某废活性炭再生工艺设计.pdf

第45 卷第1 期2024年有色冶金设计与研究2月某废活性炭再生工艺设计罗超，饶荣（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌330 0 38)【摘要】以广东某市绿岛中心废活性炭深度再生处理为例，阐述分析废活性炭再生系统的工作原理和特性，分析了废活性炭成分。该项目采用“斗提+溜槽+多膛炉+二燃室+余热锅炉+急冷塔+干法脱酸塔+布袋除尘器+二级湿式洗涤塔+引风机+SCH+烟卤”的工艺，详细介绍了该工艺由预处理到再生系统，再到烟气处理系统等具体工艺流程和工艺参数，总结了相关设计经验。实践证明，利用分散吸附-集中再生能经济、有效地实现废活性炭大规模再生。【关键词 废活性炭；再生；多膛炉；设计中图分类号：TQ424.1Design of Regeneration Process for a Certain Waste Activated Carbon(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330038,China)Abstract Taking the advanced regeneration treatment of waste activated carbon in the Green Island Center of a city inGuangdong as an example,this paper elaborates and analyzes the operating principle and characteristics of the waste activated carbonregeneration system,and analyzes the composition of waste activated carbon.This project adopts the process of bucket elevator+chute+multi hearth furnace+secondary combustion chamber+waste heat boiler+quench tower+dry deacidification tower+bagfilter+two-stage wet scrubbing tower+induced draft fan+SGH+stack,The paper introduces the detailed process flow andparameters of the whole process from pre-treatment to regeneration system,and then to gas handling system in detail,and summarizesrelevant design experience.It has been proved that the use of decentralized adsorption-centralized regeneration can economicallyand effectively achieve large-scale regeneration of waste activated carbon.Keywords waste activated carbon;regeneration;multi hearth furnace;design文献标志码：BLUO Chao,RAO Rong文章编号：1 0 0 4-4345(2 0 2 4)0 1-0 0 40-0 41废活性炭再生工艺背景活性炭是含碳物质经干馏炭化、活化处理后得到的疏水性吸附剂。由于其具有较大的比表面积、发达的空隙结构、较强的表面活性和吸附能力，被广泛应用于工业生产中处理各类工业有机废气。活性炭的吸附性能主要是通过其巨大的表面积上众多吸附点位来实现。吸附一段时间后，达到吸附饱和状态的活性炭,其吸附性能也会随之消失。因此需要定期更换新的活性炭或者再生已饱和的活性炭!。当前废活性炭的再生方式有物理再生法、化学再生法、真空再生法、生物再生法。其中，物理再生法也叫热再生法，其科学研究和工业发展已经相当成收稿日期：2 0 2 3-0 3-1 4基金项目：江西省重点研发计划项目（项目编号：2 0 2 0 3BBG72W012)作者简介：罗超（1 9 8 7 一），男，高级工程师，主要从事固体废物处理处置设计工作。熟，且已实现工业化生产 2 。热再生主要包括3种类型：1)热解吸，在1 0 0 2 0 0 下发生;2)热分解（高温炭化），在2 0 0 8 0 0 下发生；3)活化阶段，在8001000 3下发生。根据热再生介质不同，热再生法又可分为水蒸气热再生、惰性气体热再生、电流热再生和物理波（微波、超声波）热再生。随着我国经济的快速发展，我国在化工、涂烊、食品、医药等行业每年产生的废活性废达几十万吨。因此，废活性炭的处置已成为环境污染治理的新问题。目前，我国部分省市正在建设或者计划筹建相应的废活性炭再生中心。这些废活性炭再生中心采用的多为“预处理系统+再生系统+烟气系统”工艺。这种活性炭再生工艺较为成熟，产出的再生活性炭第1 期产品各项指标均可满足质量标准要求，有稳定、合理的市场需求。重要的是，项目废气能达标排放，生产废水可实现部分回用，部分排入园区污水处理厂，固体废物能得到妥善处置，满足国家污染物排放标准的要求。本文拟以广东省某市绿岛中心废活性炭再生利用项目为例，对废活性炭再生处理工艺的应用进行分析。2废活性炭成分分析广东省某市绿岛中心废活性炭再生利用项目处理的废活性炭主要来自化学原料和化学品制造、合成纤维、印刷、人造板制造、橡胶和塑料制品等行业。活性炭人炉指标见表1。表1 废活性炭设计入炉指标序号成分设计人炉值序号成分设计人炉值水分25工业灰分组分固定碳挥发分NS酸性P物质FClBr3废活性炭再生利用工艺流程该绿岛中心废活性炭再生工艺包含废活性炭预处理中试系统、再生系统、烟气处理系统3个部分。废活性炭预处理中试系统主要包括研磨、氧化、挤压成型、烘干和进料工序；再生系统由多膛炉、二燃室及出料系统组成；烟气处理系统由余热回收、急冷和除尘设备、酸性气体吸收等工序组成。详细工艺流程见图1。3.1预处理系统由于收集到的废活性炭尺寸规格不一，部分废活性炭不具备直接再生的经济价值，因此需要先进人预处理车间进行预处理。本项目专门设置预处理车间，其操作在独立小间进行。预处理的工艺流程：首先对废活性炭进行研磨，然后对研磨后的活性炭颗粒进行湿法氧化、活化处理，脱水后再进行混捏、挤压成特定尺寸颗粒，送后续深度再生系统进行活化处理。某废活性炭再生工艺设计天然气一废颗麻性裂一攀精一医筒冷知机多膛炉活性炭产品活化尾气提升机天然气一燃室料仓111001150粉尘筛分机不笛拿1500550立水一急冷塔飞灰包装粉尘1200消石灰、活性炭压式反应塔190200%袋除尘器飞灰160 170氢氧化钠一碱液喷淋塔溶液Hg0.0010015Cd50As10Ni0.550重金属Pb0.300元素CrSn0.0600.0100.1400.00241废颗粒活性炭暂存库有机废气吨袋卸料站破袋机-粉尘、有机废气料仓一粉尘、有机废气称重+进料系统700.000 10烟卤0.000 15图1 废活性炭再生利用工艺流程示意0.001003.2再生系统0.000 15再生系统主要包括深度再生炉（一般为多膛炉）0.000 100.000 15Sb0.000 10Cu0.000.50Mn0.001 00进大研磨入库和二燃室。经过预处理的饱和活性炭通过皮带输送机和斗提机送人多膛炉，多膛炉的再生温度为7 0 0 900。再生完的活性炭进入滚筒冷却器冷却至5 0 80,再由斗提机送人活性炭出料储槽。储槽下方设有自动打包机对活性炭进行打包。多膛炉产生的废气进人二燃室再次燃烧，以确保再生系统产生的废气燃烧完全。3.2.1多膛炉多膛炉由多个炉膛组成，其外层为碳钢材质，炉体内部结构以异型耐火砖利用自支撑小角度微拱砌筑而成。炉中心以可旋转中心轴贯穿，轴上连以耙臂，耙臂可随中心轴旋转，每层耙臂数目可依需求进行不同设计。耙臂上附有耙齿，可被耙臂带动接触、拔开料层使其均匀分布在炉床上。通过调整粑齿的角度，可使物料在炉床上向中心或向壁侧移动。移动部件只有中心轴和耙齿耙臂，炉体和耐材不移动，因此设备稳定可靠。且每个炉膛都可以单独控制,从而能更好地满足工艺要求。活性炭从炉膛上部进入，缓慢地经过各个工作区，使再生活性炭得到充分活化，且处理速度可调，从而能满足不同品种废活性炭的再生需求。活性炭在炉床内由搅拌齿搅拌、移动，自第1 段炉床外侧移42动至内侧排出口，落入第2 段炉床内侧；再由第2 段搅拌齿搅拌，移动至第2 段炉床外侧排出口，落入第3段炉床内侧，如此交互运动直至由最下层炉床排出。整个过程，活性炭在炉内不停翻动，得到充分搅拌，并和高温烟气形成逆流进行换热。设置于炉中央之中心轴及搅拌臂均为空气夹层设计，并由专用轴冷风车强制冷却以保护中轴和耙臂的材质，保证运行稳定。3.2.2二燃室多膛炉产生的废气进入二燃室进行再次燃烧，设计燃烧温度为1 1 0 0，停留时间为2 s。二燃室配有SNCR脱硝喷枪，根据氮氧化物浓度喷人氨水进行脱硝。降温后的烟气进入布袋除尘器去除颗粒物，然后进入洗涤塔进行脱硫，最后再由引风机排人大气。3.2.3自动控制与调节考虑到废气的复杂性、成分的多变性以及热值的不均衡性，为确保再生系统的安全稳定运行，设计在再生炉和二燃室布置辅助燃烧器。燃烧器具有FSSS火焰监测和保护功能,现场PLC控制能与DCS通信，实现控制室的远程自动控制。当炉膛温度低于设定值时，燃烧器自动开启；当炉膛温度高于设定值时，燃烧器则自动关闭。燃烧器的耗气量和助燃风量由燃烧器自带的比例阀自动控制和调节。3.3烟气处理系统3.3.1热能利用系统燃烧完的高温烟气进入余热锅炉进行余热回收，产生的蒸汽一部分用于多膛炉活化再生，一部分供其他地方使用。余热锅炉出口5 0 0 的烟气进入骤冷塔进行喷水，可快速降温至2 2 0，有效防止在二燃室被破坏的二嗯英再重新生成。脱氮系统采用SNCR法脱除NOx。S NC R 法，即选择性非催化还原(Selective Non-Catalytic Reduction)技术,这是一种不用催化剂，在8 5 0 1 1 0 0 的温度范围内,将含氨基的还原剂（如氨水、尿素溶液等)喷人炉内,将烟气中的NO.还原脱除,生成氮气和水的清洁脱硝技术。本项目脱氮系统设置在锅炉第一回程处,此处烟气温度在1 1 0 0 左右，烟气中的NOx在0 2 存在的情况下与喷入的尿素发生化学反应,成本低、操作简单，既能有效脱除氮氧化物，满足国家对烟气排放的环保要求，又能将尿素溶液中的水分全部通过烟气汽化带走，从而实现清洁生产。3.3.2烟气净化系统烟气净化系统包括烟气急冷、干法脱酸、活性炭有色冶金设计与研究吸附、布袋除尘、烟气湿法脱酸、烟气加热等。1)烟气急冷。为了避开二嗯英炉外再合成的温度区间，选用顺流式急冷塔，通过与喷入急冷塔的水快速均匀接触，使烟气温度从5 0 0 5 5 0 急速降低至2 0 0 左右。急冷塔用水由2 台带变频调节的水泵供给，变频调节可以快速准确地调节给水流量。给水经塔内的压力雾化喷头将水雾化成水滴直径小于30m的状态，直接与烟气进行传质传热交换。喷淋水吸收烟气的热量蒸发，从而使烟气在塔内迅速降温，烟气在急冷塔内的停留时间为1 s。2)干法脱酸。干式反应器是一种循环流化床反应器，急冷塔排出的烟气从干式反应器底部进入，与喷人的石灰粉反应进行脱酸。Ca(OH)2可以和烟气中的HCl、H F、S O 2、S O，等发生化学反应，生成CaCl2、CaF2、Ca S O 3、Ca S O 4等，随后进人布袋除尘器和湿法脱酸塔进行最终去除。石灰粉用石灰仓进行储存，在罗茨风机的作用下，圆盘给料机连续、均匀地将石灰粉喷人干式反应器内。设置在圆盘给料机上的称重系统可在线监控石灰粉的用量。Ca(OH)2粉末可循环加人管路进行使用,极大地提高Ca(OH)2的利用效率。3)活性炭吸附。在反应器近底部位置除了喷人消石灰粉外，还会喷入活性炭粉。活性炭可吸附烟气中的重金属、PCDD/PCDF等有毒、有害成分。4)布袋除尘。设计采用8 个仓室的布袋除尘器，滤材采用具有良好耐酸性、耐碱性和耐水解性的100%PTFE针刺毡覆膜滤袋。该装置正常使用温度为2 0 0,瞬间使用温度最高为2 5 0,布袋除尘后粉尘排放质量浓度小于1 0 mg/m。5)烟气湿法脱酸。洗涤塔采用塔槽一体化结构，塔下部为循环槽，上部为填料层，出口设置多功能除雾净化器。循环液采用1 0%左右的Na0H溶液，NaOH溶液的补充由循环槽内的pH计控制。洗涤塔附近液碱罐，以便及时补充NaOH的消耗。循环液外排通过盐度计控制，当累积到一定量时，废水送物化处理车间进行处理。湿法脱酸效率最高可达9 9%。6)烟气加热。本项目采用SGH工艺,利用余热锅炉出来蒸汽与经过二级湿法脱酸后的烟气进行逆流热交换，提高烟气的排放温度，使烟气从7 0 左右提高到1 2 0 1 2 5,从而进一步减少白色烟羽,降低烟气中的水含量。净化后的烟气最终经过引风机进人烟排放。再生系统产生的炉渣、飞灰和废水污泥委外处理。第45 卷第1 期4?主要工艺技术参数4.1系统主要技术参数系统主要技术参数为：1)多膛炉废活性炭量处理为45.45 t/d。2)多膛炉干燥段炉温为2 0 0 40 0，焙干段炉温为40 0 6 0 0，活化段炉温为8 0 0 1000；二燃室温度为1 1 0 0 1 1 5 0。3)烟气在二燃室停留时间大于2 s。4)燃烧效率大于9 9.9%，焚毁去除率大于9 9.9 9%，残渣的热灼减率小于5%。4.2烟气处理系统技术参数烟气处理系统技术参数为：1)饱和蒸汽蒸汽压力为1.3MPa。2)烟气在5 0 0 2 0 0 区间停留时间小于1 s。5其他工艺设计经验1）由于再生炉与进料装置的连接属非刚性连接，因此在再生炉进料口处固体粉状物料会有少量泄漏。为此本项目在进料口设置了集料斗，集料斗收集的废物返回废物贮仓。窑头进料溜槽因温度高，采用水冷方式，冷却水可以循环使用。2)为保障事故发生时系统的应急安全，在二次燃烧室顶部设置了紧急排放门。当烟气处理系统的引风机出现故障、二燃室压力超过5 0 0 Pa时，或布袋除尘器进口温度大于2 2 0 的状况超过1 min仍无法恢复正常时，二燃室顶部的紧急排放门将自动打开卸压。3)由于活性炭容易吸潮结块，传统的给料设备易堵塞,且喷粉量难以控制。因此本项目活性炭喷射装置采用化工行业添加剂给料原理。选用1 台悬浮喷射式计量给料器，将活性炭人工倒入上料仓内进入的气化室。活性炭在其中被气化室底部的旋转叶轮打散，通过再由压缩空气送入烟道内。压缩空气可某废活性炭再生工艺设计由调节阀调节，因此喷粉量可控。4)余热锅炉、急冷塔和布袋除尘器内收集的烟尘在各自的集灰斗内经螺旋出灰机或星形排灰阀排至专用的烟尘收集桶内，收集桶集满烟尘后密闭,用叉车送至灰渣库等待处理。为防止急冷塔的烟尘结露，在急冷塔底部灰斗内设有电加热装置，6结论综上，本次废活性炭再生利用项目致力于活性炭资源的再生循环利用,采用分散吸附+集中再生的模式，将由各企业收集来的吸附饱和活性炭集中在中心进行再生利用，从源头上解决了VOCs综合治理产生的废活性炭二次污染问题，实现了经济发展与高效治理之间的平衡。该再生工艺是目前国内较为经济、有效的废活性炭大规模再生处理工艺,采用设备性能稳定、可组合配套、环保节能，各项指标均达到国内先进水平。经再生后的产品活性炭可回用于工业企业的废气净化。该项目建设后，将极大地降低企业使用活性炭的综合成本，有效地促进企业有机废气治理工作的稳定运行，助力地区打赢蓝天保卫战，为地区的发展腾出环境容量空间。参考文献1蒙婧媛,鲁冰格,邓维鹏，等。超声波催化活性炭再生研究进展 山东化工,2 0 2 3,5 2(7):1 2 3-1 2 5.2钟焕,郭斌,侯晓松.饱和活性炭再生技术的研究进展 应用化工,2 0 2 2,5 1 (7):2 1 34-2 1 38.3MARTIN-SANCHEZN,SALVADOR F,SANCHEZ-HER-NANDEZR,et al.Regeneration of carbonaceous adsorbents.Part II:chemical,microbiological and vacuum regenerationJJ.Microporous and meso-porous materials,2015,202:277-296.43