JPH0712432B2 - 活性炭の再生方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は水処理などに使用した粒状活性炭の再生方法に
関するもので、特に二段流動層式の活性炭再生装置を用
いる活性炭の再生方法に関するものである。

〈従来の技術〉 従来より、活性炭の再生には竪型多段炉、ロータリーキ
ルン、流動層炉、移動層炉等を使用する種々の再生装置
が開発されており、また加熱方式としては活性炭を燃焼
ガスで直接加熱して再生するものと、間接的に加熱して
再生するものとがある。これらの再生装置を用いて、水
処理などに使用して有機物を吸着した活性炭を再生する
場合、活性炭は以下のような過程を経て再生される。

すなわち、活性炭の温度上昇に従って湿潤活性炭の乾
燥段階（約180℃以下）、次いで吸着有機物の揮発及
び熱分解による活性炭からの脱離段階（約200〜500
℃）、更に脱離せず活性炭内に残留した吸着有機物の
熱縮合による炭化及び生成炭化物の酸化分解、ガス化に
よる脱離段階（約500℃以上）からなり、これらの段階
を順に経て再生される。但し、実際の再生装置において
は、以上の各段階が明確に区別されている訳ではなく、
とあるいはとがある程度重複している。

上記各種再生装置の中で、流動層炉を使用した再生装置
は気体（燃焼ガス）と固体（活性炭）との接触効率が良
いため、他の再生装置に較べてコンパクトであり、燃料
使用量も少ないという利点を有している。流動層式の再
生装置に関しては、流動床板上で流動化する部分が一段
のもの、二段のもの、更に二段以上の多段のものなど種
々提案されてはいるが、連続化が技術的に非常に難しい
ため上述のような利点があるにもかかわらず、現実には
それ程普及していない。

従来の直接加熱式の二段流動層式の活性炭再生装置は第
２図に示したようなもので、使用済活性炭を再生する場
合、次のようにして行う。

すなわち、再生炉本体１の底部の一次燃焼室６に、燃料
油または燃料ガスなどの燃料供給管26及び燃焼用の空気
供給管27を接続したバーナー25によって燃焼ガスを供給
するとともに蒸気供給口15より前記炭化物のガス化を促
進するために必要な蒸気を供給する。

この際、燃焼用空気の供給量は、燃料の燃焼に必要な最
小量を供給するように、すなわち、燃焼ガス中の酸素濃
度が例えば0.5容量％以下となるように厳密に制御する
が、これは、酸素濃度が高いとその上の下段流動層部５
で活性炭自身が燃焼して燃焼ロスが多くなるからであ
る。

次に、蒸気を混合した温度800〜1000℃の燃焼ガスを多
孔性の下段流動床板８を通して下段流動層部５へと上昇
させる。下段流動層部５では再生炉本体１の外部に設け
た移送管10を経て上段流動層部２から移送される。あら
かじめ上段流動層部２で乾燥した使用済活性炭を、前記
燃焼ガスによって流動化させながら加熱して吸着有機物
の揮発及び熱分解による脱離と、脱離せず残留した吸着
有機物の炭化及び生成炭化物のガス化による脱離を行
い、活性炭を再生賦活する。再生済活性炭は再生済活性
炭取出口11から再生炉外へ取り出す。一方、下段流動層
部５を通過させた燃焼ガスは、その上に開放接続した二
次燃焼部４へと上昇させる。二次燃焼部４では、下段流
動層部５を通過して温度が低下した燃焼ガスを、燃料供
給管23及び空気供給管24を接続したバーナー22によって
再加熱して温度を700〜900℃に維持し、下段流動層部５
で活性炭から脱離させた有機物や、炭化物のガス化の際
に生成する一酸化炭素などと、上段流動層部２から循環
管16を介して循環させた乾燥排ガス中に含まれる少量の
低沸点有機物などを完全燃焼させる。二次燃焼部４で完
全燃焼させた燃焼ガスの一部が多孔性の上段流動床板７
を通して上段流動層部２へと上昇させ、他部は燃焼排ガ
スとして燃焼排ガス排出口13より再生炉外へ排出する
が、上述のようにこの燃焼排ガスは完全燃焼させてある
ので、通常燃焼排ガスの無害化のために再生炉とは別に
設置する後燃焼装置を必要とせず、そのまま排出するこ
とも可能である。一方、上段流動層部２では使用済活性
炭供給口９より連続的に供給される浸潤状態の使用済活
性炭を、前記二次燃焼部４より上昇させた燃焼ガスによ
って流動化させながら活性炭の乾燥を行うが、この際、
上段流動層Ａ内の温度を約110〜175℃に下げるために冷
却水供給管Ｑより冷却水を上段流動層部２にスプレーＳ
を介して噴霧する。なお、冷却水の供給量は、上段流動
層内の温度を検出するために付設した温度検出器20と連
動する流量調節弁Ｐによって制御する。この目的は、上
段流動層Ａ内の温度を上記範囲に制御することによっ
て、使用済活性炭に吸着されている有機物を揮発や熱分
解によって脱離させることなく、極力吸着したままでそ
の次の下段流動層部５に移送し、ここで、吸着有機物を
揮発及び熱分解脱離させ、これらの有機物をその上に設
けた二次燃焼部４で燃焼させることによって、その燃焼
熱を二次燃焼部４の加熱に利用しようとするものであ
る。上段流動層部２を通過させた乾燥排ガスは前述のよ
うに、リサイクルファン17によって循環管16を介して二
次燃焼部４に循環させ、乾燥排ガス中に含まれる低沸点
有機物を完全燃焼させる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 活性炭の再生は前記のような各段階を経て行われるが、
前記再生段階の中でも炭化物を酸化分解、ガス化して活
性炭から脱離させる段階が最も難しい段階である。従っ
て、活性炭の再生においては吸着有機物を出来るだけ揮
発及び熱分解などによって活性炭から脱離させるように
し、脱離せず残留する炭化物の量を極力少なくするよう
に工夫することが活性炭を効率よく再生する重要なポイ
ントである。

例えば、下水二次処理水の三次処理や上水の脱色、脱臭
など低濃度の被吸着有機物を含む水の処理に使用された
活性炭の場合、活性炭に吸着される有機物の量は活性炭
1g当たり約100mg以下というような低負荷であり、この
場合は吸着有機物の総量が少ないので、再生に際して残
留炭化物の量が問題となるようなことはないが、有機物
を1g当たり200〜300mgも吸着している活性炭、あるいは
被吸着有機物が吸着され易いもので、吸着有機物量が50
0mgを越すような活性炭を再生する場合には、残留する
炭化物の量が多くなるために例えば再生装置を大きくし
て再生時間を長くするなどの対策を取らないと再生が充
分に行われないことがある。

更に残留する炭化物の量は活性炭の昇温速度にも関係
し、昇温速度があまりに速すぎると一部の熱的に不安定
な、本来ならば熱分解、脱離するはずの有機物が炭化
し、炭化物の量が更に増える結果となる。

前記従来の再生方法においては、上段流動層内の温度を
110〜175℃に制御して活性炭を乾燥を主として行わせる
ようにし、ここでは吸着有機物の揮発や熱分解を極力行
わせないようにしている。そして、乾燥炭を下段流動層
部に移送して急激に温度を上げ、吸着有機物の揮発及び
熱分解、更に炭化物のガス化などを一挙に行うようにし
ている。そのため、前記従来の再生方法で有機物を多量
に吸着した使用済活性炭を再生する場合には、下段流動
層部において脱離除去すべき有機物の総量が多いこと
と、更に生成する炭化物の量も多いので、吸着有機物量
の少ない活性炭を再生する場合よりも下段流動層部での
滞留時間を長くして再生を行っている。すなわち、滞留
時間を長くしないと吸着有機物の脱離及び炭化物のガス
化が充分に行われず、結果として再生が充分に行えない
という欠点がある。従って有機物を多量に吸着した活性
炭を再生する場合には、吸着有機物量の少ない同量の活
性炭を再生する場合よりも装置を大きくしなければなら
ず、設備費が増大するとともに滞留時間が長くなること
によって、活性炭の摩耗及び燃焼ロスも増大するという
問題点がある。

また、前記従来の再生方法においては、上段流動層内の
温度を約110〜175℃に制御するために、上段流動層部
に、スプレーによって冷却水を噴霧しているが、流動層
に均一に噴霧することは難しく、そのため流動層内に湿
潤活性炭の固まりが生じ易く、しばしば運転を中断して
固まりを除去しなければならないという問題点もある。

本発明は従来の二段流動層式の活性炭再生方法に係わる
上述のような問題点を解決することを目的とするもの
で、有機物を多量に吸着した使用済活性炭をも、効率よ
く再生出来るようにした活性炭の再生方法を提供するも
のである。

〈問題点を解決するための手段〉 活性炭の加熱再生、特に有機物を多量に吸着した活性炭
の再生においては、上述のように吸着有機物を出来るだ
け揮発及び熱分解によって活性炭から脱離させるように
し、活性炭に残留する炭化物の量を極力少なくすること
が再生を容易にする重要なポイントである。本発明者
は、前記二段流動層式の再生装置において、上段流動層
部に冷却水を噴霧することなく、他の手段によって上段
流動層内の温度を従来より高く、かつある範囲に制御す
ると同時に、燃焼ガス組成をもある範囲に制御すること
によって、上段流動層部において活性炭の乾燥とともに
吸着有機物を揮発及び熱分解、更には酸化分解などを行
うことによって最大限に脱離させることが出来、従って
有機物を多量に吸着した活性炭を再生するに際しても特
に装置を大型化することなく僅かに再生炉を高くするだ
けで効率よく再生賦活することができることを知見し
た。

本発明は当該知見に基づいてなされたものである。

以下に本発明を図面に従って説明する。

第１図は本発明に使用する二段流動層式の活性炭再生装
置の一例を示す説明図であり、次のような構成となって
いる。

すなわち、再生炉本体１の底部に一次燃焼室６を、その
上に下段流動層部５、二次燃焼部４、混合部３、頂部に
上段流動層部２をその順に設けるとともに一次燃焼室６
と下段流動層部５とを、また混合部３と上段流動層部２
とをそれぞれ多孔性の下段流動床板８、上段流動床板７
で仕切ってある。また、上記混合部３に蒸気または窒素
ガスまたは炭酸ガスから選ばれる温度制御用ガス、例え
ば第１図では蒸気を供給するための蒸気供給管12を接続
するとともに当該蒸気供給管12に、上段流動層部２に付
設した上段流動層Ａ内の温度を検出するための温度検出
器20と連動する流量調節弁21を付設してある。更に、二
次燃焼部４には、空気などの酸素含有ガス供給管14を接
続するとともに当該酸素含有ガス供給管14に、前記混合
部３に付設した酸素濃度検出器18と連動する流量調節弁
19を付設してある。この他の部分は、上段流動層部２に
冷却水の供給手段をなくした点を除けば、前記従来の再
生装置と同じであるので各部の説明を省略する。

本発明の活性炭の再生方法は、上述のような二段流動層
式の活性炭再生装置を用い、再生用燃焼ガスを一次燃焼
室６より下段流動層部５、二次燃焼部４、混合部３、上
段流動層部２へと順次上昇させるとともに使用済活性炭
を上段流動層部２から再生炉本体１の外部に設けた移送
管10を経て下段流動層部５へと移送して再生賦活するに
際し、上記混合部３に蒸気供給管12を介して蒸気を供給
することによって上段流動層Ａ内の温度を300〜450℃に
制御し、かつ二次燃焼部４に酸素含有ガス供給管14を介
して酸素含有ガスを供給することによって混合部３内の
燃焼ガス中の酸素濃度を１〜５容量％に制御することを
特徴とするものである。

本発明において、混合部３内の燃焼ガス中の酸素濃度を
１〜５容量％に制御するための手段としては、例えば二
次燃焼部４に燃焼ガスを供給するために設けたバーナー
22に接続した空気供給管24から供給する空気量を調節す
ることによって行うことも考えられる。しかしながら、
当該空気の供給量はバーナー22に接続した燃料供給管23
から供給する燃料の供給量と密接に関係しているもので
あって、通常安定した燃焼を行わせるために最適な空気
−燃焼比が存在し、空気供給量のみを自由に変えること
は難しい。すなわち、空気供給管24から供給する空気の
量を調節することによって混合部３内の酸素濃度を上記
範囲に厳密に制御することは技術的に難しい面がある。

従って、前述のように二次燃焼部４に空気などの酸素含
有ガス供給管14を別に設け、当該酸素含有ガス供給管14
に付設した流量調節弁19を混合部３に付設した酸素濃度
計18を連動させ、当該流量調節弁19によって酸素含有ガ
スの供給量を制御する方法が運転操作上容易であり、か
つ厳密な制御が行える。

〈作用〉 第１図のような再生装置によって使用済活性炭を再生す
る場合には以下のようにして行う。

すなわち、再生炉本体１の底部に設けた一次燃焼室６
に、燃料供給管26及び空気供給管27を接続したバーナー
25によって燃焼ガスを供給するとともに蒸気供給口15よ
り蒸気を供給する。次に蒸気を混合した温度800〜1000
℃の燃焼ガスを多孔性の下段流動床板８を通して下段流
動層部５へと上昇させる。下段流動層部５では再生炉本
体１の外部に設けた移動管10を経て上段流動層部２から
移送される。後述のようにしてあらかじめ上段流動層部
２で、乾燥と更に吸着有機物の揮発及び熱分解や酸化分
解などによる脱離を行った使用済活性炭を、前述燃焼ガ
スによって流動化させながら加熱して、上段流動層部２
で脱離出来なかった吸着有機物の熱分解による脱離と、
炭化及び生成炭化物のガス化による脱離を行い、活性炭
を再生賦活する。再生済活性炭は再生済活性炭取出口11
から再生炉外へ取り出す。下段流動層部５を通過させた
燃焼ガスはその上に解放接続した二次燃焼部４へ上昇さ
せる。二次燃焼部４では、下段流動層部５を通過して温
度が低下した燃焼ガスを、燃料供給管23及び空気供給管
24を接続したバーナー22によって再加熱して温度を700
〜900℃に維持し、下段流動層部５で活性炭から熱分
解、脱離させた有機物や、炭化物のガス化の際に生成す
る一酸化炭素などと、上段流動層部２から循環管16を介
して循環させた高温排ガス中に含まれる有機物などを完
全燃焼させる。更に二次燃焼部４には、酸素含有ガス供
給管14より空気などの酸素含有ガスを供給するが、この
際、前記混合部３に付設した酸素濃度検出器18と連動す
る流量調節弁19によって酸素含有ガスの供給量を制御
し、結果として混合部３内の燃焼ガス中の酸素濃度を１
〜５容量％、好ましくは３％前後とするように制御す
る。なお、酸素含有ガスを直接混合部３に供給して酸度
濃度を制御することも考えられるが、二次燃焼部４で
は、活性炭から脱離させた有機物や、炭化物のガス化の
際に生成する一酸化炭素などを完全燃焼させるために酸
素が必要であり、そのための酸素供給をも同時に行える
こと及び、混合部３に酸素含有ガスを供給する場合は、
混合部を大きくして滞留時間を長くしないと供給した酸
素含有ガスを燃焼ガスとが均一に混合しない恐れがある
ことなどから、二次燃焼部４に酸素含有ガスを供給する
のがよい。酸素含有ガスを供給した燃焼ガスの一部は混
合部３へと上昇させ、他部は燃焼排ガスとして排出口13
より再生炉外へ排出する。混合部３では前述のようにし
て酸度濃度を１〜５容量％に調節した燃焼ガスに、蒸気
供給管12を介して蒸気を供給するが、この際上段流動層
部２に付設した温度検出器20と連動する流量調節弁21に
よって蒸気供給量を制御し、結果として上段流動層Ａ内
の温度を300〜450℃、好ましくは400℃前後とするよう
に制御する。このように上段流動層Ａ内の温度を300〜4
50℃に制御するとともに、混合部３から上段流動層部２
へ上昇させる燃焼ガス中の酸素濃度を混合部３内で検出
し、前述のようにして１〜５容量％に制御することによ
り、上段流動層部２で吸着有機物を揮発及び熱分解や酸
化分解させて最大限に脱離させることが出来る。なお、
この際上段流動層Ａ内の温度が300℃以下では酸素濃度
の如何にかかわらず上述のような熱分解や酸化分解が不
充分となり、吸着有機物を充分に脱離させることができ
ないので好ましくない。また温度が300〜450℃であって
も混合部３内で検出した酸素濃度が１％以下の場合は、
特に酸化反応がほとんど起こらず、また５％以上の場合
は活性炭自身が燃焼して燃焼ロスが多くなるのでいずれ
も好ましくない。更に、温度が450℃以上の場合は酸素
濃度を１％以下にしなければ活性炭自身が燃焼して燃焼
ロスが多くなるが、しかしながら１％以下にしたのでは
酸化反応がほとんど起こらないので、好ましくない。混
合部３を通過させた燃焼ガスは更に多孔性の上段流動床
板７を通して上段流動層部２へと上昇させる。上段流動
層部２では、使用済活性炭供給口９より連続的に供給さ
れる湿潤状態の活性炭を前述混合部３より上昇させた燃
焼ガスによって流動化させながら、活性炭の乾燥を行う
とともに吸着有機物の一部を揮発及び熱分解、更に酸化
分解させて活性炭より脱離させる。上段流動層部２を通
過させた高温排ガスはリサイクルファン17によって、循
環管16を介して二次燃焼部４に循環させ、高温排ガス中
に含まれる有機物などを完全燃焼させる。

本発明の再生方法においては、上述のように上段流動層
Ａ内の温度を300〜450℃に制御するとともに混合部３か
ら上段流動層部２に上昇させる燃焼ガス中の酸素濃度を
１〜５容量％に制御することによって、上段流動層部２
において吸着有機物を揮発及び熱分解脱離させるととも
に吸着有機物の一部を酸素と反応させ、酸化して活性炭
から脱離させたり、低分子化して最大限に脱離させるこ
とが出来る。

すなわち、従来の再生方法では、熱分解によって炭化物
として残留するはずのものも、本発明方法においては一
部上段流動層部２で脱離させることが出来、従って下段
流動層部５へ移動される活性炭に残留する有機物の量が
従来の再生方法より減少し、よって有機物を多量に吸着
した活性炭を効率よく再生することが出来る。

なお、混合部３に供給するガスとしては上述した実施態
様では蒸気を用いたが、蒸気の代わりに窒素ガスまたは
炭酸ガスを用いることが出来る。しかしながら、少量の
ガス量で温度を低下させることが出来、温度制御がし易
く人手が容易、かつ安価であることなどの点で蒸気が最
適である。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明の活性炭の再生方法は有機物を多
量に吸着した活性炭を再生する場合にも、従来のように
装置を大型化して滞留時間を長くする必要がなく、ほん
の僅か再生炉を高くするだけで、吸着有機物量の少ない
活性炭を再生する場合とほとんど同じ大きさの再生装置
で効率よく再生することが出来る。従って活性炭の摩耗
及び燃焼ロスが大きくなることもなく、優れた再生方法
である。

また本発明においては、従来の再生方法のように上段流
動層部に冷却水を供給することがなく、かつ上段流動層
内の温度も従来の再生方法より高くするので、上段流動
層内に湿潤活性炭の固まりが生じることがなく、良好な
流動状態を維持することが出来るという効果を有する。

更に、上段流動層部で吸着有機物を揮発及び熱分解、更
に酸化分解などによる脱離を最大限に起こさせるように
した本発明の再生方法においても、これらの脱離させた
有機物を含む高温排ガスを上段流動層部から二次燃焼部
に循環させ、そこで完全燃焼させているので、従来の再
生方法と同様に二次燃焼部においてその燃焼熱を有効に
利用することが出来、かつ燃焼排ガス中に有機物や一酸
化炭素などの有害物質が残留することもない。

なお、本発明は有機物を多量に吸着した活性炭の再生に
限らず、低負荷の活性炭の再生も効率よく行えることは
勿論である。

〈実施例〉 以下に、本発明の効果を明確にするために実施例を説明
する。

染料製造工場の廃水を粒状活性炭によって処理して有機
汚染物質（COD）を活性炭1g当たり300mg吸着した活性炭
を第１図に示したような二段流動層式の再生装置を用い
て以下のような条件で連続的に再生を行った。

再生処理能力（DeyBase） 12.0kg/H 上段流動層内の温度 400℃ （滞留時間 20分） 混合部の酸素濃度 ３％ 下段流動層部滞留時間 30分 一次燃焼室の燃焼ガス温度 950℃ 一次燃焼室への蒸気供給量 12.5kg/H 比較のため、混合部を有しない点を除けば他の部分は同
一規模の、第２図に示したような従来の再生装置を用い
て、従来の再生方法によって再生を行った。この時の再
生条件は、上段流動層部に冷却水を供給して当該流動層
内温度を150℃に制御した点及び二次燃焼部から上段流
動層部へ供給する燃焼ガス中の酸素濃度を特に制御しな
かった点を除けば、他はすべて上記本発明の再生条件と
同じである。

再生結果を表１に示す。なお、表１には比較のため新品
活性炭の品質も併記した。

（なお、本発明の再生方法における再生収率は97％であ
った。） 以上のように、本発明の再生方法によって、従来の再生
方法では充分に再生賦活することが出来ない、有機物を
多量に吸着した使用済活性炭を効率よく再生することが
出来た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の再生方法に使用する二段流動層式の活
性炭再生装置の実施態様の一例を示す説明図であり、第
２図は従来の二段流動層式の活性炭再生装置の説明図で
ある。 １……再生炉本体、２……上段流動層部 ３……混合部、４……二次燃焼部 ５……下段流動層部、６……一次燃焼室 ７……上段流動床板、８……下段流動床板 ９……使用済活性供給口 10……移送管、11……再生済活性炭取出口 12……蒸気供給管、13……燃焼排ガス排出口 14……酸素含有ガス供給管 15……蒸気供給口、16……循環管 17……リサイクルファン 18……酸素濃度検出器 19、21……流量調節弁 20……温度検出器、22、25……バーナー 23、26……燃料供給管 24、27……空気供給管 Ａ……上段流動層、Ｓ……スプレー Ｐ……流量調節弁、Ｑ……冷却水供給管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】底部に一次燃焼室を、その上に下段流動層
   部、二次燃焼部、混合部を、頂部に上段流動層部をその
   順に設けるとともに一次燃焼室と下段流動層部とを、ま
   た混合部と上段流動層部とをそれぞれ多孔性の流動床板
   で仕切った構造の二段流動層式の活性炭再生装置を用
   い、再生用燃焼ガスを一次燃焼室より下段流動層部、二
   次燃焼部、混合部、上段流動層部へと順次上昇させると
   ともに使用済活性炭を上段流動層部から下段流動層部へ
   と移送して再生賦活するに際し、上記混合部に蒸気また
   は窒素ガスまたは炭酸ガスを供給することによって上段
   流動層内の温度を300〜450℃に制御し、かつ混合部内の
   燃焼ガス中の酸素濃度を１〜５容量％に制御することを
   特徴とする活性炭の再生方法。
2. 【請求項２】混合部内の燃焼ガス中の酸素濃度を１〜５
   容量％に制御するための手段が、二次燃焼室に空気など
   の酸素含有ガスを供給することによるものであって、当
   該酸素含有ガスの供給量を、混合部内の燃焼ガス中の酸
   素濃度を検出するための酸素濃度検出計と連動する流量
   調節弁によって制御することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の活性炭の再生方法。