提出了新的要求。活性炭的研制应着眼于应用领域的扩大,所以有针对性地研制具有特殊吸附性能的活性炭成为重要的研究方向之一。在活性炭应用方面,根据吸附质的特征采用合适的活性炭及低成本制备方法是很有意义的课题。利用特殊的废弃物制备活性炭以发现特殊的吸附机能、寻找廉价黏接剂等也是重要的研究方向。近年来，在下游用户的推动以及企业自身的努力下，我国活性炭产业有了长足的进步，但和发达国家相比仍存在较大差距，主要
