CN107827109B - 粉末活性炭再生系统及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粉末活性炭再生系统及制备方法，属于废物处理领域。所述粉末活性炭再生系统包括依次相连的滚筒造粒装置、再生加热炉以及气体焚烧装置。本发明可实现粉末活性炭的再生处理及循环使用，减少了对环境的污染，降低了活性炭的使用成本、工艺流程简单，生产过程中无二次污染。

Description

粉末活性炭再生系统及制备方法

技术领域

本发明涉及废物处理领域，特别是指一种粉末活性炭再生系统及制备方法。

背景技术

粉末活性炭广泛应用于化工生产、污水处理、药剂精制、食品脱色等领域，产生大量废炭泥，由于再生难度高，传统工艺通常将其遗弃处置，对环境造成污染且占用大片土地。活性炭再生可以减少新鲜炭粉的使用，降低废水处理成本。活性炭的再生就是采取各种办法，从活性炭表面除去吸附的有害物质，使吸附物质脱离或者分解。基于再生条件和脱附反应原理，目前开发了各种再生工艺技术：如热再生法、湿式氧化法、生物再生法、超声波法、溶剂法、电化学法、微波再生法等。但是针对于粉末活性炭再生，至今并无成熟的工业化应用案例。

CN103752295A公开了一种用于粉末活性炭再生的电转炉，包括炉壳体、炉内胆、出气口、电机和第一支架等。其特征在于：电转炉设置有烟尘处理装置，烟尘处理装置包括烟气入口、文丘里管、连接喉部、喉部喷嘴、第二支架、水封器、捕滴器、环形喷嘴、烟气出口、捕滴器出口锥形管和除尘水箱。由于该设备运行时大量活性炭粉末会随气体一并逸出，因此除尘设施是设备运行能否稳定的关键，随着运行时间增加，设备管道容易堵塞，且大量炭粉损失。

CN106944025A公开了一种粉末活性炭的再生方法，将含水量为30-80％的吸附饱和的粉末活性炭进行干燥和炭化后再升温并通入水蒸气，水蒸气的通入量占干燥后的粉末活性炭质量的15-35％，活化后降至室温。该方法工艺简单，但不适应废水处理后的粉末活性炭再生，当粉炭粒度<0.1mm，在加工过程容易扬尘，且反应不均匀，并且为了提高均匀性只能让物料或气体运动并充分接触，又会导致气体带走大量的粉尘，难以处理；而且该方法对炭化和活化过程中产生的废气未处理，容易造成二次污染。

CN105289563A公开了一种废活性炭再生处理方法，它包括储存，预处理，热力制取，焙烧，后处理及包装，和预热处理等步骤。该方法主要通过隧道窑炉实现，以生物质燃料作为热源，生产出的再生活性炭吸附性能可恢复原活性炭的95％～110％，强度基本不变，再生率可保持在90％以上。但该方法的炭化与活化温度高、焙烧时间长，对设备和材料的要求严苛，导致生产成本过高；在应用于粉尘再生的，由于气体含尘量大，造成烟气处理流程长，运行稳定性差。

CN105289489A公开了一种粉末活性炭物理法再生工艺，先将使用过的废粉末活性炭、有机粘结剂、沥青或强粘结性煤粉按一定质量比配合后加入水，混捏均匀成膏体；将膏体在挤条机上挤压成直径3-6mm的炭条，然后将炭条干燥后，置于活化炉中，通入水蒸气进行活化，所得产品磨碎得到粉末活性炭再生品。此方法可以保证活化过程的均匀性，消除了再生过程粉尘形成，以颗粒炭的设备实现粉炭再生。但该技术一定在粉炭挤条过程中需要添加一定粘结剂，造成粉炭孔隙分布发生变化。此外，该方案在挤条前需要配入一定量的水，但后续进行干燥，因此加工过程能耗损失大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺流程简单、生产过程无二次污染、系统能耗低的粉末活性炭再生系统及制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，提供一种粉末活性炭再生系统，包括依次相连的造粒装置、再生加热炉以及气体焚烧装置。

进一步的，所述造粒装置包括破碎机、造粒机、抛圆机；所述破碎机的出口连接有搅拌器；所述搅拌器的出口通过传输带与所述造粒机相连；所述造粒机与抛圆机之间连接有滚筒筛。

进一步的，所述滚筒筛下方设有粉末回收装置，所述粉末回收装置通过传送带与所述搅拌器相连接，减少粉末炭的损失，降低后续工艺中的含尘量。

进一步的，当粉末炭料含水量低于45％时，所述造粒机优选为滚筒造粒机，当粉末炭料含水量高时，所述造粒机可选择圆盘造粒机及对辊造粒机，可制备出具有一定机械强度的粉粒颗粒，完成后续的再生工艺；所述再生加热炉为外热式回转炉或外热立式炉，所述外热式回转炉的热源为提供水蒸气的锅炉装置，所述外热立式炉的热源可以选用电加热或其他燃料供应水蒸气；所述气体焚烧装置为蓄热式燃烧装置，经处理后的气体可直接排放。

本发明通过巧妙的组合结构设备并调整相关工艺参数，对粉状活性炭进行无粘结剂制粒和抛圆，使颗粒具有较高的机械强度，满足颗粒活性炭再生设备的入料要求；再生过程中控制活化程度，再生彻底的同时减小炭的损失。再生后的粉炭与新鲜炭粉配合使用时，如果粉炭的得率太低，则会增加新鲜炭粉的补充量，如果再生炭粉的吸附能力太差，则会显著影响粉炭的使用效果，所以再生粉炭/新鲜粉炭的比例和再生次数是有一定关系的，再生粉炭/新鲜粉炭的比例高与再生次数相匹配。再生处理产生的气体含尘量很少，处理方法简单，不会产生二次污染，可燃组分燃烧后可以回收热量，系统热利用效率高；本发明工艺流程简单，热量梯级利用，系统能耗低，更加利于工业化稳定生产。

另一方面，本发明还提供上述粉末活性炭再生系统制备粉末活性炭的方法，包括：

步骤1：将一定含水量的粉炭经破碎和搅拌后，调整造粒转速以及倾角，直接进入滚筒造粒机造粒；

步骤2：将步骤1制备出的粉粒经过滚筒筛后进入抛圆机；且将筛子下方的炭粉末重新添加到破碎机，重新制粒；

步骤3：将步骤2中制备出的粉粒加入再生加热炉，经干燥、炭化及活化处理，即得再生活性炭。

其中，所述步骤1中物料的水份含量≤45％，滚筒造粒转速为120-150r/min；倾角为2-5℃；粉粒是否成型与造粒机的参数息息相关，不添加粘结剂，降低成本的前提下，发明人经过大量的试验论证，只有在滚筒造粒转速为120-150r/min；倾角为2-5℃条件下，可制备出2-4mm的颗粒，成球率在90％以上。

其中，所述步骤2中，本发明所使用的滚筒筛的粒径为3mm，物料经过滚筒筛后进入抛圆机，提高颗粒的圆整度，减少后续加工过程的破碎，且大大降低了气体中的含尘量；筛下物返回破碎机，重新制粒，避免炭粉损失，滚筒筛的粒径选择可根据实际生产需求进行调整。

其中，所述步骤3中，干燥的温度为100-150℃，干燥时间为1-3h；在此阶段，主要使颗粒内部吸附水蒸发，同时部分低沸点有机物也随着挥发。

其中，所述步骤3中，炭化的温度为700℃，炭化时间为0.5-2h，活性炭中的有机物随着温度升高，分别以挥发、分解、炭化、氧化的形式，从活性炭的基质上消除，再生炭的吸附恢复率可以达到60％。

其中，所述步骤3中，活化的温度为800-850℃，活化时间为1-3h；有机物经高温炭化后，有一部分炭化物残留在活性炭微孔中，炭化物需要用活化剂蒸汽进行气体反应，使残留炭化物气化成CO、CO₂等气体，活性炭空隙得到清理，其吸附性能可恢复至新型炭粉的90-110％。

进一步的，还包括：步骤4，将活化后产生的气体组分经蓄热式燃烧装置处理后排放，活化后产生的气体含尘量极少，过滤除尘后进行燃烧处理，气体中的主要组分为未反应的蒸汽、活化反应产生的H₂、CO、CO₂、以及活性炭的吸附物质，热值较低，选用蓄热式燃烧装置进行处理后可直接排放，降低空气污染。

本发明具有以下有益效果：

(1)对粉末活性炭先进行制粒，选用成熟的颗粒活性炭生产设备进行再生，有利于提高系统稳定性，降低生产成本；制粒过程不添加粘结剂和额外的水，无需搅拌混匀，通过抛圆提高颗粒的圆整度，减少加工过程的破碎；

(2)蒸汽活化过程的适应性广，对不同种类的活性炭均有再生效果，再生彻底；由于没有其他添加物和预处理措施，工艺更简单，且气体粉尘量小，废气处理流程适应简化，再生成本降低；

(3)再生产生的废气经过蓄热焚烧后可进行热量回收，提高系统热利用效率，避免二次污染；实现粉末活性炭的循环使用，活性炭的使用成本大幅降低；

(4)本发明制备出的再生活性炭可以进一步经过筛分处理得到颗粒或粉末再生粉末炭，或者直接经过破碎工艺处理，使其重新循环再利用。

附图说明

图1为本发明的粉末活性炭再生系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有技术中粉末活性炭回收成本高，效率低及耗时间的问题，提供一种粉末活性炭再生系统及其制备方法。

实施例1

以北京某污水处理厂中产生的废活性炭为例，将过板框压滤机后的粉末炭水含量范围为35％-40％。

如图1所述，粉末活性炭再生系统工作流程为：物料经破碎机、搅拌器处理后，经传输带将粉末炭加入到造粒机中造粒；将制备出的粉末颗粒过滚筒筛，将筛下物加入到搅拌器中，重新造粒；过筛的粉粒加入到连有蒸汽锅炉的再生加热炉中，经干燥、再生、活化处理后即得再生粉末活性炭；活化产生的气体经蓄热焚烧后，净化后直接排放。

实施例2

利用上述粉末活性炭再生系统制备粉末活性炭的方法，包括：

步骤1：将水份含量为40％的粉炭经破碎和搅拌后，调整滚筒造粒机转速150r/min、倾角3℃；

步骤2：将步骤1制备出的粉粒经过滚筒筛后进入抛圆机；且将筛子下方的炭粉末重新添加到破碎机，重新制粒；

步骤3：将步骤2中制备出的粉粒加入再生加热炉，经干燥、炭化及活化处理，其中，干燥的温度为100℃，干燥时间为2h，炭化的温度为700℃，炭化时间为1h，活化的温度为850℃，活化时间为2h，即得再生活性炭。

步骤4：将活化后产生的气体组分经蓄热式燃烧装置处理后排放。

本实施例制备出的再生活性炭的产率为92.17％。

实施例3

利用上述粉末活性炭再生系统制备粉末活性炭的方法，包括：

步骤1：将水份含量为40％的粉炭经破碎和搅拌后，调整滚筒造粒机转速120r/min、倾角5℃；

步骤2：将步骤1制备出的粉粒经过滚筒筛后进入抛圆机；且将筛子下方的炭粉末重新添加到破碎机，重新制粒；

步骤3：将步骤2中制备出的粉粒加入再生加热炉，经干燥、炭化及活化处理，其中，干燥的温度为150℃，干燥时间为1h，炭化的温度为700℃，炭化时间为1h，活化的温度为850℃，活化时间为1h，即得再生活性炭。

步骤4：将活化后产生的气体组分经蓄热式燃烧装置处理后排放。

本实施例制备出的再生活性炭的产率为89.5％。

实施例4

利用上述粉末活性炭再生系统制备粉末活性炭的方法，包括：

步骤1：将水份含量为35％的粉炭经破碎和搅拌后，调整滚筒造粒机转速120r/min、倾角3℃；

步骤2：将步骤1制备出的粉粒经过滚筒筛后进入抛圆机；且将筛子下方的炭粉末重新添加到破碎机，重新制粒；

步骤3：将步骤2中制备出的粉粒加入再生加热炉，经干燥、炭化及活化处理，其中，干燥的温度为100℃，干燥时间为2h，炭化的温度为700℃，炭化时间为1h，活化的温度为850℃，活化时间为2h，即得再生活性炭。

步骤4：将活化后产生的气体组分经蓄热式燃烧装置处理后排放。

本实施例制备出的再生活性炭的产率为89％。

为了进一步说明本发明的有益效果，仅以实施例2为例，构建以下对比例。

对比例1

粉末活性炭的制备方法，包括：

步骤1：将水份含量为40％的粉炭加入再生加热炉，经干燥、炭化及活化处理，其中，干燥的温度为100℃，干燥时间为2h，炭化的温度为700℃，炭化时间为1h，活化的温度为850℃，活化时间为2h，即得再生活性炭。

步骤2：将活化后产生的气体组分经蓄热式燃烧装置处理后排放。

该对比例制备出的再生活性炭的产率为51％。

对比例2

粉末活性炭的制备方法，包括：

步骤1：将水份含量为40％的粉炭经破碎和搅拌后，加入10％的焦油，调整滚筒造粒机转速150r/min、倾角3℃；

步骤2：将步骤1制备出的粉粒经过滚筒筛后进入抛圆机；且将筛子下方的炭粉末重新添加到破碎机，重新制粒；

步骤3：将步骤2中制备出的粉粒加入再生加热炉，经干燥、炭化及活化处理，其中，干燥的温度为100℃，干燥时间为2h，炭化的温度为700℃，炭化时间为1h，活化的温度为850℃，活化时间为2h，即得再生活性炭。

步骤4：将活化后产生的气体组分经蓄热式燃烧装置处理后排放。

该对比例制备出的再生活性炭的产率为80％。

取污水处理厂的废水(COD值为2743mg/L)，将上述实施例2-4、对比例1-2所制备的再生活性炭及购买的商品化新活性炭与废水以1:500比例混合，吸附时间为30min，检测出水COD值，并评价再生活性炭的吸附能力，其进出水的数据见下表。

表1

由表1可见，本发明制备的再生活性炭可以显著降低污水的生化指标，实现了废弃物的资源化利用。与本发明实施例2相比，对比例1仅采用常规的再生工艺直接进行干燥、炭化及活化处理，由于粉末在加工过程容易扬尘，炭粉损失严重，降低了再生粉炭的产率，且反应不均匀，污水处理COD性能较差；对比例2中添加了常规粘结剂焦油，虽然再生粉炭产率较高，但由于加入的焦油影响了再生粉炭的孔隙分布，不仅增加了再生成本，而且降低了其在处理污水COD的性能。

以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.制备粉末活性炭的方法，其特征在于，包括：

步骤1：将水份含量≤45％的粉炭经破碎和搅拌后，调整造粒转速为120-150r/min，倾角为2-5℃，直接进入滚筒造粒机造粒；

步骤2：将步骤1制备出的粉粒经过滚筒筛后进入抛圆机；且将筛子下方的炭粉末重新添加到破碎机，重新制粒；

步骤3：将步骤2中制备出的粉粒加入再生加热炉，经干燥、炭化及活化处理，即得再生活性炭。

2.根据权利要求1所述的制备粉末活性炭的方法，其特征在于，所述步骤3中，干燥的温度为100-150℃，干燥时间为1-3h。

3.根据权利要求1所述的制备粉末活性炭的方法，其特征在于，所述步骤3中，炭化的温度为700℃，炭化时间为0.5-2h。

4.根据权利要求1所述的制备粉末活性炭的方法，其特征在于，所述步骤3中，活化剂为蒸汽，活化的温度为800-850℃，活化时间为1-3h。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备粉末活性炭的方法，其特征在于，还包括：步骤4，将活化后产生的气体组分经蓄热式燃烧装置处理后排放。

6.根据权利要求5所述的制备粉末活性炭的方法，其特征在于，包括粉末活性炭再生系统，所述粉末活性炭再生系统包括依次相连的造粒装置、再生加热炉以及气体焚烧装置。

7.根据权利要求6所述的制备粉末活性炭的方法，其特征在于，所述造粒装置包括破碎机、造粒机、抛圆机；所述破碎机的出口连接有搅拌器；所述搅拌器的出口通过传输带与所述造粒机相连；所述造粒机与抛圆机之间连接有滚筒筛。

8.根据权利要求7所述的制备粉末活性炭的方法，其特征在于，所述滚筒筛下方设有粉末回收装置，所述粉末回收装置通过传送带与所述搅拌器相连接。

9.根据权利要求8所述的制备粉末活性炭的方法，其特征在于，所述造粒机为滚筒造粒机；所述再生加热炉为外热式回转炉或外热立式炉；所述气体焚烧装置为蓄热式燃烧装置。