CN112206755B - 具有自适应功能的活性炭活化再生装置及其活化再生方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有自适应功能的活性炭活化再生装置及其活化再生方法。把再生后的饱和活性炭转移至活化设备中进行活化会浪费能源。本发明包括外壳、沙粒、第一电极板、第二电极板、温度传感器、湿度传感器、喷水嘴。外壳的内腔中填充有沙粒。外壳内腔顶部设置有将沙粒隔绝在外的再生腔。温度传感器伸入到再生腔内。湿度传感器埋设在外壳内腔的沙粒中。外壳内腔的底部设置有喷水嘴；喷水嘴连接到外部水源。本发明利用电再生时产生的热量，将沙粒缝隙中的水气化为水蒸气，并使得水蒸气穿过再生中的活性炭，使得活性炭在再生的同时得到活化，省去了活性炭再生后送入活化炉的操作；此外，水蒸气利用电再生时逸散的热量来产生，不需要额外消耗能量。

Description

具有自适应功能的活性炭活化再生装置及其活化再生方法

技术领域

本发明属于活性炭再生技术领域，具体涉及针对饱和活性炭的一种电再生，再生过程中对活性炭进行活化的装置及方法。

背景技术

活性炭在吸附的过程中，吸附物质会堵塞活性炭的微孔，是活性炭丧失净化能力。饱和的活性炭可以对其再生，形成二次利用。目前，国内的饱和活性炭归根结底还是通过热量将饱和活性炭进行再生。饱和活性炭在热量的作用下，不仅可以完成对吸附物质的脱附，还会将自身炭化，导致部分再生后的活性炭吸附能力大幅下降。针对此现象，饱和活性炭再生工艺发展了对再生后的活性炭进行活化处理。经过活化处理后再生活性炭的吸附率接近原有活性炭的吸附率。把再生后的饱和活性炭转移至活化设备中进行活化会浪费能源，并且在转移的过程中会造成一定量的浪费。

此外，对蜂窝活性炭再生的过程中，电极板与炭面之间容易存在间隙，导致电极板易产生拉弧脉冲放电现象。由于蜂窝活性炭的壁面较薄，厚度仅有1.5mm，电极板产生的拉弧脉冲放电现象会击穿蜂窝活性炭的壁面，对其结构的完整造成破坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有自适应功能的活性炭活化再生装置及其活化再生方法。

本发明一种具有自适应功能的活性炭活化再生装置，包括外壳、沙粒、第一电极板、第二电极板、温度传感器、湿度传感器、喷水嘴。外壳的内腔中填充有沙粒。外壳内腔顶部设置有将沙粒隔绝在外的再生腔。沙粒处的水蒸气能够进入再生腔。第一电极板、第二电极板分别设置在再生腔内部的两侧。第一电极板、第二电极板与电源的两极分别连接。所述的温度传感器伸入到再生腔内。湿度传感器埋设在外壳内腔的沙粒中。外壳内腔的底部设置有一个或多个喷水嘴；喷水嘴均通过管道连接到外部水源。

作为优选，所述第一电极板及第二电极板的相背侧面均覆盖有绝缘层。外壳内的沙粒挤压第一电极板、第二电极板的外侧面。第一电极板、第二电极板与外壳构成水平滑动的滑动副。

作为优选，所述的外部水源包括蠕动泵和水箱。喷水嘴通过管道连接到蠕动泵的出液口；蠕动泵的进液口连接到水箱。

作为优选，本发明一种具有自适应功能的活性炭活化再生装置，还包括绝缘垫布。再生腔由第一电极板、第二电极板、绝缘垫布以及外壳的两个相对侧壁合围形成。绝缘垫布位于再生腔的底部。绝缘垫布能够透过水蒸气。

作为优选，本发明一种具有自适应功能的活性炭活化再生装置，还包括一块绝缘垫布和绝缘侧布。再生腔由第一电极板、第二电极板、一块绝缘垫布以及两块绝缘侧布合围形成。绝缘垫布和绝缘侧布均能够透过水蒸气。

作为优选，本发明一种具有自适应功能的活性炭活化再生装置还包括上盖板。上盖板设置在外壳的顶部开口处，且盖住再生腔。上盖板上开设有多个透气孔。上盖板和外壳均采用绝缘材料。

作为优选，所述的沙粒采用二氧化硅颗粒。第一电极板及第二电极板均采用为石墨电极。

作为优选，所述的再生腔通过高硅氧布将沙粒隔绝在外。

该具有自适应功能的活性炭活化再生装置的活化再生方法，具体如下：

步骤一、将被再生的活性炭放入第一电极板与第二电极板之间。

步骤二、湿度传感器检测沙粒间隙中的湿度，温度传感器检测活性炭温度；外部水源通过喷水嘴将水输送到沙粒的间隙中，直到沙粒的间隙中的湿度达到预设值。预设值小于或等于20％。

步骤三、对第一电极板、第二电极板通电，形成经过蜂窝活性炭的电流；并使得电流稳定在15A～20A，对活性炭进行电再生。

步骤四、蜂窝活性炭电再生过程中产生热量，加热沙粒的间隙中的水，当活性炭温度低于100℃时，通过调节外部水源的输水量，使得沙粒间隙中的湿度不超过20％；

当活性炭温度高于100℃时，沙粒之间的水蒸发形成水蒸气，水蒸气进入到再生腔6中，对蜂窝活性炭进行活化，使得活性炭的再生和活化同步进行；在活性炭温度为100～300℃的情况下，控制沙粒间隙中的湿度在20％～40％之间；当活性炭温度为300～500℃的情况下，控制沙粒间隙中的湿度在35％～50％之间；当活性炭温度为500～900℃的情况下，控制沙粒间隙中的湿度在50％～90％之间。

步骤五、当温度传感器测试到蜂窝活性炭的内部温度达到850～900℃时，电源及蠕动泵关闭，蜂窝活性炭完成再生。

作为优选，所述的活性炭为蜂窝活性炭。

本发明具有的有益效果是：

1.本发明利用电再生时产生的热量，将沙粒缝隙中的水气化为水蒸气，并使得水蒸气穿过再生中的活性炭，使得活性炭在再生的同时得到活化，省去了活性炭再生后送入活化炉的操作，从而显著提高了活性炭的活化再生效率；此外，水蒸气利用电再生时逸散的热量来产生，不需要额外消耗能量，起到了节能减排的效果。

2.本发明中的沙子填充了电极板与外壳侧壁之间的间隙，并通过电极板对活性炭产生挤压力，使电极板更好贴紧炭面，避免电极板与炭面之间存在间隙，显著减少拉弧脉冲放电现象。避免拉弧脉冲放电现象击穿蜂窝活性炭的壁面，造成对活性炭结构完整性的破坏。

3.本发明中的沙粒层将再生腔与外界环境隔开，能够起到显著的保温、隔热作用，从而降低电再生过程中的能量损失。同时，沙粒的间隙中又能够储水，从而利用再生腔中产生的高温，去蒸发沙沙粒间的水，形成的水蒸气上升至再生腔，实现对逸散热量的利用。

4.本发明通过湿度传感器和温度传感器将数值反馈于PLC控制系统，由PLC控制系统去控制蠕动泵的输水功率，来形成自适应功能为再生过程中，随着温度的升高，逐步提高沙粒间湿度，提供足够大量的水蒸气去活化再生中的活性炭以及防止再生后的活性炭被氧化。

5.本发明将电极板与湿润的沙粒使用绝缘层隔开，能够避免发生短路。此外，利用间距可调的两块电极板，本发明可以对蜂窝炭，粉末炭，不定型炭，柱状炭等多种活性炭进行活化再生。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示，一种具有自适应功能的活性炭活化再生装置，包括外壳1、沙粒2、上盖板3、第一电极板4、第二电极板7、温度传感器5、绝缘垫布8、湿度传感器9、PLC控制系统10、蠕动泵11、喷水嘴12和水箱13。外壳1中空设置且顶部开放。外壳1内填充有沙粒2。沙粒2采用户外环境中提取的石英砂(即二氧化硅颗粒)。第一电极板4、第二电极板7和绝缘垫布8均设置在外壳1内腔的顶部。竖直的第一电极板4与第二电极板7相对设置，且与外壳构成水平滑动的滑动副，从而调节第一电极板4与第二电极板7的间距。第一电极板4、第二电极板7、绝缘垫布8以及外壳1内绝缘的两个相对内侧壁面合围出一个将沙粒2隔绝在外，且顶部开放的再生腔6。绝缘垫布8采用高硅氧布。绝缘垫布8位于再生腔6的底部。绝缘垫布8能够将液态水隔绝在再生腔6以外，避免湿润的沙粒与电极板直接接触导致短路；而水蒸气能够透过绝缘垫布8进入到再生腔6中对活性炭进行活化。第一电极板4、第二电极板7位于再生腔6的两侧，为再生腔6中活性炭的活化再生提供电流。第一电极板4、第二电极板7与电源的两极分别连接。

第一电极板4及第二电极板7均采用为石墨电极，外侧面均覆盖有绝缘层。绝缘层采用绝缘耐高温的高硅氧材料。第一电极板4及第二电极板7的尺寸均为100mm×100mm×10mm。第一电极板4与第二电极板7的间距3cm～15cm；第一电极板4与第二电极板7的间距通过在外壳中填入不同量的沙粒2来调节。

上盖板3设置在外壳1的顶部开口处，且盖住再生腔6。外壳1及上盖板3的材料均采用绝缘耐高温的金云母板。上盖板3上开设有多个透气孔，用于透出水蒸气。

温度传感器5伸入到再生腔6内。湿度传感器9埋设在外壳1内腔的沙粒2中。外壳1内腔的底部分散设置有多个喷水嘴12；各喷水嘴12均通过管道连接到蠕动泵11的出液口；蠕动泵11的进液口连接到水箱13

温度传感器5及湿度传感器9的信号线均连接到PLC控制系统10。蠕动泵11的驱动线连接到连接到PLC控制系统10。PLC控制系统10根据在沙粒2内部的湿度传感器9和再生腔6中的温度传感器5输出的信号结合进行判断，动态调整蠕动泵11的输出流量和电源输出的电压。所述的温度传感器5采用K型铠装热电偶，长度为10cm，宽度为1mm，可以测到再生腔中心位置的温度。湿度传感器9采用FDR频域反射原理检测沙粒2中的湿度。

所述PLC控制系统10通过湿度传感器9与温度传感器5反馈的数值，对蠕动泵进行输水功率的调节，保证再生过程中，随着温度的上升，再生腔6内含有足够的水蒸气。再生腔6内温度低于100℃时，主要由湿度传感器9提供的数值反馈至PLC控制系统10，控制蠕动泵11，控制沙粒的湿度在20％以下；再生腔6内温度高于100℃时，主要由温度传感器5反馈的数值去增大蠕动泵11的输水功率，湿度传感器9起到保护作用，防止沙内含水过多使沙粒的湿度低于90％。

沙粒2能够起到绝缘隔热以及储水作用；当再生进行时，形成的高温将沙粒2内部储存的水变成水蒸气，水蒸气流上升经过活性炭，对其活化。

该具有自适应功能的活性炭活化再生装置的活化再生方法，具体如下：

步骤一、打开上盖板3；将经过干燥和表面打磨的蜂窝活性炭(宽度为10cm)放入再生腔6内，并使得蜂窝活性炭中的蜂窝孔轴线竖直设置；调节第一电极板4与第二电极板7的间距至10cm，使得第一电极板4、第二电极板7与蜂窝活性炭的两侧面分别接触；之后，向外壳1内填充沙粒2；使得再生腔6的下方及两侧均填满沙粒2；再生腔6的两侧的沙粒2对第一电极板4、第二电极板7产生挤压力，使得第一电极板4、第二电极板7对蜂窝活性炭产生挤压力；然后，将温度传感器5插入蜂窝活性炭中。

步骤二、打开PLC控制系统10；湿度传感器9检测沙粒2中的湿度并反馈到PLC控制系统10，温度传感器5检测蜂窝活性炭的温度并反馈到PLC控制系统10；当蜂窝活性炭的温度低于100℃时，蠕动泵11启动，将水均匀输送到沙粒2的间隙中，并根据湿度传感器9检测到的湿度值进行负反馈调节蠕动泵11的开闭和出水量，使得沙粒2的间隙中的湿度在20％。

步骤三、开启电源，使得对第一电极板4、第二电极板7通电，形成经过蜂窝活性炭的电流；通过调节电源输出，稳流在15A～20A，对蜂窝活性炭进行电再生。

步骤四、蜂窝活性炭在电再生过程中产生大量的热量；这些热量逸散出来，加热沙粒2的间隙中含有的水，当活性炭温度低于100℃时，主要以湿度传感器对PLC控制系统进行调控，蠕动泵的输出流量为10～100ml/min，通过湿度传感器检测到的湿度数据对蠕动泵的输出流量进行负反馈调节，使得沙粒间隙中的湿度不超过20％；

当活性炭温度高于100℃时，沙粒内部所含的水受到高温影响开始蒸发形成水蒸气，水蒸气经过绝缘垫布进入到再生腔6中，对蜂窝活性炭进行活化，使得活性炭的再生和活化在一个装置中同时进行，从而大大提高了活性炭活化再生的速度，并降低活性炭活化再生的成本。此时，主要由温度传感器反馈PLC控制系统，根据温度的升高，增大蠕动泵的输出量。在活性炭温度为100～300℃的情况下，根据湿度传感器检测到的湿度数据对蠕动泵的输出流量进行负反馈调节，使得沙粒间隙中的湿度在20％～40％之间；当活性炭温度为300～500℃的情况下，根据湿度传感器检测到的湿度数据对蠕动泵的输出流量进行负反馈调节，使得沙粒间隙中的湿度在35％～50％之间；当活性炭温度为500～900℃的情况下，根据湿度传感器检测到的湿度数据对蠕动泵的输出流量进行负反馈调节，使得沙粒间隙中的湿度在50％～90％之间；从而形成一种根据再生温度的不同，自动调节水蒸气的输出量，保证电再生过程中持续有水蒸气输送到再生腔中对活性炭进行活化，防止再生后的活性炭的氧化。

步骤五、当温度传感器5测试到蜂窝活性炭的内部温度达到850℃～900℃时，电源及蠕动泵11关闭，蜂窝活性炭完成再生。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：

步骤一中，被再生的蜂窝活性炭的宽度为5cm，调节第一电极板4与第二电极板7的间距至5cm。

步骤二中，沙粒2的间隙中的湿度在30％；

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：

被再生的活性炭为活性炭粉末或不定型颗粒。

实施例4

再生腔6不与外壳的内侧壁接触，而是通过一块绝缘垫布、两块绝缘侧布、第一电极板4和第二电极板7合围形成，使得再生腔6的四周及下方均为沙粒；绝缘垫布、两块绝缘侧布、第一电极板4和第二电极板7的连接处均粘接或缝合在一起，形成形状稳定的腔室。

本身实施例通过将再生腔6与外壳的内侧壁完全隔离，进一步提高再生腔的保温性能，增加能够透过水蒸气的面积，并使得活性炭的四周均受到挤压力，从而实现了对活性炭活化再生效果的提升。

Claims (10)

1.具有自适应功能的活性炭活化再生装置，包括外壳（1）、第一电极板（4）、第二电极板（7）；其特征在于：还包括沙粒（2）、温度传感器（5）、湿度传感器（9）、喷水嘴（12）；外壳（1）的内腔中填充有沙粒（2）；外壳（1）内腔顶部设置有将沙粒（2）隔绝在外的再生腔（6）；沙粒（2）处的水蒸气能够进入再生腔（6）；第一电极板（4）、第二电极板（7）分别设置在再生腔（6）内部的两侧；第一电极板（4）、第二电极板（7）与电源的两极分别连接；外壳（1）内的沙粒（2）挤压第一电极板（4）、第二电极板（7）的外侧面；第一电极板（4）、第二电极板（7）与外壳构成水平滑动的滑动副；

所述的温度传感器（5）伸入到再生腔（6）内；湿度传感器（9）埋设在外壳（1）内腔的沙粒（2）中；外壳（1）内腔的底部设置有一个或多个喷水嘴（12）；喷水嘴（12）均通过管道连接到外部水源。

2.根据权利要求1所述的具有自适应功能的活性炭活化再生装置，其特征在于：所述第一电极板（4）及第二电极板（7）的相背侧面均覆盖有绝缘层；外壳（1）内的沙粒（2）挤压第一电极板（4）、第二电极板（7）的外侧面；第一电极板（4）、第二电极板（7）与外壳构成水平滑动的滑动副。

3.根据权利要求1所述的具有自适应功能的活性炭活化再生装置，其特征在于：所述的外部水源包括蠕动泵（11）和水箱（13）；喷水嘴（12）通过管道连接到蠕动泵（11）的出液口；蠕动泵（11）的进液口连接到水箱（13）。

4.根据权利要求1所述的具有自适应功能的活性炭活化再生装置，其特征在于：还包括绝缘垫布（8）；再生腔（6）由第一电极板（4）、第二电极板（7）、绝缘垫布（8）以及外壳（1）的两个相对侧壁合围形成；绝缘垫布（8）位于再生腔（6）的底部；绝缘垫布（8）能够透过水蒸气。

5.根据权利要求1所述的具有自适应功能的活性炭活化再生装置，其特征在于：还包括一块绝缘垫布和绝缘侧布；再生腔（6）由第一电极板（4）、第二电极板（7）、一块绝缘垫布以及两块绝缘侧布合围形成；绝缘垫布和绝缘侧布均能够透过水蒸气。

6.根据权利要求1所述的具有自适应功能的活性炭活化再生装置，其特征在于：还包括上盖板（3）；上盖板（3）设置在外壳（1）的顶部开口处，且盖住再生腔（6）；上盖板（3）上开设有多个透气孔；上盖板（3）和外壳均采用绝缘材料。

7.根据权利要求1所述的具有自适应功能的活性炭活化再生装置，其特征在于：所述的沙粒（2）采用二氧化硅颗粒；第一电极板（4）及第二电极板（7）均采用为石墨电极。

8.根据权利要求1所述的具有自适应功能的活性炭活化再生装置，其特征在于：所述的再生腔（6）通过高硅氧布将沙粒隔绝在外。

9.如权利要求1所述的具有自适应功能的活性炭活化再生装置的活化再生方法，其特征在于：步骤一、将被再生的活性炭放入第一电极板（4）与第二电极板（7）之间；

步骤二、湿度传感器（9）检测沙粒（2）间隙中的湿度，温度传感器（5）检测活性炭的温度；外部水源通过喷水嘴（12）将水输送到沙粒（2）的间隙中，直到沙粒（2）的间隙中的湿度达到预设值；预设值小于或等于20%；

步骤三、对第一电极板（4）、第二电极板（7）通电，形成经过蜂窝活性炭的电流；并使得电流稳定在15A～20A，对活性炭进行电再生；

步骤四、蜂窝活性炭电再生过程中产生热量，加热沙粒的间隙中的水，当活性炭温度低于100℃时，通过调节外部水源的输水量，使得沙粒间隙中的湿度不超过20%；当活性炭温度高于100℃时，沙粒之间的水蒸发形成水蒸气，水蒸气进入到再生腔6中，对蜂窝活性炭进行活化，使得活性炭的再生和活化同步进行；在活性炭温度为100~300℃的情况下，控制沙粒间隙中的湿度在20%～40%之间；当活性炭温度为300~500℃的情况下，控制沙粒间隙中的湿度在35%～50%之间；当活性炭温度为500~900℃的情况下，控制沙粒间隙中的湿度在50%～90%之间；

步骤五、当温度传感器（5）测试到蜂窝活性炭的内部温度达到850～900℃时，电源及蠕动泵（11）关闭，蜂窝活性炭完成再生。

10.根据权利要求9所述的活化再生方法，其特征在于：所述的活性炭为蜂窝活性炭。

Images