活性炭再生工艺优化与效果分析

孟磊

（神华宁夏煤业集团有限责任公司太西洗煤厂，宁夏 石嘴山 753000）

1 技术原理

废活性炭的再生工艺核心原理是通过再生反应恢复活性炭的活性，其中温度控制是保障活性炭性能恢复的关键。我们设定 700℃、750℃、800℃、850℃和 900℃五个温度测点进行再生实验。首先，将废活性炭进行简单的清洗祛除其表面杂质，经过磁选工艺后进入料仓备用。然后进行水炭比检测，保障进入后续环节的活性炭水分比例达到最佳状态，再启动负压装置对活性炭进行除异味处理，待所有杂质和废气完全析出后进入活化区进行处理。

2 工艺流程

废活性炭在进行入库处理前要保持一定的水分，可以通过烘干设备调节其水份含量，然后将杂质含量较高的废活性炭分拣出去，同时将游离的杂质剔除掉。经过筛选的活性炭需要经过磁选将金属过滤掉，之后传入第一级料仓。在第一级料仓内的废活性炭通过传统设备导入第二级料仓，传送过程中废活性炭在200℃左右的一级温区环境下将多余水分蒸发掉，进入二级温区。在500～600℃环境下活性炭内残留的杂质和废物经过裂解反应从活性炭中脱附，最后进入800℃的三级温区。在三级温区的超高温环境下，废活性炭内的杂质废物基本得到了完全脱附，实现了活性炭活化效果。之后恢复活性的活性炭在传统带驱动下进入到降温区，经过连续二级降温，活性炭送至出料口进行真空包装。所有的废活性炭在恢复活性的过程中产生的蒸汽和废物杂质都会由专业的负压装置负责导出，并且设备要经过两级除尘环节去除其多余碳成分。当废气中的毒性物质和污染物质经过降解过滤完成后才能进入引风机进行二级吸附操作，并且经过RO反渗透膜过滤后排出车间。

3 技术分析

3.1 再生率分析

废活性炭的再生率是衡量活性炭再生工艺质量的重要指标，在生产过程中废活性炭的含水量被称为炭水比，其中炭水比是对再生率及活性炭再生质量影响最大的生产要素，所以做好炭水比等一系列指标的控制至关重要。表1为活性炭再生工艺试验中常见要素条件。

表1 活性炭再生活化试验条件

根据表1的试验结果可以得出结论：控制炭水比是保障再生率的关键，且温度的把控十分重要。造成这种现象的原因主要是由于废活性炭在不同温度条件下其内部废物和杂质的析出环境不同，在某些温度环境下，废活性炭的析出效果比较有限，随着温度不断提升，析出速率逐渐加大，并在700℃以上时初现效果。这时如果停止升温只增加作业时间，并不会对再生率和析出效果产生质变，因为在此温度下能够挥发的物质已经基本析出，所以需要对废活性炭进行二次反应。从表1中我们可以看出，当温度达到800～850℃时，再生率可达到95%以上，这说明如果想要废活性炭中的杂质和废物成份完全析出，需要将二次反应温度区的温度保持在850℃以上。

3.2 光学观察和元素分析

在显微镜下对不同再生工艺作用下的活性炭净化效果进行观察，可以发现废活性炭的表面比较平整光滑，基本不存在孔隙，由于活性炭在使用过程中吸附了大量的杂质和有害有毒物质，使其内部孔隙全部被杂质覆盖。而观察经再生工艺处理后的活性炭表面孔隙情况，会发现原先被杂质覆盖和填满的孔隙得到了恢复，光滑平整的活性炭表面变得粗糙，呈现出大量微米级孔隙，这表明经过再生工艺处理后，原先被废物杂质填充的活性炭得到了有效净化，孔隙内的有毒有害物质被析出，活性炭恢复活性。

为了进一步验证活性炭再生工艺的效果[1]，我们从化学分析角度对活性炭再生工艺前后的元素变化情况进行试验，其详细分析结果见表2。从表2中我们可以看出，经过活性炭再生处理后，其内部元素结构产生了非常明显的变化。在进行再生工艺处理前，活性炭的主要成份除了C以外，还包括N、S、O等元素，其中氮和硫的含量较高，这说明活性炭吸附了大量SO2或NO、NO2等有毒有害气体。而经过再生工艺优化后的活性炭，其内部炭的比重显著上升，而硫和氮的比重随之下降，包括氧等物质的比重也有明显下降，说明之前吸附的有毒气体被析出，活性炭又重新恢复活性。

表2 活性炭再生前后的元素分析对比

3.3 特性分析

活性炭本身作为一种多孔状碳元素吸附物质，在刚刚出厂时应当是粗糙且不平整的，从显微镜下观察能够发现其表面呈现出凹凸不平和孔洞型结构[2]。一般情况下，活性炭内部的孔隙呈现出无序的状态，但总体而言其孔隙结构越复杂、比表面积越大，吸附能力也就越强，活性炭质量越高。一般情况下测试活性炭性能的方法可以采用压汞法或氮气吸附法。压汞法的主要原理为：取小块活性炭进行压汞分析，观察活性炭再生工艺前后比表面积的变化情况；而氮气吸附法的原理在于通过多分子吸附理论来分析活性炭孔隙吸附质量，一般情况下前者适用于孔隙较大的活性炭检测，后者适用于微米级活性炭检测。

3.4 吸附能力测试

活性炭吸附能力检测是活性炭经再生工艺处理后出厂前的最后一道工序，也是检验其再生合格率的必须流程。一般的检验方式包括苯酚吸附法、碘吸附法和亚甲基蓝吸附检验法等。其中碘吸附测试是较为常用的一种测试手段。由于活性炭具有非常强的碘吸附能力，因此用吸碘值来评估活性炭性能的方法是相对科学的检测方法。对碘的吸附效果越明显，则活性炭的比表面积越大，吸附能力越强。通过观察再生产过后活性炭对碘吸附效果的检验，测试再生活性炭的活化效果，能够相对客观的评估再生产效果。经系统吸附测试检验，在本文再生工艺下的活性炭活化效果基本能够实现较好的吸附效果，具备恢复上市条件。

综上所述，由于活性炭的循环利用具有较好的发展前景，因此关于活性炭再生工艺的研究十分重要。通常情况下，活性炭能源的再生采用的是高温负压环境对废活性炭进行杂质脱附，通过一系列先进工艺恢复其活性。本文所介绍的活性炭再生工艺及相关设备具有较高的再生率，并且可以进行持续性生产加工，对环境不产生污染，具有良好的推广价值。望本文研究内容得到相关企业及技术人员的重视，继续深化活性炭再生工艺技术创新，深入探究活性炭再生工艺技术应用，为提升活性炭循环利用价值，促进可持续发展提供建设性意见。