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引言

活性炭具有巨大的比表面積、優(yōu)良的吸附性能和穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì),是一種良好的碳基吸附材料,廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、環(huán)境保護(hù)及日常生活領(lǐng)域等。由于活性炭在使用過程中容易飽和而失去吸附能力,必須經(jīng)常更換。隨著活性炭吸附工藝的廣泛應(yīng)用,飽和活性炭的后處理已成為首要問題,再生作為有效的廢棄物循環(huán)利用方法已得到廣泛關(guān)注。

1 研究背景及必要性

活性炭是以優(yōu)質(zhì)煤、木材和各種果殼等作為原料,通過物理和化學(xué)方法加工制造而成的一種優(yōu)良吸附劑。目前國內(nèi)用量和用途較大的主要為木質(zhì)活性炭及煤質(zhì)活性炭,一般制成1t優(yōu)質(zhì)活性炭耗用木材8t或優(yōu)質(zhì)原煤4t。木材及煤資源是有限的,活性炭的再生可以大量減少對木質(zhì)資源和煤資源的消耗,是解決中國能源匱乏的一個有效途徑。

目前,使用后的活性炭在吸附飽和被更換后,大部分作為危險廢物處理,主要去向是當(dāng)?shù)匚U處置中心焚燒處理,這不僅增加了生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),而且不符合國家可持續(xù)發(fā)展需求。隨著《中華人民共和國循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法》的實(shí)施,各生產(chǎn)企業(yè)更加重視生產(chǎn)、生活中廢物的循環(huán)再利用,因此飽和活性炭的再生利用將成為必然趨勢。

2 廢活性炭再生處理工藝

活性炭再生(即活化),是指用物理或化學(xué)方法在不破壞活性炭原有結(jié)構(gòu)的前提下,去除吸附于活性炭上的吸附質(zhì),恢復(fù)其吸附性能,從而達(dá)到重復(fù)使用的目的。

高溫再生方法是通過對活性炭進(jìn)行熱處理,使活性炭吸附的有機(jī)物在高溫下炭化分解,最終成為氣體逸出,從而使活性炭得到再生。高溫?zé)嵩偕谌コ课降挠袡C(jī)物的同時,還可以除去沉積在炭表面的無機(jī)鹽,而且使炭的新微孔生成,使炭的活性得到根本的恢復(fù),再生活性炭孔徑、比表面積等性能甚至可優(yōu)于原活性炭。

根據(jù)活性炭的性狀可分別采用流態(tài)活化爐再生粉狀廢活性炭、回轉(zhuǎn)爐再生顆粒狀廢活性炭。

2.1 粉狀廢活性炭再生工藝 人工將粉狀廢活性炭放在進(jìn)料斗內(nèi),物料由皮帶輸送經(jīng)斗式提升機(jī)送入槳葉干燥機(jī)貯料斗內(nèi)。在槳葉干燥機(jī)內(nèi),廢活性炭通過槳葉攪拌與推動下緩慢往前移動,物料在移動過程中與槳葉干燥機(jī)的內(nèi)壁接觸,與內(nèi)壁夾套中的蒸汽進(jìn)行熱交換(飽和蒸汽的溫度在150～170℃范圍),廢活性炭內(nèi)水蒸發(fā),同時部分低沸點(diǎn)有機(jī)物也隨之揮發(fā),干燥產(chǎn)生的氣體(水蒸氣與揮發(fā)氣體等)在風(fēng)機(jī)的拉動下進(jìn)入流態(tài)活化爐內(nèi)作為燃?xì)夂突罨瘎?干燥后的物料經(jīng)槳葉干燥機(jī)底部收集經(jīng)皮帶及斗式提升機(jī)輸送到料倉內(nèi)暫存。

流態(tài)活化爐使用前先用天然氣點(diǎn)爐升溫,當(dāng)溫度升到750℃后,料倉內(nèi)的物料連續(xù)進(jìn)入流態(tài)活化爐內(nèi)活化,熱源由活化過程中釋放的熱量提供?；罨癄t內(nèi),一側(cè)的鼓風(fēng)機(jī)將干燥機(jī)內(nèi)的水蒸氣、揮發(fā)性廢氣吹入爐膛,提供必要的氧、燃?xì)庖约八魵?并在后續(xù)風(fēng)機(jī)的拉動下,活性炭在爐內(nèi)呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)從爐頭流向爐尾流動。在高溫下炭和空氣中的氧反應(yīng),釋放大量的熱,同時和水蒸氣反應(yīng),吸收一部分熱量,爐內(nèi)溫度大約在900～1100℃,同時廢活性炭吸附的廢氣在高溫下被解析出來,與氧氣產(chǎn)生燃燒,生成水與二氧化碳等?；罨^程中,使活性炭的毛細(xì)孔表面的碳原子氣化,使毛細(xì)孔擴(kuò)大,形成新的活性表面,而且該過程中有釋放出大量的可燃性氣體,這些可燃性氣體和通入的氧氣反應(yīng),可以釋放出大量的熱能,做為維持爐溫的熱源。所吸附的物質(zhì)在高溫下炭化、活化或者燃燒掉,完成再生過程。

活化后的煙氣攜帶再生活性炭進(jìn)入旋風(fēng)分離器進(jìn)行高溫收料。原理為利用離心力的作用,塵粒沿筒壁旋轉(zhuǎn)下降,進(jìn)行氣固分離。收料后的煙氣進(jìn)入二燃室,分離下來的物料經(jīng)螺旋輸送機(jī)邊冷卻、邊混合,再經(jīng)斗式提升機(jī),送入料倉后進(jìn)行包裝,得到成品粉狀再生活性炭。

2.2 顆粒狀廢活性炭再生工藝 人工將顆粒廢活性炭放在進(jìn)料斗內(nèi),經(jīng)皮帶輸送機(jī)及斗式提升機(jī)將物料輸送到料倉內(nèi);進(jìn)回轉(zhuǎn)爐再生,并通入少量的空氣與水蒸氣,廢活性炭吸附的廢氣在高溫下解析出來,并與氧氣反應(yīng)生產(chǎn)水、二氧化碳等氣體,再生后的活性炭沉淀在回轉(zhuǎn)爐底部,經(jīng)冷卻、包裝回收得到成品顆粒狀活性炭。

與粉狀廢活性炭的再生系統(tǒng)相比,由于顆粒狀廢活性炭水分含量較少,不單獨(dú)配置干燥機(jī),干燥、活化過程均在回轉(zhuǎn)爐內(nèi)完成;由于再生的顆粒炭都是氣相吸附過程使用的飽和活性炭,在高溫下所吸附的物質(zhì)很容易脫附、完成再生,為了不破壞顆粒的原有強(qiáng)度,在再生過程中,通入少量的水蒸氣和空氣,以免降低顆粒的強(qiáng)度,并靠外熱(天然氣供熱)來完成;顆粒狀廢活性炭比重較大,不用旋風(fēng)分離器收集,直接存儲在回轉(zhuǎn)爐的料斗內(nèi),后經(jīng)螺旋輸送機(jī)冷卻、混合出料。

結(jié)語

再生活性炭是一種“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”,能降低對資源的依賴,具有很好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益,發(fā)展活性炭再生技術(shù)勢在必行。對再生工藝的優(yōu)化設(shè)計,在未來的市場有較大的競爭力,對于國內(nèi)廢活性炭資源再利用具有參考意義,能夠促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會與環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展。