400型直热式式活性炭再生炉设计说明书

摘 要活性炭是一种无毒无味，具有发达细孔结构和巨大比表面积的优良吸附剂。因此，活性炭可以重新恢复吸附活性，重复使用，具有重要的意义。活性炭再生炉的功能是除去吸附的杂质，使活性炭重新恢复吸附活性。国内活性炭再生设备随着市场的需求向能耗低、效率高、活性炭损失少、再生效果好、性能参数可调、自动化程度高、规格种类较齐全的方向发展。直热式活性炭再生炉的主要组成有再生炉体、进料装置、出料装置、支架和辅助机构等。进料装置和出料装置的核心机构都是螺旋输送机。它控制着进料和出料的速度。由于本设计的难题之一是协调进料的速度和出料的速度两者之间的关系，而由两个同种型号的螺旋输送机控制速度就为解决这个问题提供了很大的方便。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活性炭化分解，最终成为气体逸出，从而使活性炭得到再生。高温加热再生在除去活性炭吸附有机物的同时，还可以除去沉积在活性炭表面的无机盐，而且使活性炭的新微孔生成，使活性炭的活性得到根本的恢复。直热式是利用活性炭的导电性和电阻性直接对活性炭进行加热升温，使杂质进行脱附。本次设计主要是使活化前的活性炭能通过螺旋输送装置和料槽按既定的速度进入炉体，炉体通过支架能够固定和易于拆装和活化后的活性炭通过叶片均匀的进入冷却装置。关键词： 活性炭 再生 再生炉 直热式ABSTRACT Activated carbon is a kind of non-toxic tasteless which has developed pore structure and huge specific surface area of the adsorbent. Therefore， It has the vital significance that makes the charcoal adsorption activity again. The function of activated carbon regeneration furnace is removal of adsorbed impurities that restores charcoal to adsorption activity.Domestic activated carbon regeneration equipments along with the market demand to low energy consumption, high efficiency, less loss of activated carbon, regeneration effect is good, the performance parameters are adjustable, high degree of automation, specifications varieties complete.Direct heat activated carbon regeneration furnace is made of regenerative furnace, feeding device, discharge device, support and auxiliary mechanism, etc. It is the core of the Feeding device and discharging device that is a screw conveyor. It controls the speed of the feeding and discharging. Because this design is one of the problems of coordination of feed speed and discharge rate, the relationship between the two by two of the same type of screw conveyor speed control provides a great convenience to solve the problem. High-temperature heat activated carbon regeneration method is by heating to heat treatment of activated carbon, activated carbon adsorption of organic compounds in high temperature carbonization decomposition, finally become gas escape, so that the regeneration of activated carbon.High temperature heating regeneration in the removal of carbon adsorption of organic compounds at the same time, also can remove deposition on the surface of the carbon, inorganic salt, and makes new microporous carbon generation, on the activity of carbon is fundamental recovery. Direct heat is to use activated carbon conductive and resistive to heat activated carbon directly to heat up, make the impurities for stripping.This design mainly is to make before activation of activated carbon can through the screw conveyer and the discharge chute according to set speed into the furnace, the furnace can be fixed by stent and easy to tear open outfit and activation of activated carbon by blade evenly into the cooling unit.KEY WORDS: activated carbon regeneration regeneration furnace directly-heated type目录第 1章 前言1第 2章 活性炭22.1 活性炭的概念22.2 活性炭的分类22.3 活性炭的应用4第 3章 活性炭的再生63.1 活性炭再生的意义63.2 活性炭再生的方法73.3 高温加热再生的几种装置103.4 酸洗23第 4章 直热式活性炭再生炉设计254.1 炉体设计25 4.2 进料部分设计274.3 出料系统设计344.4 支架部354.5 辅助系统和操作36第 5章 活性炭再生评价365.1 再生效果365.2 再生次数37第 6章 设计小结38参考文献421设计项目 计算与说明 结果第 1章 前言活性炭由于具有吸附、催化和一定的化学反应性能，同时又具有物理、化学的相对稳定性，广泛应用于所有国名经济。从13世纪欧洲人用活性炭精制糖液开始，到目前为止，在我国和许多发展中国家中，所有的甜味剂、调味品、食用油脂、饮料、原料药和西药都使用活性炭进行脱色精制。在环保事业中正发挥着不可替代的作用。而正因为活性炭的大量使用，所以它的需求量也快速地增加。现在，仅仅依靠生产出来的活性炭已远远不能满足人们的日益增长的需求。并且，活性炭的原料主要是木材、煤和石油。大肆砍伐树木会对环境造成巨大的破坏：而煤和石油的价格又太高，用它们制备活性炭，会导致活性炭的成本过高。因此，活性炭的再生装置的出现成了必然。活性炭再生炉是活性炭再生的一种重要的设备。它的形式有很多，回转式活性炭再生炉、自生电热式活性炭再生炉和直热式活性炭再生炉等都是属于此类。而本文设计的对象就是直热式活性炭再生炉。直热式就是利用活性炭的导电性和电阻性直接对活性炭进行加热升温，使杂质进行脱附。该设备处理能力为 1200kg/天，以无烟煤或焦活性炭为燃料，采用自动监视和调节控制再生的温度、给料量、转筒转速、氧含量和炉内压力等工艺参数，真正做到随时监视、使再生始终处于最佳的工艺参数控制下。2设计项目 计算与说明 结果2.2.1 按原料来源分2.2.2 按制造方法分第2章 活性炭2.1活性炭是什么活性炭是以含活性炭量较高的物质，如煤、果壳、木材、骨、石油残渣等为原料烧制而成的活性炭化物，经专业的活化处理，形成丰富的微孔，使其比表面积及吸附能力达到一定的要求，这就是活性炭。活性炭可分为脱色活性炭、水净化活性炭、空气净化活性炭、重金属回收活性炭等。用途广泛，是优质的吸附材料。2.2活性炭的分类由于原料来源、制造方法、外观形状和应用场合不同,活性炭品种不下千种。按原料来源分,活性炭可分为木质活性炭(如椰壳活性炭、杏壳活性炭、木质粉活性炭等)、 矿物质原料活性炭(各种煤和石油及其加工产物为原料制成的活性炭)、其它原料制成的活性炭(如废橡胶、废塑料等制成的活性炭)。1.化学法活性炭将含碳原料与某些化学药品混合后进行热处理，制取活性炭的方法叫化学法。用化学法生产的活性炭又称为化学法活性炭或化学活性炭。可以作为化学法的化学药品又称作活化剂，活化剂有氯化锌、氯化钙、碳酸钾、磷酸、磷酸二氢钾、硫化钾、硫酸、氢氧化钾、氢氧化钠、硼酸等，总而言之，许多酸、碱、盐都可以用作活化剂，主要从活性炭的性能和经济性来考虑采用何种活化剂。一般说来，化学活性炭的孔隙中次微孔、中孔（即孔直径或孔宽大于 1.5 纳米的孔隙）较发达，主要用于液相吸附精制和溶剂回收的气相（蒸汽）吸附场合。 化学法制造活性炭由于加入了化学药品在制造过程中应当极其重视环境保护以及产品中可能存在微量的不是原料的物质带入的元素的影响问题。3设计项目 计算与 说明 结 果2.2.3 按外观形状分2.物理法活性炭以活性炭为原料用水蒸汽、二氧化碳、空气（主要是氧）或它们的混合物（烟道气）为活化介质，在高温下（6001000）进行活化制取活性炭的方法叫物理法。物理法制造的活性炭叫物理法活性炭，也称作物理活性炭。一般说来物理活性炭的微孔（孔直径或孔宽小于1.5 纳米的孔隙）发达，主要用于气相吸附场合或小分子液相吸附场合。1粉状活性炭一般将 90%以上通过 80 目标准筛或粒度小于0.175mm 的活性炭通称粉状活性炭或粉状活性炭。粉状活性炭在使用时有吸附速度较快，吸附能力使用充分等优点，但需专有的分离方法。随着分离技术的进步和某些应用要求的出现，粉状活性炭的粒度有越来越细化的倾向，有的场合已达到微米甚至纳米级。2颗粒活性炭通常把粒度大于 0.175mm 的活性炭称作颗料活性炭。颗粒活性炭通常分为不定型颗粒活性炭、圆柱形活性活性炭和球形活性炭3不定型颗粒活性炭不定型颗料活性炭一般是由颗粒状的活性炭原料经活性炭化、活化，然后破碎筛分至需要粒度制成，也可以用粉状活性炭加入适当的粘结剂再经适当加工而成。4圆柱形活性炭圆柱形活性炭又称柱状活性炭，一般由粉状原料和粘结剂再经混捏、挤压成型再经活性炭化、活化等工序制成。也可以用粉状活性炭加粘结剂挤压成型。而柱状活性炭也有实心的和中空的之分，中空柱状活性炭是活性炭内有人为加工的一个或若干个有规则的小孔。5球形活性炭4设计项目 计算与 说明 结 果2.2.4 按其应用场合分2.3.1 在空气领域的应用2.3.2 在液体领域的应用顾名思义，球形活性炭就是圆球形的活性炭，它的制取方法与柱状活性炭类似，但有成球过程。也可以用液态含碳原料经喷雾造粒、氧化、活性炭化、活化制成，还可以用粉状活性炭加粘结剂成球加工而成。球形活性炭也有实心的和空心的球形活性炭之分。前已述及活性炭广泛应用于几乎所有国民经济部门和人们的日常生活，正因为如此，按活性炭应用场合进行分类是很困难的，问题在于同一种活性炭可以应用于多种场合，而某种场合又可以用多种活性炭达到相同的目的。人们往往是通过它的应用来获得对活性炭的认识的，所以往往在活性炭词语前冠以活性炭也作为的定俗成的活性炭的模糊分类方法。如糖用活性炭、针剂活性炭、味精活性炭、净水活性炭等等。2.3活性炭的应用活性炭由于具有吸附、催化和一定的化学反应性能，同时又具有物理、化学的相对稳定性。广泛应用于几乎所有国民经济部门和人们的目常生活。活性炭在气（汽）相吸附中的大规模应用是从第一次世界大战中的毒气防护开始的。此后，逐渐向其他领域扩展，归纳起来其主要应用如下。1.有毒或有害气体的防护防毒面具、口罩和防护服就是活性炭应用的典型代表。2.气（汽）体的净化、精制和分离空气净化、空气的氮、氧吸附分离和纯化；工业氢的高压吸附分离和提纯；溶剂回收；烟气中去除二氧化硫和氮氧化合物；空调；航天和深海潜艇的工作环境的气体净化等部离不开活性炭。活性炭最早的应用是从欧洲人精制糖液才开始的。现在活性炭在液相吸附中的应用乙遍及许多工业部门和人们的日常生活。5设计项目 计算与 说明 结 果2.3.3 在环境保护中的应用2.3.4 在高新技术领域中的应用进展1.食品工业的应用所有甜味剂、调味品、食用油脂、饮料都使用活性炭进行脱色精制。到目前为止，这方面的应用仍然是活性炭最广阔的市场之一，特别是正在实现工业化的我国和许多发展中国家。2.制药工业中的应用所有人工合面和生物制药的原料药，尤其是西药都采用活性炭进行脱色精制。活性炭吸附的主要作用是去除杂质、提高纯度和去除致热源。这是活性炭又一广大市场之一。3化学工业和其它工业中的应用活性炭在石化工业中的油品精制、脱硫、脱臭、催化剂载体；无机化工中的含用和医药的制品的精制提纯；冶金工业中特别是湿法冶金中的金、铂等贵金属的提取以及染织工业中的染料、媒染剂等都逐渐使用活性炭，是近几十年来活性炭新开发的市场。活性炭在石化工业中的油品精制、脱硫、脱臭、催化剂载体；无机化工中的含用和医药的制品的精制提纯；冶金工业中特别是湿法冶金中的金、铂等贵金属的提取以及染织工业中的染料、媒染剂等都逐渐使用活性炭，是近几十年来活性炭新开发的市场。活性炭的应用中，从上世纪六、七十年代起环境保护逐渐成为活性炭最大的消费领域，包括气、液相吸附的环保用活性炭往往占发达国家总用量的60%以上。环保中的气相处理是各种工业生活废气的净化和回收有用溶剂。环保中的液相的吸附处理中主要用于人们生活的上、下水和工业废水的处理上。发达国家的人们的饮用水、城市生活废水、工业废水基本上都采用包括活性炭处理在内的三级净化，发达国家用于水处理的活性炭约占其总用量的4050%。我国开始重视环境问题，预期不远将来，6设计项目 计算与 说明 结 果活性炭在我国水处理中将获得跃式的发展。近二十年来高新技术已成世界各国在经济发展中，竞技最激烈的领域。科技的迅速发展促进了活性炭的发高比表面、高孔容、高吸附容量的高性能活性炭、超细活性炭、活性炭各种各样的制品不断涌现。而这些活性炭新品系在高新电子电极、新型催化剂截体、电能和高能量密度物质（如压缩或液化氢气、天然气等）和贮存。电动汽车、功能性绿色环保等诸多领域的应用都屡见有关文献，不少已投放市场。我国的活性炭工作者也在不懈努力，有些方面已取得突破，可以预期在新世纪里我国活性炭在高新技术领域将占有一席之地。第 3章 活性炭的再生3.1活性炭为什么要再生活性炭作为一种吸附剂在历史上已广为人知，从古印度人用木活性炭过滤水、到 l3 世纪食糖溶液的提纯，直至 l8 世纪末人们发现活性炭对气体的吸附能力及水溶液的脱色能力活性炭得到了广泛的应用。随之活性炭的生产得到了很大发展，仅仅依靠单独的生产是远远不够的。作为活性炭的主要原材料，煤和木材并不是可以无限地开采下去；同时，废活性炭也对生态环境造成了严重的负担。活性炭对于毒素、有害有机物质、重金属、色素的优异吸附作用及使用中安全、可靠、经济已被公认为“没有任何其他药剂能取代”早在制药、化工、食品、电子等工业得到广泛应用当前“环境保护和生产安全” 已将活性炭吸附工艺作为控制污染的主要手段。并应用于饮用水深度净化，有毒废水废气无害化和废水回用等处理中。然而活性炭价格昂贵，再生难度大，特别在环境保护事业中，活性炭的再生已成为其能量广泛应用的关键。活性炭在环保、电力、制药及黄金生产等行业的生产活动中都要大量地使用，而根据其性质，在生产过程中活性炭在使用一段时间后活性下降，从而造成生产工艺指标的降低。因此必须对其进行活7设计项目 计算与 说明 结 果3.2.1 药剂洗脱的化学法3.2.2 生物再生法化再生处理以恢复其活性，从而达到节能减排和增大企业经济效益的目的。3.2活性炭的再生方法活性炭在水处理运行中存在使用量大、价高的问题，其费用往往占运行成本30-45。用过的活性炭不经处理即行废弃，不仅对资源是很大的浪费，还将造成二次污染。因此，将用过的饱和活性炭进行再生具有显著的经济价值。活性炭再生(或称活化)，是指用物理或化学方法在不破坏活性炭原有结构的前提下，将吸附于活性炭微孔的吸附质子以去除，恢复其吸附性能，达到重复使用目的。对于高浓度、低沸点的有机物吸附质，应首先考虑化学法再生。采用药剂洗脱的化学再生法，有时可从再生液中回收有用的物质，再生操作可在吸附塔内进行，活性炭损耗较小，但再生不太彻底，微孔易堵塞，影响吸附性能的恢复率，多次再生后吸附性能明显降低。1无机药剂再生无机药剂再生是指用无机酸(硫酸、盐酸) 或碱(氢氧化钠)等药剂使吸附质脱除，又称酸碱再生法。例如吸附高浓度的酚的活性炭，用氢氧化钠溶液洗涤，脱附的酚以酚钠盐形式被回收，。吸附废水中重金属的活性炭也可用此法再生，这时再生药剂使用 HCl 等。2有机药剂再生用苯、丙酮及甲醇等有机溶利，萃取吸附在活性炭上的吸附质。例如吸附高浓度酚的活性炭也可用有机溶剂再生。焦化厂煤气洗涤废水用活性炭处理后的饱和活性炭也可用有机溶剂再生。利用经过驯化培养的菌种处理失效的活性炭，使吸附在活性炭上的有机物降解并氧化分解成 C02 和 H20，恢复其吸附性能，这种利用微生物再生饱和活性炭的方法，仅适用于吸附易被微生物分解的8设计项目 计算与 说明 结 果3.2.3 湿式氧化法3.2.4 电解氧化法3.2.5 加热再生法有机物的饱和活性炭，而且分解反应必须彻底，即有机物最终被分解为 C02 和 H20，否则有被活性炭再吸附的可能。如果处理水中含有生物难降解或难脱附的有机物，则生物再生效果将受影响。近年来利用活性炭对水中有机物及溶解氧的强吸附特性，以及活性炭表面作为微生物聚集繁殖生长的良好载体，在适宜条件下，同时发挥活性炭的吸附作用和微生物的生物降解作用，这种协同作用的水处理技术称为生物活性炭(Biological Activated Carbon，BAC)。这种方法可使活性炭使用周期比通常的吸附周期延长多倍，但使用一定时期后，被活性炭吸附而难生物降解的那部分物质仍将影响出水水质。因此在饮用水深度处理运行中，过长的活性炭吸附周期将难以保证出水水质，定期更换活性炭是必须的。这种再生法通常用于再生粉末活性炭，如为提高曝气池处理能力投加的粉末活性炭。将吸附饱和的活性炭浆升温至 200250，通入空气加压至(300700) X104P，在反应塔内被活性炭吸附的有机物在高温高压下氧化分解，使活性炭得到再生。再生后的活性炭经热交换器冷却后，送入储活性炭槽再回用。有机物碳化后的灰分在反应器底部集积后定期排放。利用电解时产生的新生态O，C1等强氧化剂，使活性炭吸附的有机物氧化分解。但在实际运行中，存在金属电极腐蚀、钝化、絮凝物堵塞等问题。而不溶性电极-石墨存在体积大、电阻高、耗电大等缺点，因此尚未见在实践中应用。根据有机物在加热过程中分解脱附的温度不同，加热再生分为低温加热再生和高温加热再生。1.低温加热再生法对于吸附沸点较低的低分子碳氢化合物和芳香族有机物的饱和活性炭，一般用 100200水蒸汽吹脱使活性炭再生，再生可在吸附塔内进行。脱附后的有机物蒸汽经冷凝后可回收利用。常用于气体9设计项目 计算与 说明 结 果吸附的活性炭再生。蒸汽吹脱方法也用于啤酒、饮料行业工艺用水前级处理的饱和活性炭再生。2.高温加热再生法在水处理中，活性炭吸附的多为热分解型和难脱附型有机物，且吸附周期长。高温加热再生法通常经过 850高温加热，使吸附在活性炭上的有机物经碳化、活化后达到再生目的，吸附恢复率高、且再生效果稳定。因此，对用于水处理的活性炭的再生，普遍采用高温加热法。经脱水后的活性炭，加热再生全过程一般需经过下述 3 个阶段。干燥阶段。将含水率在 5086的湿活性炭，在 100-150温度下加热，使活性炭粒内吸附水蒸发，同时部分低沸点有机物也随之挥发。在此阶段内所消耗热量占再生全过程总能耗的 50 70。 焙烧阶段，或称碳化阶段。粒活性炭被加热升温至 150700。不同的有机物随温度升高，分别以挥发、分解、碳化、氧化的形式，从活性炭的基质上消除。通常到此阶段，再生活性炭的吸附恢复率已达到 6085。活化阶段。有机物经高温碳化后，有相当部分碳化物残留在活性炭微孔中。此时碳化物需用水蒸汽、二氧化碳等氧化性气体进行气化反应，使残留碳化物在 850左右气化成 C02，CO 等气体。使微孔表面得到清理，恢复其吸附性能。残留碳化物与氧化性气体的反应式如下： C + O2 CO 2 C + H2O CO+H 2 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10设计项目 计算与 说明 结 果3.3.1 多层式3.3.2 回转式生效果。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 25左右，水蒸汽注入量为 02-1 kgkg 活性炭(根据炉型确定)。活性炭再生设备的优劣主要体现在：吸附恢复率、活性炭损率、强度、能量消耗、辅料消耗、再生温度、再生时间、对人体和环境的影响、设备及基础投资、操作管理检修的繁简程度。此外，任何活性炭高温加热再生装置中都需要妥善解决的是防止活性炭粒相互粘结、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。3.3高温加热再生的几种装置高温加热活性炭再生系统，由脱水装置、活性炭输送、高温加热再生装置、活性炭冷却、废气处理、活性炭贮罐组成。此外还有加热所需的热源，如燃油、天然气、煤气或焦活性炭以及电力、蒸汽锅炉。其中以再生装置为主。加热再生装置有多种形式。目前国内外使用较多的有多层式、回转式、流化床式、移动床式等。多层式再生炉又被称为立式多段再生炉，或称多层耙式炉。主要用于再生粒状活性炭，在美国采用较普遍，国内也有引进。适用于大型活性炭再生，一般再生量都大于 2td。其特点为：用天然气或油作燃料，水蒸汽活化，由炉顶部供饱和活性炭，用转动的粑臂将活性炭推送至下一层，由上至下 6 层(或 8 层)。(1)干燥段。第 13 层，停留时间15min，炉温 100700。(2)焙烧段。第 4 层，停留时间 5 min，炉温 700 800(3)活化段。第56 层，停留时间 10min，炉温 800900。此段内通水蒸汽活化。再生活性炭用水槽急冷后排走。再生活性炭碘值恢复率 86一 95，活性炭再生11设计项目 计算与 说明 结 果3.3.3 流化床式3.3.4 移动床式3.3.5 电加损耗率 715(因为既有烧损又有转耙磨耗)。蒸汽耗量 1 kgkg 活性炭，总能耗 4 925 kcalkg活性炭(折合电耗 572 kWhkg 活性炭)。回转式再生炉又称转炉，有一段式或二段式，有内燃式直接加热或外燃式间接加热。内燃式活性炭再生损耗较大，外燃式效率较低，活化段须微正压且通水蒸汽活化。干燥段用内燃式转炉，焙烧、活化段用外燃式转炉、燃烧。回转式再生装置操作较简单，一段式转炉炉体长达 15m，所以炉体往往要变形，活化段温度升至 750后不易再上升，再生恢复率与达到的最高温度有关。停留时间 34 h，活性炭再生损耗率 5 7，总能耗 7 899 kcalkg 活性炭(折合电耗 9 18 kWh kg 活性炭)。流化床式再生炉又称流化床再生炉，有内燃式及外燃式两种，有一段或多段。国外用于再生粉末活性炭及球形活性炭。燃烧重油或煤气，并从炉底通入水蒸汽，使活性炭呈流化状态。活性炭自上而下流动，完成干燥、焙烧、活化(800900)。这种炉型的炉温、水蒸汽投加量与流化状态调节困难，再生损耗率 710，再生时间 710h，总能耗 3 326 11 341 kcalkg 活性炭)(折合电耗 3871318 kW ，h kg 活性炭)。移动床式再生炉又称立式移动床再生炉。再生部分由两层不锈钢管组成，活性炭自上而下在两管隔层中移动，内管道水蒸汽在活化段由细孔排至隔层中，与活性炭进行氧化反应。外管与燃烧室接触，将热量传导至活性炭，再生气体由上部通气孔排出至燃烧室处置，尾气由旁置烟囱排除。炉底有盘式出料装置将再生活性炭排出。这种炉型构造简单、操作管理较方便，由于再生时间长达6h，所以炉体高12m，水蒸汽量为02kzkg活性炭)，燃气温度入口1 000，出口 7080，再生损耗12设计项目 计算与 说明 结 果热再生装置34，总能耗约6 950 kcalkg活性炭(折合电耗807 kWhkg活性炭)，热回收型总能耗3 360 kcalkg活性炭(折合电耗 39kWh kg活性炭) 。国内研制的盘式炉也属移动床式。活性炭自上而下，在由中空的料盘叠成的管状通道中移动，再生气体由料盘缝隙排出。以重柴油作燃料，炉膛燃烧室温度达 1 1101 300，热量从料盘及料盘缝隙传至活性炭，水蒸汽自炉底通入。活性炭 在炉膛内得到再生。以电作能源的高温加热再生装置，有微波炉、远红外炉及直接通电式再生炉。1.微波加热微波加热是由磁控管(或速调管)通过电压的周期性变动而产生，使微波吸收体的内部极性分子高速反复运动产生热能。再生炉体为微波谐振膛。用于干燥或加热工艺的微波频率为970 MHz及2450 MHz两种。微波再生的优点是微波使活性炭自身发热，加热速度快，可迅速达到再生要求的高温，装置体积小。缺点是炉膛内加热不易均匀(微波能量吸收不均匀)，有时产生活性炭烧结现象。此外，微波辐射需要较好的屏蔽，当漏能功率大于001 wcm 2，接触时间在 6min以上时，对人体的健康有损害。在微波产生、输送过程中，磁控管本身消耗3040的功率，再生能耗一般为146kW.h kR活性炭。虽然有这些缺点，但是微波加工还是一种实用的再生方法。2.远红外线再生装置远红外线加热，一般用于干燥活性炭，也有用于再生的，其效果取决于被加热物体对各特定波长的红外线的吸收能力。辐射体一般是用碳化硅板加13设计项目 计算与 说明 结 果涂料，二者辐射波长的匹配将直接影响加热效率。当涂料为三氧化二铁和氧化锆组合时，再生能耗约为 145kW.h kg 活性炭 。3.直接通电加热再生装置直接通电加热再生装置是利用活性炭自身具有的电阻和活性炭颗粒之间的接触电阻，使活性炭产生焦耳热，逐渐达到再生温度，再通入水蒸汽进行活化。在日本，此类的再生炉分成间歇式和连续式。图 3-1 为日本连续式直接通电再生装置。活性炭在炉内停留 6h，再生碘值恢复率 9496，再生损耗率 1一 3，采用蒸汽活化，蒸汽量折合电耗为05kWhks 活性炭。脱臭电耗 005 kWhkg活性炭。再生电耗 1 kWhkg 活性炭，总能耗为159kWhkg 活性炭。图 3-2 所示为国内研制的直接通电加热再生装置，为二段式连续再生装置，再生饮用水深度处理后的饱和活性炭。干燥段由电加热室将空气加热至200，而后热空气进入流化床干燥器底部，将湿活性炭干燥 1 h，使湿活性炭含水量(干基)由 76降至 6，耗电 155 kWVkg 活性炭，干活性炭再进入有效断面 01mX01m，有效高度为 30 m 的直接通电加热再生炉，停留时间 14 min，完成焙烧、活化。耗电 022 kWh kg 活性炭，总耗电量为177kWhkg 活性炭。碘吸附恢复率可达图 3-1 连续式直接通电再生装置14设计项目 计算与 说明 结 果9698，再生总损耗率为 3 1976 年运行至今情况良好。微波是由磁控管(或速调管)通过电压的周期性变动而产生，使微波吸收体的内部极性分子高速反复运动产生热能。再生炉体为微波谐振膛。用于干燥或加热工艺的微波频率为 970 MHz 及2450 MHz 两种。微波再生的优点是微波使活性炭自身发热，加热速度快，可迅速达到再生要求的高温，装置体积小。缺点是炉膛内加热不易均匀(微波能量吸收不均匀)，有时产生活性炭烧结现象。此外，微波辐射需要较好的屏蔽，当漏能功率大于 001 wcm2，接触时间在 6min 以上时，对人体的健康有损害。在微波产生、输送过程中，磁控管本身消耗 3040的功率，再生能耗一般为146kW，h kR 活性炭。碘吸附恢复率可达9698，再生总损耗率为 3，1976 年运行至今情况良好。图 3-2 连续式直接通电加热再生装置15设计项目 计算与 说明 结 果国内研制成功的活性炭强制放电再生方法及装置已应用在黄金矿山、热电厂、啤酒、饮料、化工等行业的活性炭再生多年，其原理见图3-3。再生量为100kgh的强制放电再生炉平面尺寸仅为1.6m 2.0m，高度为2.5m 。近年来放电高温再生方法又有新的创新-活性炭调频放电脉动再生装置(专利号 ZL01210957.6)，使放电高温再生装置效率更高，体积更小，再生量为100kgh的再生炉子面尺寸仅为 1.3m l.2 m，高度仅 2.0 m。是一种值得推广的活性炭再生装置。放电再生所以具有卓越效果，在于放电过程中有下述功能：(1)高温使吸附的有机物迅速气化、碳化。(2)放电孤隙中的气体热游离和电锤效应，使活性炭吸附物被瞬间电离而分解。(3)放电形成的紫外线，使活性炭粒间空气中的氧有部分产生臭氧，对吸附物起放电氧化作用。(4)吸附水在瞬间成为过热水蒸汽，与碳化物进行水性氧化反图 3-3 二段式连续再生装置16设计项目 计算与 说明 结 果应。4.溶剂再生法溶剂再生法是利用活性炭、溶剂与被吸附质三者之间的相平衡关系，通过改变温度、溶剂的 pH值等条件，打破吸附平衡，将吸附质从活性炭上脱附下来。根据所用溶剂的不同可分为无机溶剂再生法和有机溶剂再生法。前者用无机酸(H2SO4、HCl等)或碱(NaOH 等)作为再生溶剂。厦门大学叶李艺等研究了苯酚和对氯苯酚水溶液在活性炭上的吸附平衡关系，同时采用间歇和固定床连续法研究了吸附苯酚后的活性炭碱再生工艺过程，以及多次再生对活性炭再生效率的影响，探讨了碱性溶剂再生活性炭的初步规律。南京化工大学材料科学和工程学院张果金和周永璋等利用一种新型有机再生溶剂对印染废水处理中的活性炭进行再生；后者用苯、丙酮及甲醇等有机溶剂，萃取吸附在活性炭上的吸附质。溶剂再生法一般比较适用于那些可逆吸附，如对高浓度、低沸点有机废水的吸附。它的针对性较强，往往一种溶剂只能脱附某些污染物，而水处理过程中的污染物种类繁多，变化不定，因此，一种特定溶剂的应用范围较窄。对于高浓度、低沸点的有机物吸附质，应首先考虑化学法再生。无机药剂再生，是指用无机酸(硫酸、盐酸) 或碱(氢氧化钠)等药剂使吸附质脱除，图 3-4 强制放电再生装置17设计项目 计算与 说明 结 果又称酸碱再生法。例如吸附高浓度酚的活性炭，用氢氧化钠溶液洗涤，脱附的酚以酚钠盐形式被回收，再生工艺流程见图 3-4。吸附废水中重金属的活性炭也可用此法再生，这时再生药剂使用 HCl 等。有机溶剂再生，用苯、丙酮及甲醇等有机溶利，萃取吸附在活性炭上的吸附质。再生工艺流程见图 3-5。例如吸附高浓度酚的活性炭也可用有机溶剂再生，焦化厂煤气洗涤废水用活性炭处理后的饱和活性炭也可用有机溶剂再生。 采用药剂洗脱的化学再生法，有时可从再生液中回收有用的物质，再生操作可在吸附塔内进行，活性炭损耗较小，但再生不太彻底，微孔易堵塞，影响吸附性能的恢复率，多次再生后吸附性能明显降低。近年来利用活性炭对水中有机物及溶解氧的强吸附特性，以及活性炭表面作为微生物聚集繁殖生图 3-5 无机药剂再生工艺流程18设计项目 计算与 说明 结 果长的良好载体，在适宜条件下，同时发挥活性炭的吸附作用和微生物的生物降解作用，这种协同作用的水处理技术称为生物活性炭(Biological Activated Carbon，BAC)。这种方法可使活性炭使用周期比通常的吸附周期延长多倍，但使用一定时期后，被活性炭吸附而难生物降解的那部分物质仍将影响出水水质。因此在饮用水深度处理运行中，过长的活性炭吸附周期将难以保证出水水质，定期更换活性炭是必须的,电化学再生法是一种正在研究的新型活性炭再生技术。该方法将活性炭填充在 2 个主电极之间，在电解液中，加以直流电场，活性炭在电场作用下极化，一端成阳性，另一端呈阴性，形成微电解槽，在活性炭的阴极部位和阳极部位可分别发生还原反应和氧化反应，吸附在活性炭上的有机物大部分因此而分解，小部分因电泳力的作用发生脱附。厦门大学化学工程系张会平、傅志鸿等研究了 pH 值对苯酚在活性炭上的吸附平衡的影响以及活性炭在不同电极上的电化学再生效率的影响。他们结合有关研究结果分析认为，活性炭的电化学再生过程机理中包括电脱附，NaOH 碱再生，NaClO 化学氧化等过程，实验结果表明，电化学再生活性炭，具有较高的再生效率，可达到 90%。此外，对工艺参数的研究表图 3-5 有机溶液再生工艺流程19设计项目 计算与 说明 结 果明，再生位置是活性炭再生工艺中重要的影响因素，电解质 NaCl 浓是较重要的影响因素，再生电流和再生时间对活性炭的电化学再生也有一定的影响。该方法操作方便且效率高、能耗低，其处理对象所受局限性较少。若处理工艺完善，可以避免二次污染。活性炭电化学再生装置包括壳体，在壳体的上、下部分别安装有将壳体自上而下依次分成出水室，电化学反应室和进水室的第一水力分布板和第二水力分布板，在电化学反应室的内壁装置阴极，中心设置阳极。电化学再生在常温常压下进行，将待再生处理的活性炭填充于阴阳两极间，将每升水中含1-15g 电解质，pH 值为 2-5 的电解液从壳体底部泵入，依次流经进水室，下部水力分布板、电化学反应器，上部水力分布板、出水室至壳体顶部流出，外加直流电流 0.2-2.5A，水流量控制在 1-5L/min，使活性炭处于流化状态。本发明通过强化传质使活性炭流化，并利用电催化产生的强氧化物质快速高效降解活性炭表面的有机污染物，从而提高再生效率。湿式氧化再生法是指在高温高压的条件下，用氧气或空气作为氧化剂，将处于液相状态下活性炭上吸附的有机物氧化分解成小分子的一种处理方法。湿式氧化再生活性炭技术是 20 世纪 70 年代发展起来的一种新工艺，主要在美国和日本研究较多。Gitchel 等对湿式氧化再生后的活性炭进行了深入的研究。Chrest 及 Chornet 研究了湿式氧化活性炭再生过程的动力学。Mudle 等对再生过程中的反应步骤及控速步骤进行了详细的研究。同济大学环境学院以苯酚吸附等温线为评价标准，系统地研究了活性炭湿式氧化过程中的主要影响因素，并从理论上探讨了其规律性，考察了饱和活性炭多次循环再生的可能性。20设计项目 计算与 说明 结 果湿式氧化技术要在高温高压的条件下进行，再生条件一般为 200-250，3-7MPa，再生时间大多60min 以内。该技术具有投资少、能耗低、工艺操作简单、再生相对效率高、活性炭损失率低、过程无二次污染、对吸附性能影响小等特点，但该技术通常用于再生粉末活性炭，适宜处理毒性高，生物难降解的吸附质。温度和压力须根据吸附质的特性而定，因为这直接影响活性炭的吸附性能恢复率和活性炭的损耗。这种方法的再生系统附属设施多，操作较麻烦。湿式氧化法再生活性炭的过程是：吸附在活性炭表面上的有机污染物在水热环境中脱附，然后从活性炭内部向外部扩散，进入溶液；而氧从气相传输进入液相，通过产生羟基自由基氧化脱附出来的有机物。由于湿式氧化高温高压条件较为苛刻，为此，人们考虑引入高效催化剂，采用催化湿式氧化法再生活性炭，以提高氧化反应的效率。同济大学李光明等人采用动态吸附法吸附苯酚溶液的方法，模拟活性炭的吸附饱和过程；采用浸渍法制备CuO/Al2O3 催化剂，在高压反应釜中对吸附饱和的活性炭进行多相催化湿式氧化，使活性炭得以再生，并氧化分解被脱附析出的有机物。在温度 210、氧分压 0.6MPa 下，反应 1 h 的活性炭再生效率为47.0%，出水化学需氧量 367.0 mgL-1。结果表明，该方法可有效再生活性炭，并使出水的 COD 明显下降。 同其他活性炭再生方法比较，催化湿式氧化法具有快速、能耗低、二次污染小等特点。但是，在研究粉末活性炭湿式氧化再生时发现，随着时间的延长，活性炭表面的氧化程度加强，使得活性炭中的孔系被氧化物堵塞，从而表现出再生效率下降的趋势。当微波遇到不同材料时，会产生反射、吸收和穿透现象，这取决于材料的介电常数、介质损耗21设计项目 计算与 说明 结 果系数、比热、形状和含水量等特性。大多数导体能反射微波，所以在微波系统中，导体用来传播和反射微波能量；而绝缘体则可以将微波部分反射或被穿透；所以其吸收微波的功率小；介质的性能介于金属和绝缘体之间，具有吸收、穿透和反射微波的性能，故在微波加热系统中，被处理的物料通常是吸收微波能量的介质即有耗介质，或极性介质。传统湿式氧化法再生效率不高，能耗较大。再生温度是影响再生效率的主要原因，但提高再生温度会增加活性炭的表面氧化,从而降低再生效率。因此, 人们考虑借助高效催化剂, 采用催化湿式氧化法再生活性炭。同济大学水环境控制与资源化研究国家重点实验室的科研人员正在开展此方面的研究。随着可持续发展观念的深入人心,活性炭再生工艺与技术日益得到人们的重视。一些传统的活性炭再生技术与工艺在近几年有了新的改进与突破。同时新再生技术也在不断涌现。虽然这些新兴技术在工艺路线上还不成熟,目前尚无法投入工业使用。但它们的出现为活性炭的再生带来了新思路与新探讨。微波加热技术的优越性主要表现在：(1)加热均匀，不需经过中间媒体，微波场中元温度梯度存在，故热效率高；(2) 加热速度快 ,只需常规方法的1/100-1/10 的时间就可以完成；(3)改善劳动环境和劳动作业条件；(4)由于微波能透入物料内部进行加热，物料的升温不依靠热介质由物料表面向里层传热，物料升温速度快，且由于物料表面物质的蒸发而使得物料表面温度略低于内部温度，使得整个物料的温度呈负的温度梯度状态(即内部温度高，外部温，度低)，与脱附时物料内的浓度梯度的方向一致。东南大学傅大放等以新碳碘值变化为评价标准，研究吸附了十二烷基苯磺酸钠的活性炭的微波再生条件。通过正交