什么是活性炭

活性炭是具有發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)、
比表面積大、選擇性吸附能力強的碳材料。在一定的條件下，可對液體或氣體中的某一或某些物質(zhì)進行吸附脫除、凈化、精制或回收，實現(xiàn)產(chǎn)品的精制和環(huán)境的凈化。活性炭廣泛應(yīng)用于軍工、化工、食品、輕工、醫(yī)藥、制藥、環(huán)保和水處理等工業(yè)和生活各個領(lǐng)域。活性炭主要是以木炭、木屑、各種果殼、煤炭和石油焦等含碳物質(zhì)為原料， 經(jīng)炭化活化而制得。

我國活性炭總需求保持增長，
水、氣處理成為最大應(yīng)用市場：從需求端來看，活性炭是環(huán)境保護利器，近年來隨著我國工業(yè)污染加劇，國內(nèi)活性炭需求快速增多，我國已經(jīng)成為全球活性炭的主要消費區(qū)域之一，是僅次于美國的全球第二大活性炭消費國。據(jù)數(shù)據(jù)，我國活性炭需求量由2015年的47.2萬噸增長至2019年的65.9萬噸，預(yù)計2025年我國 活性炭需求量將達到90萬噸左右。

活性炭在水處理和廢氣凈化中的作用
主要基于物理和化學(xué)吸附原理。物理吸附依靠范德華力，而化學(xué)吸附則依賴于活性炭表面的活性官能團。這些吸附作用能夠捕捉并去除廢水和廢氣中的污染物分子，實現(xiàn)凈化目的。隨著時間的推移，污染物在活性炭孔隙中積累，逐漸堵塞孔隙，導(dǎo)致活性炭的過濾效能下降。為了恢復(fù)活性炭的吸附能力，可以通過物理或化學(xué)方法對吸附的污染物進行解吸處理， 從而使活性炭得以循環(huán)利用。

在工業(yè)應(yīng)用中，熱再生法是活性炭再生
的首選方法。這種方法通過加熱活性炭，使得吸附在其內(nèi)部的物質(zhì)得以揮發(fā)，而那些不易揮發(fā)的高分子組分則在更高溫度下裂解并氣化，從而實現(xiàn)活性炭的解吸和再生。然而，傳統(tǒng)的加熱方法存在一定的局限性，熱量通常從活性炭表面向內(nèi)部傳遞，造成受熱不均。這導(dǎo)致外表面的吸附物在高溫下分解形成無定形碳，堵塞孔隙，阻礙內(nèi)部吸附物的揮發(fā)。此外，由于大部分有機吸附物在慢速熱解過程中更容易生成固態(tài)無定形碳，這進一步加劇了孔隙的堵塞問題，降低了活性炭的性能恢復(fù)率。為了解決加熱不均的問題，通常采用回轉(zhuǎn)窯或內(nèi)螺旋回轉(zhuǎn)窯等設(shè)備，通過大量攪拌來均化活性炭的溫度。但這種攪拌過程會導(dǎo)致活性炭磨損，影響其再生收率，進而影響經(jīng)濟性。因此，尋找更高效的加熱和再生技術(shù)，以減少磨損并提高活性炭的再生性能， 是當前工業(yè)領(lǐng)域的一個重要研究方向。

活性炭微波再生原理

活性炭的微波再生技術(shù)是一種創(chuàng)新
的加熱方法， 它通過微波能量來恢復(fù)活性炭的吸附能力。這種方法的核心在于活性炭作為介電材料，能夠在微波場中迅速吸收微波并將其轉(zhuǎn)化為熱能，實現(xiàn)活性炭的快速加熱。與傳統(tǒng)加熱方式相比，微波加熱技術(shù)使得活性炭能夠均勻地升溫，有效避免了因傳熱不均而導(dǎo)致的表面孔隙炭化和堵塞，同時也減少了攪拌過程中的磨損。微波再生過程中，活性炭內(nèi)部的吸附質(zhì)能夠迅速升溫，產(chǎn)生一種從內(nèi)向外的“暴沸”效應(yīng)。這種效應(yīng)產(chǎn)生的高壓蒸汽有助于將吸附物和裂解炭迅速排出活性炭孔隙，促進活性炭性能的全面恢復(fù)。此外，活性炭在微波場中還可能產(chǎn)生熱點現(xiàn)象和電弧現(xiàn)象，這些現(xiàn)象指的是微波加熱過程中可能在活性炭表面形成高溫區(qū)域，以及可能產(chǎn)生的等離子體。這些現(xiàn)象進一步增強了活性炭的解吸能力， 使得活性炭的再生更加高效。

微波加熱技術(shù)優(yōu)勢

體加熱
微波加熱技術(shù)通過激活極性分子震蕩
產(chǎn)生熱量， 避免了傳統(tǒng)加熱的傳導(dǎo)、對流和輻射熱傳遞速度慢的問題，確保物料整體均勻受熱。與傳統(tǒng)間接加熱相比，微波加熱避免了局部過熱和設(shè)備結(jié)焦等問題， 提供了更高效均勻的加熱方式。

選擇性加熱
微波加熱只針對吸波材料起作用
（不吸波材料可改變其激發(fā)條件使其轉(zhuǎn)化成吸波材料），因此可針對目標物料進行定向加熱， 大幅節(jié)省無效的能耗。

無源加熱
微波反應(yīng)器內(nèi)部無明火燃燒，
能量源以電磁波的形式輻照在物料上，使物料自身發(fā)熱， 全過程更安全、清潔、高效。

即時加熱
微波加熱即開即停，
物料因選擇性吸收，加熱停止后熱惰性小，升溫和降溫時間更短，起爐和停爐成本更低，
對溫度的控制也更精準。

大功率微波旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器

諾芯科技與航天科工二院共同
開發(fā)的各類微波高溫加熱應(yīng)用反應(yīng)器產(chǎn)品，單體最大功率可達到150kw，最大處理物料可達10噸/天以上，最高反應(yīng)溫度可到900°C，是國內(nèi)乃至國際上處置規(guī)模最大、反應(yīng)溫度最高的反應(yīng)器產(chǎn)品，目前已在活性炭微波再生和制備、工業(yè)廢鹽微波處置、醫(yī)療危廢微波無害化處置等領(lǐng)域開始推廣應(yīng)用。該類技術(shù)產(chǎn)品現(xiàn)共取得國家專利30余項，其中10項為發(fā)明專利。 其中在活性炭再生領(lǐng)域主要的產(chǎn)品 為“微波旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器”。如下圖所示，微波以近場輻射的方式自上而下輻照旋轉(zhuǎn)床底部的物料，并通過旋轉(zhuǎn)床底部旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)物料在微波場內(nèi)的均勻輻射。可配備單個或多個75kw大功率微波源， 可在氮氣、氧氣、水蒸氣等多氣氛下運行。

微波旋轉(zhuǎn)床的特點

能量密度大，處理效率高
相比小功率微波源(1.5kw)反應(yīng)器，
微波旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器 采用單體915兆赫的75kw大功率微波源，能量密度更大；對物料的有效穿透更深（是小功率微波源的3倍），能夠使目標物料更快更均勻達到設(shè)定溫度；也更易于在物料內(nèi)部形成暴沸效應(yīng)，使脫附效率更高。

集成化程度高，維護成本低
微波旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器使用兩臺75kw大功率
微波源，相對于使用數(shù)量眾多1.5kw小功率微波源的多模反應(yīng)器，集成化程度更高，故障點更少，且可以做到單體微波源故障檢修不停爐，大幅降低設(shè)備維護成本；另外，小功率微波源的使用壽命較短(3000小時)，更換頻繁，大功率微波源只需要更換少量易損元器件既可恢復(fù)使用。

結(jié)構(gòu)更簡潔，運行更穩(wěn)定
微波旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器內(nèi)部運動部件少，
運動部件自身對微波場的干擾小，穩(wěn)定的微波場對物料加熱更均勻，產(chǎn)成品質(zhì)量更穩(wěn)定。

適用性廣
微波旋轉(zhuǎn)床最高溫度可達900°C以上，
適用于各類含有機廢棄物的無害化、資源化處置，設(shè)備的通用性更強，適用面更廣。

模塊化程度高
微波旋轉(zhuǎn)床采用模塊化設(shè)計，可根據(jù)處理規(guī)模的大小進行組合擴展，滿足不同規(guī)模的處理需求。

占地面積小
微波旋轉(zhuǎn)床高度集成化，
占地面積小，重量輕，對基建的要求低，可大幅降低土地、廠房基建的成本。

高度智控
微波旋轉(zhuǎn)床全過程高度自動化控制，
大幅節(jié)省人工成本，運行更安全穩(wěn)定。

更環(huán)保
微波旋轉(zhuǎn)床全程使用清潔能源(電能)，
可自由調(diào)節(jié)內(nèi)部反應(yīng)氣氛，阻止二噁英等有害物質(zhì)的產(chǎn)生，運行更環(huán)保。

活性炭微波再生系統(tǒng)

廢棄活性炭在微波的作用下，
根據(jù)廢活性炭再生終溫需求，快速升溫至目標溫度，最高可達900°C，原料中吸附的有機質(zhì)在高溫下?lián)]發(fā)或裂解氣化析出，析出的可燃氣進入煙氣處理系統(tǒng)處理后達標排放。煙氣處理系統(tǒng)視廢活性炭吸附物成分不同而進行選擇，有條件時可直接并入危廢處置中心的綜合煙氣處置系統(tǒng)，以進一步降低投資成本。再生后的固體活性炭產(chǎn)品從旋轉(zhuǎn)床底部排出， 經(jīng)自動打包系統(tǒng)打包后銷售。

設(shè)計案例

廣東活性炭微波再生項目

廣東*州活性炭再生項目，
設(shè)計年產(chǎn)能10000噸， 日產(chǎn)能不低于30噸。系統(tǒng)使用兩臺150kw大功率旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器作為工藝主體，配以前置篩分、烘干等預(yù)處理裝置，以及物料冷卻、分級分選、自動打包等后處理裝置，構(gòu)成一套完整的活性炭再生系統(tǒng)。系統(tǒng)主要處置對象為周邊印染、食品工業(yè)上所使用的氣相吸附活性炭，處置后 活性炭性能恢復(fù)率不低于95%，損耗率不高于10%。