活性炭再生工藝優(yōu)化與效果分析

孟磊

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司太西洗煤廠，寧夏 石嘴山 753000）

1 技術(shù)原理

廢活性炭的再生工藝核心原理是通過再生反應(yīng)恢復(fù)活性炭的活性，其中溫度控制是保障活性炭性能恢復(fù)的關(guān)鍵。我們設(shè)定 700℃、750℃、800℃、850℃和 900℃五個溫度測點進(jìn)行再生實驗。首先，將廢活性炭進(jìn)行簡單的清洗祛除其表面雜質(zhì)，經(jīng)過磁選工藝后進(jìn)入料倉備用。然后進(jìn)行水炭比檢測，保障進(jìn)入后續(xù)環(huán)節(jié)的活性炭水分比例達(dá)到最佳狀態(tài)，再啟動負(fù)壓裝置對活性炭進(jìn)行除異味處理，待所有雜質(zhì)和廢氣完全析出后進(jìn)入活化區(qū)進(jìn)行處理。

2 工藝流程

廢活性炭在進(jìn)行入庫處理前要保持一定的水分，可以通過烘干設(shè)備調(diào)節(jié)其水份含量，然后將雜質(zhì)含量較高的廢活性炭分揀出去，同時將游離的雜質(zhì)剔除掉。經(jīng)過篩選的活性炭需要經(jīng)過磁選將金屬過濾掉，之后傳入第一級料倉。在第一級料倉內(nèi)的廢活性炭通過傳統(tǒng)設(shè)備導(dǎo)入第二級料倉，傳送過程中廢活性炭在200℃左右的一級溫區(qū)環(huán)境下將多余水分蒸發(fā)掉，進(jìn)入二級溫區(qū)。在500～600℃環(huán)境下活性炭內(nèi)殘留的雜質(zhì)和廢物經(jīng)過裂解反應(yīng)從活性炭中脫附，最后進(jìn)入800℃的三級溫區(qū)。在三級溫區(qū)的超高溫環(huán)境下，廢活性炭內(nèi)的雜質(zhì)廢物基本得到了完全脫附，實現(xiàn)了活性炭活化效果。之后恢復(fù)活性的活性炭在傳統(tǒng)帶驅(qū)動下進(jìn)入到降溫區(qū)，經(jīng)過連續(xù)二級降溫，活性炭送至出料口進(jìn)行真空包裝。所有的廢活性炭在恢復(fù)活性的過程中產(chǎn)生的蒸汽和廢物雜質(zhì)都會由專業(yè)的負(fù)壓裝置負(fù)責(zé)導(dǎo)出，并且設(shè)備要經(jīng)過兩級除塵環(huán)節(jié)去除其多余碳成分。當(dāng)廢氣中的毒性物質(zhì)和污染物質(zhì)經(jīng)過降解過濾完成后才能進(jìn)入引風(fēng)機(jī)進(jìn)行二級吸附操作，并且經(jīng)過RO反滲透膜過濾后排出車間。

3 技術(shù)分析

3.1 再生率分析

廢活性炭的再生率是衡量活性炭再生工藝質(zhì)量的重要指標(biāo)，在生產(chǎn)過程中廢活性炭的含水量被稱為炭水比，其中炭水比是對再生率及活性炭再生質(zhì)量影響最大的生產(chǎn)要素，所以做好炭水比等一系列指標(biāo)的控制至關(guān)重要。表1為活性炭再生工藝試驗中常見要素條件。

表1 活性炭再生活化試驗條件

根據(jù)表1的試驗結(jié)果可以得出結(jié)論：控制炭水比是保障再生率的關(guān)鍵，且溫度的把控十分重要。造成這種現(xiàn)象的原因主要是由于廢活性炭在不同溫度條件下其內(nèi)部廢物和雜質(zhì)的析出環(huán)境不同，在某些溫度環(huán)境下，廢活性炭的析出效果比較有限，隨著溫度不斷提升，析出速率逐漸加大，并在700℃以上時初現(xiàn)效果。這時如果停止升溫只增加作業(yè)時間，并不會對再生率和析出效果產(chǎn)生質(zhì)變，因為在此溫度下能夠揮發(fā)的物質(zhì)已經(jīng)基本析出，所以需要對廢活性炭進(jìn)行二次反應(yīng)。從表1中我們可以看出，當(dāng)溫度達(dá)到800～850℃時，再生率可達(dá)到95%以上，這說明如果想要廢活性炭中的雜質(zhì)和廢物成份完全析出，需要將二次反應(yīng)溫度區(qū)的溫度保持在850℃以上。

3.2 光學(xué)觀察和元素分析

在顯微鏡下對不同再生工藝作用下的活性炭凈化效果進(jìn)行觀察，可以發(fā)現(xiàn)廢活性炭的表面比較平整光滑，基本不存在孔隙，由于活性炭在使用過程中吸附了大量的雜質(zhì)和有害有毒物質(zhì)，使其內(nèi)部孔隙全部被雜質(zhì)覆蓋。而觀察經(jīng)再生工藝處理后的活性炭表面孔隙情況，會發(fā)現(xiàn)原先被雜質(zhì)覆蓋和填滿的孔隙得到了恢復(fù)，光滑平整的活性炭表面變得粗糙，呈現(xiàn)出大量微米級孔隙，這表明經(jīng)過再生工藝處理后，原先被廢物雜質(zhì)填充的活性炭得到了有效凈化，孔隙內(nèi)的有毒有害物質(zhì)被析出，活性炭恢復(fù)活性。

為了進(jìn)一步驗證活性炭再生工藝的效果[1]，我們從化學(xué)分析角度對活性炭再生工藝前后的元素變化情況進(jìn)行試驗，其詳細(xì)分析結(jié)果見表2。從表2中我們可以看出，經(jīng)過活性炭再生處理后，其內(nèi)部元素結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了非常明顯的變化。在進(jìn)行再生工藝處理前，活性炭的主要成份除了C以外，還包括N、S、O等元素，其中氮和硫的含量較高，這說明活性炭吸附了大量SO2或NO、NO2等有毒有害氣體。而經(jīng)過再生工藝優(yōu)化后的活性炭，其內(nèi)部炭的比重顯著上升，而硫和氮的比重隨之下降，包括氧等物質(zhì)的比重也有明顯下降，說明之前吸附的有毒氣體被析出，活性炭又重新恢復(fù)活性。

表2 活性炭再生前后的元素分析對比

3.3 特性分析

活性炭本身作為一種多孔狀碳元素吸附物質(zhì)，在剛剛出廠時應(yīng)當(dāng)是粗糙且不平整的，從顯微鏡下觀察能夠發(fā)現(xiàn)其表面呈現(xiàn)出凹凸不平和孔洞型結(jié)構(gòu)[2]。一般情況下，活性炭內(nèi)部的孔隙呈現(xiàn)出無序的狀態(tài)，但總體而言其孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、比表面積越大，吸附能力也就越強(qiáng)，活性炭質(zhì)量越高。一般情況下測試活性炭性能的方法可以采用壓汞法或氮?dú)馕椒?。壓汞法的主要原理為：取小塊活性炭進(jìn)行壓汞分析，觀察活性炭再生工藝前后比表面積的變化情況；而氮?dú)馕椒ǖ脑碓谟谕ㄟ^多分子吸附理論來分析活性炭孔隙吸附質(zhì)量，一般情況下前者適用于孔隙較大的活性炭檢測，后者適用于微米級活性炭檢測。

3.4 吸附能力測試

活性炭吸附能力檢測是活性炭經(jīng)再生工藝處理后出廠前的最后一道工序，也是檢驗其再生合格率的必須流程。一般的檢驗方式包括苯酚吸附法、碘吸附法和亞甲基藍(lán)吸附檢驗法等。其中碘吸附測試是較為常用的一種測試手段。由于活性炭具有非常強(qiáng)的碘吸附能力，因此用吸碘值來評估活性炭性能的方法是相對科學(xué)的檢測方法。對碘的吸附效果越明顯，則活性炭的比表面積越大，吸附能力越強(qiáng)。通過觀察再生產(chǎn)過后活性炭對碘吸附效果的檢驗，測試再生活性炭的活化效果，能夠相對客觀的評估再生產(chǎn)效果。經(jīng)系統(tǒng)吸附測試檢驗，在本文再生工藝下的活性炭活化效果基本能夠?qū)崿F(xiàn)較好的吸附效果，具備恢復(fù)上市條件。

綜上所述，由于活性炭的循環(huán)利用具有較好的發(fā)展前景，因此關(guān)于活性炭再生工藝的研究十分重要。通常情況下，活性炭能源的再生采用的是高溫負(fù)壓環(huán)境對廢活性炭進(jìn)行雜質(zhì)脫附，通過一系列先進(jìn)工藝恢復(fù)其活性。本文所介紹的活性炭再生工藝及相關(guān)設(shè)備具有較高的再生率，并且可以進(jìn)行持續(xù)性生產(chǎn)加工，對環(huán)境不產(chǎn)生污染，具有良好的推廣價值。望本文研究內(nèi)容得到相關(guān)企業(yè)及技術(shù)人員的重視，繼續(xù)深化活性炭再生工藝技術(shù)創(chuàng)新，深入探究活性炭再生工藝技術(shù)應(yīng)用，為提升活性炭循環(huán)利用價值，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展提供建設(shè)性意見。