一種汙泥製備活性炭的方法及裝置的製作方法

2023-06-04 12:04:51

專利名稱：一種汙泥製備活性炭的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種脫水汙泥製備活性炭的工藝方法，尤其涉及一種利用高溫煙氣作 為熱源、活化介質及保護氣將含水80%的脫水汙泥直接製備活性炭的方法及裝置，以提高 能源利用效率、降低汙泥製備活性炭成本。
背景技術：
伴隨著全球經濟的快速發展和人們對環境的日益關注，汙水處理量高速增加，導 致了汙泥產量的迅速擴大。目前，我國每年排放幹汙泥約為500萬噸，且在不斷增加，如處 理不當會造成嚴重的二次汙染，同時汙泥處理的投資和運行費用巨大，佔整個汙水廠投資 及運行費用的25% 65%，已成為汙水處理廠面臨的沉重負擔。活性炭作為一種吸附催化材料，不溶於水和有機溶劑，易再生，對氣體、溶液中的 有機或無機物質以及膠體顆粒等有很強的吸附能力，具有足夠的化學穩定性及耐酸、耐鹼、 耐熱性，已在石油、化工、食品、輕工、國防、環境保護等諸多領域得到廣泛應用。汙泥中含有 較多的碳，在一定的高溫下以汙泥為原料通過改性可以製得含碳吸附劑。製得的吸附劑有 很高的COD去除率，是一種性能優良的有機廢水處理劑，吸附飽和的吸附劑若不能再生，可 以用作燃料在控制尾氣條件下進行燃燒，這樣也使原汙泥中的有害因子被徹底氧化分解。現有的化學法汙泥製備活性炭工藝中，脫水汙泥先乾燥洗滌，再浸漬，以高溫惰性 氣體(CO2或N2)為汙泥炭化活化提供熱量，並作為保護氣。如此高溫的惰性氣體一般通過 採用其它燃料間接加熱得到，既增加了設備投資，又多耗能量，增加了活性炭的製造成本， 工藝複雜，阻礙了汙泥製備活性炭的工業化應用。本發明以含水率為80%左右的脫水汙泥為原料，不經乾燥而直接浸漬，採用高溫 低氧煙道氣為活化介質並為汙泥炭化活化提供所需的熱量，降低了高品位能源的消耗，降 低了運行成本。由於煙氣有一定的含氧量，高溫條件下，微量的氧可達到預氧化汙泥的目 的，增加汙泥表面活性，提升活性炭產品的品質。

發明內容
本發明提供一種經濟、節能、環保的汙泥製備活性炭的方法及裝置，利用高溫低氧 煙氣作為汙泥炭化的活化介質、保護氣，為原料的預氧化提供氧份，並提供炭化活化的熱 源，降低了高品位能源的消耗、工藝的複雜性及汙泥活性炭的製造成本，提高了能源的利用 率及汙泥製備活性炭系統的集成性。本發明採用如下技術方案
一種脫水汙泥製備活性炭的工藝方法，步驟如下
步驟1將含水759Γ85%的溼汙泥直接與活化劑按10:廣4混合、浸漬10 24小時後，送 入乾燥機進行乾燥，
步驟2送入炭化活化器進行活化，活化介質為控氧燃燒的高溫低氧煙氣，氧含量小於
4%,步驟3活化後送入洗滌釜進行酸洗滌，然後甩幹，
步驟4最後送入活性炭乾燥機進行乾燥，得到幹品活性炭。一種實施上述汙泥製備活性炭的裝置，包括混合浸漬釜、汙泥浸漬後的乾燥機、炭 化活化器、洗滌釜、活性炭乾燥機，在炭化活化器上設有控氧燃燒的高溫低氧煙氣進口和活 化後煙氣出口，在汙泥浸漬後乾燥機和活性炭乾燥機上分別設第1活化後煙氣進口、第2活 化後煙氣進口和第1乾燥後煙氣出口、第2乾燥後煙氣出口，炭化活化器的煙氣出口分別與 設在汙泥浸漬後乾燥機和活性炭乾燥機上的第1活化後煙氣進口和第2活化後煙氣進口相 連，汙泥浸漬後乾燥機上的第1乾燥後煙氣出口排空和活性炭乾燥機上的第2乾燥後煙氣 出口排空，混合浸漬釜出口與汙泥浸漬後乾燥機進口相連、汙泥浸漬後乾燥機出口與炭化 活化器進口相連、炭化活化器出口與洗滌釜進口相連、洗滌釜出口與活性炭乾燥機進口相 連。與現有技術相比，本發明具有以下優點
1、本發明採用煙氣作為汙泥炭化活化的熱源，並有效利用活化後的煙氣餘熱，提高了 能源利用率，降低了能源消耗及汙泥製備活性炭的成本。2、本發明採用高溫低含氧量的煙氣作為汙泥炭化活化時的保護氣、活化介質，省 去純淨氣體的應用，簡化了汙泥活性炭製造工藝。3、本發明採用低含氧量的煙氣為汙泥預氧化提供氧分，使得汙泥顆粒的表面活 性增加，活化作用更容易深入到原料顆粒內部，製得活性炭孔隙發達。4、本發明用含水率為80%左右的脫水汙泥直接製備活性炭，省去以往汙泥製備 活性炭時的乾燥環節，降低了能源消耗，簡化了汙泥活性炭製備工藝。5、本發明簡化了汙泥活性炭製造工藝，系統高集成化、操作簡單化。6、本發明所述工藝製備的活性炭安全、穩定、無汙染，使汙泥真正達到穩定化、無 害化、資源化的要求。


圖1是本發明的脫水汙泥製備活性炭的工藝方法。圖1中，1、浸漬釜2、汙泥浸漬後乾燥機3、炭化活化器4、洗滌釜5、活性炭 乾燥機。
具體實施例方式實施例1:
一種脫水汙泥製備活性炭的工藝方法，步驟如下
步驟1將含水80%左右的溼汙泥直接與活化劑按10:1、混合、浸漬1(Γ24小時後，送 入乾燥機進行乾燥，
步驟2送入炭化活化器進行活化，活化介質為控氧燃燒的高溫低氧煙氣，
步驟3活化後送入洗滌釜進行酸洗滌，然後甩幹，
步驟4最後送入活性炭乾燥機進行乾燥，得到幹品活性炭。實施例2
一種實施上述汙泥製備活性炭的裝置，包括混合浸漬釜1、汙泥浸漬後的乾燥機2、炭 化活化器3、洗滌釜4、活性炭乾燥機5，在炭化活化器3上設有控氧燃燒的高溫低氧煙氣進口和活化後煙氣出口，在汙泥浸漬後乾燥機2和活性炭乾燥機5上分別設第1活化後煙氣 進口、第2活化後煙氣進口和第1乾燥後煙氣出口、第2乾燥後煙氣出口，炭化活化器3的 煙氣出口分別與設在汙泥浸漬後乾燥機2和活性炭乾燥機5上的第1活化後煙氣進口和第 2活化後煙氣進口相連，汙泥浸漬後乾燥機2上的第1乾燥後煙氣出口排空和活性炭乾燥機 5上的第2乾燥後煙氣出口排空，混合浸漬釜1出口與汙泥浸漬後乾燥機2進口相連、汙泥 浸漬後乾燥機2出口與炭化活化器3進口相連、炭化活化器3出口與洗滌釜4進口相連、洗 滌釜4出口與活性炭乾燥機5進口相連。下面參照附圖，對本發明做出更為詳細的說明
參照圖1，一種80%脫水溼汙泥直接製備活性炭的裝置，包括混合浸漬釜1、汙泥浸漬後 的乾燥機2、炭化活化器3、洗滌釜4、活性炭乾燥機5，在炭化活化器3上設有控氧燃燒的高 溫低氧煙氣進口和活化後煙氣出口，在汙泥浸漬後乾燥機2和活性炭乾燥機5上分別設第 1活化後煙氣進口、第2活化後煙氣進口和第1乾燥後煙氣出口、第2乾燥後煙氣出口，炭 化活化器3的煙氣出口分別與設在汙泥浸漬後乾燥機2和活性炭乾燥機5上的第1活化後 煙氣進口和第2活化後煙氣進口相連，汙泥浸漬後乾燥機2上的第1乾燥後煙氣出口排空 和活性炭乾燥機5上的第2乾燥後煙氣出口排空，混合浸漬釜1出口與汙泥浸漬後乾燥機 2進口相連、汙泥浸漬後乾燥機2出口與炭化活化器3進口相連、炭化活化器3出口與洗滌 釜4進口相連、洗滌釜4出口與活性炭乾燥機5進口相連。(無氧條件下的活化)將含水率為80%的市政汙泥送入浸漬釜1內，以ZnCl2為活化 劑，按浸漬比5:1 (溼汙泥活化劑)將汙泥於浸漬釜1內浸漬16小時，採用部分活化過的 5000C的煙道氣餘熱於乾燥機2內將浸漬後的汙泥烘乾，隨後送入炭化活化器3中以氮氣作 為保護氣，在缺氧條件下進行炭化活化，控制汙泥活化溫度為550°C，活化時間為90分鐘。 隨後洗滌、烘乾，得到幹品活性炭，其比表面積為493. lm2/g，亞甲基藍吸附值為120. lmg/g。(有氧條件下，氧含量2%)將含水率為80%的市政汙泥送入浸漬釜1內，以ZnCl2為 活化劑，按浸漬比5:1 (溼汙泥活化劑)將汙泥於浸漬釜1內浸漬16小時，採用部分活化 過的500°C的煙道氣餘熱於乾燥機2內將浸漬後的汙泥烘乾，隨後送入炭化活化器3中採 用氧含量為2%、溫度為60(TC的高溫低氧煙氣進行炭化活化，控制汙泥活化溫度為550°C， 活化時間為90分鐘。隨後洗滌，並用活化過的500°C的煙道氣餘熱烘乾，得到幹品活性炭， 其比表面積為516. lm2/g，亞甲基藍吸附值為129. 8mg/g，孔體積為0. 29cm7g，微孔體積為 0. 16cm7g，平均孔徑為 3. 95nm。(有氧條件下，氧含量4%)將含水率為80%的市政汙泥送入浸漬釜1內，以ZnCl2為 活化劑，按浸漬比5:1 (溼汙泥活化劑)將汙泥於浸漬釜1內浸漬16小時，採用部分活化 過的500°C的煙道氣餘熱於乾燥機2內將浸漬後的汙泥烘乾，隨後送入炭化活化器3中採用 氧含量為4%、溫度為600°C的高溫低氧煙氣進行炭化活化，控制汙泥活化溫度為550°C，活 化時間為90分鐘。隨後洗滌，並用活化過的500°C的煙道氣餘熱烘乾，得到幹品活性炭，其 比表面積為512. 8m2/g，亞甲基藍吸附值為129. lmg/g。氧氣能與碳骨架表面基團發生氧化反應，促進活性炭微孔的形成與發展。但當氧 含量過高時，氧原子與碳骨架表面基團反應速度極快，許多氧分子根本來不及擴散到炭顆 粒內部就已經與表面基團發生反應，限制了微孔的形成與發展，同時，還使已形成的微孔壁 面被燒穿、擴寬，活性炭比表面積和微孔體積會隨氧含量的增大而大幅下降，吸附性能變差。
權利要求
一種汙泥製備活性炭的方法，其特徵在於，步驟如下步驟1 將含水75%~85%的溼汙泥直接與活化劑按10:1~4的質量比混合、浸漬10~24小時後，送入乾燥機進行乾燥， 步驟2 送入炭化活化器進行活化，活化介質為控氧燃燒的高溫低氧煙氣， 步驟3 活化後送入洗滌釜進行酸洗滌，然後甩幹， 步驟4 最後送入活性炭乾燥機進行乾燥，得到幹品活性炭。
2.根據權利要求1所述的汙泥製備活性炭的方法，其特徵在於，步驟3所用的活化介質 為溫度為45(T650°C、氧氣含量小於4%的控氧燃燒的高溫低氧煙氣，步驟1和步驟4的乾燥 介質為來自炭化活化器出口的煙氣。
3.一種實施權利要求1、2所述汙泥製備活性炭方法的裝置，其特徵在於，包括混合浸 漬釜(1)、汙泥浸漬後的乾燥機(2)、炭化活化器(3)、洗滌釜(4)、活性炭乾燥機(5)，在炭化 活化器(3)上設有控氧燃燒的高溫低氧煙氣進口和活化後煙氣出口，在汙泥浸漬後乾燥機 (2)和活性炭乾燥機(5)上分別設第1活化後煙氣進口、第2活化後煙氣進口和第1乾燥後 煙氣出口、第2乾燥後煙氣出口，炭化活化器(3 )的煙氣出口分別與設在汙泥浸漬後乾燥機 (2)和活性炭乾燥機(5)上的第1活化後煙氣進口和第2活化後煙氣進口相連，汙泥浸漬後 乾燥機(2)上的第1乾燥後煙氣出口排空和活性炭乾燥機(5)上的第2乾燥後煙氣出口排 空，混合浸漬釜(1)出口與汙泥浸漬後乾燥機(2)進口相連、汙泥浸漬後乾燥機(2)出口與 炭化活化器(3)進口相連、炭化活化器(3)出口與洗滌釜(4)進口相連、洗滌釜(4)出口與 活性炭乾燥機(5)進口相連。
全文摘要
本發明公開了一種汙泥製備活性炭的方法將含水80%左右的脫水汙泥按比例加入活化劑浸漬處理、幹化後，送入活化裝置，活化介質採用控氧燃燒得到的低氧高溫煙氣，溫度小於600℃，氧含量小於4%，洗滌烘乾後，製得幹品活性炭；汙泥浸漬後的幹化及活化洗滌後活性炭的幹化熱源採用活化後較高溫煙氣，一般小於500℃。一種裝置，包括混合浸漬釜、汙泥浸漬後的乾燥機、炭化活化器、洗滌釜、活性炭乾燥機。本發明以高溫低氧煙氣為活化介質，直接將脫水汙泥浸漬處理，簡化了汙泥製備活性炭的工藝，並且按品位逐級利用高溫煙氣的熱能，降低了汙泥製備活性炭的成本。
文檔編號C01B31/10GK101985355SQ201010574130
公開日2011年3月16日 申請日期2010年12月6日 優先權日2010年12月6日
發明者劉長燕, 葛仕福, 趙培濤 申請人:東南大學