CN111644167A - 一种用于粉末活性炭高效再生和废气处理的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于工业设备及工艺技术领域，具体涉及一种用于粉末活性炭高效再生和废气处理的装置及方法，装置按包括依次连通的生物降解池、叠螺脱水机、烘干器和模块化再生炉；还包括依次连通的废气换热器、脉冲袋式除尘器、蓄热焚烧炉、氧化反应器、碱液喷淋塔、粉末活性炭吸附塔及烟囱；所述烘干器及模块化再生炉均与所述废气换热器连通；所述生物降解池配置有微生物投加装置；所述蓄热焚烧炉配置有还原剂投加装置。本发明的装置自动化程度高、可较大程度回收热能、排放尾气达标，且能连续实现粉末活性炭高效再生和废气处理。

Description

一种用于粉末活性炭高效再生和废气处理的装置及方法
技术领域
本发明属于工业设备及工艺技术领域，具体涉及一种用于粉末活性炭高效再生和废气处理的装置及方法。
背景技术
粉末活性炭因其良好的吸附性能，在工业及环保领域广泛被使用，由于粉末活性炭吸附饱和后无法继续使用，不当的弃置会造成二次污染，随着环保政策的日趋严格，吸附饱和的活性炭如作危废处理，每吨的处理价格高达3000元，将极大地推高使用成本，为了实现资源合理化利用，许多企业开展了对于饱和粉末活性炭再生相关的技术研究。
粉末活性炭由于其粒径小，再生时物料容易损耗，目前国内外常见的炭再生工艺包括：传统炉窑热再生、湿式氧化再生、微波再生、光催化再生、全自动高温再生炉等等。传统炉窑热再生时间一般超过24小时，环境污染大、劳动强度高、再生效率低、自动化程度低；湿式氧化再生法占地小、再生时间短，但采用高温高压的操作环境投资较高、运行费用较高、设备维护极为复杂、因使用催化剂还会造成二次污染；微波再生法再生时间短、效果好，但投资昂贵、能耗较高，再生规模较小，无法满足大规模的活性炭再生项目需求；光催化再生法是一种绿色环保的方法，但此法再生时间较长，再生效率低，同一批炭需要多次反复再生，难以满足工业化生产的标准和需要。全自动高温再生炉与上述工艺相比，具有再生时间短、再生效率高、占地小、维护便利、自动化程度高、适用于大规模炭再生等优势。
粉末活性炭再生过程中大于700℃的高温将引起炭所吸附之有机污染物的大量裂解，产生一定浓度的有机废气，针对此废气必须配置有效的尾气处理设施，避免废气对环境造成二次污染；否则将不能发挥高温再生炉的工艺优势，使其在国内外进行广泛应用时因裂解废气的原因而受到限制。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种用于粉末活性炭高效再生和废气处理的装置，自动化程度高、可较大程度回收热能、排放尾气达标，且能连续实现粉末活性炭高效再生和废气处理。
本发明的目的之二在于提供一种用于粉末活性炭高效再生和废气处理的方法，方法简单，适应性强。
本发明实现目的之一所采用的方案是：一种用于粉末活性炭高效再生和废气处理的装置，包括依次连通的生物降解池、叠螺脱水机、烘干器和模块化再生炉；还包括依次连通的废气换热器、脉冲袋式除尘器、蓄热焚烧炉、氧化反应器、碱液喷淋塔、粉末活性炭吸附塔及烟囱；所述烘干器及模块化再生炉均与所述废气换热器连通；所述生物降解池配置有微生物投加装置；所述蓄热焚烧炉配置有还原剂投加装置。
优选地，所述生物降解池内设有不锈钢搅拌器；所述烘干器为桨叶式干燥机，转速为10-20r/min，传热面积25-35m2，有效容积1.0-1.9m3，功率11-15kw。
优选地，所述模块化再生炉由若干个耐高温组件组合构成，所述单个耐高温组件可拆卸；所述蓄热焚烧炉的炉内设有陶瓷蓄热体进行蓄热。
优选地，所述氧化反应器的底部设有空气管，所述氧化反应器的外壁设有夹套冷却水装置；所述碱液喷淋塔顶部设有氢氧化钠投加装置。
优选地，所述废气换热器、模块化再生炉、脉冲袋式除尘器、蓄热焚烧炉、氧化反应器、碱液喷淋塔、离心风机、粉末活性炭吸附塔、烟囱之间均通过风管相连通。
本发明实现目的之二所采用的方案是：一种用于粉末活性炭高效再生和废气处理的方法，包括以下步骤：
步骤1：已使用后饱和的粉末活性炭首先排至生物降解池中，通过微生物投加装置投加一定浓度的微生物降解液，对于粉末活性炭进行生物降解再生，使其吸附容量恢复25％-30％，降低后续热再生的处理负荷；
步骤2：将步骤1中生物再生后的炭浆送至叠螺脱水机进行机械脱水，使其含水率降至50％-55％；将脱水后的湿炭粉送至烘干器进行干燥，使其含水率降至1％以下；烘干过程中形成的废气排至换热器中；
步骤3：将步骤2中干燥后的炭粉送至模块化再生炉中进行高温再生，隔绝空气，形成的废气排至换热器中，经处理后的粉末活性炭恢复其初始吸附性能，收集循环使用；
步骤4：步骤2中烘干器以及步骤3中模块化再生炉所产生的废气，首先进入废气换热器进行换热，将废气温度降至50-100℃；
步骤5：步骤4中降温后的废气进入脉冲袋式除尘器进行除尘，除尘后的废气进入蓄热焚烧炉；
步骤6：废气在蓄热焚烧炉内高温下进行有机废气的氧化分解，同时利用还原剂投加装置向炉内喷洒液氨还原剂，以脱除废气中的氮氧化物；
步骤7：脱氮氧化物之后的废气进入氧化反应器，通过夹套冷却水装置对氧化反应器内的废气降温，并通入空气将NO氧化为NO2，随后进入碱液喷淋塔，通过顶部喷洒一定浓度的氢氧化钠溶液，对废气中的酸性气体如NO2、SO2等进行中和吸收；
步骤8：将步骤7处理后的废气输送至粉末活性炭吸附塔，通过内置的粉末活性炭对气体中残留的污染物进行吸附，最终排出废气可满足《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)，通过烟囱排至大气。
优选地，所述步骤1中，生物降解池内炭浆停留时间为24-30小时，生物降解反应温度为15-25℃，pH值控制为5.0-8.0。
优选地，所述步骤2中，烘干器内加热温度为260℃-330℃，干燥时间为30-45min；所述步骤3中，模块化再生炉内再生温度为800-850℃，再生时间为120-180min。
优选地，所述步骤6中，蓄热焚烧炉内启燃温度700℃，处理风量范围5000-10000Nm3/h，出口废气温度为100℃左右。
优选地，所述步骤7中，氧化反应器内氧化反应的温度为30℃-50℃，反应时间为1.0-2.0小时。
本发明具有以下优点和有益效果：
本发明的用于粉末活性炭高效再生和废气处理的装置与传统的粉末活性炭再生工艺相比，可连续、全自动的进行大规模粉末活性炭的再生处理，采用生物再生与高温再生相结合的工艺比传统工艺可获得更高的再生效率、更低的物料损耗，处理后的粉炭吸附容量达到甚至超过新炭的吸附容量；对于高温过程中产生的尾气如氮氧化物、二氧化硫等采用蓄热氧化焚烧、空气氧化、碱液喷淋、活性炭吸附等一系列工艺进行了多级有效的处理，并对热能进行了最大程度的回收，本发明再生效果好、占地较小、运行成本较低、自动化程度高、模块维护便利、尾气氮氧化物含量低、避免了二次污染，可适用于连续大批量工业化生产。
本发明的方法能够高效再生、自动化程度高、可较大程度回收热能、排放尾气达标、且能连续实现粉末活性炭高效再生和废气处理；该方法再生的粉末活性炭可进行循环利用，大大节省了使用成本。
附图说明
图1：本发明实施例1的系统结构图；
图2：本发明实施例2的工艺流程图。
图中，1、生物降解池；2、微生物投加装置；3、炭浆输送泵；4、叠螺脱水机；5、送料绞龙；6、烘干器；7、废气换热器；8、模块化再生炉；9、脉冲袋式除尘器；10、蓄热焚烧炉；11、还原剂投加装置；12、氧化反应器；13、碱液喷淋塔；14、离心风机；15、粉末活性炭吸附塔；16、烟囱；17、搅拌器；18、耐高温组件；19、陶瓷蓄热体；20、空气管；21、夹套冷却水装置；22、氢氧化钠投加装置；23、风管。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种用于粉末活性炭高效再生和废气处理的装置，包括生物降解池1、微生物投加装置2、炭浆输送泵3、叠螺脱水机4、送料绞龙5、烘干器6、废气换热器7、模块化再生炉8、脉冲袋式除尘器9、蓄热焚烧炉10、还原剂投加装置11、氧化反应器12、碱液喷淋塔13、离心风机14、粉末活性炭吸附塔15、烟囱16；已使用后饱和的粉末活性炭首先排至生物降解池1中，通过微生物投加装置2投加一定浓度的微生物降解液，对于粉末活性炭进行生物降解再生，使其吸附容量恢复25％-30％，处理后的炭浆经炭浆输送泵3送至叠螺脱水机4进行机械脱水；脱水后的湿炭粉通过送料绞龙5送至烘干器6进行干燥，干燥后的炭粉通过送料绞龙5送至模块化再生炉8进行全自动高温再生。经处理后的粉末活性炭恢复其初始吸附性能，可进行循环使用。烘干器6以及模块化再生炉8中因炭粉在高温下所吸附之有机物逐渐裂解产生的废气，首先进入废气换热器7进行换热，将废气温度降至50-100℃，再进入脉冲袋式除尘器9进行除尘，分离出废气中的少量炭粉，炭粉进入模块化再生炉8前端；除尘后的废气进入蓄热焚烧炉10，高温下进行有机废气的氧化分解，同时于蓄热焚烧炉10内利用还原剂投加装置11向炉内喷洒液氨还原剂，以脱除废气中的氮氧化物，脱硝之后的废气进入氧化反应器12，通入空气将NO氧化为NO2,之后进入碱液喷淋塔13对废气中的酸性气体如NO2、SO2等进行中和吸收，处理后的废气通过离心风机14输送至粉末活性炭吸附塔15对残留的污染物进行吸附，最终排出废气可达到《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)，通过烟囱16排至大气。
本实施例的生物降解池1还配置了不锈钢搅拌器17，用于微生物与炭粉的均匀混合。
本实施例的烘干器6为桨叶式干燥机，转速为10-20r/min，传热面积25-35m2，有效容积1.0-1.9m3，功率11-15kw。
本实施例的模块化再生炉8由6个耐高温组件18组合构成，单个耐高温组件18是可以灵活拆卸的。
本实施例的脉冲袋式除尘器9采用PTFE复合滤料，可耐150℃高温。
本实施例的蓄热焚烧炉10的炉内设有特制的陶瓷蓄热体19进行蓄热。
本实施例的氧化反应器12底部还设有空气管20，用于NO的进一步氧化；氧化反应器12外层还设有夹套冷却水装置21。
本实施例的碱液喷淋塔13顶部还设有氢氧化钠投加装置22。
本实施例的废气换热器7、模块化再生炉8、脉冲袋式除尘器9、蓄热焚烧炉10、氧化反应器12、碱液喷淋塔13、离心风机14、粉末活性炭吸附塔15、烟囱16之间均由风管23相连接。
本发明对饱和粉末活性炭进行了全自动生物再生+热再生处理，同时对高温裂解产生的尾气进行了无害化处理，具有再生效率高、自动化程度高、热能回收率高、尾气浓度低、避免二次污染、所生产的粉炭各项性能均可达到或超过新炭标准等优点，其技术原理如下：
饱和粉末活性炭首先进行生物降解，向生物降解池1内投加一定浓度的微生物菌粉，通过微生物的生化作用对粉末活性炭表面及内部已吸附的有机物进行降解，可使活性炭部分脱附，最终粉炭吸附容量恢复25％-30％左右，本处理单元非常适用于难降解的有机物，并且可以降低后续热再生工序的处理负荷。生物降解后的粉末活性炭进行脱水，进入到全自动模块化再生炉8，在高温800℃--850℃下粉末活性炭吸附的有机物逐渐裂解，形成废气排出，整个过程可采用PLC自动控制，自动实现进料、加热、出料、尾气收集，经再生后粉末活性炭恢复其吸附性能，可循环使用。
对于烘干器6、全自动模块化再生炉8出口的高温尾气，先通过废气换热器7进行降温，最大程度上回收热能，可作为烘干器6或其它加热装置的补充热源，节省能耗。低温废气经除尘后首先进入内置陶瓷蓄热体19的蓄热焚烧炉10，在燃料作用下，温度达到750℃左右，废气进行热氧化分解，其中所含有机物充分氧化分解，同时向炉体氧化室内喷入液氨还原剂，进行SNCR脱硝，通过氧化还原反应将废气中的NO、NO2还原为无害的N2，处理后的废气进入氧化反应器12，由于NO2高温下不稳定，此处先进行气体降温，然后通入空气对上一工序中未完全反应的NO进一步氧化，生成易溶于水的NO2,之后尾气进入碱液喷淋塔13，塔顶喷洒一定浓度的氢氧化钠溶液，对尾气中的酸性气体如NO2、SO2等进行酸碱中和，从而吸收去除。最终尾气进入粉末活性炭吸附塔15，利用粉末活性炭优良的吸附性能，对前端一系列工序处理后仍残余的少量有机物进行深度吸附，最终尾气达标排放。
实施例2
如图2所示，本实施例提供一种用于粉末活性炭高效再生和废气处理的方法，包括以下步骤：
步骤1：已使用后饱和的粉末活性炭首先排至生物降解池1中，通过微生物投加装置2投加一定浓度的微生物降解液，对于粉末活性炭进行生物降解再生，使其吸附容量恢复25％-30％，降低后续热再生的处理负荷；所述的生物降解池1内炭浆停留时间为24-30小时，生物降解反应温度为15-25℃，PH值控制为5.0-8.0，以获得对炭浆中已吸附有机物的最佳降解效果。
步骤2：生物再生后的炭浆经炭浆输送泵3送至叠螺脱水机4进行机械脱水，使其含水率降至50％-55％；脱水后的湿炭粉通过送料绞龙5送至烘干器6进行快速干燥，加热温度为260℃-330℃，干燥时间为30-45min，使其含水率降至1％以下；烘干过程中因高温使得粉末活性炭内部吸附的一部分有机物裂解形成有机废气排出。
步骤3：干燥后的炭粉通过所述的送料绞龙5送至模块化再生炉8进行全自动高温再生，隔绝空气，炉内再生温度为800-850℃，再生时间为120-180min，高温下粉末活性炭所吸附的有机污染物逐渐裂解，形成废气排出。经处理后的粉末活性炭恢复其初始吸附性能，可进行循环使用。
步骤4：所述的烘干器6以及所述的模块化再生炉8中，炭粉所吸附之有机物在高温下逐渐裂解所产生的废气，首先进入废气换热器7进行换热，将废气温度降至50-100℃。
步骤5：降温后的废气进入脉冲袋式除尘器9进行除尘，分离出废气中的少量炭粉，炭粉进入所述的模块化再生炉8前端；除尘后的废气进入蓄热焚烧炉10。
步骤6：废气在所述的蓄热焚烧炉10内高温下进行有机废气的氧化分解，炉内启燃温度700℃，处理风量范围5000-10000Nm3/h，同时利用还原剂投加装置11向炉内喷洒液氨还原剂，以脱除废气中的氮氧化物，出口废气温度为100℃左右。
步骤7：脱硝之后的废气进入氧化反应器12，通过夹套冷却水装置21对所述氧化反应器12内的废气降温，并通入空气将NO氧化为NO2,氧化反应的温度为30℃-50℃，反应时间为1.0-2.0小时。随后进入碱液喷淋塔13，通过顶部喷洒一定浓度的氢氧化钠溶液，对废气中的酸性气体如NO2、SO2等进行中和吸收。
步骤8：处理后的废气通过离心风机14输送至粉末活性炭吸附塔15，通过内置的粉末活性炭对气体中残留的污染物进行吸附，最终排出废气可满足《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)，通过烟囱16排至大气。所述的粉末活性炭吸附塔15内填充的粉末活性炭3个月更换1次，吸附饱和的粉末活性炭可再生后反复使用。
尽管本说明书较多地使用了生物降解池1、微生物投加装置2、炭浆输送泵3、叠螺脱水机4、送料绞龙5、烘干器6、废气换热器7、模块化再生炉8、脉冲袋式除尘器9、蓄热焚烧炉10、还原剂投加装置11、氧化反应器12、碱液喷淋塔13、离心风机14、粉末活性炭吸附塔15、烟囱16、不锈钢搅拌器17、耐高温组件18、陶瓷蓄热体19、空气管20、夹套冷却水装置21、氢氧化钠投加装置22、风管23等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于粉末活性炭高效再生和废气处理的装置，其特征在于：包括依次连通的生物降解池(1)、叠螺脱水机(4)、烘干器(6)和模块化再生炉(8)；还包括依次连通的废气换热器(7)、脉冲袋式除尘器(9)、蓄热焚烧炉(10)、氧化反应器(12)、碱液喷淋塔(13)、粉末活性炭吸附塔(15)及烟囱(16)；所述烘干器(6)及模块化再生炉(8)均与所述废气换热器(7)连通；所述生物降解池(1)配置有微生物投加装置(2)；所述蓄热焚烧炉(10)配置有还原剂投加装置(11)。
2.根据权利要求1所述的用于粉末活性炭高效再生和废气处理的装置，其特征在于：所述生物降解池(1)内设有不锈钢搅拌器(17)；所述烘干器(6)为桨叶式干燥机，转速为10-20r/min，传热面积25-35m2，有效容积1.0-1.9m3，功率11-15kw。
3.根据权利要求1所述的用于粉末活性炭高效再生和废气处理的装置，其特征在于：所述模块化再生炉(8)由若干个耐高温组件(18)组合构成，所述单个耐高温组件(18)可拆卸；所述蓄热焚烧炉(10)的炉内设有陶瓷蓄热体(19)进行蓄热。
4.根据权利要求1所述的用于粉末活性炭高效再生和废气处理的装置，其特征在于：所述氧化反应器(12)的底部设有空气管(20)，所述氧化反应器(12)的外壁设有夹套冷却水装置(21)；所述碱液喷淋塔(13)顶部设有氢氧化钠投加装置(22)。
5.根据权利要求1所述的用于粉末活性炭高效再生和废气处理的装置，其特征在于：所述废气换热器(7)、模块化再生炉(8)、脉冲袋式除尘器(9)、蓄热焚烧炉(10)、氧化反应器(12)、碱液喷淋塔(13)、离心风机(14)、粉末活性炭吸附塔(15)、烟囱(16)之间均通过风管(23)相连通。
6.一种用于粉末活性炭高效再生和废气处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：已使用后饱和的粉末活性炭首先排至生物降解池(1)中，通过微生物投加装置(2)投加一定浓度的微生物降解液，对于粉末活性炭进行生物降解再生，使其吸附容量恢复25％-30％，降低后续热再生的处理负荷；
步骤2：将步骤1中生物再生后的炭浆送至叠螺脱水机(4)进行机械脱水，使其含水率降至50％-55％；将脱水后的湿炭粉送至烘干器(6)进行干燥，使其含水率降至1％以下；烘干过程中形成的废气排至换热器(7)中；
步骤3：将步骤2中干燥后的炭粉送至模块化再生炉(8)中进行高温再生，隔绝空气，形成的废气排至换热器(7)中，经处理后的粉末活性炭恢复其初始吸附性能，收集循环使用；
步骤4：步骤2中烘干器(6)以及步骤3中模块化再生炉(8)所产生的废气，首先进入废气换热器(7)进行换热，将废气温度降至50-100℃；
步骤5：步骤4中降温后的废气进入脉冲袋式除尘器(9)进行除尘，除尘后的废气进入蓄热焚烧炉(10)；
步骤6：废气在蓄热焚烧炉(10)内高温下进行有机废气的氧化分解，同时利用还原剂投加装置(11)向炉内喷洒液氨还原剂，以脱除废气中的氮氧化物；
步骤7：脱氮氧化物之后的废气进入氧化反应器(12)，通过夹套冷却水装置(21)对氧化反应器(12)内的废气降温，并通入空气将NO氧化为NO2，随后进入碱液喷淋塔(13)，通过顶部喷洒一定浓度的氢氧化钠溶液，对废气中的酸性气体如NO2、SO2等进行中和吸收；
步骤8：将步骤7处理后的废气输送至粉末活性炭吸附塔(15)，通过内置的粉末活性炭对气体中残留的污染物进行吸附，最终排出废气可满足《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)，通过烟囱(16)排至大气。
7.根据权利要求6所述的用于粉末活性炭高效再生和废气处理的方法，其特征在于：所述步骤1中，生物降解池(1)内炭浆停留时间为24-30小时，生物降解反应温度为15-25℃，pH值控制为5.0-8.0。
8.根据权利要求6所述的用于粉末活性炭高效再生和废气处理的方法，其特征在于：所述步骤2中，烘干器(6)内加热温度为260℃-330℃，干燥时间为30-45min；所述步骤3中，模块化再生炉(8)内再生温度为800-850℃，再生时间为120-180min。
9.根据权利要求6所述的用于粉末活性炭高效再生和废气处理的方法，其特征在于：所述步骤6中，蓄热焚烧炉(10)内启燃温度700℃，处理风量范围5000-10000Nm3/h，出口废气温度为100℃左右。
10.根据权利要求6所述的用于粉末活性炭高效再生和废气处理的方法，其特征在于：所述步骤7中，氧化反应器(12)内氧化反应的温度为30℃-50℃，反应时间为1.0-2.0小时。
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