CN104741080B - 一种有机吸附饱和活性炭再生方法 - Google Patents
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Abstract
一种有机吸附饱和活性炭再生方法，吸附饱和的活性炭在气化裂解炉内流动进行再生，从气化裂解炉的炉头流动到炉尾分为三个阶段：干燥阶段：干燥温度80‑150℃，干燥时长3min‑20min；脱附阶段：脱附温度350‑700℃，脱附时长20min‑150min；活化阶段：活化温度750‑1200℃，活化时长5‑150min；水蒸气在活化阶段通入，通入量与活性炭的比例为100‑500ml/min:1kg。本发明具有可以实现连续生产，热源利用率高、活性炭再生性能稳定、得率高、无污染及劳动强度小等优点。
Description
技术领域
本发明涉及节能、环保、资源再生技术领域，尤其是涉及一种利用燃料油燃烧废热制造饱和活性炭再生技术。
背景技术
活性炭具有高度发达的孔隙结构和很大的比表面积，在各行各业得到广泛的应用。它对水中有害物质，如有机物、重金属离子等能进行有效吸附而使废水得到净化。但是，活性炭价格高，使得活性炭难以付诸于实际应用。另外，活性炭也是一种大量消耗资源和能源的产品，吸附饱和的活性炭若不再生利用，是对资源的一种很大浪费，同时还将造成二次污染。
目前，对饱和活性炭进行再生的技术主要有：化学药剂再生法、热再生法、生物再生法、电化学再生法、超声波再生法、催化湿式氧化法、超临界流体再生法及新型热再生法(微波加热法、远红外线加热法、直接通电加热法)。尽管目前对饱和活性炭活化再生技术较多，但是采用热法再生效果最佳，该法适用于几乎所有吸附质为有机物的饱和活性炭。国外主要采用立式沸腾炉，设备结构较简单、实行连续生产，尾气经过喷水冷却，用袋式除尘器收集烧成的炭粉。或者直接用湿式除尘器收集，得到的产品呈浆状，热能未充分利用。国内主要再生方法有：闷烧炉法、平板炉法、槽式炉法，成型造粒活化法(立式炉)等。这些方法均实行间歇生产，能耗高、得率低、污染环境、产品质量差，劳动强度大。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种有机吸附饱和活性炭再生方法。本发明具有可以实现连续生产，热源利用率高、活性炭再生性能稳定、得率高、无污染及劳动强度小等优点。
本发明的技术方案如下：
一种有机吸附饱和活性炭再生方法，吸附饱和的活性炭在气化裂解炉内流动进行再生，从气化裂解炉的炉头流动到炉尾分为三个阶段：
干燥阶段：干燥温度80-150℃，干燥时长3min-20min；
脱附阶段：脱附温度350-700℃，脱附时长20min-150min；
活化阶段：活化温度750-1200℃，活化时长5-150min；
水蒸气在活化阶段通入，通入量与活性炭的比例为100-500ml/min:1kg。
所述气化裂解炉内壁上设置螺旋导向片(31)；所述螺旋导向片(31)在气化裂解炉(12)的炉体内胆圆截面上的长度为内胆圆截面直径的0.032～0.48倍；所述螺旋导向片(31)的厚度分为三段，在从炉头(20)到炉尾(8)的前三分之一段区域内；其厚度为其长度的0.1～0.13倍，中间三分之一段区域内，其厚度为其长度的0.5～0.65倍；后端三分之一段区域内，其厚度为其长度的0.8～0.9倍。
所述气化裂解炉的热量来自于高温热解炉中燃烧工业废有机、废油脂产生的高温烟气；所述高温烟气与活性炭流动方向相反，高温烟气在气化裂解炉内通过逆流的形式进行热辐射。
所述活性炭从气化裂解炉进入高效固气分离塔，脱附过程中产生的高温有机气体与高温热解炉产生的高温烟气混合后，一起导入再燃室燃烧产生热量，制备出水蒸气在活化阶段通入。
所述吸附饱和的活性炭含水量为5％-60％。
本有机吸附饱和活性炭再生方法使用的装置包括高温热解炉(1)和气化裂解炉(12)；所述气化裂解炉(12)是一个圆柱形空心转炉，从炉头(20)到炉尾(8)由高向低倾斜设于滚轮装置(26)里；所述滚轮装置(26)包括滚轮(11)以及滚轮底架(25)；所述气化裂解炉(12)通过传动齿轮(13)与传动电机(24)连接；所述炉头(20)、炉尾(8)、滚轮装置(26)以及传动电机(24)依次设置于基础(27)上；
所述气化裂解炉(12)的炉体内壁上设置螺旋导向片(31)；所述气化裂解炉(12)外壳包有一层从炉头(20)联通到炉尾(8)的供气体流动的密封夹套(10)；所述高温热解炉(1)内部燃烧工业废有机、废油脂热源得到的高温烟气通过其端部的废热热管(7)通入密封夹套(10)内；
所述气化裂解炉(12)的炉尾(8)接入高效气固分离塔(5)，并与其整体密封；
所述有机吸附饱和活性炭再生装置还包括依次由管道连接的再燃室(16)、 余热锅炉(28)以及废气处理系统(29)；
所述余热锅炉(28)制备得到的水蒸气通过水蒸气管(3)连接入高效气固分离塔(5)内，并且直通入炉尾(8)内；所述高效气固分离塔(5)内还设置有除粉尘喷淋管(2)。
所述废热热管(7)和密封夹套(10)的连接位置为气化裂解炉(12)的炉尾(8)；所述密封夹套(10)在炉头(20)上连出一根废热气管(15)，接入再燃炉(16)；再燃室(16)顶部连接一根尾气管(14)引入余热锅炉(28)，余热锅炉(28)与废气处理系统(29)通过管道相连；
所述气化裂解炉(12)的炉头(20)前端设置有进料螺旋(19)，所述进料螺旋(19)伸入气化裂解炉(12)炉体内中心处；所述进料螺旋(19)外部连接活性炭进料电机(18)，所述进料螺旋(19)的外部上方设置真空进料装置(17)；
所述高效气固分离塔(5)顶部连出一根废气管(6)通入汽化裂解炉炉尾(8)；所述高效气固分离塔(5)底部为再生后的活性炭出料口；
所述有机吸附饱和活性炭再生装置还包括冷却系统；所述冷却系统位于所述高效气固分离塔(5)底部出料口下方；
所述冷却系统包括相连的冷却装置传动电机(22)和活性炭冷却搅龙(23)，以及与活性炭冷却搅龙(23)出料部位连接的冷却水管(21)和与活性炭冷却搅龙(23)进料部分连接的冷却回水管(4)；所述冷却水管(21)与冷却水回水管(4)分别连接高效气固分离塔(5)，并通入冷却水系统(30)。
本活化再生装置为利用工业废有机溶液及废油脂，在高温热解炉内燃烧产生的高温烟气进入汽化裂解炉内，对有机吸附质活性炭进行干燥、脱附及活化再生；在活化阶段通入水蒸气对有机质脱附后的活性炭进行扩孔改造，达到提高再生后活性炭吸附性能的目的。活性炭脱附出来的有机烟气进入再燃室与高压氧气一起进行充分燃烧，以防止二次污染，再燃室内燃烧产生的高温烟气与余热锅炉进行换热提供蒸汽。
气化裂解炉炉体采用鱼鳞片状的密封条(鱼鳞片起密封作用，对窑体摆动适用性较好，耐高温变形能力极好，其形状如图1所示)分别于炉头、炉尾及高效气固分离塔密封，气化裂解炉内胆里侧设有螺旋导向片，该螺旋导向片可以改变活性炭在气化裂解炉中的输送方式，延长活性炭在炉体内的停留时间，同时随着气化裂解炉炉体的转动，螺旋导向片不断搅拌活性炭，使得活性炭受热 均匀。
再生后的活性炭及解析的有机气体(再生前活性炭中的吸附质为有机物，在高温条件下活性炭中的有机物气化解析出来)进入高效气固分离塔，活性炭进入冷却系统，有机蒸汽通过高效气固分离塔顶部的废气管，与高温热解炉出来的高温烟气汇合后，经过经废热气管，通过裂解炉的夹套引入再燃室与高压氧气混合燃烧，燃烧后高温烟气经尾气管引入余热锅炉换热制备水蒸汽，冷却的烟气进入废气处理系统进行处理，处理后可以直接排入大气。再燃室燃烧后产生的高温烟气经过余热锅炉换热后制备水蒸气供热，使得热能得到高效的利用，避免了资源的浪费。
活性炭输送与夹套内的高温烟气流通方向相反，通过逆流的形式合理的利用高温烟气在气化裂解炉内的热辐射，保证热源得到充分有效的利用。
高效气固分离塔内预埋隔尘挡板及喷淋管，当再生后的活性炭进入分离塔内，隔尘挡板及喷淋管喷出水雾有效阻止了活性炭粉尘进入气化裂解炉的夹套，避免引起再生后的活性炭在高温下自燃。
再生后的活性炭通过位于高效气固分离塔底部的出料口进入冷却系统，冷却系统内的冷却搅龙将经过高温活化后的活性炭迅速冷却至室温。
本活化再生装置的使用方法为：
第一步、启动气化裂解炉传动电机(24)，带动气化裂解炉炉体(12)转动；
第二步、利用工业有机废物、废油脂在高温热解炉(1)内燃烧所产生的高温烟气经废热热管(7)进入汽化裂解炉(12)外夹套(10)经热传导，热辐射等方式使裂解炉内胆(12)的温度升高到300℃-950℃，同时由热电偶测温装置(9)测温。
第三步、启动活性炭进料电机(18)，开启真空进料装置(17)，活性炭进料电机(18)带动进料螺旋(19)将吸附饱和有机物的活性炭送入裂解炉内胆(12)内，通过水蒸汽管(3)通入由预热锅炉(28)产生的水蒸气，对吸附饱和的活性炭进行再生活化，同时定时向活性炭贮槽补充吸附饱和的活性炭原料，裂解炉炉体(12)的转动将带动吸附饱和的活性炭从炉头处向炉尾处输送，使之达到充分的高温干燥、高温脱附、再生活化，再生活化时间控制在0.5到3.5h，干燥、脱附、活化三个阶段一次完成；
当经活化再生的活性炭输送至裂解炉炉尾(8)时，将自动滑入高效气固分 离塔(5)内，除尘喷淋管(2)间接喷出水雾，促进气固分离。活化再生后的活性炭由气固分离装置(5)的底部出料口滑入活性炭冷却系统(23)进行冷却，实现连续出料。
本发明有益的技术效果在于：
本发明采用回转窑活化工艺，在废炭粉再生中取得了较好效果。本发明采用连续生产系统，回转窑的热源为由工业废有机、废油脂等按照一定比例调和的燃料油，燃烧产生高温的烟气。吸附质在高温烟气的加热下脱附后进入再燃室燃烧供热。通过本发明有效实现了有机吸附质活性炭的资源化再生，减少了废活性炭燃烧形成的二氧化碳的排放。本发明热能利用充分，产品质量优良、得率高、无污染、劳动强度低。活性炭吸附性能恢复率为90-150％(以碘及亚甲蓝吸附值计)
附图说明
图1为鱼鳞片密封条的形状示意图；
图2为本有机吸附饱和活性炭再生方法所用的装置的结构示意图；
图2中：1:高温热解炉、2:除尘喷淋管、3:水蒸气管、4:冷却水回水管、5:高效气固分离塔、6:废气管、7:废热热管、8:汽化裂解炉炉尾、9:热电偶测温装置、10:汽化裂解炉夹套、11:滚轮、12:气化裂解炉炉体、13:传动齿轮、14:尾气管、15:废热气管、16:再燃室、17:真空进料装置、18:活性炭进料电机、19:进料螺旋、20:汽化裂解炉炉头、21:冷却水管、22:活性炭冷却装置传动电机、23:活性炭冷却搅龙、24:传动电机、25:滚轮底架、26:滚轮装置、27:基础、28:余热锅炉、29:废气处理系统、30:冷却水系统。
具体实施方式
下面结合附图2，通过实施例对本发明进行具体描述。
一、活化再生所用设备介绍
高温热解炉1置于气化裂解炉炉尾8的一端，活性炭再生所需热源来自于高温热解炉1内焚烧的工业废有机及废油脂。气固分离装置5、汽化裂解炉炉尾8、再燃室16、真空进料装置17、活性炭进料电机18、汽化裂解炉炉头20、活性炭冷却搅龙23、传动电机24、滚轮底架25、滚轮装置26通过预埋螺栓依次设于基础27之上。
滚轮11设于两个滚轮装置26内，两个滚轮装置26分别设于滚轮底架27之 上。气化裂解炉12的炉体的两端分别穿插在汽化裂解炉炉头20和汽化裂解炉炉尾8中间的孔道内，汽化裂解炉12的炉体与汽化裂解炉炉头20和汽化裂解炉炉尾8通过螺栓连接固定完全密封，汽化裂解炉12的炉体从炉头20到炉尾8是由高向低倾斜设于滚轮11里。传动电机24通过汽化裂解炉传动齿轮13与汽化裂解炉12的炉体连接。
气化裂解炉(12)的炉体内壁上设置螺旋导向片31。螺旋导向片31在气化裂解炉12的炉体内胆圆截面上的长度为内胆圆截面直径的0.032～0.48倍；所述螺旋导向片31的厚度分为三段，在从炉头20到炉尾8的前三分之一段区域内；其厚度为其长度的0.1～0.13倍，中间三分之一段区域内，其厚度为其长度的0.5～0.65倍；后端三分之一段区域内，其厚度为其长度的0.8～0.9倍；
废热热管7从高温热解炉1挥发出的高温烟气接至汽化裂解炉炉尾8，通入汽化裂解炉夹套10，连接至气化裂解炉炉头20，经废热气管15，引入再燃室16，废气在再燃室16内与高压氧气混合燃烧后产生的高温烟气经尾气管14通入余热锅炉28内，产生的废气引入废气处理系统29进行处理，处理后可直接排入大气。
各管道连接处均由密封器件进行密封处理。进料螺旋19置于汽化裂解炉炉头20的前端，并伸入裂解炉炉体12内中心处，活性炭进料电机18与进料螺旋19相连接，真空进料装置17设于进料螺旋19的上方，启动活性炭进料电机18以及真空进料装置17便可以实现向气化裂解炉12内连续进料。
高效气固分离塔5与气化裂解炉炉体12相连接，并且通过汽化裂解炉炉尾8整体密封，高效气固分离塔5的下方为活性炭出料口，与活性炭冷却搅龙23相连。当活化再生后的活性炭从汽化裂解炉炉头20输送至炉尾时，自动滑入高效气固分离塔5，实现气固分离，同时除尘喷淋管2进行间隙式喷液避免活性炭粉末从分离器上端溢出。
冷却系统包括相连的冷却装置传动电机22和活性炭冷却搅龙23，以及与活性炭冷却搅龙23出料部位连接的冷却水管21和与活性炭冷却搅龙23进料部分连接的冷却回水管4；所述冷却水管21与冷却水回水管4分别连接高效气固分离塔5，并通入冷却水系统30。
活化再生后的活性炭通过高效气固分离塔5的下端进入活性炭冷却搅龙23，活性炭在活性炭冷却搅龙23中通过传动电机的带动下实现连续出料，分离之后 的废气经高效气固分离塔5上方的废气管6通入汽化裂解炉炉尾8。冷却水管21与冷却水回水管4分别连接高效气固分离塔5以及活性炭冷却装置23，并通入冷却水系统30。从蒸汽锅炉28提供的蒸汽源接入的水蒸气管3通过气固分离装置5伸至汽化裂解炉炉体12内，除粉尘喷淋管2伸入高效气固分离塔5内。
活性炭进料电机18、传动电机24、活性炭冷却传动电机22以及热电偶测温装置9分别通过导线接入控制室内，各管道均安装控制阀门，便于多路控制，从而实现整套装置的控制系统的自动化。活性炭产品从出料口出料后，经打包入库，脱附的烟气进入再燃室16完全燃烧后高温烟气与余热锅炉28换热制备水蒸气供热，冷却后的烟气经废气处理系统处理29之后，直接排入大气。
具体的操作方法为：
1、在高温热解炉1内焚烧工业废有机溶液及废油脂产生的大量高温烟气经废热热管7进入汽化裂解炉12的炉体外的夹套10，夹套10经过短时间的加热后经热传导，热辐射等方式使气化裂解炉内胆温度升高到300℃-950℃。气化裂解炉炉尾8的温度达到950℃。
2、启动活性炭进料电机24，开启真空进料泵17，活性炭进料电机18带动进料螺旋19将吸附饱和的活性炭送入气化裂解炉12的内胆里，对吸附饱和的活性炭进行再生活化，同时定时向活性炭贮槽补充吸附饱和的活性炭原料，汽化裂解炉12的炉体转动将带动吸附饱和的活性炭从炉头处向炉尾输送，使之达到充分的高温干燥、高温脱附、再生活化，在再生活化阶段通入水蒸气蚀刻活性炭内孔道结构，达到提高活性炭吸附性能目的。饱和活性炭在炉头20的100-150℃区域进行加热干燥，干燥时间由裂解炉转速决定。干燥后的饱和活性炭经过炉体内的螺旋导向片输送至500-700℃区域进行解析脱附，解析脱附时间由裂解炉转速控制。解析脱附后的活性炭经过螺旋导向片输送至800-950℃区域进行活化，同时通过气固分离塔中预埋管道喷入水蒸气作为活化及保护气体，达到提高其吸附性能的目的。整个再生活化时间控制在0.5h-3.5h，干燥、脱附、活化三个阶段一次完成；再生后的活性炭碘吸附值达到900-1100mg/g，亚甲蓝吸附值达到150-300mg/g。
3、当经活化再生的活性炭输送至汽化裂解炉炉尾8后自动滑入高效气固分离塔5内，开启除尘喷淋器2间断喷出水雾，促进气固分离。活化再生后的活性炭由高效气固分离塔5的底部出料口进入冷却搅龙23，冷却后的活性炭由活 性炭冷却装置的传动结构输送，实现连续出料。
在活性炭活化再生的过程中，汽化裂解炉的转速、饱和活性炭进料量和燃料油燃烧指导数据由预埋热电偶测温转置9控制，当汽化裂解炉内温度低于工艺要求温度下限，必须增加燃料油的燃烧量，降低汽化裂解炉的转动速度及减少吸附饱和活性炭原料的投加量来提高炉体的运行温度，从而达到工艺要求所设定的温度；反之，当气化裂解炉12内的温度超过工艺要求所设定的温度时，通过减少燃料油的燃烧量，同时增加吸附饱和的活性炭原料的投加量，加快气化裂解炉炉体12的转动速度，以达到工艺要求所设定的温度。
在高温热解炉1旁设有可以进行燃烧煤气、柴油、焦炭、煤等作为补充能源的热源装置，如有机废物不够，可以通过燃烧煤气、柴油、焦炭、煤等作为补充能源来获得足够的热量。采用本装置可以对粉末状活性炭、棒状活性炭、以及尺寸小于100mm*100mm*100mm的蜂窝块状活性炭进行活化再生，不局限于颗粒或者粉末状的活性炭；并且对活性炭进行活化，提高了吸附性能。
二、活化再生工艺实施例
实施例1～9按照下述工艺进行活化再生操作。
含水量为5～60％的吸附饱和的活性炭在气化裂解炉12内流动进行再生，从气化裂解炉的炉头流动到炉尾分为三个阶段：
干燥阶段：干燥温度80-150℃，干燥时长3min-20min；
脱附阶段：脱附温度350-700℃，脱附时长20min-150min；
活化阶段：活化温度750-1200℃，活化时长5-150min；
水蒸气在活化阶段通入，通入量为100-500(ml/min)/kg(每公斤活性炭每分钟通入水蒸气100-500ml)。
实施例1～9的具体工艺如表1所示。
表1
实施例1～9得到的活化再生后的活性炭的性能如表2所示。
表2
| 实施例 | 再生炭得率(％) | 碘吸附值(mg/g) | 亚甲蓝吸附值(mg/g) |
| 1 | 77 | 1048 | 345 |
| 2 | 91 | 1013 | 240 |
| 3 | 92 | 976 | 205 |
| 4 | 87 | 1000 | 225 |
| 5 | 92 | 975 | 175 |
| 6 | 81 | 950 | 175 |
| 7 | 94 | 948 | 150 |
| 8 | 79 | 968 | 175 |
| 9 | 94 | 1156 | 390 |
备注：1.再生炭得率＝再生后干基活性炭重量/再生前干基活性炭重量
2.碘吸附值测试采用国标GB/T 12496.8-1999、亚甲蓝吸附值采用国标GB/T12496.10-1999测试。
Claims (4)
1.一种有机吸附饱和活性炭再生方法，吸附饱和的活性炭在气化裂解炉内流动进行再生，从气化裂解炉的炉头流动到炉尾分为三个阶段：
干燥阶段：干燥温度80-150℃，干燥时长3min-20min；
脱附阶段：脱附温度350-700℃，脱附时长20min-150min；
活化阶段：活化温度750-1200℃，活化时长5-150min；
其特征在于：
水蒸气在活化阶段通入，通入量与活性炭的比例为100-500ml/min:1kg；
所述气化裂解炉内壁上设置螺旋导向片(31)；所述螺旋导向片(31)在气化裂解炉(12)的炉体内胆圆截面上的长度为内胆圆截面直径的0.032倍；所述螺旋导向片(31)的厚度分为三段，在从炉头(20)到炉尾(8)的前三分之一段区域内；其厚度为其长度的0.1～0.13倍，中间三分之一段区域内，其厚度为其长度的0.5～0.65倍；后端三分之一段区域内，其厚度为其长度的0.8～0.9倍。
2.根据权利要求1所述的有机吸附饱和活性炭再生方法，其特征在于所述气化裂解炉的热量来自于高温热解炉中燃烧工业废有机、废油脂产生的高温烟气；所述高温烟气与活性炭流动方向相反，高温烟气在气化裂解炉内通过逆流的形式进行热辐射。
3.根据权利要求1或2所述的有机吸附饱和活性炭再生方法，其特征在于所述活性炭从气化裂解炉进入高效固气分离塔，脱附过程中产生的高温有机气体与高温热解炉产生的高温烟气混合后，一起导入再燃室燃烧产生热量，制备出水蒸气在活化阶段通入。
4.根据权利要求1所述的有机吸附饱和活性炭再生方法，其特征在于所述吸附饱和的活性炭含水量为5％-60％。
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| CN104307500A (zh) * | 2014-10-10 | 2015-01-28 | 程振国 | 一种颗粒活性炭再生转窑 |
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