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多段炉之相知篇—活性炭再生

2020-05-28 浦士达环保

由于活性炭及其广泛的应用，因此活性炭作为一种可再生资源的回收命题一直被讨论。围绕活性炭应用及再生所产生的活性炭连续吸附（或脱色）&再生系统以及活性炭再生工厂规划是行业关注的热点问题，小编马不停蹄地整理了相关资料分享给大家。一、活性炭应用活性炭广泛应用于气体的净化、溶剂的回收、糖液脱色、化工浆液脱色、工业污水处理、水深度净化等领域。由于在环境保护、工业方面活性炭已被大量的使用，且效果非常显著，但因活性炭在吸附饱合后，其吸附能力减弱或者消失从而成为为废炭，然而目前我国对使用后的活性炭大部分作为危废处理，目前主要的去向是当地危废处置中心，采取工艺主要为焚烧，而焚烧处置费用不菲，这不仅仅增加了生产企业的负担，而且也不符合国家可持续发展需求，造成了极大的资源浪费。活性炭吸附是一个物理过程，是可逆的，因此可以采用高温蒸汽等方法将使用过的活性炭内的杂质进行脱附，并使其恢复原有活性，以达到重复使用的目的，再生后的活性炭其用途仍可连续重复使用及再生，具有明显的经济效益和环境效益。二、活性炭再生工艺选择活性炭再生是将吸附饱和的活性炭通过各种方法恢复其吸附性能，达到重复使用的目的。再生方法主要取决于活性炭的类型和活性炭吸附物质的性质。目前国内外较为成熟的再生方法有三种，即热再生法、化学再生法和生物再生法。（1）热再生法热再生法是目前发展历史最长、应用最多、工业上最成熟的亚洲888再生方法。活性炭热再生法始于 20 世纪初，当时是采用回转炉对骨炭进行再生；30 年代开始引用多层炉；40～50 年代再生炉技术已基本成熟。热再生法的原理是在加热条件下，使被吸附的有机物以解析、炭化、氧化的形式从活性炭基质上消除。活性炭热再生一般需要多个步骤： 1）脱水，即通过机械物理作用将活性炭表面的水分除掉。 2）干燥，干燥温度一般低于 100℃，主要是蒸发孔隙水，少量低沸点的有机物也会被气化。该过程需要大量的蒸发潜热，热再生过程约有 50%的能耗是在干燥过程中消耗的。 3）在约 350℃时加热活性炭，使其中的低沸点有机物被分离。 4）高温炭化，即在约 800℃加热活性炭，使大部分有机物分解、气化或以固定碳的形态残留下来。 5）活化，即在 800℃～1000℃范围内加热活性炭，使残留下来的炭，被水蒸气、二氧化碳或氧气等分解。热再生的步骤根据加热炉种类的不同也稍有差别，但差别不大。热再生法的优点：再生率较高，可达 70%～80%；再生时间短；与化学药品再生法相比，具有很强的通用性；不产生再生废液。缺点：再生后的活性炭损失率较高，一般为5%～10%；炭表面化学结构发生改变，比表面积减小；高温再生对再生炉材料要求高，再生炉设备投资高；再生能耗成本较高；活性炭反复再生会丧失吸附性能。（2）化学药剂再生法高浓度、低沸点的有机物吸附，宜采用化学药剂再生。化学药剂再生主要分为无机药剂再生和有机药剂再生。无机药剂再生一般采用无机酸（硫酸、盐酸）或碱（氢氧化钠）等药剂使吸附质脱除。例如吸附高浓度酚的活性炭，可用氢氧化钠溶液再生，酚以酚钠盐的形式被回收；吸附重金属的活性炭，可以用盐酸溶液再生。有机溶剂再生常用的溶剂有苯、丙酮和甲醇等，适用于可逆吸附，例如吸附高浓度酚的活性炭；处理焦化厂煤气废水的活性炭，都可用有机溶剂再生。化学药剂再生法的优点：针对性强，设备简单，具有经济优势；可从再生液中回收有用物质；操作过程在吸附塔内进行，活性炭损失小。缺点：一般只能针对单一物质再生，通用性较差；再生率低，微孔容易堵塞，多次使用后再生率明显降低；存在再生液二次污染的问题。（3）生物再生法生物再生法与生物活性炭技术相似，活性炭吸附有机物，同时微生物对有机物进行降解，从而使活性炭得到再生。由于活性炭能够将有机物长时间吸附在其表面，所以微生物能够将一些不易降解的有机物进行降解，使活性炭再生。但对于不能被微生物降解的有机物，生物再生法的使用会受到限制。生物再生法的优点是工艺简单，投资和运行费用都很低，对活性炭无危害作用。缺点是再生时间长，吸附率恢复缓慢，对于难生物降解的有机物不适用。当然，现有也有一些新兴的活性炭再生方法在尝试、应用中。如：如电化学再生法、超声波再生法、催化湿式氧化再生法及超临界流体再生等。从技术成熟度、应用广泛程度、投资等综合因素考虑，目前最常用的还是活性炭热再生工艺，主要设备有多段炉及回转炉两种。三、活性炭连续吸附/再生联合工艺

上图为广泛应用于糖液脱色、化工浆液脱色、废水提标排放等领域的活性炭连续吸附/再生联合工艺。活性炭吸附塔吸附一定时间后排出部分饱和活性炭，通过新炭槽将新鲜（或再生）活性炭吹送至吸附塔，用以补充吸附塔，完成吸附塔连续吸附；吸附饱和活性炭排出后通过水力输送至多段炉上方废炭缓存槽，然后输送进入多段炉再生；再生后的活性炭落入急冷槽（用于在线式热再生技术系统）/强制夹套式冷却机（用于在线或离线式热再生技术系统），使再生活性炭冷却并脱气，之后通过吹送槽输入至吸附塔上方补炭槽中待用。四、多段炉再生工艺饱和活性炭输送至多段炉中，在多段炉中通过燃烧机精确控制再生所需的温度，通过蒸汽活化技术系统将蒸汽均匀的、适量的作用在活性炭表面上，以求达到最佳的活化效果。经多段炉再生处理后的活性炭，由再生炉下方出料后进入冷却器，冷却后的再生活性炭，可以包装装运。

多段炉活性炭再生方法属于热再生，由下列三个工艺阶段组成： 1）干燥阶段：在100～300℃温度下使活性炭之水分蒸发、干燥。 2）焙干阶段：在400～600℃温度下将活性炭吸附于细孔内有机物质中之挥发分蒸发、炭化。 3）活化阶段：在800-1000℃高温通入蒸汽，使焙干阶段有机物炭化后残留在活性炭孔隙结构中的“残碳”发生气化反应：c h2o→co h2而得以“清除”，活性炭的孔结构和内表面被“清扫”干净，吸附/脱色性能恢复到与新炭接近的程度。五、多段炉和回转炉再生比较

`活性炭再生设备`
`处理量`	`30吨/天`
`处理场景`	`废水颗粒碳，含水40%左右`
`比较项目`	`多段炉`	`回转炉`
`设备规格`	`φ3.3m*8层最大产能， 17t/d（干炭）`	`φ2.5m*18m 最大产能，15t/d（干炭）`
`占地面积`	`40平方`	`230平方`
`再生工艺`	`温度：900℃ 时间：40min（水炭）`	`温度：900℃ 时间：60min（水炭）`
`天然气消耗`	`消耗值：5818-10467kj/kg活性炭`	`消耗值：8141-18608kj/kg活性炭`
`系统天然气`	`510nm³/吨干炭`	`600nm³/吨干炭`
`炉体功率`	`5.5kw`	`30kw`
`再生系统运行功率`	`120kw`	`380kw`
`再生损失率`	`5%-8%`	`8%-15%`
`人工`	`1-2人/班，中控室操作`	`3-4人/班，辅助操作`
`工艺可调整性`	`可分层设置燃烧器，可精确控制每层的温度及氧含量；气流逆流，梯度升温，各反应区间界面清晰。`	`仅能模糊控制，炉体长，燃烧器仅有头部或尾部1台，温度分布相对不均匀`
`使用寿命`	`10-20年`	`5-10年`
`设备保养`	`330天运行转动部件仅为中轴及其上安装的耙臂耙齿其他所有耐火材均为固定式安装在运行过程中几乎不存在耐火材料脱落、碎裂的可能性。通常只需定期检修耙齿耙臂有搅拌，无结渣情况`	`300天运行耐火砖需要定期维护、更换炉内温度分布不均，易结渣，需要停炉清渣后重启运行`
`重新升温时间`	`8-10小时`	`24-48小时`
`设备运行负荷`	`弹性大允许35%左右产能符合波动`	`允许50%产能符合波动`
`自清洁性`	`由于多段炉的耙齿跟炉床有一定的间隙，会有一部分活性炭（约2~3m³)作为“铺底料”残留在炉床上`	`可随炉体转动全部清理出来`

多段炉再生主要特点： 1、活性炭再生得率≥92%； 2、单台设备处理量可1吨-300吨/天干炭 3、吸附性能恢复率≥饱和活性炭残余碘值的150%； 4、占地面积小、能源消耗少； 5、操作性能高、自动控制程度高； 6、密封性能好：含氧可控在1%在内，微负压状态六、活性炭再生工厂规划建议

活性炭再生工厂所收集处置的活性炭种类繁多，从类型上看主要有废水活性炭、废气活性炭、溶剂吸附活性炭、脱色活性炭等，而其中以废水活性炭及废气活性炭为主要来源。而废水活性炭和废气活性炭因吸附有机物容量、有机物成分、含水率等参数均不同，导致再生的工艺参数设定不同。若以同样的工艺参数设定再生两种类型活性炭，会导致活性炭烧失，损失率增加等情况出现，从而降低工厂效率和经济效益。而收集的废气活性炭，因应用企业多采用催化燃烧法对活性炭进行反复吹脱再生，因此饱和活性炭吸附残留的主要是高沸点有机物。高沸点的有机物的活性炭难脱附。如果不区别对待可能会引起吸附低沸点有机物的活性炭烧损严重，再生得率降低。因此在活性炭工厂建设上，将炭量较大的、类型相似的废炭送入多段炉再生系统进行再生；对于单批次炭量少，或者对再生炭有特殊要求的送入回转炉再生系统。这种再生工厂的规划设计，综合考虑了投资强度、占地面积、再生产能、再生效率、再生得率、运行成本、人工成本等因素，将两种炉型优势组合。

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