廢活性炭再生處置技術的研究

唐山大自然環境評估有限公司 河北 唐山 063000

引言

活性炭具有巨大的比表面積、優良的吸附性能和穩定的物理化學性質,是一種良好的碳基吸附材料,廣泛應用于食品工業、化學工業、環境保護及日常生活領域等。由于活性炭在使用過程中容易飽和而失去吸附能力,必須經常更換。隨著活性炭吸附工藝的廣泛應用,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利用方法已得到廣泛關注。

1 研究背景及必要性

活性炭是以優質煤、木材和各種果殼等作為原料,通過物理和化學方法加工制造而成的一種優良吸附劑。目前國內用量和用途較大的主要為木質活性炭及煤質活性炭,一般制成1t優質活性炭耗用木材8t或優質原煤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,主要去向是當地危廢處置中心焚燒處理,這不僅增加了生產企業的經濟負擔,而且不符合國家可持續發展需求。隨著《中華人民共和國循環經濟促進法》的實施,各生產企業更加重視生產、生活中廢物的循環再利用,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),是指用物理或化學方法在不破壞活性炭原有結構的前提下,去除吸附于活性炭上的吸附質,恢復其吸附性能,從而達到重復使用的目的。

高溫再生方法是通過對活性炭進行熱處理,使活性炭吸附的有機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。高溫熱再生在去除炭吸附的有機物的同時,還可以除去沉積在炭表面的無機鹽,而且使炭的新微孔生成,使炭的活性得到根本的恢復,再生活性炭孔徑、比表面積等性能甚至可優于原活性炭。

根據活性炭的性狀可分別采用流態活化爐再生粉狀廢活性炭、回轉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料斗內,物料由皮帶輸送經斗式提升機送入槳葉干燥機貯料斗內。在槳葉干燥機內,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的內壁接觸,與內壁夾套中的蒸汽進行熱交換(飽和蒸汽的溫度在150～170℃范圍),廢活性炭內水蒸發,同時部分低沸點有機物也隨之揮發,干燥產生的氣體(水蒸氣與揮發氣體等)在風機的拉動下進入流態活化爐內作為燃氣和活化劑;干燥后的物料經槳葉干燥機底部收集經皮帶及斗式提升機輸送到料倉內暫存。

流態活化爐使用前先用天然氣點爐升溫,當溫度升到750℃后,料倉內的物料連續進入流態活化爐內活化,熱源由活化過程中釋放的熱量提供。活化爐內,一側的鼓風機將干燥機內的水蒸氣、揮發性廢氣吹入爐膛,提供必要的氧、燃氣以及水蒸氣,并在后續風機的拉動下,活性炭在爐內呈現旋轉狀態從爐頭流向爐尾流動。在高溫下炭和空氣中的氧反應,釋放大量的熱,同時和水蒸氣反應,吸收一部分熱量,爐內溫度大約在900～1100℃,同時廢活性炭吸附的廢氣在高溫下被解析出來,與氧氣產生燃燒,生成水與二氧化碳等。活化過程中,使活性炭的毛細孔表面的碳原子氣化,使毛細孔擴大,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,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入旋風分離器進行高溫收料。原理為利用離心力的作用,塵粒沿筒壁旋轉下降,進行氣固分離。收料后的煙氣進入二燃室,分離下來的物料經螺旋輸送機邊冷卻、邊混合,再經斗式提升機,送入料倉后進行包裝,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料斗內,經皮帶輸送機及斗式提升機將物料輸送到料倉內;進回轉爐再生,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,并與氧氣反應生產水、二氧化碳等氣體,再生后的活性炭沉淀在回轉爐底部,經冷卻、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相比,由于顆粒狀廢活性炭水分含量較少,不單獨配置干燥機,干燥、活化過程均在回轉爐內完成;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很容易脫附、完成再生,為了不破壞顆粒的原有強度,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,不用旋風分離器收集,直接存儲在回轉爐的料斗內,后經螺旋輸送機冷卻、混合出料。

結語

再生活性炭是一種“循環經濟”,能降低對資源的依賴,具有很好的環境效益和經濟效益,發展活性炭再生技術勢在必行。對再生工藝的優化設計,在未來的市場有較大的競爭力,對于國內廢活性炭資源再利用具有參考意義,能夠促進區域經濟社會與環境保護的協調發展。