CN104415736A

CN104415736A - 一种活性炭再生方法及装置

Info

Publication number: CN104415736A
Application number: CN201310404933.2A
Authority: CN
Inventors: 龚芯
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2015-03-18

Abstract

本发明公开了一种活性炭再生方法，所述方法包括以下步骤：A、通过微生物对活性炭吸附的有机物进行降解；B、将所述活性炭利用微波烘干、加热；C、停止微波加热，将所述活性炭进行冷却并存储。本发明还公开了一种活性炭再生装置。采用本发明的活性炭再生方法及装置，可以节约能源，减少污染，提高生产效率，缩短生产周期。

Description

一种活性炭再生方法及装置

技术领域

本发明涉及环保工程技术领域，特别涉及一种活性炭再生方法及装置。

背景技术

活性炭作为一种多孔材料，内部有非常发达的孔隙结构，同时具有比表面积大，吸附能力强的特点。作为吸附剂，活性炭广泛用于工业、农业、国防以及人民生活中，是国民经济中不可缺少的重要吸附材料，也是我国重要的出口创汇产品。近年来，我国活性炭生产和出口规模不断扩大，年产量达40余万吨，出口量达20余万吨，已成为世界上最大的活性炭生产和出口国。

目前全国有400多家活性炭生产厂，大部分属于资源型初级产品加工企业，生产技术参差不齐。产品品质不高，生产企业效益低。绝大多数活性炭产品都是一次性使用，生产厂家卖给用户，用户使用完后，吸附饱和的活性炭不经处理就废弃，不仅会造成使用的成本高，还将会造成二次污染，所以提高活性炭的品质，和饱和活性炭的再生具有极其重要的工程应用价值和经济价值。

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吸附的物质性质，目前国内外较为成熟的再生方法有三种，即热再生、化学再生、和生物再生。但这些方法均存在一定的缺陷和局限性。

1.热再生法

热再生法是目前发展历史最长，应用最多，工业上最成熟的活性炭再生方法，热再生始于20世纪初，60年代技术已经成熟，到70年代，美国日本等国家已经广泛使用多层炉再生，我国现在主要的再生技术主要还是采用转炉，多层炉(俗称多段炉)使用还仅限于几个大厂。

热再生的原理是在加热的条件下，使吸附的有机物得以解析或炭化、氧化的形式从活性炭上消除。活性炭热再生分为以下几个步骤：

①脱水，用机械的方法或物理方法将活性炭表面的水去除。

②干燥，100℃蒸发掉剩余水分，少量吸附的低沸点有机物也被气化去除。

③继续加热到350℃，使有机物分解，气化。

④高温炭化，升温到800℃，使绝大部分有机物分解、气化或炭化。

⑤活化，在800-1000℃范围内，通入水蒸气或CO2，氧化部分碳，形成微孔。

热再生的优点：再生率较高，可以恢复活性碳性质的70-80％，有很强的通用性，不产生废水、废液。缺点：高温对再生炉材料要求高，再生炉投资高，再生成本较高，再生损失比较大，一般为5％-10％

2.化学药剂再生

化学再生主要采用有机溶剂和无机药剂再生，有机溶剂主要是苯、丙酮和甲醇等，适用于可逆吸附，例如吸附高浓度酚类的活性炭可以用有机溶剂再生，无机溶剂主要是盐酸、硫酸或氢氧化钠酸洗或碱洗，使吸附的有机物溶解到酸碱中。

化学药剂再生优点：针对性强，设备简单，可以从再生液中回收有用物质，活性炭损失小。缺点：通用性差，一般只能对吸附单一物质的碳再生，再生率低，活性炭的微孔容易堵塞，还存在再生液二次污染的问题。

3.生物再生

对于吸附饱和的活性炭，通过微生物的作用对吸附的有机物进行降解，从而使活性炭再生。生物再生优点：工艺简单，投资少，再生费用低，对活性炭没有损坏。缺点：再生时间长，吸附率恢复很缓慢，对于难降解的有机物不适用。

而对于粉末活性炭再生现阶段多采用焖烧炉，将废粉末活性炭装入直径150mm、高150mm的圆柱型陶瓷或刚玉匣钵，然后在炉窑中码放，封闭窑口，用木材或锯末加温到1000度，保温72小时通入一定量水，再冷却到室温，获得再生活性炭。闷烧炉生产周期长，一般需要6-7天，产品质量不稳定，加水量人工控制，质量好坏全凭经验，损失较大，尾气难处理，污染严重。比较先进的活性炭再生设备如转窑、多段炉等都不适合再生粉末活性炭，原因是再生过程中转动或通气会导致粉末活性炭大量逸出，形成粉尘跑掉，只能用于颗粒炭的再生。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种活性炭再生方法及装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案提供一种活性炭再生方法，所述方法包括以下步骤：

A、通过微生物对活性炭吸附的有机物进行降解；

B、将所述活性炭利用微波烘干、加热；

C、停止微波加热，将所述活性炭进行冷却并存储。

进一步，在所述步骤A中，具体包括：

A1、将经过板框压滤后的活性炭，装入搅拌机中，边搅拌边投加液体微生物，投加量为10-20克／吨废炭；

A2、搅拌均匀后，将废炭堆成炭堆，盖上防雨布进行发酵，发酵完成后，转步骤B。

进一步，在所述步骤A2中，发酵时间为：夏天发酵48-72小时，冬天发酵5-10天。

进一步，在所述步骤A2中，所述炭堆的底面直径为3-5米，高度为1.5-2米。

进一步，在所述步骤B中，具体包括：

B1、将发酵好的炭，装入匣钵内，装填量为100-300mm，覆盖陶瓷纤维布；

B2、将匣钵放入微波炉中，关闭微波炉的炉门，打开真空泵抽真空，然后开启微波烘干，微波功率6-9千瓦；

B3、烘干45-120分钟，抽出匣钵，检查是否完全烘干，如果完全烘干，将块状炭敲打搅拌，使之无大于2厘米的大块；

B4、将完全烘干且无大块的干炭再次放入微波炉，开启微波加热1小时，同时通入氮气。

进一步，在所述步骤B和C之间，还包括：当温度达到800度后，通入活性炭总重量10-30％的水蒸汽，通气时间为0.5-1小时。

进一步，在所述步骤C中，具体包括：打开微波炉的炉门，取出匣钵，在空气中冷却2-4小时，用负压输送从匣钵内抽取的再生后的炭到储罐。

本发明的技术方案还提供一种活性炭再生装置，其特征在于，所述装置包括微波炉和匣钵；

所述微波炉包括炉体、炉腿、微波发生装置和真空泵；所述炉体为长方体中空结构，空腔高度为500mm，深度为1000mm，采用304不锈钢材质；所述炉腿安装在所述炉体下方，用于支撑所述炉体；所述微波发生装置为9个，安装在所述炉体顶部，每个微波发生装置的功率为1000W，可单独向所述炉体发出微波，对放置在所述炉体内的物体进行加热；所述真空泵安装在所述炉体的侧壁上，用于对所述炉体进行抽真空；

所述匣钵为长方体中空结构，高度为400mm，宽度为490mm，长度为980～1000mm，采用刚玉材质；所述匣钵的边框厚度为15mm，底板厚度为20mm。

进一步，所述匣钵的底板采用不锈钢底板镶嵌粗质刚玉结构，具体为：所述匣钵的底板采用304不锈钢材质，上面镶嵌有粗刚玉材质的透气圆盘；所述透气圆盘为上面开有多个微孔的粗刚玉圆盘。

进一步，所述装置还包括陶瓷纤维布，用于覆盖装入炭的匣钵。

采用上述技术方案，本发明的有益效果为：

采用本发明的活性炭再生方法及装置，可以节约能源，减少污染，提高生产效率，缩短生产周期。

附图说明

图1是本发明的一种活性炭再生方法的流程图；

图2是本发明的另一种活性炭再生方法的流程图；

图3是本发明的微波炉的结构示意图；

图4是本发明的一种匣钵的结构示意图；

图5是本发明的另一种匣钵的结构示意图；

图6是图5中匣钵的底板的结构示意图；

图7是图6中底板的透气圆盘的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的活性炭再生方法将生物活化和微波活化相结合，在较低温度下对饱和活性炭进行活化，包括以下步骤：首先，通过微生物对活性炭吸附的有机物进行降解；然后，将所述活性炭利用微波烘干、加热；最后停止微波加热，将所述活性炭进行冷却并存储。具体过程为：

1.吸附饱和的活性碳生物处理

该过程与传统的生物再生处理类似，是通过微生物将有机物降解。但吸附在活性炭上的有机物往往不能降解，或者是虽然能降解，但只是由大分子有机物降解成了小分子有机物，仍然被活性炭吸附，致使活性炭虽然经过了长时间的生物再生，仍然不能完全恢复吸附能力。经过生物处理后，活性炭吸附的有机物部分完全分解为H₂O，CO₂，CH₄等，但绝大部分只是有机物从大分子变成小分子，还有部分基本没有被降解，此时活性炭的吸附能力基本只恢复了20-30％。以氨基酸厂活性炭为例，经过24小时的生物降解，亚甲基兰吸附值只有10-20mg／L，碘吸附值只有100-300mg／L，经过72小时的生物降解，亚甲基兰吸附值只有40-60mg／L，碘吸附值只有150-350mg／L。处理印染废水的饱和活性炭经过72小时的生物降解，亚甲基兰吸附值只能回复到10-30mg／L，碘吸附值100-200mg／L。

2.经过生物处理后的活性碳进行微波处理

将生物降解后的活性炭，装入图4所示的匣钵中，装填量为厚度100-250mm，覆盖陶瓷纤维布，然后装入图3的微波炉中，6-9KW的微波输出，烘烤45-75分钟，然后冷却2-4小时，此时的活性炭亚甲基兰可以达到8mg／L以上，碘值达到800-900mg／L。

如果采用图5至图7所示的匣钵，在烘烤60分钟后，缓慢通入活性炭总重量10-30％的水蒸汽，然后冷却2-4小时，亚甲基兰可以达到12-29mg／L以上，碘值达到1000-1900mg／L。

实施例1

本实施例的一种活性炭再生方法如图1所示，包括以下步骤：

步骤s101、将经过板框压滤后的活性炭，装入搅拌机中，边搅拌边投加液体微生物，投加量为10-20克／吨废炭。

步骤s102、搅拌均匀后，将废炭堆成炭堆，盖上防雨布进行发酵。其中，发酵时间为：夏天发酵48-72小时，冬天发酵5-10天。所述炭堆的底面直径为3-5米，高度为1.5-2米。

步骤s103、将发酵好的炭，装入图4所示的匣钵内，装填量为100-300mm，覆盖陶瓷纤维布；此时的废活性炭含水一般在50-80％之间，呈块状，装好后，用铁铲将活性炭铺平。

步骤s104、将匣钵放入微波炉中，关闭微波炉的炉门，打开真空泵抽真空，然后开启微波烘干，微波功率6-9千瓦。

步骤s105、烘干45-120分钟，抽出匣钵，检查是否完全烘干，如果完全烘干，用铁铲将块状炭敲打搅拌，使之无大于2厘米的大块。

步骤s106、将完全烘干且无大块的干炭再次放入微波炉，开启微波加热1小时，同时通入氮气。

步骤s107、打开微波炉的炉门，取出匣钵，在空气中冷却2-4小时，用负压输送从匣钵内抽取的再生后的炭到储罐。也可以先打开炉门，在微波炉中冷却后，再取出匣钵。

经过上述过程后，再生完成。然后就可以通过储罐下的灌封机，装入相应包装袋，称量、封口，形成袋装成品活性炭。

实施例2

本实施例的一种活性炭再生方法如图2所示，基本过程大体与实施例1相同，与实施例1相比，不同之处在于：本实施例中，采用图5至图7所示的匣钵，并在所述将完全烘干且无大块的干炭再次放入微波炉开启微波加热和打开微波炉的炉门取出匣钵之间，还包括：当温度达到800度后，通入活性炭总重量10-30％的水蒸汽，通气时间为0.5-1小时。

实施例3

本实施例的一种活性炭再生装置，包括微波炉和匣钵。

所述微波炉的结构如图3所示，包括炉体31、炉腿32、微波发生装置33、真空泵34和真空表35；所述炉体31为长方体中空结构，空腔高度为500mm，深度为1000mm，采用304不锈钢材质；所述炉腿32安装在所述炉体31下方，用于支撑所述炉体31；所述微波发生装置33为9个，安装在所述炉体31顶部，每个微波发生装置33的功率为1000W，可单独向所述炉体31发出微波，对放置在所述炉体31内的物体进行加热；所述真空泵34和真空表35安装在所述炉体31的侧壁上，所述真空泵34用于对所述炉体31进行抽真空，所述真空表35用于测量所述炉体31内的真空度。

本实施例中的匣钵的结构如图4所示，该匣钵为长方体中空结构，高度为400mm，宽度为490mm，长度为980mm，采用刚玉材质；所述匣钵的边框厚度为15mm，底板厚度为20mm。该匣钵采用刚玉作为微波再生活化载体，刚玉能够耐高温，同时微波可以穿透刚玉直接作用于炭体。

本实施例中，所述装置还包括陶瓷纤维布，用于覆盖装入炭的匣钵。陶瓷纤维布覆盖刚玉匣钵，既确保粉末炭不会逸出，又能够让有机气体和水蒸气通过。

实施例4

本实施例中的一种活性炭再生装置与实施例3基本相同，不同之处在于采用了不同结构的匣钵。本实施例中匣钵的结构如图5所示，所述匣钵的长度为1000mm；所述匣钵的底板的结构如图6所示，该底板采用不锈钢底板镶嵌粗质刚玉结构，具体为：所述匣钵的底板采用304不锈钢材质，上面镶嵌有粗刚玉材质的透气圆盘61，其中A为蒸汽入口；所述透气圆盘61的结构如图7所示，该透气圆盘为上面开有多个微孔71的粗刚玉圆盘，其中B为蒸汽入口。该匣钵采用不锈钢底板镶嵌粗质刚玉通入水蒸气，可以使活化均匀，效率提高。

采用本发明再生粉末活性炭，不用转动或搅动，微波能够均匀加热粉末炭，也不需要通入热风，不会导致粉末炭形成粉尘。

采用本发明的匣钵一次可以装废炭150-200公斤，微波时间1-3小时，微波功率9千瓦，即可完成废炭的再生，可以获得亚甲基兰6-9的活性炭；如果再通入水蒸气，可以获得亚甲基兰14-29的再生活性炭，通气时间一般为0.5-1小时。本发明冷却时间很短，微波一旦关闭，打开炉门，取出匣钵，在空气中2-3小时即可完成冷却。整个生产时间在3-6小时完成。在炉中的时间为2-4小时。每炉产量可以达到100公斤。每天可以生产5-10次，产量可以达到500-1000公斤。

采用本发明可以节省能耗，每再生一吨碳电耗700度，采用低谷电生产，费用350元，尾气直接在1200度焚烧，完全没有污染。工序简单，装填和卸料均可以自动。传统的闷烧窑需要人工装料，人工码放，人工出料，效率低，生产周期长。

本发明具有很好的通用性，不论是氨基酸厂饱和碳，化工企业饱和碳，污水处理行业饱和碳，废气处理饱和碳都可以通过本发明再生。传统不能通过生物再生和化学再生的碳，采用本发明都可以再生，具有和传统热再生相同的通用性。相比较传统的热再生技术，本发明可以大幅度减少再生能耗，降低再生成本。本发明结合了生物和微波的优势，生物处理使炭吸附的大分子有机物降解为小分子有机物，在微波过程中，只需要比较低的温度就可以使小分子有机物逸出，同时微波具有打开分子链的作用，也降低了再生温度。微波直接作用于炭体，而不加热匣钵和腔体，使加热耗能减少50％以上。采用底部刚玉微孔通入水蒸气的方法，使水蒸气和炭充分接触，明显提高活性效率，采用本发明再生炭的吸附特性不仅能恢复到新活性炭的能力，甚至可以提高50％-100％的吸附能力，这是由于我国很多活性炭企业生产技术落后，设备老化，很好的原材料，由于没有良好的加工工艺，使得产品品质不高，经使用后，采用本发明工艺再生，除了将活性炭吸附的有机物去除，同时本发明良好的活化过程使炭基更好的造孔，将品质大幅提高，也提高了经济效益。

现在市场一级活性炭的价格基本都在1万元人民币／吨，即使污水处理用的最差的煤质活性炭也在3000元／吨以上，本发明再生一吨活性炭，电耗在400-600度，如果按照0.8元／度计算，本发明再生电费成本320-480元／吨。本发明投资较传统的热再生投资减少很多，不需要特殊耐热钢材。以图3至图7微波设备为例，设备造价7万元人民币左右，每次可以装填两个图4或图5匣钵，即装填量为160升，每次加热时间约为60分钟，加热完成后取出冷却，再继续加热第二炉，以每天生产20炉计算，每天可以装填饱和碳3.2立方，可以产再生碳1.6吨。

建设一个年产1万吨的再生碳厂，生物再生池100立方，费用5万元，微波炉和匣钵20套，费用140万元，其他设备：铲车，传送带，真空泵，蒸汽锅炉等55万元。总计200万元。

生产电费：480万元。

生产人员每班5人，每天3班，共15人，管理后勤轮班人员15人，共计30人，人均5000元／月，合计180万元。

饱和炭运费和购买费400元／吨，合计400万元。

设备折旧，厂房租金50万元。

总计生产成本：1110万元。

本发明再生炭达到国家1级炭标准，售价在8000-10000元／吨，即年产值在8000万元-1亿元，即使按照最低的煤质炭3000-3500元／吨计算，产值也在3000万元以上。投资200万，当年可以产生毛利润2000万左右。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种活性炭再生方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

A、通过微生物对活性炭吸附的有机物进行降解；

B、将所述活性炭利用微波烘干、加热；

C、停止微波加热，将所述活性炭进行冷却并存储。

2.如权利要求1所述的活性炭再生方法，其特征在于，在所述步骤A中，具体包括：

3.如权利要求2所述的活性炭再生方法，其特征在于，在所述步骤A2中，发酵时间为：夏天发酵48-72小时，冬天发酵5-10天。

4.如权利要求3所述的活性炭再生方法，其特征在于，在所述步骤A2中，所述炭堆的底面直径为3-5米，高度为1.5-2米。

5.如权利要求4所述的活性炭再生方法，其特征在于，在所述步骤B中，具体包括：

6.如权利要求5所述的活性炭再生方法，其特征在于，在所述步骤B和C之间，还包括：当温度达到800度后，通入活性炭总重量10-30％的水蒸汽，通气时间为0.5-1小时。

7.如权利要求5或6所述的活性炭再生方法，其特征在于，在所述步骤C中，具体包括：打开微波炉的炉门，取出匣钵，在空气中冷却2-4小时，用负压输送从匣钵内抽取的再生后的炭到储罐。

8.一种活性炭再生装置，其特征在于，所述装置包括微波炉和匣钵；

9.如权利要求8所述的活性炭再生装置，其特征在于，所述匣钵的底板采用不锈钢底板镶嵌粗质刚玉结构，具体为：所述匣钵的底板采用304不锈钢材质，上面镶嵌有粗刚玉材质的透气圆盘；所述透气圆盘为上面开有多个微孔的粗刚玉圆盘。

10.如权利要求8或9所述的活性炭再生装置，其特征在于，所述装置还包括陶瓷纤维布，用于覆盖装入炭的匣钵。