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廢活性炭再生技術及應用

作者:管理員 來源: 日期:2018-05-04 10:58:54 人氣:0

廢活性炭再生技術及應用

1、現狀

活性炭的再生,就是恢複使用過的活性炭的吸附能力,使其達到能夠再次使用狀態的操作。國內外學者對活性炭的再生進行了大量的研究,提出了各種活性炭再生工藝技術。

淄博市是一個重工業城市,廢活性炭產生量較大且相對集中。通過對淄博市近幾年廢活性炭的調查統計結果來看,目前淄博市每年產生的廢活性炭約4200萬噸。

2、廢活性炭中成分複雜,目前的處置方式和存在的問題有:

所調查的單位中,有部分企業由於沒有利用和處置設施,所產生的廢活性炭隻能暫存在場內,這種狀況已經給企業生產造成很大壓力。

已經處理的廢活性炭大部分采用簡易處理方法,處理工藝落後、設備簡陋、處理規模小、缺乏汙染防治措施,存在汙染問題。

部分廢活性炭進行了回收利用,但綜合利用規模小、技術落後、操作人員大多數由於缺乏化工和環保知識,利用固體廢物用作原料的生產、加工過程中不僅存在嚴重影響人體健康問題,還存在對空氣、水體、土壤環境的二次汙染。

廢活性炭隨意堆放,簡易填埋,沒有采用相應的安全處置措施,對周圍地下水、土壤、地表水、大氣等造成嚴重汙染。

廢活性炭的汙染一般分為短期危害和長期危害,主要表現在:

危害群眾身體健康。有些有毒有害物質由於攝入、吸入或皮膚吸收而引起急性中毒,有些廢物存在腐蝕等危險,這些屬於直接影響人身健康,對人體造成短期危害。有些廢物具有慢性毒性、致癌性,如二噁英和重金屬類物質,對人身健康會造成極大的隱患。

破壞生態環境。對工業固體廢物分散、不規範的處置將導致大氣、水體及土壤的汙染,對生態環境造成破壞。不規範的焚燒,會產生有毒有害氣體,汙染大氣環境,其中含氯有機物的焚燒還會產生二噁英、呋喃類致癌物質,給人類帶來危害;不規範的填埋會汙染水源和土壤,尤其是重金屬、高毒類廢物,將造成長期危害。

鑒於淄博市目前廢活性炭處理現狀和存在的問題,製約了山東省的可持續發展和投資環境,對企業和城市存在不安全隱患。淄博市環境保護科學研究設計院經過多方調研及論證,籌備建設了廢活性炭加熱再生項目,該項目對於推廣山東省工業固體廢物無害化處理具有重要作用,實施活性炭再生利用項目可有效防治二次汙染,切實消除廢活性炭對環境的影響。

3、技術研究及應用

熱再生法簡介。活性炭高溫熱再生方法是通過加熱對活性炭進行熱處理,使活性炭吸附的有機物在高溫下炭化分解,最終成為氣體逸出,從而使活性炭得到再生。高溫熱再生在除去炭吸附的有機物的同時,還可以除去沉積在炭表麵的無機鹽,而且使炭的新微孔生成,使炭的活性得到根本的恢複。

熱再生法是目前工藝最成熟,工業應用最多的活性炭再生方法。加熱再生法再生效率高,再生時間短,應用範圍廣,但熱再生過程中炭損失較大,一般在5%-10%,再生炭機械強度下降。另外在熱再生過程中,須外加能源加熱,投資及運行費用較高。任何活性炭高溫加熱再生裝置都需要解決如何防止炭粒相互粘結,燒結成塊並造成局部起火或堵塞通道,甚至導致運行癱瘓的現象。

加熱再生不僅是熱脫附、還包含別的過程和化學反應。這一過程中,可分為幹燥、熱脫附、熱解和炭化以及熱解殘留物的氣化反應等階段。

加熱再生過程是利用吸附飽和活性炭中的吸附質能夠在高溫下從活性炭孔隙中解吸的特點,使吸附質在高溫下解吸,從而使活性炭原來被堵塞的孔隙打開,恢複其吸附性能。施加高溫後,分子振動能增加,改變其吸附平衡關係,使吸附質分子脫離活性炭表麵進入氣相。

根據用途和需要,有的再生炭還需用酸洗除去各種重金屬和硫化物,再經中和水洗成為合格的精製再生炭。從熱再生過程看可以將種類繁多有機物分作三大類。第一類為在較低溫度時易解吸的有機物,如各種低沸點有機物。第二類為在稍高溫度條件下會熱分解生成低分子有機物氣體而解吸,如聚乙二醇類有機物。第三類則需要在更高溫度下部分熱裂解,產生氫氣和縮聚物,然後再進一步熱裂解留下大量有機物殘炭,如苯酚、萘及木質素等。熱再生難易與加熱過程中產生有機物殘炭量成正比,殘炭量越多意味熱再生需要溫度高、炭汽比大和停留時間長,再生條件越嚴酷活性炭自身也越容易被氣化燒蝕。

濕活性炭脫水後還有40%~50%的水分,加熱爐溫至100~150℃,炭粒中的水分開始蒸發,同時部分低沸點有機物開始揮發;隨著溫度升高至150~700℃,多數有機物分別以揮發、、分解炭化的形式,從活性炭孔壁上消除;在活化操作中,溫度進一步升至850℃,通水蒸氣、二氧化碳等氧化性氣體進行活化反應,生成的CO、、及氮的氧化物等從活性CO2H2炭上分解脫附。再生操作中,氧對活性炭的消耗很大,因此一般在加熱再生爐內對氧必須嚴格控製。

粉末炭很細很輕的物性決定了廢粉炭再生爐結構不同於顆粒活性炭再生爐,除滿足再生的溫度、停留時間和溫度梯度等共性再生條件外,粉炭熱再生爐還必須仔細考慮再生熱氣體又要很好與廢粉炭反應接觸,又要求粉炭不能被熱氣體吹揚和夾帶出再生爐。殘留碳化物與氧化性氣體的反應式如下:

C+O2→CO2↑

C+H2O→CO↑+H2↑

C+CO2→2CO↑

高溫再生過程中,氧對活性炭的基質影響很大,因此必須在微正壓條件下運行。過量的氧將使活性炭燒損灰化,而過低的氧量又將影響爐內溫度和再生效果。因此,一般的高溫加熱再生爐內對氧必須嚴格控製,餘氧量小於1%,CO含量為2.5%左右,水蒸汽注入量為0.2-1kg/kg活性炭(根據爐型確定)。

圖1廢活性炭再生工藝流程圖

1.png

4、經濟效益分析:

以淄博德元製革有限公司每天加工1000張牛皮為例,日排廢鉻液50t,以總投資50萬元計。

設備折舊費(總投資6.7%)111.7元/d

設備維修費(總投資的1.2%)20元/d

每天電費:度/d×0.60元=40元/d

工人工資(2人):1000元/月÷30d×2人=66.7元/d

藥劑費:300元/d

合計每天總費用:538.4元/d。

每天可節約費用:7735.34-538.4=7196.94元

每年按照生產300天計算,可節約人民幣約:7196.94×300=215.9萬元。

由此可見,采用廢鉻液回收利用技術,每年可為廠家節省開支約215。9萬元,投產一年可為成家節省開支215。9萬元,投產不到一年即可回收投資,具有可觀的經濟效益。

5、結語

廢鉻液回收利用技術工藝,已經在淄博德遠製革有限公司建成並運行,運行結果良好。該工藝設計合理,投資少,見效快,才做漸變。車間藍濕革粒麵清晰,豐滿度高,收縮溫度度打大於95℃,成品革質量穩定,經廠家多次檢驗,各項理化指標均符合國家標準。

該項技術解決了製革廠廢鉻液不能循環利用以及鉻泥處置的技術難題,為廢鉻液回收利用提供了有力的實踐基礎,既節省了昂貴的化工原料,有根治了廢鉻液的環境汙染問題,而且避免了製革廠鉻泥的二次汙染,具有較高的經濟效益和環境效益。

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