医药和精细化工都需要循环经济的支持

沈善明 刘 林

（1. 上海三明蒸发干燥研究所，上海 200232；2. 遵义林源医药化工有限公司，遵义 563004）

1 概述

几乎所有医药和精细化工产品的精制过程，都采用粉末活性炭（以下简称粉炭）吸附脱色处理，药厂和精细化工厂年耗用的粉炭量从几吨到几百吨不等。多年前在上海市范围内，消耗粉炭最大的工厂要数饮料厂生产甜味剂淀粉糖的生产装置，年粉炭用量三百余吨（现可能改用大孔树脂吸附），其次是合成药厂和精细化工厂[1，2]。这些厂都将粉炭作一次性使用，用后产生的废炭有的花人力和运输费用拉到郊外去填埋，有的无偿送外省外地，也有废炭量小的厂作垃圾处理。无偿送外省外地的那些废粉炭，部分先去回收废炭中少量有价值的产品，其后就不知是如何处置了。最近几年接触到由林产品五倍子生产单宁酸及没食子酸等精细化工，在产品的精制过程中也使用粉炭。因没食子酸精细化工产业的生产规模都较大，年消耗粉炭量都在一百吨到几百吨，并且都作一次性使用而沦为废物。

大量废粉炭做上述处置对环境保护带来很多很严重的问题。如不科学地填埋，废炭中的有毒有害有机物和重金属会污染地表水和地下水，简单地作替代燃料，因燃烧不完全使部分有机物和分解气体随燃烧尾气排放大气而污染空气。如果废炭采用不合理再生技术进行热再生，也会将再生的干馏过程中产生的有机物分解气体排入大气。由于废粉炭中含有毒有害物质，从工厂搬运到再生地点，长距离搬运过程也会将废粉炭散落在各处，以及大量废粉炭的包装袋清洗清理都会给环境带来污染。

从林产品五倍子中提取其中的单宁酸后，五倍子果壳应是良好的制造粉炭的原料。一年成千上万吨提取单宁酸后的五倍子果壳都沦为废渣处理。而另一方面外购成百上千吨粉炭，一次性精制使用后成废炭推给社会。这许多五倍子残渣极应该作循环经济利用，使之转化成粉炭，除可作本企业产品精制脱色用外还可以有大量的富裕粉炭供社会利用。

各种活性炭都能再生，再生后能恢复到新炭一样的吸附性能，继续循环使用。作药用和葡萄糖吸附脱色用的粉炭价格较高，不适当或不负责任地处置废粉炭，既污染了环境，又浪费了资源，并增加了产品的成本。大部分粉炭的原料来自树木或锯木屑，一吨粉炭要消耗约五吨以上的木材，浪费粉炭可以说是破坏绿化。循环经济帮我们指明了方向，废粉炭应该再生循环利用。特别是采用五倍子为原料的工厂，除了精制后废粉炭再生循环利用外，还应该将五倍子废果壳制成粉炭，自供自给粉炭外还能将富裕的粉炭作商品粉炭提供社会，既对企业自身也对社会在环境保护和经济利益上带来巨大贡献。

2 热再生机理和废粉炭再生方法的选择

2.1 热再生机理

在热再生过程中对废粉炭进行干燥脱水、升温干馏和水煤气化残炭（活化）三步骤，这三个步骤都是吸热的过程。吸附在废粉炭中的有机物在热再生过程中的变化如图1和图2所示。铃木[3]等对吸附了有机物的饱和炭作热重量分析，结果表明被吸附的有机物可以分成三种类型。图2中第Ⅰ类有机物为低沸点的有机物和简单的碳氢化合物。如果废炭中吸附的是这类物质，则只要简单地加热到一定温度，这些被吸附物质就会解析出来，废炭也就得到再生。第Ⅱ类为聚乙二醇等有机物，在热再生加热过程中部分会热分解成低分子化合物形式而解析，少量被炭化后以有机物残炭形式留存在废炭中，这些残炭必须要在更高的再生温度下与氧化性气体反应才能除去。所以，热再生的难度较第Ⅰ类有机物困难。第Ⅲ类有机物指在高温度下部分分解和脱氢缩聚，这类物质留下的残炭量比第Ⅱ类多得多。苯酚、萘和木质素等就可以归在此类。热再生的难度由加热过程中产生的残炭量多少，决定需要再生温度的高低、氧化性气体的多少和再生停留时间的长短。

图1 吸附有机物的变化

作药品和精细化工产品精制用后的废粉炭中，吸附了大量有机物及重金属，很多有机物如采用简单的酸或碱溶液极难解析出吸附物质，吸附油脂的废粉炭用低温度干馏就能将大量油脂解析，但吸附的色素就难解析。即使采用较严酷条件的湿式空气氧化再生，也总有少量有机物残留在粉炭中，经多次循环吸附和湿式氧化再生，残留物在粉炭中会积累。经这些不彻底再生方法再生后的粉炭吸附性能大打折扣，几次循环应用后会使吸附性能丧失殆尽。650～850℃过热水蒸汽热再生能将有机物彻底分解、炭化和活化（有机物残炭水煤气化），热再生后的粉炭再经过盐酸洗涤去除重金属和无机灰分，如作药品精制用的粉炭再经灭菌和干燥，就能恢复到新炭一样的质量指标，供继续循环使用。

图2 活性炭升温过程中，ⅠⅡⅢ类吸附有机物的热重量解析模式图（惰性气体中）

2.2 废粉炭再生方法的选择

热再生能彻底再生废粉炭，其它再生方法和技术都有再生不彻底性，所以，热再生方法是粉炭再生的最佳选择。但热再生也有不足之处，如：精制脱色由淀粉水解产生的淀粉糖溶液中，含有大量糖和蛋白质，这些物质在干馏过程中不会气化和分解，只会脱氢缩聚产生大量很难活化的炭化物。但这些糖份和蛋白质却容易通过厌氧发酵降解并产生沼气，特别是湿式氧化，它很容易降解这些物质成小分子有机物，最后将有机炭直接转化成二氧化碳被清除。厌氧发酵或湿式氧化过程中不存在有机物被高温炭化产生残炭，必须在高温度下水煤气化才能将残炭去除。因在很高温度下水煤气化残炭时，不可避免会将部分粉炭自身也水煤气化，从而带来粉炭的烧蚀损失，一般≤10%。所以，在废炭再生规模达到较大时，特别是废炭中吸附的是大量第Ⅲ类物质时，就很值得考虑组合湿式空气氧化和热再生，先是湿式空气氧化再生，然后将部分或全部再生粉炭再进行热再生，水煤气活化其中积累的有机残炭。利用不同再生方法降解有机物的不同机理的互补性，相辅相成使再生更容易，粉炭的损失最少和再生的成本最节省。

由图1可知，热再生过程中干燥脱水、升温干馏和气化残炭都是吸热的过程。所以，必须向高温过热蒸汽热再生提供热量。但活化过程实际上是将留在废炭中的有机物残炭水煤气化，所以，热再生活化过程也是产生活化所需的燃料气过程，一般的废炭再生，所产生的水煤气足够满足热再生需要的燃料量。所以，高温过热蒸汽热再生的成本很低，主要的运转费用为设备折旧费、人工费、盐酸和烧碱费用。由于粉炭特别是药用炭和糖炭的价格很贵，热再生不存在经济性问题。

3 影响废粉炭再生的一些因素和应对措施

由于当前作精制脱色处理的粉炭都作一次性使用，不考虑再生循环使用。有些精制脱色处理过程为了过滤需要，将粉炭兼作助滤剂使用，所以，在滤出的粉炭滤饼中除了吸附的有机物外，还夹杂着未反应原料杂质，其质量远远大于所吸附的有机物的质量，甚至包括大量的无机助滤剂。遇到这样的废粉炭，会严重增加再生的负荷，特别是废粉炭中含有无机助滤机剂时，这种废粉炭已失去了循环利用的价值。

所以，对于作热再生循环使用的粉炭，应尽可能限于脱色精制使用，在脱色精制处理前应该预过滤，将大量有机固形物先滤除，否则会严重干扰热再生，也会因此而扭曲对热再生应有价值的评价。

当改粉炭一次性使用为热再生循环使用后，必须改变对“废粉炭”作垃圾的传统习惯性，应该将废粉炭当作一种生产原材料处置，将废粉炭湿滤饼盛在专用容器送粉炭再生装置。

4 结束语

最近看到工信厅下发的“工信厅节函[2011]1号”文，关于组织推荐工业循环经济重大技术示范工程的通知，自然就想起许多年前为了工业生产中存在大量粉炭一次性使用，造成资源浪费和污染环境的严重后果，忘我地投入到从收集资料到试验开发的艰苦奋斗中去。由于受改革开放前体制影响，一切努力最后都得不到利用而束之高阁。改革开放后的今天，已由国家工信厅来组织实施工业循环经济，粉末活性炭再生利用是典型的循环经济之一，相信不久将来，在国家力量的推动下，浪费了数十年的粉炭也将得到循环再生利用。为支持和拥护循环经济的好政策，本文先介绍粉炭的使用现状、几种再生方法的机理和经济性，具体的再生流程和设备另文介绍。

[1] 沈善明，杨才福，等. 废粉末活性炭的再生与利用[J]. 医药设计，1980，（6）：27.

[2] 沈善明，徐振新，等. 粉末活性炭热再生[J].上海环境科学，1984，3（4）：90.

[3] 铃木基之. 水处理后粒状活性炭的热再生[J]. 化学工学（日）第四卷第八号（1976）.