CN112090418B - 一种专用于蜂窝炭的电再生方法及其电再生装置 - Google Patents

一种专用于蜂窝炭的电再生方法及其电再生装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种专用于蜂窝炭的电再生方法及其电再生装置。目前蜂窝炭的再生需要将其粉碎成、粉末进行再生。本发明如下：一、对被再生的蜂窝炭进行干燥。二、对蜂窝炭的全部或部分侧面进行打磨，去除有机物绝缘层。三、使用一块或多块电极板与蜂窝炭上已去除有机物绝缘层的侧面接触。四、将带有锥尖形凸起的再生刷放入到蜂窝炭的不同蜂窝孔中。全部或部分锥尖形凸起朝下设置。五、对蜂窝炭进行电加热。本发明让再生刷上的锥尖形凸起卡入有机物绝缘层裂缝中，从而增加蜂窝炭的导电率，加快再生效率，减少能源损耗。此外，锥尖形凸起与蜂窝炭的接触点位会进一步促进和加速，因电子隧道效应而产生的导电现象，进一步加速蜂窝活性炭的再生。

Description

一种专用于蜂窝炭的电再生方法及其电再生装置
技术领域
本发明属于废弃活性炭的回收再利用技术领域，具体涉及一种专用于蜂窝炭的电再生方法及其电再生装置。
背景技术
蜂窝活性炭的多孔结构，在工业上多被用于吸附具有挥发性的有机污染物。活性炭在使用中表面会生成一层有机物绝缘层；这层有机物绝缘层具有极好的绝缘性，进而会导致活性炭难以通入电流进行加热；因此一般会通过打磨活性炭表面或将活性炭粉碎成粉末的方式去除有机物绝缘层，再进行电加热；但是对于蜂窝炭等尺寸较大活性炭而言，仅通过打磨表面的方式来实现电加热，依然存在电阻过大的问题；而蜂窝炭的蜂窝孔中的有机物绝缘层难以通过打磨去除，故无法将电极接入蜂窝孔内；因此，目前蜂窝炭的再生，都是将其粉碎成活性炭粉末进行再生，再生之后通过加工变成蜂窝炭。这样处理增加了蜂窝炭的再生成本，也会对资源造成浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种专用于蜂窝炭的电再生方法及其电再生装置。
本发明一种专用于蜂窝炭的电再生方法，具体如下：
步骤一、对被再生的蜂窝炭进行干燥。
步骤二、对蜂窝炭的全部或部分侧面进行打磨，去除有机物绝缘层。
步骤三、使用一块或多块电极板与蜂窝炭上已去除有机物绝缘层的侧面接触。
步骤四、将n根带有锥尖形凸起的再生刷放入到蜂窝炭的不同蜂窝孔中。再生刷放入蜂窝孔时，全部或部分锥尖形凸起朝下设置；n为再生刷数量。
步骤五、将电极板、再生刷与电源的两极分别连接形成闭合回路，开启电源对蜂窝炭进行电加热；当蜂窝炭的温度达到Ts时，蜂窝炭完成再生。
作为优选，步骤五的加热过程中，先将电源调节为稳压模式进行加热，当闭合回路中的电流大小达到切换电流值范围Is时，将电源的输出方式由稳压模式切换至稳流模式，按照恒流输出范围Is′进行稳流输出继续电加热，直到蜂窝炭的温度达到温度阈值Ts。
作为优选，所述的切换电流值范围Is为15A～25A；所述的恒流输出范围Is′为15A～20A。
作为优选，所述温度阈值Ts的取值范围为850℃～900℃。
作为优选，步骤一中干燥过程为：将蜂窝炭放入干燥炉内300℃干燥30min。
作为优选，n根再生刷呈矩阵状排布，使得n根再生刷均匀地设置在蜂窝炭的不同位置。
作为优选，再生刷数量n，再生刷半径r，蜂窝炭的温度变化量Δθ，再生时长t满足如下关系：
Figure GDA0002741040640000021
Imax为电源的最大输出电流。
本发明一种专用于蜂窝炭的电再生装置，包括电极板组、耐火砖组件、夹紧组件和n个再生刷。耐火砖组件包括合围呈正面开放设置的盒体状；耐火砖组件由形成盒体状的多块耐火砖侧板组成；其中一块位于侧部的耐火砖侧板能够滑动，且通过夹紧组件调节位置。电极板组包括第一侧部电极板、第二侧部电极板和后部电极板。第一侧部电极板、第二侧部电极板和后部电极板均设置耐火砖组件的容纳腔内，且呈U型排布。第一侧部电极板与能够滑动的耐火砖侧板的内侧面固定，用于夹紧蜂窝炭。再生刷的侧部上设置有多个锥尖形凸起；再生刷能够伸入蜂窝炭的蜂窝孔内。
作为优选，所述再生刷的一端设置有不带锥尖形凸起的握持部。
作为优选，所述的夹紧组件包括螺栓和元宝螺母。螺栓与耐火砖组件的不滑动部分固定，且穿过能够滑动的耐火砖侧板。元宝螺母旋在螺栓上，且抵住能够滑动的耐火砖侧板。
本发明具有的有益效果是：
1.本发明在蜂窝炭进行干燥处理后，使得蜂窝炭表面的有机物绝缘层出现裂缝，让再生刷上密集分布的锥尖形凸起卡入有机物绝缘层裂缝中，从而增加蜂窝炭的导电率，加快再生效率，减少能源损耗，使得蜂窝炭的不再需要粉碎和重新成型的工序，大大降低了成本。此外，锥尖形凸起与蜂窝炭的接触点位处会形成局部高电压电场，局部高电压电场使得绝缘层容易被击穿，产生导电；同时，锥尖形凸起与蜂窝炭的接触点位会进一步促进和加速，因电子隧道效应而产生的导电现象，提高电加热效果，进一步加速蜂窝活性炭的再生。
2.本发明的再生刷利用电子能量低于所面对势垒时，电子可以穿过势垒的隧道效应，来避免饱和蜂窝炭炭孔内因吸附有机物而形成的一层有机物绝缘层。
3.本发明通过将多根再生刷均匀地插入不同的蜂窝孔中，保证了蜂窝炭电加热的均匀性，使得蜂窝炭的各个位置均能得到有效再生。
4.本发明通过计算确定再生刷数量的下限，能够避免电流过大导致的再生刷损坏。
附图说明
图1为本发明的整体结构结构示意图；
图2为本发明中再生刷的结构示意图；
图3为蜂窝炭经过干燥后的表面有机物绝缘层电镜图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种蜂窝炭6电再生装置，包括电极板组、耐火砖组件、夹紧组件和n个再生刷7。耐火砖组件包括合围呈正面开放设置的盒体状；耐火砖组件由五块耐火砖侧板1组成；五块耐火砖侧板1合围成一个容纳腔。其中一块位于侧部的耐火砖侧板1能够滑动，且通过夹紧组件调节位置。夹紧组件包括螺栓5和元宝螺母4。螺栓5与位于背部的耐火砖侧板1固定，且穿过能够滑动的耐火砖侧板1。元宝螺母4旋在螺栓5上，且抵住能够滑动的耐火砖侧板1；通过转动元宝螺母4即可调节耐火砖组件内容纳腔的宽度，从而夹紧蜂窝炭6。
电极板组包括第一侧部电极板2、第二侧部电极板3和后部电极板。第一侧部电极板2、第二侧部电极板3和后部电极板均设置耐火砖组件的容纳腔内，且呈U型排布。第一侧部电极板2与能够滑动的耐火砖侧板1的内侧面固定，用于夹紧蜂窝炭6。
如图2所示，再生刷7的材质为纯铁。再生刷的侧部上90％的区域均设置有锥尖形凸起(仅一端端部不设锥尖形凸起，用于供工作人员握持)；锥尖形凸起的高度h2＝0.3h1；h1为蜂窝炭6孔的截面边长。在再生刷的轴线方向上，相邻两个锥尖形凸起的间距为1mm；再生刷长等于蜂窝炭6上蜂窝孔的长度。
再生刷在径向上的最大维度尺寸小于蜂窝炭6的蜂窝孔直径，使得再生刷能够插入蜂窝孔中；再生刷数量n，再生刷半径r，温度变化量Δθ(该值为温度变化量，是在干燥温度的基础上继续增加)，再生时长t满足如下关系式：
Figure GDA0002741040640000031
并联的n根再生刷能够有效分摊电流，满足在关系式的情况下，能够保证再生刷不会因电流过大而损坏；其中，r＝0.3h1。再生时长t表示蜂窝炭6从开始加热到加热结束所经历的时间长度，蜂窝炭6在再生时长t内温度升高Δθ；再生刷半径r为不计锥尖形凸起的半径值。Imax为电源的最大输出电流。本实施例中，最大输出电流Imax的取值为20A。温度变化量Δθ的取值为500℃。再生时长t的取值为600s；蜂窝炭6的边长100mm的立方体；蜂窝孔为方形孔，尺寸为1.5mm×1.5mm×100mm；第一侧部电极板2、第二侧部电极板3和后部电极板的尺寸均为100mm×100mm×10mm；再生刷1的长度为100mm，半径r为0.45mm，锥尖形凸起的高度h2为0.45mm。
第一侧部电极板2、第二侧部电极板3及后部电极板均连接到电源负极；n个再生刷7均接到电源正极。
进行电再生时，蜂窝炭6被第一侧部电极板2与第二侧部电极板3夹住，且背面与后部电极板固定。蜂窝炭6的各蜂窝孔水平设置，且朝向容纳腔的开放部，便于将再生刷7插入再生刷7中。n个再生刷均匀布置在蜂窝炭6的不同蜂窝孔中；各再生刷上的全部或部分锥尖形凸起朝下设置，插入对应的蜂窝孔的侧壁中，刺破蜂窝孔侧壁的有机物绝缘层，避免绝缘的蜂窝孔限制电流值，从而在不打碎蜂窝炭6的前提下实现对蜂窝炭6的电加热。
所述的电源采用连续可调的直流电源；直流电源的输出电压范围为0-60V，输出电流范围为0-150A，最大输出功率为9kw。
一种专用于蜂窝炭的电再生方法，具体如下：
步骤一、将蜂窝炭6放入干燥炉内300℃干燥30min；干燥处理后的蜂窝炭6的有机物绝缘层表面出现裂痕，便于再生刷7上的锥尖形凸起更加容易的穿过有机物绝缘层，刺入蜂窝炭6的内部。干燥蜂窝炭表面如图3所示，可以看出，蜂窝炭表面的有机物绝缘层表面出现了明显的裂痕。
步骤二、对蜂窝炭6的左右两侧面及背面进行打磨，磨去蜂窝炭6用于跟第一侧部电极板2、第二侧部电极板3、后部电极板的接触的表面的有机物绝缘层。
步骤三、将蜂窝炭6放入第一侧部电极板2与第二侧部电极板3之间，并与后部电极板接触，蜂窝炭6其中一个带蜂窝孔的侧面朝外设置；蜂窝炭6与各电极板接触的侧面经过打磨，已去除绝缘的有机物绝缘层。
步骤四、将n个再生刷7均匀地放入到蜂窝炭6的不同蜂窝孔中。再生刷7放入蜂窝孔时，全部或部分锥尖形凸起朝下设置；由于蜂窝孔水平设置，故朝下的锥尖形凸起在重力的作用下刺破蜂窝孔内壁的有机物绝缘层，接触到蜂窝炭6的内部。此外，锥尖形凸起与蜂窝炭的接触点位处会形成局部高电压电场，局部高电压电场使得绝缘层容易被击穿，产生导电；同时，锥尖形凸起与蜂窝炭的接触点位会进一步促进和加速，因电子隧道效应而产生的导电现象，提高电加热效果，进一步加速蜂窝活性炭的再生。加速蜂窝炭的再生。n个再生刷7呈矩阵状排布，任意两个相邻的再生刷7之间的距离均一致。
步骤五、将电极板组内的第一侧部电极板2、第二侧部电极板3及后部电极板均连接到电源负极；将n个再生刷7均接到电源正极。启动电源，调节电源输出电压与电流，使得电源正极→各根再生刷7→蜂窝炭6→电极板组→电源负极形成闭合回路，闭合回路中通过的电路对蜂窝炭6进行电加热；
步骤六、先将电源调节为稳压模式进行加热，当闭合回路中的电流大小达到切换电流值范围Is时，将电源的输出方式由稳压模式切换至稳流模式，按照恒流输出范围Is′进行稳流15-20A输出；继续电加热，并对蜂窝炭6的各蜂窝孔进行测温；恒流输出范围Is′在切换电流值范围Is内；本实施例中，切换电流值范围Is为15A～25A；恒流输出范围Is′为15A～20A。
步骤七、当检测到蜂窝孔温度达到Ts时，蜂窝炭6完成再生，关闭电源，850℃≤Ts≤900℃。

Claims (10)

1.一种专用于蜂窝炭的电再生方法，其特征在于：步骤一、对被再生的蜂窝炭进行干燥；
步骤二、对蜂窝炭的全部或部分侧面进行打磨，去除有机物绝缘层；
步骤三、使用一块或多块电极板与蜂窝炭上已去除有机物绝缘层的侧面接触；
步骤四、将n根带有锥尖形凸起的再生刷放入到蜂窝炭的不同蜂窝孔中；再生刷放入蜂窝孔时，全部或部分锥尖形凸起朝下设置；n为再生刷数量；
步骤五、将电极板、再生刷与电源的两极分别连接形成闭合回路，开启电源对蜂窝炭进行电加热；当蜂窝炭的温度达到Ts时，蜂窝炭完成再生。
2.根据权利要求1所述的一种专用于蜂窝炭的电再生方法，其特征在于：步骤五的加热过程中，先将电源调节为稳压模式进行加热，当闭合回路中的电流大小达到切换电流值范围Is时，将电源的输出方式由稳压模式切换至稳流模式，按照恒流输出范围Is′进行稳流输出继续电加热，直到蜂窝炭的温度达到温度阈值Ts。
3.根据权利要求2所述的一种专用于蜂窝炭的电再生方法，其特征在于：所述的切换电流值范围Is为15A～25A；所述的恒流输出范围Is′为15A～20A。
4.根据权利要求1所述的一种专用于蜂窝炭的电再生方法，其特征在于：所述温度阈值Ts的取值范围为850℃～900℃。
5.根据权利要求1所述的一种专用于蜂窝炭的电再生方法，其特征在于：步骤一中干燥过程为：将蜂窝炭放入干燥炉内300℃干燥30min。
6.根据权利要求1所述的一种专用于蜂窝炭的电再生方法，其特征在于：n根再生刷呈矩阵状排布，使得n根再生刷均匀地设置在蜂窝炭的不同位置。
7.根据权利要求1所述的一种专用于蜂窝炭的电再生方法，其特征在于：再生刷数量n，再生刷半径r，蜂窝炭的温度变化量Δθ，再生时长t满足如下关系：
Figure FDA0003902398900000011
Imax为电源的最大输出电流。
8.一种专用于蜂窝炭的电再生装置，其特征在于：包括电极板组、耐火砖组件、夹紧组件和n个再生刷；耐火砖组件包括合围呈正面开放设置的盒体状；耐火砖组件由形成盒体状的多块耐火砖侧板组成；其中一块位于侧部的耐火砖侧板能够滑动，且通过夹紧组件调节位置；电极板组包括第一侧部电极板、第二侧部电极板和后部电极板；第一侧部电极板、第二侧部电极板和后部电极板均设置耐火砖组件的容纳腔内，且呈U型排布；第一侧部电极板与能够滑动的耐火砖侧板的内侧面固定，用于夹紧蜂窝炭；再生刷的侧部上设置有多个锥尖形凸起；再生刷能够伸入蜂窝炭的蜂窝孔内。
9.根据权利要求8所述的一种专用于蜂窝炭的电再生装置，其特征在于：所述再生刷的一端设置有不带锥尖形凸起的握持部。
10.根据权利要求8所述的一种专用于蜂窝炭的电再生装置，其特征在于：所述的夹紧组件包括螺栓和元宝螺母；螺栓与耐火砖组件的不滑动部分固定，且穿过能够滑动的耐火砖侧板；元宝螺母旋在螺栓上，且抵住能够滑动的耐火砖侧板。
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