鐘洪雙 李江榮

（成都國化環(huán)?？萍加邢薰荆拇ǔ啥?，610041）

1 引言

活性炭是一種具有較大比表面積的無定型炭，其內(nèi)部孔隙結(jié)構發(fā)達，吸附能力強，適用范圍廣，在煙氣脫硫脫硝方面與吸附低濃度氣體方面具有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ?］。吸附SO2達到飽和狀態(tài)的活性炭，有效比表面積下降，脫硫效率不能滿足要求，為了防止廢棄造成污染，必須對其進行再生，恢復吸附能力。

炭法煙氣脫硫技術的再生工藝是實現(xiàn)煙氣中硫資源循環(huán)利用的關鍵，也是目前該技術的一個薄弱環(huán)節(jié)，對各脫硫活性炭的再生技術進行綜述，能夠為工業(yè)上選擇合適的脫硫活性炭再生技術提供一定依據(jù)?，F(xiàn)階段，國內(nèi)外已經(jīng)成熟和正處于研究階段的活性炭再生方法包括以溶解解吸方式再生的洗滌再生法、傳統(tǒng)的直接加熱再生法、以熱再生法為基本原理發(fā)展的微波再生法以及還原再生法等。本文將介紹幾種主要的煙氣脫硫活性炭再生方法，并對各再生法進行比較分析。

2 脫硫活性炭再生方法

2.1 洗滌再生

洗滌再生法是利用對吸附質(zhì)親和力大的溶劑將吸附質(zhì)從活性炭表面脫附下來，即用H2O或稀H2SO4等溶劑對脫硫活性炭進行洗滌，恢復其吸附能力，達到再生目的。工業(yè)上，洗滌再生是目前被運用最廣泛的活性炭再生方法。

洗滌液的種類影響著活性炭的再生效率，如費小猛［2］使用 H2O、HNO3、NaOH 對脫硫失活活性炭進行再生時發(fā)現(xiàn)60%的HNO3再生液再生效果最好，能達到80%以上的再生效率。工程上吸附SO2的活性炭再生常用的洗滌液為H2O或稀H2SO4，這主要因為H2O和稀H2SO4中，酸濃度相對較低，脫硫過程中生成的H2SO4易被洗出，使脫硫失活活性炭的吸附能力能得到較好的恢復，并且生成的產(chǎn)物H2SO4也能被資源化利用。

對同一種洗滌溶液而言，其再生時間、再生液溫度和噴淋密度對活性炭的再生效率有不同程度的影響，如趙文艷等［3］發(fā)現(xiàn)影響新型催化劑再生的最大因素是洗滌水溫度，其次是噴淋密度，最后是再生時間，在再生時間為30min，洗滌水溫度為60℃，噴淋密度為47.9m3/（m2·h）時，再生的效果最佳。

洗滌再生法的優(yōu)點：再生設備較簡單，投資的成本也較低，活性炭損耗小，用H2O或稀H2SO4對脫硫活性炭進行洗滌再生后，得到的產(chǎn)物可以直接作為稀硫酸產(chǎn)品用于制造化肥、鋼板酸洗等。但其存在的主要問題是對設備腐蝕嚴重，耗水量大，酸濃度提升困難，利用價值較?。ㄒ话闼丛偕旱乃釢舛仍?0%～20%范圍內(nèi)），再生不完全，反復再生后活性炭的吸附性能下降，存在再生液的二次污染問題。

2.2 熱再生

熱再生法的原理是通過加熱的方式使吸附質(zhì)從活性炭的表面或孔隙中脫附，恢復活性炭吸附能力，實現(xiàn)循環(huán)脫硫的目的［4］。脫硫失活活性炭在再生爐中加熱升溫，使吸附所生成的H2SO4與C發(fā)生反應，生成SO2，脫離活性炭孔隙［5，6］，反應式為：

其中再生溫度在350～450℃范圍內(nèi)時，以（1）反應式為主；再生溫度超過500℃時，以（2）式為主。利用高溫氣體對脫硫后活性炭進行脫附，得到的高濃度SO2氣體可用來生產(chǎn)硫酸或單質(zhì)硫，獲得硫資源。

熱再生法的再生溫度，再生次數(shù)及再生時間對脫硫活性炭再生效率有影響，費小猛等［2］用氣體再生脫硫后活性炭時，得出溫度為在400℃左右時，其再生效率能達到70%以上，再生效果最好；吳錦京等［7］發(fā)現(xiàn)熱再生后改性活性炭的脫硫脫硝能力基本保持不變，但再生溫度、再生時間和再生次數(shù)影響著再生效率，得出最佳工藝條件：再生溫度200℃，再生時間15min，且再生次數(shù)在6次以內(nèi)能同時滿足平均脫硝率和平均脫硫率。

熱再生是目前比較成熟的活性炭材料再生工藝，它能夠反復地對脫硫活性炭進行再生處理，與洗滌法相比，其具有再生效率高、再生徹底、再生時間短（顆粒炭一般需30～60min，粉狀炭只需幾秒鐘）、SO2便于回收，不會產(chǎn)生再生廢液等優(yōu)點，有很好的經(jīng)濟適用性。但是加熱再生也存在一些不足，如所需設備復雜，對氧控制技術嚴格等，且再生后炭的機械強度下降，有較高的損失率（一般炭質(zhì)量損失為5%～10%），所以目前需進一步研究熱再生技術，以減少再生過程中炭的損耗等問題。

2.3 微波再生

微波再生的本質(zhì)是熱再生，兩者再生原理相似，其反應方程同式（1）、式（2）。但微波再生法與常規(guī)熱再生的區(qū)別在于加熱方式的差異，前者是利用微波技術產(chǎn)生高溫，而后者是通過直接加熱的方法對活性炭進行升溫。

蔣海濤［8］在對載硫活性炭進行微波輻照再生實驗時發(fā)現(xiàn)，上述反應（1）和（2）生成的SO2可能會被C還原，其反應式如下：

實驗中蔣海濤用300W和400W微波再生活性炭時（此時溫度已超過S單質(zhì)常壓下的沸點：444.6℃），反應器內(nèi)壁和反應器出口并未觀察到固體單質(zhì)S，說明SO2并未大量被還原。

不同的微波功率、載氣量、再生次數(shù)等對炭的燒失率和再生率有不同的影響，如張立強等［9］研究發(fā)現(xiàn)在再生功率為300W和400W時，活性炭經(jīng)過17次循環(huán)吸附/再生后，其失重率分別為19%和28%左右，且再生功率為400W時，SO2的吸附容量呈持續(xù)上升趨勢。

微波再生技術與傳統(tǒng)的熱再生技術相比具有以下特點：（1）加熱迅速，節(jié)能高效，有利于獲得較高濃度的氣體產(chǎn)品；（2）加熱溫度均勻，微波場中溫差極小，再生效率高；（3）吸附質(zhì)解吸速度快，能生產(chǎn)微孔發(fā)達的活性炭；（4）對吸附質(zhì)能進行選擇性加熱。但由于微波再生是屬于熱再生，所以再生過程中也存在炭的燒失，機械強度下降，脫附時可能產(chǎn)生少量的二次污染等問題。

近年來對脫硫活性炭微波再生技術的研究逐漸增多，但目前這些研究還主要集中在物理吸附和微波還原分解SO2方面，今后需對微波再生的內(nèi)部反應機理、化學吸附微波再生特性等方面進行深入研究，更加全面地了解微波再生原理，以促進其在工業(yè)上的推廣應用。

2.4 還原再生

還原再生法是在一定條件下，把脫硫過程中形成的 H2SO4通過 H2、CO、CH4、NH3等還原性氣體，將其還原為H2S或單質(zhì)S，使活性炭得以再生。若以NH3為還原氣體，再生過程得到的SO2與NH3在室溫下可直接進行反應，生成固體銨鹽，反應式如下：

其中 NH3少量時，以生成（NH4）2SO3為主；NH3過量時，以生成NH4HSO3為主。以NH3為還原氣體，可以直接將硫資源化，簡化后續(xù)的處理工藝。郭艷霞等［10］對V2O5催化劑在含NH3氣氛下的再生條件進行了考察，發(fā)現(xiàn)3%～5%NH3/Ar氣氛、300℃再生60min后可有效恢復V2O5/AC的脫硫活性。王艷麗等［11］研究了NH3再生溫度及再生次數(shù)對蜂窩狀V2O5/ACH催化劑同時脫硫脫硝性能的影響，實驗結(jié)果表明：NH3（φ＝0.05）Ar氣氛、330～350℃再生70min能使V2O5/AC催化劑再生，且再生后脫硝活性明顯增加，脫硫活性也較原始催化劑活性有所升高。

還原再生法能耗低、炭損耗小，但因為需引進CO、CH4等還原性氣體，所以可能產(chǎn)生導致二次污染的氣體，且需要的還原氣體來源受限，若使用場合還原性氣體較貧乏，會大大提高運行成本。脫硫活性炭的還原再生法目前研究較少，在大規(guī)模實際應用前還需深入研究以解決二次污染氣體的處理等問題。

2.5 超聲波再生

超聲波再生是目前活性炭再生研究的熱點之一，其原理是利用超聲波的理化性質(zhì)，使吸附于活性炭中的SO2分子與活性炭之間的物理結(jié)合減弱，脫離活性炭，達到再生目的。該再生技術具有工藝簡單、能耗低，對炭粒機械損耗小，可回收有用物質(zhì)等優(yōu)點，不足之處是再生效率低。康文澤等［12］對影響超聲波再生過程的因素進行了研究，結(jié)果表明超聲波功率、作用時間對失活活性炭的再生效率有較大的影響。王三反［13］研究發(fā)現(xiàn)活性炭粒徑大小、再生時間等對超聲波解吸率及再生效果有影響，吸附質(zhì)不同其解吸率也不同。

超聲波再生僅對活性炭的物理吸附有效，而脫硫活性炭對SO2的吸附存在物理和化學共同吸附的過程，所以超聲波再生技術在脫硫活性炭領域的發(fā)展前景較小。超聲波單獨對脫硫活性炭進行再生的可行性不大，但與其他技術相結(jié)合，將各再生技術優(yōu)勢互補，可以提高脫硫活性炭的再生效率，同時也能降低再生能耗。如吳琪［14］等認為超聲波與電化學活性炭再生法將兩種技術的優(yōu)勢進行了互補，是可能成為未來可以挑戰(zhàn)傳統(tǒng)活性炭再生法的新技術。

2.6 其他再生方法

電化學再生法［15］原理是活性炭上的吸附質(zhì)在電解質(zhì)中脫附并氧化，使活性炭恢復吸附能力。電化學再生法具有工藝簡單，炭損耗少，能耗低，再生效率高等優(yōu)點，但尚在研究階段。

光催化法［16］是在一定波長的光照下，借助光催化劑表面受光子激發(fā)生成·OH自由基氧化降解有機物及部分無機物，使活性炭得以再生。光催化法再生工藝簡單，炭損耗低，可實現(xiàn)原位再生，不足之處是脫附速率低，處理效果不理想。

微生物再生技術是利用微生物對吸附質(zhì)進行分解，使其脫離活性炭。該法簡單易行，投資費用低，但微生物所需的生存環(huán)境在工業(yè)上較難控制，再生周期長，且一些中間產(chǎn)物會殘留在活性炭的孔隙中，影響再生效率。

近年發(fā)展起來的活性炭再生方法還有很多，如超臨界流體再生法［17］、臭氧氧化法［18］、紅外輻照再生法［19］、原位蒸汽再生法［20］等，目前這些再生技術多用于處理水處理的活性炭再生，還未在煙氣脫硫活性炭上進行深入的研究。

3 幾種常見活性炭再生方式的對比

表1 幾種常見活性炭再生方式的對比

4 總結(jié)

近年來國內(nèi)外在脫硫活性炭的再生技術方面的研究逐漸增多，每種方法都有不足，應該客觀認識，合理利用，才能更好地提高活性炭和硫資源的利用率。如何選擇合適的再生方法，主要由活性炭原材料的類別和吸附質(zhì)的性質(zhì)來決定，對脫硫的活性炭來說，由于其吸附SO2的過程包含物理和化學吸附過程，所以一些只對物理吸附有效的再生方法并不適合脫硫活性炭的脫附。

傳統(tǒng)的洗滌再生技術已經(jīng)較為成熟，但因為其有效性和經(jīng)濟性都存在著明顯的缺陷，所以開展新脫硫活性炭再生技術的研究是有意義的。目前許多活性炭再生技術已用于水處理的活性炭再生，在煙氣脫硫活性炭的再生方面應用與研究還較少，但這些活性炭的再生方法為炭基脫硫劑的再生提供了很好的研究方向，只要在深入了解各再生技術原理的基礎上，把這些技術與脫硫活性炭的脫附機理進行有效地結(jié)合，將有可能找到更加適合于脫硫活性炭的低耗、高效再生新技術。通過對比，其中電化學再生和微波再生技術再生效率高、能耗低、炭損耗小，是具有發(fā)展前景的活性炭再生技術，今后可對這兩種技術在煙氣脫硫活性炭上進行深入地研究，為尋求更加合理有效的脫硫催化劑再生技術提供依據(jù)。

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