CN108940241B - 一种活性炭再生塔及再生方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种活性炭再生塔及再生方法，所述再生塔包括：壳体以及壳体内自上而下依次设置的进料管道、加热区、冷却区和出料管道，所述加热区包括预热段和加热段，所述冷却区包括预冷段和冷却段，所述加热区和冷却区分别交错设置换热管，所述预冷段壳体外侧环绕设置有夹套层。本发明通过设置带夹套层的预冷段，可避免再生气温度降低至露点以下，实现工艺防腐；预热段以及预冷段独特的布料椎型设计，能够使活性炭均匀而平稳地进入加热段和冷却段，实现更佳的回收效果以及对热量的充分利用。本发明提供的活性炭再生塔同时具有结构紧凑、利用率高、再生效率高、操作简单、可连锁控制等优点，适用于大规模活性炭烟气脱硫工程，具有良好的应用前景。

Description

一种活性炭再生塔及再生方法

技术领域

本发明涉及烟气净化技术领域，具体涉及一种活性炭再生塔及再生方法。

背景技术

目前，目前在电厂、钢铁等行业烟气净化技术中，活性炭法得到了广泛的应用。活性炭法作为一种固相干法吸附脱除污染物技术，具有广谱吸收性，可同时净化烟气中的SO₂、NOx、有机物、焦油、重金属、粉尘等污染物，净化效率较高且系统无需耗水，不产生二次污染，且通过活性炭的再生可回收硫资源，同时这种紧凑的一体化净化工艺还大大缩短了净化流程。

脱硫脱硝后活性炭失去活性，必须进行再生，才能循环利用。活性炭再生分为水洗再生和热再生，水洗再生副产物为稀硫酸，利用不便，同时有较强的腐蚀性，目前热再生是广泛采用的方法。

CN 105056919 A公开了一种立式椭圆料管活性炭/焦再生一体塔，包括由上至下依次设置的加料缓存仓、炭/焦加热、冷却再生仓、卸料缓存仓。该装置结构简单，能够实现活性炭的连续再生，但能耗相对较高，不利用对成本的控制。

CN 202478947 A公开了一种活性炭再生装置，其再生器为下段小上段大的扩径筒体结构，底部连接有氮气进管，氮气进管上设置有换热器。该装置结构简单，反应条件温和，但其内部结构不明确，且处理规模较小，难以满足对活性炭大规模连续处理的要求。

CN205815723U公开了一种活性炭再生系统，包括活性炭再生装置、催化燃烧器、催化风机、换热器、液氮保护装置以及控制器，活性炭再生装置、催化燃烧器、催化风机及换热器通过气管依次连接形成再生催化管道回路，液氮保护装置通过管道与活性炭再生装置连接，换热器还设有空气进气口和排气口，活性炭再生装置、催化燃烧器、催化风机、换热器及液氮保护装置与控制器信号连接。该再生系统结构简单合理，对活性炭的催化再生效率高，但对能量的利用率不高，增加了处理成本。

由于活性炭热再生需要较高的温度，目前的专利中设计热量使用较分散，余热浪费较多，以至于能量的有效利用率并不是很高。此外，活性炭处理后获得再生气体中含有SO₂气体，在排出的过程中，再生气温度极易降至露点温度下，形成硫酸腐蚀管路。而现有的再生炭处理装置难以同时解决这些问题。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种活性炭再生塔其再生方法，所得再生塔具有结构紧凑、利用率高、再生效率高、操作简单、可连锁控制等优点，能够实现对热量的充分利用以及工艺防腐，适用于工业化应用。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种活性炭再生塔，所述再生塔包括：壳体以及壳体内自上而下依次设置的进料管道、加热区、冷却区和出料管道，所述加热区包括预热段和加热段，所述冷却区包括预冷段和冷却段，所述加热区和冷却区分别交错设置换热管，所述预冷段壳体外侧环绕设置有夹套层。

本发明通过设置预热段以及预冷段，利用换热管和管板之间构成的独特的布料锥型设计，能够使活性炭均匀而平稳地进入加热段和冷却段，布料更加均匀，实现更佳的回收效果以及对热量的充分利用；预冷段以及夹套层的设置，能够避免再生气温度降低至露点以下，实现工艺防腐。

本发明所述换热管管外构成的区域为热气/冷气通道，分别用于通入热气/冷气，其中，位于加热区的热气通道分别与热风出口和热风入口连接，位于冷却区的冷气通道分别与冷风出口和冷风入口连接。

对活性炭进行再生处理时活性炭进入换热管中，自上而下移动，利用进入热气/冷气通道的热气/冷气对其进行加热或冷却。

根据本发明，所述进料管道和出料通道上分别设有氮气密封卸料阀，以防止进出料时造成氮气泄露。优选地，在所述进料管道和出料通道上分别设置两路氮气密封卸料阀。

根据本发明，在所述冷却区下部设置辊式卸料器。

根据本发明，所述再生塔还包括氮气管路、再生气管路以及测温热电偶；所述氮气管路分别设置于加热区的顶部和冷却区的底部，用于向塔内通入氮气；所述再生气管路设置于预冷段，将再生气经过预冷处理后排出塔外进行下一步综合利用；所述测温热电偶对用于对塔内各处理区域的温度进行实时测量，一般设置于塔内预热段、加热段、预冷段以及冷却段等区域，可根据实际需求对其位置和数量进行调整。

根据本发明，所述加热段设置有热风出口和热风入口，分别与壳体外部的热气输送装置连接。

本发明优选利用热风炉或电加热器所产生的热气作为热源，工作时热气由热风入口进入热气通道，对换热管中的活性炭进行加热处理后，由热风出口排出。换热后部分热气放散，其余经高温循环风机送进预冷段夹套内对再生活性炭进行预冷，换热后进入热风炉或电加热器补充能量循环利用。

根据本发明，所述冷却段设置有冷风出口和冷风入口，分别与壳体外部的冷气输送装置连接。工作时由冷风入口通入空气，对换热管中的再生活性炭冷却处理后，由冷风出口排出。

根据本发明，所述加热区和冷却区的换热管分别由顶部管板和底部管板固定于再生塔中。

根据本发明，所述换热管与顶部管板固定连接(密封焊接在一起)，形成由中间向两侧逐渐降低的布料锥型结构，以实现对活性炭的均匀布料。所述布料锥呈80-120度角布置(两侧换热管在布料锥顶部形成的夹角)，优选为90度。

根据本发明，所述换热管与底部管板活动连接(不焊接)，以便换热管热胀冷缩。

根据本发明，利用密封材料将所述换热管与底部管板之间的缝隙密封，防止处理过程中热气/冷气的泄露。

根据本发明，所述换热管的内径为50-100mm，壁厚为5-15mm。

根据本发明，所述夹套层上设置有换热出口和换热入口，所述换热出口和换热入口之间用隔板进行隔离。工作时换热介质由换热入口进入夹套层，对预冷段内的再生活性炭进行冷却，同时换热介质被加热，然后由换热出口排出。

优选地，所述换热介质为热风出口排出的热气，经过高温循环风机送入夹套层对再生活性炭预冷处理，排出后进入热风炉或电加热器，通过加热装置进行补充能量，再次进入加热段。

本发明所述加热段、预冷段通过高温循环风机、热风炉或电加热器的连接整体上形成一套热循环系统。

根据本发明，所述冷却段由冷却风机直接由冷风入口鼓入环境空气冷却再生活性炭，空气由冷风出口排出后一部分进入热风炉或电加热器，另一部分直接放散。

本发明所述预热段指的是加热区换热管与顶部管板构成的布料锥区域；所述加热段指的是加热区顶部管板和底部管板构成的区域，包括换热管以及换热管外构成的热气通道；所述预冷段指的是加热区底部管板至冷却区顶部管板之间的区域，包括冷却区换热管与顶部管板构成的布料锥区域以及加热区和冷却区之间的空白区域；所述冷却段指的是冷却区顶部管板和底部管板构成的区域，包括换热管以及换热管外构成的冷气通道。

第二方面，本发明提供了一种活性炭的再生方法，利用第一方面所述的再生塔对活性炭进行再生处理，所述方法包括以下步骤：

(1)将脱硫脱硝后的活性炭通过进料通道进入所述加热区预热段的换热管中，同时从加热区顶部通入氮气，活性炭经过预热后进入加热段，向加热段中通入热风对活性炭进行加热，活性炭中的污染物得到释放和分解，得到再生活性炭和再生气体；

(2)步骤(1)所得再生气体和再生活性炭进入预冷段，利用夹套层中的换热介质进行预冷处理，再生气经过预冷后，排出塔外进行后续处理；

(3)经过步骤(2)预冷处理后的再生活性炭进入冷却段，同时从冷却区底部通入氮气，经过冷却处理后，将再生活性炭排出再生塔。

根据本发明，步骤(1)所述加热段的温度大于420℃。

根据本发明，步骤(2)中所述预冷处理过程中，所述换热介质进入夹套层换热入口时的温度为250-300℃。

根据本发明，步骤(2)中所述预冷处理过程中，所述换热介质由夹套层换热出口排出后进入加热装置，补充能量后进入加热段对活性炭进行加热。

根据本发明，步骤(2)所述再生活性炭经过预冷处理后的温度为290-330℃。

根据本发明，步骤(3)中向冷却段中通入空气对再生活性炭进行冷却处理。

根据本发明，经过冷却处理后再生活性炭的温度为100-130℃。

本发明优选利用振动筛对排出再生塔的再生活性炭进行处理，除去粒度小于1.5mm的活性炭后，将所得活性炭送至吸附塔进行利用。

本发明在对活性炭进行处理的过程中，脱硫脱硝后的活性炭通过进料通道氮气密封卸料阀进入预热段的换热管中，同时从加热区顶部的氮气管路向塔内吹扫入氮气，使再生塔顶部保持氮气的环境，保证活性炭与空气隔绝，避免活性炭燃烧。活性炭经预热段的布料锥均匀平稳地进入加热段，通入热气，使活性炭被加热到420℃以上，活性炭中的污染物得到释放和分解后，得到再生活性炭。此时，被活性炭吸附的SO₂与NO_x(部分NO_x与活性炭释放的NH₃发生化学反应，生成N₂与H₂O)被释放出来，与保护气体N₂混合形成富含SO₂的再生气体，再生气体经过预冷段的冷却处理后(避免再生气温度降低至露点以下)由再生管路排出塔外。所得再生气可输送至制酸工段制取浓硫酸，制酸系统尾气返回吸附塔增压风机前烟道。

经过再生的活性炭依靠重力继续向下进入预冷段进行预冷却，在预冷段中再生活性炭被高温循环风机送来的循环换热介质冷却，所述循环换热介质通过循环风机由换热入口进入预冷段夹套层中，对预冷段中的再生活性炭进行冷却，使活性炭出预冷段的温度为290-330℃，同时循环换热介质被加热，然后由换热出口排出，进入热风炉或电加热器，经过加热装置补充能量后，再次进入加热段对活性炭进行加热。

经过预冷处理后的再生活性炭进入冷却段，由位于冷却区底部的氮气管路中通入氮气，使活性炭脱附干净，同时保证活性炭与空气隔绝，避免活性炭燃烧，由冷却风机从冷风入口鼓入环境空气冷却再生活性炭，活性炭被空气冷却到100-130℃，经辊式卸料器及氮气密封卸料阀后排出再生塔，进入活性炭振动筛，将小于1.5mm的活性炭除去，通过输送机送至吸附塔循环使用。

与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)本发明提出一种活性炭再生塔及再生方法，并给出详细的塔内构型及工艺路线，再生塔结构紧凑、占地面积小、工艺系统能量利用率高、再生效率高、操作简单、可连锁控制、适用于大规模活性炭烟气脱硫工程，整体结构采用分段设计，便于制造和运输，各个部件采用法兰连接，便于安装与后期维修。

(2)本发明在加热段底部设有带夹套的预冷段，预冷段的设置可避免再生气温度降低至露点以下，实现工艺防腐。

(3)本发明通过设置预热段以及预冷段，利用其独特的布料锥型设计能够使活性炭均匀而平稳地进入加热段和冷却段，实现更佳的回收效果以及对热量的充分利用。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的活性炭再生塔的正视图；

图2是本发明实施例1提供的活性炭再生塔的侧视图；

图3是本发明实施例1提供的活性炭再生塔内换热管的截面示意图；

图4是本发明实施例1提供的活性炭再生塔预冷段夹套层的横截面示意图；

图5是本发明实施例2提供的活性炭再生方法示意图；

图中：1-氮气密封卸料阀，2-换热管，3-预冷段夹套层，4-辊式卸料器，5-测温热电偶，6.氮气管路，7-热风出口，8-热风入口，9-再生气管路，10-冷风出口，11-冷风入口，12-换热出口，13-换热入口，其中箭头为气体流动方向。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明在具体实施方式部分提供了一种活性炭再生塔，所述再生塔包括：壳体以及壳体内自上而下依次设置的进料管道、加热区、冷却区和出料管道，所述加热区包括预热段和加热段，所述冷却区包括预冷段和冷却段，所述加热区和冷却区分别交错设置换热管，所述预冷段壳体外侧环绕设置有夹套层。

优选地，所述进料管道和出料通道上分别设有氮气密封卸料阀。

优选地，在所述冷却区下部设置辊式卸料器。

优选地，所述再生塔还包括设置于加热区的顶部和冷却区的底部的氮气管路，设置于预冷段的再生气管路以及测温热电偶。

优选地，所述加热段设置有热风出口和热风入口，分别与壳体外部的热气输送装置连接；所述冷却段设置有冷风出口和冷风入口，分别与壳体外部的冷气输送装置连接。

优选地，所述加热区和冷却区的换热管分别由顶部管板和底部管板固定于再生塔中，所述换热管与顶部管板固定连接，形成布料锥，所述布料锥呈80-120度角布置，所述换热管与底部管板活动连接，同时利用密封材料将所述换热管与底部管板之间的缝隙密封。

优选地，所述换热管的内径为50-100mm，壁厚为5-15mm。

优选地，所述夹套层上设置有换热出口和换热入口，所述换热出口和换热入口之间用隔板进行隔离。

本发明在具体实施方式部分还提供了一种活性炭再生方法，利用上述的活性炭再生塔进行处理，所述方法包括以下步骤：

(1)将脱硫脱硝后的活性炭通过进料通道进入所述加热区预热段的换热管中，同时从加热区顶部通入氮气，活性炭经过预热后进入加热段，向加热段中通入热风对活性炭进行加热，活性炭中的污染物得到释放和分解，得到再生活性炭和再生气体；

(2)步骤(1)所得再生气体和再生活性炭进入预冷段，利用夹套层中的换热介质进行预冷处理，再生气经过预冷后，排出塔外进行后续处理；

(3)经过步骤(2)预冷处理后的再生活性炭进入冷却段，同时从冷却区底部通入氮气，经过冷却处理后，将再生活性炭排出再生塔。

优选地，步骤(1)所述加热段的温度大于420℃。

优选地，步骤(2)中所述预冷处理过程中，所述换热介质进入夹套层换热入口时的温度为250-300℃。

优选地，步骤(2)中所述预冷处理过程中，所述换热介质由夹套层换热出口排出后进入加热装置，补充能量后进入加热段对活性炭进行加热。

优选地，步骤(2)所述再生活性炭经过预冷处理后的温度为290-330℃。

优选地，步骤(3)中向冷却段中通入空气对再生活性炭进行冷却处理。

优选地，经过冷却处理后再生活性炭的温度为100-130℃。

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

实施例1

本实施例提供了一种活性炭再生塔，如图1和图2所示，所述再生塔包括：壳体以及壳体内自上而下依次设置的进料管道、加热区、冷却区和出料管道，所述进料管道和出料管道上分别设置有两路氮气密封卸料阀1，所述冷却区下部设置辊式卸料器4，所述加热区包括预热段和加热段，所述加热段设置有热风出口7和热风入口8，分别与壳体外部的热气输送装置连接，所述冷却区包括预冷段和冷却段，所述冷却段设置有冷风出口10和冷风入口11，分别与壳体外部的冷气输送装置连接，所述加热区和冷却区分别交错设置换热管2，所述预冷段壳体外侧环绕设置有夹套层3，所述夹套层3上设置有换热出口12和换热入口13，在所述再生塔加热区顶部和冷却区底部设置氮气管路6，在所述预冷段设置再生气管路9。

本实施例所述加热区和冷却区的换热管分别由顶部管板和底部管板固定于再生塔中；所述换热管与顶部管板固定连接，形成由中间向两侧逐渐降低的布料锥型结构；所述布料锥顶部呈90度角(两侧换热管在布料锥顶部形成的夹角)；利用密封材料将所述换热管与底部管板之间的缝隙密封。

本实施例在所述再生塔预热段、加热段、预冷段以及冷却段等区域设置有若干测温热电偶5，用于对塔内各区域的温度进行实时监测。

如图3所示，本实施例再生塔中的换热管呈交错设置。

如图4所示，本实施例在所述预冷段夹套层换热出口12和换热入口13之间设置隔板，对二者进行隔离。

实施例2

本实施例提供了一种活性炭再生方法，利用实施例1中提供的活性炭再生塔对再生炭进行处理，如图5所示，所述方法包括：

(1)将脱硫脱硝后的活性炭(饱和活性炭)通过进料通道氮气密封卸料阀1进入预热段的换热管2中，同时从加热区顶部的氮气管路6向塔内吹扫入氮气；活性炭经预热段的布料锥均匀平稳地进入加热段，由热风入口8通入热气，将活性炭被加热到420℃以上，活性炭中的污染物得到释放和分解后，得到再生活性炭和再生气，再生气经过预冷段的处理后由再生气管路9排出；

(2)经过再生的活性炭依靠重力向下进入预冷段，通过循环风机由换热入口13向预冷段夹套层中通入循环换热介质，对预冷段中的再生活性炭进行冷却，使活性炭出预冷段的温度为290-330℃；

(3)经过预冷处理后的再生活性炭进入冷却段，由位于冷却区底部的氮气管路6通入氮气，由冷却风机从冷风入口11鼓入环境空气冷却再生活性炭，活性炭被空气冷却到100-130℃，经辊式卸料器4及氮气密封卸料阀1后排出再生塔。

本实施例中，加热段的热气作用后由热风出口7排出，约10％的热气放散后，其余进入高温循环风机，作为循环换热介质被高温循环风机送入预冷段夹套内对再生活性炭进行预冷，同时循环换热介质被加热，然后由换热出口12排出，进入热风炉或电加热器中，经过加热装置补充能量后，再次进入加热段对活性炭进行加热。

本实施例中，经过加热段的加热后，被活性炭吸附的SO₂与NO_x被释放出来，与保护气体N₂混合形成富含SO₂的再生气体，再生气体经过预冷段的冷却处理后利用风机由再生管路排出塔外。

本实施例中，由冷却风机从冷风入口11鼓入环境空气对再生活性炭进行冷却，冷却后的气体由冷风出口10排出，部分放散后进入热风炉或电加热器中，经过加热装置补充能量后，进入加热段对活性炭进行加热。

本实施例利用活性炭振动筛对排出再生塔的活性炭进行震动筛分，将小于1.5mm的活性炭除去，然后通过输送机送至吸附塔循环使用，小于1.5mm的焦炭可用作焦粉。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (18)

1.一种活性炭再生塔，其特征在于，所述再生塔包括：壳体以及壳体内自上而下依次设置的进料管道、加热区、冷却区和出料管道，所述加热区包括预热段和加热段，所述冷却区包括预冷段和冷却段，所述加热区和冷却区分别交错设置换热管，所述预冷段壳体外侧环绕设置有夹套层；

所述加热区和冷却区的换热管分别由顶部管板和底部管板固定于再生塔中；所述换热管与顶部管板固定连接，形成由中间向两侧逐渐降低的布料锥；所述布料锥呈80-120度角布置，所述角为两侧换热管在布料锥顶部形成的夹角；

所述夹套层上设置有换热出口和换热入口；所述换热出口和换热入口之间用隔板进行隔离。

2.如权利要求1所述的再生塔，其特征在于，所述进料管道和出料管道上分别设有氮气密封卸料阀。

3.如权利要求1所述的再生塔，其特征在于，在所述冷却区下部设置辊式卸料器。

4.如权利要求1所述的再生塔，其特征在于，所述再生塔还包括设置于加热区的顶部和冷却区底部的氮气管路以及设置于预冷段的再生气管路。

5.如权利要求1或4所述的再生塔，其特征在于，所述再生塔设置有测温热电偶。

6.如权利要求5所述的再生塔，其特征在于，所述加热段设置有热风出口和热风入口，分别与壳体外部的热气输送装置连接。

7.如权利要求1或6所述的再生塔，其特征在于，所述冷却段设置有冷风出口和冷风入口，分别与壳体外部的冷气输送装置连接。

8.如权利要求1所述的再生塔，其特征在于，所述布料锥呈90度角布置。

9.如权利要求1所述的再生塔，其特征在于，所述换热管与底部管板活动连接。

10.如权利要求9所述的再生塔，其特征在于，利用密封材料将所述换热管与底部管板之间的缝隙密封。

11.如权利要求1所述的再生塔，其特征在于，所述换热管的内径为50-100mm，壁厚为5-15mm。

12.一种活性炭的再生方法，其特征在于，利用如权利要求1-11任一项所述的再生塔对活性炭进行再生处理，所述方法包括以下步骤：

(1)将脱硫脱硝后的活性炭通过进料管道进入所述加热区预热段的换热管中，同时从加热区顶部通入氮气，活性炭经过预热后进入加热段，向加热段中通入热风对活性炭进行加热，活性炭中的污染物得到释放和分解，得到再生活性炭和再生气体；

(2)步骤(1)所得再生气体和再生活性炭进入预冷段，利用夹套层中的换热介质进行预冷处理，避免再生气体温度降低至露点以下，再生气体经过预冷后，排出塔外进行后续处理；

(3)经过步骤(2)预冷处理后的再生活性炭进入冷却段，同时从冷却区底部通入氮气，经过冷却处理后，将再生活性炭排出再生塔。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述加热段的温度大于420℃。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述预冷处理过程中，所述换热介质进入夹套层换热入口时的温度为250-300℃。

15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述预冷处理过程中，所述换热介质由夹套层换热出口排出后进入加热装置，补充能量后进入加热段对活性炭进行加热。

16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述再生活性炭经过预冷处理后的温度为290-330℃。

17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤(3)中向冷却段中通入空气对再生活性炭进行冷却处理。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，经过冷却处理后再生活性炭的温度为100-130℃。

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