加熱再生飽和煤質活性炭三個階段概述
吸附達飽和的煤質活性炭加熱再生時,主要通過以下三個階段。
(1)飽和煤質活性炭的干燥階段
使用過的煤質活性炭含水率大約是50%,干燥階段需要大量的熱量用于孔隙中的水分和部分低沸點有機物的蒸發。熱再生中所需熱量的50%是在干燥過程中消耗的。而且,再生爐容積的⅓以上用于干燥過程。因此,未來降低再生成本,設定適當的干燥條件非常重要。
(2)吸附物質的炭化階段
把吸附的揮發性物質和殘留在煤質活性炭孔隙中的高沸點有機物炭化。在350℃以內加熱,高沸點有機物在吸附狀態下被分解、炭化,并以固定炭的形態殘留下來。值得注意的是炭化階段的升溫速度太快時,對煤質活性炭的活化階段有很壞的影響。炭化升溫速度太快,吸附物質中有機物物質短時間內大量釋放,會造成顆粒煤質活性炭強度下降,形成裂縫以及孔隙減小。
(3)炭化有機物的活化階段
炭化過程中生成的殘留炭,在800~1000℃下,使用水蒸氣、二氧化碳、氧氣等氧化性氣體分解:
C+O₂→CO₂↑
C+H₂O→CO↑+H↑₂
C+CO₂→2CO↑
水蒸氣的活化效果比二氧化碳好,能顯著地恢復煤質活性炭微孔的容積,一般水蒸氣用量為飽和炭質量的80%~100%。因為氧氣的氧化性強,易造成煤質活性炭本體過多消耗,故一般不采用。但有報道指出,混入1%~2%的氧氣對活化影響不大。
在水處理等使用飽和的煤質活性炭中。孔隙內蓄積了多種金屬及金屬氧化物,對碳的氣化反應有明顯催化作用,而且引入了污染,必須洗滌除去。例如Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Pb及堿金屬等,對氣化有促進作用;而B、Ti、W及P等,有印制作用。在水處理中使用過的煤質活性炭,可以通過酸洗的方法把蓄積的金屬除去。但是,用堿洗及四氯化碳萃取的方法,不能除去金屬。
在活化過程中,需要利用炭化過程中所生成的固定炭與煤質活性炭本身的氣化反應速度的差異,有選擇的將固定炭氣化掉。另外,熱再生階段中活化過程的終溫度和停留時間要嚴格控制,使得煤質活性炭的損失在5%~10%.例如,在煤質炭用于水處理的場合,用900℃的過熱水蒸氣以內。此外,減少煤質活性炭的物理性消耗及粉化也很重要,要注意煤質活性炭的裝卸運輸及合理地選擇氣流速度。
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