SIEMENS公司:一种绿色且经济地再生活性炭的技术方法(上)  - 北京北宇机械设备有限公司
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2017-05-27

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SIEMENS公司:一种绿色且经济地再生活性炭的技术方法(上) 

翻译:吉建斌

为了达到日益严格的排放法规的要求、以及为了满足不断提高产品质量的市场需求,石油精炼产业目前正面临一系列产品提纯技术和污染控制方面的挑战。活性炭吸附是一种习用的、具有成本效益优势的技术方法,可以使炼油产业达到联邦、州及地方排放法规的规定限值,同时还可满足产品提纯处理方面的要求。在典型的炼油企业中,活性炭已在许多工艺环节获得了成功应用,但随着近年来新制活性炭产品价格的不断上涨,采用再生炭来替代新制炭用于上述工艺环节的新型“绿色”技术解决方案引起了炼油产业的重视。再生炭是指饱和吸附炭经过高温再生处理之后重新获得应用的活性炭,在炼油产业,再生炭可用于消除气相中的VOC,或者用于炼油厂污水的处理,以及地下水的净化等领域。

使用再生炭的最大好处是可以节约成本,一般来说再生炭的采购价格要比新制活性炭低20%至40%,所以回收再用(再生后的)饱和吸附炭可以明显降低运营成本。另外,由于采用再生炭可以削减工业垃圾的处理量,一些使用再生炭的工厂还可获得由管理机构发放的专项补贴。再生处理技术可使活性炭中被吸持的污染物分子得以脱除(从而使活性炭的孔隙被“清扫”干净,活性炭得以“复活”),因此可以使企业不再需要负担与废炭处理/处置相关的费用。实际上,再生炭完全可视为被再生利用的资源。

活性炭的再生工艺

活性炭的热再生工艺是在高温条件下采用蒸汽为再生反应剂,使炭中吸附的有机化合物被脱除并销毁的过程。再生过程的目的有三个:一是使饱和炭的活性尽可能恢复到与原炭接近的水平;二是保持活性炭吸附剂的内部孔隙结构不发生改变;三是使活性炭在再生过程中由气化反应和机构磨损造成的损失降低到最小程度。

为了获得符合预期质量要求的再生炭产品,在再生加工过程中应仔细地控制物料在炉内的停留时间、操作温度及气相组成等工艺条件。活性炭的再生过程一般可分为三个阶段:第一阶段炉温控制在200至500范围内,饱和吸附炭被干燥并释放出大量可挥发、低沸点的有机吸附质;第二阶段温度为400至1200,被吸附在活性炭中的高沸点有机质发生热解;第三阶段炉温在1350至1800范围内,热解残留物发生气化反应。在再生过程中产生的、含有有机挥发分和固体颗粒残余物的气流离开再生炉进入后燃室,所有有机质在此处被彻底焚烧消除,离开后燃室的烟气之后进入洗气器,烟气中的非有机质污染物被洗涤脱除。

已获得广泛应用的热再生炉有两种类型:一是多段炉,一是转炉/窑,二者各具优缺点。

多段炉 (MHF)

    (1)可对再生工艺参数进行严格控制,尤其在炉膛气氛----蒸汽比率和燃气用量----的控制方面更是如此;

(2)可降低由气化反应引起的炭损耗率;

(3)可降低因机构磨耗导致的炭损失率;

(4)单位产品的能耗较低;

(5)固相活性炭与气相活化剂的相接触几率高(反应速率快)。

转炉

(1)操作弹性好(可随时开停炉);

(2)更换产品品种时,不会产生混料现象;

(3)与MHF装置相比,对操作人员和维修人员的技能要求较低;

(4)一般来说,转炉的人工成本和设备维护成本要低于MHF装置。

采用哪种再生炉取决于饱和炭的具体情况:当炭中吸附了多种复杂的污染物质时,MHF装置的再生效果要更好一些;当然,还应该同时考虑燃料来源、对操作弹性的预期、当地的技术基础、以及排放限制等因素。

再生炭的性能评价

可采用包括碘值和丁烷值在内的多种指标及其检测方法来评价再生炭的性能,这些标准吸附性能检测方法被用来评价再生炭和原炭之间的差异,是基础性评价指标,对大多数应用来说,上述基础评价指标检测结果已经具有充分的指导意义;但对于某些应用领域,还需进行活性炭吸附脱除指定化合物的性能对比试验,通常采取静态吸附瓶等温线检测(bottle point isotherms)或者快速小吸附柱试验(Rapid Small Scale Column Test,简称RSSCT),这两种方法可用来对比评价再生炭和新制炭对同一污水试样的吸附能力。

活性炭的再生处理服务商

有多种技术服务商可提供活性炭的再生服务,他们通过不同的服务机制来满足用户的要求。常用的服务机制有以下几种:

“反应-返回”(React and Return)机制:水处理行业最常用的活性炭再生服务机制,在制订了详尽的、可控程度极高的再生计划的前提下,完成活性炭从吸附装置中取出、再生处理、返回并重新投入使用等一系列的操作流程,来自不同用户的活性炭在再生和暂贮过程中采取相互隔离措施以避免造成混乱。再生服务商根据炭在处置和再生过程中的正常损失率向再生后的活性炭中补充一部分新制活性炭产品,以确保用户重新投入吸附器中的炭量维持在原设计量范围内。

合并再生(Pool reactivation):将饱和炭按照应用类型(气相吸附/液相吸附)以及粒度等级进行分类,并将同一类别的炭合并后一起再生。再生炭被销售给各个用户,可部分或全部替代新制活性炭产品使客户的炭装置运行成本得以降低。

现场维护及支持服务(Field services):在客户的活性炭应用现场进行技术服务,包括再生时机的判断(通过制作吸附穿透曲线,spent carbon profiling)、饱和炭的取出及包装、无害性和/或有害废弃料处置、运输到再生工厂或专业的有害废炭再生厂、对炭吸附器进行检测和维修维护、再生炭的重新装填等服务内容。活性炭再生服务商可为用户提供每一批再生炭的认证服务,以确保用户使用的再生炭产品符合RCRA(资源保护和回收法规)及苯系污染物排放标准(NESHAP)的相关规定。

在进行再生操作之前,应首先进行再生时机判定并进行必要的检查,目的是确保已饱和的活性炭能够符合再生装置的操作条件,以保证再生操作的安全性和有效性。一般来说,应该通过测定吸附器的吸附穿透曲线来判断活性炭是否已完全饱和,并从吸附器中取出少量炭样进行实验室检测分析,若炭中吸附有某些特定的污染物成分(如PCB’s即多氯联苯类)时,一些再生服务商的工厂会拒绝提供再生服务。测定饱和炭所属的“合规类别”(regulatory status)——是被归类到RCRA限制级有害物、国家限制级有害物、无害物料,还是可归类为免责性污泥类别——这是活性炭再生服务商的法定责任。

再生技术的“绿色”优势

活性炭再生技术除了通过饱和炭的循环利用、从而消除了其被做为固体垃圾对环境造成威胁之外,还在环保方面具有其它的优势。采用再生活性炭的炼油企业可能会获得由垃圾削减管理部门提供的环保专项补助资金或税费豁免优惠待遇。污泥处理费用豁免即是一个实例:可再生利用的饱和活性炭将按照无害废弃物进行处理,并且不受排放法规40CFR262中所列有害垃圾处置有关罚金规定的限制。工业污泥免责条款仅适用于排放法规40CFR262中除所列举的特定固体废弃物之外的报废炭,且仅适用于废炭产生者将其运送到专业处理厂进行再生后重新利用的饱和吸附活性炭品种。按照排放法规40CFR262第10款的定义,“污泥是指由生活类/商业类/工业类污水处理厂、自来水处理厂、以及对处理气相污染物过程中产生的废水进行专业化处理的污水处理厂排出的固体状、半固体状、或者呈浆液状的废弃物”。


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