CN109967059A - 活性炭再生装置和废气处理*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活性炭再生装置和废气处理***，涉及活性炭再生技术领域，包括：加热容器，垂立设置，上部开口为已用活性炭进料口，下部开口为再生活性炭出料口；至少两块电极板，平行放置且垂直排列在加热容器内，用于施加电压，电极板之间的空间用于填充已用活性炭颗粒。本发明通过与已用活性炭颗粒流平行地施加电流，提高了电流和加热的均匀性。

Description

活性炭再生装置和废气处理***

技术领域

本发明涉及活性炭再生技术领域，具体涉及一种活性炭再生装置和废气处理***。

背景技术

目前，活性炭再生的方法主要有通过施加电流进行加热，包括了以下几种方式，第一种为累积方法，即将活性炭累积在面对面布置的两个垂直电极板之间，活性炭上直接施加电流。第二种为移动层方法，即活性炭填充在两个面对面垂直电极板之间且能向下移动，在活性炭颗粒向下移动的同时向其施加电流。第三种为类似于第二种的移动层方法，但为在水平面上设置垂直电极，活性炭通过该水平面流动。

但是，累积方法的缺点是只能进行间歇式操作，因此该方法不适合连续再生使用过的活性炭。累积方法的另一个缺点是吸附在活性炭上的材料的解吸需要一个复杂的过程，例如必须在解吸过程中控制施加的电压，因为在电极之间累积的各个颗粒的电阻是逐渐变化的。

虽然移动层方法适合于连续再生使用过的活性炭，但它的缺点是电流以与活性炭颗粒流成直角的方式施加，因此不能均匀地施加到电极板之间流动的活性炭颗粒。这是因为活性炭颗粒的电阻在解吸过程中会发生变化。含有吸附污染物的活性炭颗粒的有效电阻值比没有吸附污染物的要高。因此，在面对面布置的两个垂直电极板之间向下流动的使用过的活性炭颗粒中上端附近电阻值比下端附近电阻值高。对两个垂直电极板施加电压时，电流偏向电极板的下端。所以，活性炭颗粒的发热多发生在电极板的下端附近。由于活性炭颗粒是向下移动的，所以热量只能传递到电极板下端附近的上部，仅在很窄的范围内产生热传递。因此，如果要已使用过的活性炭均匀地解吸附，就需要增加电极板的长度来补偿低效的热传递。这样必然需要增加设备尺寸，因此，移动层方法一般都不实用。

另外，在水平面上设置垂直电极，活性炭通过该水平面流动的这种方式，在活性炭颗粒的流动通道的截面积比较小的情况下，能够获得较为均匀的加热，克服了移动层方法的需要大尺寸设备的缺陷。但是，该方法还是存在电流在相对的电极板之间向下流动的缺陷，电流的流动还是不均匀和不稳定。

发明内容

因此，本发明实施例要解决的技术问题在于现有技术中在已用活性炭颗粒上所施加的电流不均匀。

为此，本发明实施例一种活性炭再生装置，包括：

加热容器，垂立设置，上部开口为已用活性炭进料口，下部开口为再生活性炭出料口；

至少两块电极板，平行放置且垂直排列在加热容器内，用于施加电压，电极板之间的空间用于填充已用活性炭颗粒。

优选地，所述电极板的端部与加热容器的内壁紧密连接。

优选地，所述电极板为平板结构，垂向开设有均匀排布的通孔组件阵列，用于供加热容器内的已用活性炭颗粒由上而下垂直通过。各个电极均匀地设置有多个开口或通孔足够大以使用过的活性炭颗粒通过，然后让用过的活性炭颗粒向下流动，同时用颗粒填充柱子，同时向电极施加电压到加热用过的活性炭。

优选地，所述通孔组件中孔的上开口处的总面积占电极板总表面积的至少25％。

优选地，所述通孔组件包括：

垂壁通孔，具有垂直的孔壁，用于连通电极板的上部空间和下部空间；和/或

上锥度开口，具有上大下小的锥形孔壁，连接在垂壁通孔的上端；和/或

下锥度开口，具有上小下大的锥形孔壁，连接在垂壁通孔的下端。

优选地，所述通孔组件还包括：

空心管，上端口连接在电极板的下底面上，与垂壁通孔连通。

优选地，所述电极板包括：芯杆和至少两根杆；芯杆的两端与加热容器的内壁紧密连接，至少两根杆对称且均匀的阵列排布在芯杆两侧，杆的一端与芯杆紧密连接，另一端与加热容器的内壁紧密连接，杆与杆之间的间隙用于供加热容器内的已用活性炭颗粒由上而下垂直通过。

优选地，所述杆与杆之间的间隙的上开口处的总面积占与上开口处同一平面上的电极板和间隙的外边缘所围面积的至少25％。

优选地，还包括：绝缘隔板，设置在相邻两块电极板之间。

本发明实施例的一种废气处理***，包括：活性炭吸附装置和上述的活性炭再生装置；

活性炭吸附装置安装连接在活性炭再生装置上部，活性炭吸附装置下部设有待处理废气入口，上部设有净化气体出口，顶部设有活性炭投入口，底部设有已用活性炭出口，用于废气从待处理废气入口输入，上升过程中经活性炭颗粒废气吸附后从净化气体出口排出，经废气吸附后的已用活性炭颗粒从活性炭吸附装置的已用活性炭出口连续输出到活性炭再生装置内；

活性炭再生装置用于从已用活性炭进料口连续接收从活性炭吸附装置输出的已用活性炭颗粒，对电极板施加电压将已用活性炭颗粒流施加同向电流进行加热解吸附处理后，从再生活性炭出料口输出。

本发明实施例的技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供的活性炭再生装置和废气处理***，通过使已用活性炭颗粒通过具有至少一对垂直间隔的电极板的加热容器来加热已用活性炭颗粒，通过与已用活性炭颗粒流平行地施加电流，提高了所施加电流的均匀性，提高了加热温度的均匀性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中活性炭再生装置的一个具体示例的结构示意图；

图2为本发明实施例1中电极板的一个具体示例的结构示意图；

图3为本发明实施例1中电极板的另一个具体示例的结构示意图；

图4为本发明实施例1中电极板通孔的一个具体示例的剖视示意图；

图5为本发明实施例1中电极板通孔的另一个具体示例的剖视示意图；

图6为本发明实施例1中电极板通孔的另一个具体示例的剖视示意图；

图7为本发明实施例1中电极板的另一个具体示例的结构示意图；

图8为图7中A-A'向的剖视图；

图9为本发明实施例2中废气处理***的一个具体示例的结构示意图。

附图标记：1-加热容器，2-已用活性炭颗粒，3-电极板，4-通孔组件，5-矩形电极板，6-通孔，7-圆形电极板，8-通孔，9-电极板，10-垂直通孔，11-上锥度开口，12-电极板，13-垂直通孔，14-上锥度开口，15-下锥度开口，16-电极板，17-空心管，18-芯杆，19-杆，19’-杆，20-芯杆，21-杆，22-废气处理***的吸附加热柱，23-电极板，23’-电极板，24-绝缘隔板，25-冷凝器，26-倾析器，27-待处理废气入口，28-净化气体出口，29-活化气体入口，A-活性炭吸附装置，B-活性炭再生装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

可以理解的是，术语“已用活性炭”是指通过使用而失去其活性的活性炭。

在本发明的描述中，需要说明的是，本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本发明。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，而不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其他组合的存在或增加。术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种活性炭再生装置，可以通过直接施加电流来加热已用活性炭使其再生而不会使电流变得不均匀。如图1所示，该再生装置包括：加热容器1和至少两块电极板3。加热容器1垂立设置，上部开口为已用活性炭进料口，下部开口为再生活性炭出料口，已用活性炭颗粒从进料口输入加热容器1，经加热容器1电流加热处理后，从出料口输出。每块电极板3平行放置，至少两块电极板3在垂直方向上阵列排布在加热容器1内，用于施加电压，电极板3之间的空间用于填充已用活性炭颗粒，通过向电极板施加电压，直接施加电流以加热已填充已用活性炭颗粒电极板之间的空间和连续向下流动的已用活性炭颗粒，电流从上层电极板向下层电极板均匀流动，且已用活性炭颗粒也从上部进料口向下部出料口流动，两者的流动方向一致。已用活性炭颗粒以基本线性和垂直的方向在加热容器内流动并穿过电极板。电流的均匀性要求电流和颗粒流平行。

优选地，电极板3的端部与加热容器1的内壁紧密连接，在电极板的周边和加热容器1的内壁之间没有间隙，已用活性炭颗粒只能从电极板上的孔通过以在加热容器1内流动。从而保证所有的颗粒都能收到电流的作用，进一步实现均匀加热。

优选地，电极板3为平板结构，垂向开设有均匀排布的通孔组件4阵列，用于供加热容器1内的已用活性炭颗粒由上而下垂直通过。通孔组件4的孔尺寸大小能保证已用活性炭颗粒通过。电极板的形状可以为任意形状，例如如图2所示的矩形电极板5、如图3所示的圆形电极板7等，其上的孔6、8都均匀的分布在电极板5、7上。

优选地，通孔组件4中孔的上开口处的总面积占电极板3总表面积的至少25％。电流加热主要是由颗粒之间的接触点处的电阻产生的焦耳热在颗粒中产生热量。因此，为了通过施加电流获得稳定的发热，不仅需要完全保持颗粒与电极板之间的接触，而且还要保持颗粒之间的接触。此外，为了使颗粒在保持电接触的同时向下流动，通孔组件4中孔的上开口处的总面积占电极板3总表面积的至少25％，优选为40％以上，以提高电流和加热的均匀性。如果面积没有满足上述条件，则容易形成锥形空腔，使得颗粒与电极板之间的电接触变得不足，从而导致电流和热量产生不均匀。

由于活性炭颗粒的形状不同，本实施例对于加热球形活性炭颗粒效果最佳。在球形颗粒的情况下，颗粒的表观电阻呈现恒定值，即使在压力下也具有良好的再现性，因为颗粒之间的接触点的数量，即接触点密度，是恒定的。因此，球形颗粒能够获得更为均匀的电流。可见，优选为使用球形活性炭颗粒。

优选地，通孔组件4中孔的形状也可以任意设定，如图4所示，电极板9上的通孔组件4包括：垂壁通孔10和上锥度开口11。垂壁通孔具有垂直的孔壁，用于连通电极板3的上部空间和下部空间。上锥度开口具有上大下小的锥形孔壁，连接在垂壁通孔的上端。优选地，如图5所示，电极板12上的通孔组件4包括：垂壁通孔13、上锥度开口14和下锥度开口15。下锥度开口具有上小下大的锥形孔壁，连接在垂壁通孔的下端。如果电极板上的孔太大，则有可能在上下电极板之间的一部分已用活性炭颗粒中没有电流流动，导致颗粒中的热量不均匀。再如果两个电极板之间的距离太小，则更加有可能在上下电极板之间的一部分已用活性炭颗粒中没有电流流动，导致颗粒中的热量不均匀。为此，通过设置锥度开口，使锥形具有比颗粒的静止角更宽的角开口，以避免形成锥形空腔，提高电流和热量产生的均匀性。优选地，还可以采用不是以对称布置安装相同形状的上电极板和下电极板，而是将其安装在从对称略微移除的相对位置，以改善电流的均匀性。

优选地，如图6所示，电极板16上的通孔组件4包括：垂壁通孔、上锥度开口和空心管17。空心管17的上端口连接在电极板的下底面上，与垂壁通孔连通。空心管17具有一定的长度，优选地，其长度可选为100-500毫米，更为优选地，可为300毫米。通过设置空心管，使得通过电极板的已用活性炭颗粒的垂直流速能够更加均匀。

优选地，电极板3的另一种结构如图7所示，电极板3包括：芯杆18和至少两根杆19、19’。芯杆的两端与加热容器1的内壁紧密连接，至少两根杆对称且均匀的阵列排布在芯杆两侧，杆的一端与芯杆紧密连接，另一端与加热容器1的内壁紧密连接，杆的数量的多少决定了杆与杆之间间隙的大小，杆越多间隙越小，杆与杆之间的间隙用于供加热容器1内的已用活性炭颗粒由上而下垂直通过。杆的长短取决于加热容器1的横截面形状，杆的长度与加热容器1的横截面形状相匹配。芯杆与杆连接结构的侧面如图8所示，杆21均匀的阵列排布在芯杆20上。

优选地，杆与杆之间的间隙的上开口处的总面积占与上开口处同一平面上的电极板3和间隙的外边缘所围面积的至少25％。

优选地，在加热容器1内，相邻两块电极板3之间还可设置有绝缘隔板。绝缘隔板的结构可与电极板的结构相同，优选地，可以为如图6所示的结构，在绝缘隔板的下方连接有空心管与垂直通孔连通。通过设置绝缘隔板，可在绝缘隔板处设置解吸气体排出口，以有利于解吸气体的排出。

优选地，加热容器中可设置两对以上的电极板，分别对不同对电极板施加不同的电压，以控制在不同对电极板间以不同的温度加热已用活性炭颗粒。例如，通过施加电流对已用活性炭进行热处理可以设为两个加热阶段：预热阶段和解吸加热阶段，预热阶段对已用活性炭颗粒进行预加热，解吸加热阶段对已用活性炭颗粒进行解吸，从而提高了解吸效率。再例如，当需要从已用活性炭中分别解吸出具有不同解吸温度的几种材料时，可以对多对电极板上施加多种电压，获得多种加热温度，对应于多种材料所需的解吸温度，实现已用活性炭中所吸附的多种材料的分层解吸。

上述活性炭再生装置，通过使已用活性炭颗粒通过具有至少一对垂直间隔的电极板的加热容器来加热已用活性炭颗粒，通过与已用活性炭颗粒流平行地施加电流，提高了所施加电流的均匀性，提高了加热温度的均匀性。

实施例2

本实施例提供一种废气处理***，包括：活性炭吸附装置和实施例1的活性炭再生装置。如图9所示，活性炭吸附装置A和活性炭再生装置B封装在一个垂直柱内，垂直柱上部为活性炭吸附装置A，下部为活性炭再生装置B，活性炭吸附装置A下部设有待处理废气入口27，上部设有净化气体出口28，顶部设有活性炭投入口，底部设有已用活性炭出口（即活性炭再生装置B的已用活性炭进料口），用于废气从待处理废气入口27输入，上升过程中经活性炭颗粒废气吸附后从净化气体出口28排出，经废气吸附后的已用活性炭颗粒从活性炭吸附装置的已用活性炭出口连续输出到活性炭再生装置内；

活性炭再生装置B用于从已用活性炭进料口连续接收从活性炭吸附装置A输出的已用活性炭颗粒，对电极板3施加电压将已用活性炭颗粒流施加同向电流进行加热解吸附处理后，从再生活性炭出料口输出。活性炭再生装置B的加热容器内由上往下依次等间距设置有电极板23、绝缘隔板24、电极板23’。电极板23、23’采用如图7所示的结构，绝缘隔板24采用如图6所示的结构。在电极板23’下方的容器壁上设有活化气体入口29，用于通入能够使已用活性炭重新活化的气体（例如蒸汽）。在绝缘隔板24处的容器壁上设有解吸气体出口，用于排出从已用活性炭上解吸出的气体。从解吸气体出口排出的气体依次通过冷凝器25和倾析器26进行进一步处理。

下面通过两个具体实例来说明***的优点。

实例一

采用两块如图7所示结构的电极板，芯杆上等间距连接有8对杆，每根杆的外径为20mm，芯杆的横截面为50mm×50mm，长度为490mm，杆垂直于芯杆。加热容器的内径为500mm，由硬质玻璃制成，两块电极板分别设置在加热容器的上下两端，两块电极板之间的距离为900mm。采用如图6所示结构的绝缘隔板，设置在两块电极板之间。绝缘隔板为圆形碳板，外径为490mm，厚度为50mm，其上均布有37个通孔，每个通孔的直径为60mm，其下表面上带有37个空心管，每个空心管的内径为45mm，外径为60mm，长度为300mm。隔板与加热容器内壁之间的缝隙用石棉纱填充。加热容器底部呈倒锥形漏斗状。

使用吸附量为每1kg活性炭500克的四氯化碳的已用球形活性炭颗粒（平均粒度为750μ）从顶部以150kg/h的速率引入加热容器中。蒸汽从设置在底部的入口引入，该蒸汽用作运输解吸组分的载体。

绝缘隔板和上电极板之间的空间为预热段，与下电极板之间的空间为解吸段。向上下电极板施加电压并进行控制，以便在解吸过程中保持温度为130℃。已用活性炭在预热段预热，并通过绝缘隔板上的37个通孔和空心管向下流入解吸段。然后，已用活性炭与从底部升起的蒸汽逆流接触，以从其中剥离吸附的物质，通过解吸随蒸汽输出。

从加热容器下部出口排出的再生活性炭上残留的四氯化碳的量为每1kg再生活性炭小于或等于30g。

实例二

与实例一相比不同之处在于，芯杆上等间距连接有5对杆，每根杆的外径为15mm，芯杆的横截面为40mm×40mm，长度为250mm，杆垂直于芯杆。加热容器的内径为250mm，高度为600mm，两块电极板分别设置在加热容器的上下两端，上端的电极板设置在距加热容器顶部250mm处。

使用吸附量为每1kg活性炭450克的四氯化碳的已用球形活性炭颗粒（平均粒度为750μ）从顶部以100kg/h的速率引入加热容器中。在电极板上施加100V电压，控制解吸温度达到130℃，同时，蒸汽从设置在底部的入口引入，该蒸汽用作运输解吸组分的载体。

从加热容器下部出口排出的再生活性炭上残留的四氯化碳的量小于或等于每1kg再生活性炭小于或等于30g。

可见，上述两个实例的已用活性炭解吸效果都较为显著，采用本发明的活性炭再生装置能够达到非常好的再生效果。

为了比较实例一和实例二，将与实例二中使用的相同的电极板安装在方柱内的左右相对壁上。通过向电极板施加100V的电压来加热已用活性炭颗粒，使得电流以与颗粒流成直角的方式施加到颗粒上。所得再生活性炭上残留的四氯化碳的量为每1kg再生活性炭大于或等于85g，远远大于实例二中所获得的结果。可见，本发明采用与已用活性炭颗粒流平行地施加电流的方式，有效提高了电流和加热的均匀性，从而显著提高了活性炭解吸效果。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种活性炭再生装置，其特征在于，包括：

加热容器（1），垂立设置，上部开口为已用活性炭进料口，下部开口为再生活性炭出料口；

至少两块电极板（3），平行放置且垂直排列在加热容器（1）内，用于施加电压，电极板（3）之间的空间用于填充已用活性炭颗粒。

2.根据权利要求1所述的活性炭再生装置，其特征在于，所述电极板（3）的端部与加热容器（1）的内壁紧密连接。

3.根据权利要求1或2所述的活性炭再生装置，其特征在于，所述电极板（3）为平板结构，垂向开设有均匀排布的通孔组件（4）阵列，用于供加热容器（1）内的已用活性炭颗粒由上而下垂直通过,各个电极均匀地设置有多个开口或通孔足够大以使用过的活性炭颗粒通过，然后让用过的活性炭颗粒向下流动，同时用颗粒填充柱子，同时向电极施加电压到加热用过的活性炭。

4.根据权利要求3所述的活性炭再生装置，其特征在于，所述通孔组件（4）中孔的上开口处的总面积占电极板（3）总表面积的至少25％。

5.根据权利要求3或4所述的活性炭再生装置，其特征在于，所述通孔组件（4）包括：

垂壁通孔，具有垂直的孔壁，用于连通电极板（3）的上部空间和下部空间；和/或

上锥度开口，具有上大下小的锥形孔壁，连接在垂壁通孔的上端；和/或

下锥度开口，具有上小下大的锥形孔壁，连接在垂壁通孔的下端。

6.根据权利要求5所述的活性炭再生装置，其特征在于，所述通孔组件（4）还包括：

空心管（17），上端口连接在电极板的下底面上，与垂壁通孔连通。

7.根据权利要求1或2所述的活性炭再生装置，其特征在于，所述电极板（3）包括：芯杆和至少两根杆；芯杆的两端与加热容器（1）的内壁紧密连接，至少两根杆对称且均匀的阵列排布在芯杆两侧，杆的一端与芯杆紧密连接，另一端与加热容器（1）的内壁紧密连接，杆与杆之间的间隙用于供加热容器（1）内的已用活性炭颗粒由上而下垂直通过。

8.根据权利要求7所述的活性炭再生装置，其特征在于，所述杆与杆之间的间隙的上开口处的总面积占与上开口处同一平面上的电极板（3）和间隙的外边缘所围面积的至少25％。

9.根据权利要求1-8任一项所述的活性炭再生装置，其特征在于，还包括：绝缘隔板，设置在相邻两块电极板（3）之间。

10.一种废气处理***，其特征在于，包括：活性炭吸附装置和如权利要求1-9任一项所述的活性炭再生装置；

活性炭吸附装置安装连接在活性炭再生装置上部，活性炭吸附装置下部设有待处理废气入口，上部设有净化气体出口，顶部设有活性炭投入口，底部设有已用活性炭出口，用于废气从待处理废气入口输入，上升过程中经活性炭颗粒废气吸附后从净化气体出口排出，经废气吸附后的已用活性炭颗粒从活性炭吸附装置的已用活性炭出口连续输出到活性炭再生装置内；

活性炭再生装置用于从已用活性炭进料口连续接收从活性炭吸附装置输出的已用活性炭颗粒，对电极板（3）施加电压将已用活性炭颗粒流施加同向电流进行加热解吸附处理后，从再生活性炭出料口输出。