活性炭再生工藝優化與效果分析

孟磊

（神華寧夏煤業集團有限責任公司太西洗煤廠，寧夏 石嘴山 753000）

1 技術原理

廢活性炭的再生工藝核心原理是通過再生反應恢復活性炭的活性，其中溫度控制是保障活性炭性能恢復的關鍵。我們設定 700℃、750℃、800℃、850℃和 900℃五個溫度測點進行再生實驗。首先，將廢活性炭進行簡單的清洗祛除其表面雜質，經過磁選工藝后進入料倉備用。然后進行水炭比檢測，保障進入后續環節的活性炭水分比例達到最佳狀態，再啟動負壓裝置對活性炭進行除異味處理，待所有雜質和廢氣完全析出后進入活化區進行處理。

2 工藝流程

廢活性炭在進行入庫處理前要保持一定的水分，可以通過烘干設備調節其水份含量，然后將雜質含量較高的廢活性炭分揀出去，同時將游離的雜質剔除掉。經過篩選的活性炭需要經過磁選將金屬過濾掉，之后傳入第一級料倉。在第一級料倉內的廢活性炭通過傳統設備導入第二級料倉，傳送過程中廢活性炭在200℃左右的一級溫區環境下將多余水分蒸發掉，進入二級溫區。在500～600℃環境下活性炭內殘留的雜質和廢物經過裂解反應從活性炭中脫附，最后進入800℃的三級溫區。在三級溫區的超高溫環境下，廢活性炭內的雜質廢物基本得到了完全脫附，實現了活性炭活化效果。之后恢復活性的活性炭在傳統帶驅動下進入到降溫區，經過連續二級降溫，活性炭送至出料口進行真空包裝。所有的廢活性炭在恢復活性的過程中產生的蒸汽和廢物雜質都會由專業的負壓裝置負責導出，并且設備要經過兩級除塵環節去除其多余碳成分。當廢氣中的毒性物質和污染物質經過降解過濾完成后才能進入引風機進行二級吸附操作，并且經過RO反滲透膜過濾后排出車間。

3 技術分析

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量的重要指標，在生產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量影響最大的生產要素，所以做好炭水比等一系列指標的控制至關重要。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

根據表1的試驗結果可以得出結論：控制炭水比是保障再生率的關鍵，且溫度的把控十分重要。造成這種現象的原因主要是由于廢活性炭在不同溫度條件下其內部廢物和雜質的析出環境不同，在某些溫度環境下，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℃以上時初現效果。這時如果停止升溫只增加作業時間，并不會對再生率和析出效果產生質變，因為在此溫度下能夠揮發的物質已經基本析出，所以需要對廢活性炭進行二次反應。從表1中我們可以看出，當溫度達到800～850℃時，再生率可達到95%以上，這說明如果想要廢活性炭中的雜質和廢物成份完全析出，需要將二次反應溫度區的溫度保持在850℃以上。

3.2 光學觀察和元素分析

在顯微鏡下對不同再生工藝作用下的活性炭凈化效果進行觀察，可以發現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和有害有毒物質，使其內部孔隙全部被雜質覆蓋。而觀察經再生工藝處理后的活性炭表面孔隙情況，會發現原先被雜質覆蓋和填滿的孔隙得到了恢復，光滑平整的活性炭表面變得粗糙，呈現出大量微米級孔隙，這表明經過再生工藝處理后，原先被廢物雜質填充的活性炭得到了有效凈化，孔隙內的有毒有害物質被析出，活性炭恢復活性。

為了進一步驗證活性炭再生工藝的效果[1]，我們從化學分析角度對活性炭再生工藝前后的元素變化情況進行試驗，其詳細分析結果見表2。從表2中我們可以看出，經過活性炭再生處理后，其內部元素結構產生了非常明顯的變化。在進行再生工藝處理前，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。而經過再生工藝優化后的活性炭，其內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，在剛剛出廠時應當是粗糙且不平整的，從顯微鏡下觀察能夠發現其表面呈現出凹凸不平和孔洞型結構[2]。一般情況下，活性炭內部的孔隙呈現出無序的狀態，但總體而言其孔隙結構越復雜、比表面積越大，吸附能力也就越強，活性炭質量越高。一般情況下測試活性炭性能的方法可以采用壓汞法或氮氣吸附法。壓汞法的主要原理為：取小塊活性炭進行壓汞分析，觀察活性炭再生工藝前后比表面積的變化情況；而氮氣吸附法的原理在于通過多分子吸附理論來分析活性炭孔隙吸附質量，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。通過觀察再生產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效果。經系統吸附測試檢驗，在本文再生工藝下的活性炭活化效果基本能夠實現較好的吸附效果，具備恢復上市條件。

綜上所述，由于活性炭的循環利用具有較好的發展前景，因此關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壓環境對廢活性炭進行雜質脫附，通過一系列先進工藝恢復其活性。本文所介紹的活性炭再生工藝及相關設備具有較高的再生率，并且可以進行持續性生產加工，對環境不產生污染，具有良好的推廣價值。望本文研究內容得到相關企業及技術人員的重視，繼續深化活性炭再生工藝技術創新，深入探究活性炭再生工藝技術應用，為提升活性炭循環利用價值，促進可持續發展提供建設性意見。