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废活性炭再生技术及应用

作者:管理员 来源: 日期:2018-05-04 10:58:54 人气:0

废活性炭再生技术及应用

1、现状

活性炭的再生,就是恢复使用过的活性炭的吸附能力,使其达到能够再次使用状态的操作。国内外学者对活性炭的再生进行了大量的研究,提出了各种活性炭再生工艺技术。

淄博市是一个重工业城市,废活性炭产生量较大且相对集中。通过对淄博市近几年废活性炭的调查统计结果来看,目前淄博市每年产生的废活性炭约4200万吨。

2、废活性炭中成分复杂,目前的处置方式和存在的问题有:

所调查的单位中,有部分企业由于没有利用和处置设施,所产生的废活性炭只能暂存在场内,这种状况已经给企业生产造成很大压力。

已经处理的废活性炭大部分采用简易处理方法,处理工艺落后、设备简陋、处理规模小、缺乏污染防治措施,存在污染问题。

部分废活性炭进行了回收利用,但综合利用规模小、技术落后、操作人员大多数由于缺乏化工和环保知识,利用固体废物用作原料的生产、加工过程中不仅存在严重影响人体健康问题,还存在对空气、水体、土壤环境的二次污染。

废活性炭随意堆放,简易填埋,没有采用相应的安全处置措施,对周围地下水、土壤、地表水、大气等造成严重污染。

废活性炭的污染一般分为短期危害和长期危害,主要表现在:

危害群众身体健康。有些有毒有害物质由于摄入、吸入或皮肤吸收而引起急性中毒,有些废物存在腐蚀等危险,这些属于直接影响人身健康,对人体造成短期危害。有些废物具有慢性毒性、致癌性,如二噁英和重金属类物质,对人身健康会造成极大的隐患。

破坏生态环境。对工业固体废物分散、不规范的处置将导致大气、水体及土壤的污染,对生态环境造成破坏。不规范的焚烧,会产生有毒有害气体,污染大气环境,其中含氯有机物的焚烧还会产生二噁英、呋喃类致癌物质,给人类带来危害;不规范的填埋会污染水源和土壤,尤其是重金属、高毒类废物,将造成长期危害。

鉴于淄博市目前废活性炭处理现状和存在的问题,制约了山东省的可持续发展和投资环境,对企业和城市存在不安全隐患。淄博市环境保护科学研究设计院经过多方调研及论证,筹备建设了废活性炭加热再生项目,该项目对于推广山东省工业固体废物无害化处理具有重要作用,实施活性炭再生利用项目可有效防治二次污染,切实消除废活性炭对环境的影响。

3、技术研究及应用

热再生法简介。活性炭高温热再生方法是通过加热对活性炭进行热处理,使活性炭吸附的有机物在高温下炭化分解,最终成为气体逸出,从而使活性炭得到再生。高温热再生在除去炭吸附的有机物的同时,还可以除去沉积在炭表面的无机盐,而且使炭的新微孔生成,使炭的活性得到根本的恢复。

热再生法是目前工艺最成熟,工业应用最多的活性炭再生方法。加热再生法再生效率高,再生时间短,应用范围广,但热再生过程中炭损失较大,一般在5%-10%,再生炭机械强度下降。另外在热再生过程中,须外加能源加热,投资及运行费用较高。任何活性炭高温加热再生装置都需要解决如何防止炭粒相互粘结,烧结成块并造成局部起火或堵塞通道,甚至导致运行瘫痪的现象。

加热再生不仅是热脱附、还包含别的过程和化学反应。这一过程中,可分为干燥、热脱附、热解和炭化以及热解残留物的气化反应等阶段。

加热再生过程是利用吸附饱和活性炭中的吸附质能够在高温下从活性炭孔隙中解吸的特点,使吸附质在高温下解吸,从而使活性炭原来被堵塞的孔隙打开,恢复其吸附性能。施加高温后,分子振动能增加,改变其吸附平衡关系,使吸附质分子脱离活性炭表面进入气相。

根据用途和需要,有的再生炭还需用酸洗除去各种重金属和硫化物,再经中和水洗成为合格的精制再生炭。从热再生过程看可以将种类繁多有机物分作三大类。第一类为在较低温度时易解吸的有机物,如各种低沸点有机物。第二类为在稍高温度条件下会热分解生成低分子有机物气体而解吸,如聚乙二醇类有机物。第三类则需要在更高温度下部分热裂解,产生氢气和缩聚物,然后再进一步热裂解留下大量有机物残炭,如苯酚、萘及木质素等。热再生难易与加热过程中产生有机物残炭量成正比,残炭量越多意味热再生需要温度高、炭汽比大和停留时间长,再生条件越严酷活性炭自身也越容易被气化烧蚀。

湿活性炭脱水后还有40%~50%的水分,加热炉温至100~150℃,炭粒中的水分开始蒸发,同时部分低沸点有机物开始挥发;随着温度升高至150~700℃,多数有机物分别以挥发、、分解炭化的形式,从活性炭孔壁上消除;在活化操作中,温度进一步升至850℃,通水蒸气、二氧化碳等氧化性气体进行活化反应,生成的CO、、及氮的氧化物等从活性CO2H2炭上分解脱附。再生操作中,氧对活性炭的消耗很大,因此一般在加热再生炉内对氧必须严格控制。

粉末炭很细很轻的物性决定了废粉炭再生炉结构不同于颗粒活性炭再生炉,除满足再生的温度、停留时间和温度梯度等共性再生条件外,粉炭热再生炉还必须仔细考虑再生热气体又要很好与废粉炭反应接触,又要求粉炭不能被热气体吹扬和夹带出再生炉。残留碳化物与氧化性气体的反应式如下:

C+O2→CO2↑

C+H2O→CO↑+H2↑

C+CO2→2CO↑

高温再生过程中,氧对活性炭的基质影响很大,因此必须在微正压条件下运行。过量的氧将使活性炭烧损灰化,而过低的氧量又将影响炉内温度和再生效果。因此,一般的高温加热再生炉内对氧必须严格控制,余氧量小于1%,CO含量为2.5%左右,水蒸汽注入量为0.2-1kg/kg活性炭(根据炉型确定)。

图1废活性炭再生工艺流程图

1.png

4、经济效益分析:

以淄博德元制革有限公司每天加工1000张牛皮为例,日排废铬液50t,以总投资50万元计。

设备折旧费(总投资6.7%)111.7元/d

设备维修费(总投资的1.2%)20元/d

每天电费:度/d×0.60元=40元/d

工人工资(2人):1000元/月÷30d×2人=66.7元/d

药剂费:300元/d

合计每天总费用:538.4元/d。

每天可节约费用:7735.34-538.4=7196.94元

每年按照生产300天计算,可节约人民币约:7196.94×300=215.9万元。

由此可见,采用废铬液回收利用技术,每年可为厂家节省开支约215。9万元,投产一年可为成家节省开支215。9万元,投产不到一年即可回收投资,具有可观的经济效益。

5、结语

废铬液回收利用技术工艺,已经在淄博德远制革有限公司建成并运行,运行结果良好。该工艺设计合理,投资少,见效快,才做渐变。车间蓝湿革粒面清晰,丰满度高,收缩温度度打大于95℃,成品革质量稳定,经厂家多次检验,各项理化指标均符合国家标准。

该项技术解决了制革厂废铬液不能循环利用以及铬泥处置的技术难题,为废铬液回收利用提供了有力的实践基础,既节省了昂贵的化工原料,有根治了废铬液的环境污染问题,而且避免了制革厂铬泥的二次污染,具有较高的经济效益和环境效益。

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