催化燃烧处理冶金行业废气

背景

• 冶金行业废气排放问题突出：冶金行业在冶炼、烧结、焦化等生产过程中会产生大量废气，其中包含一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机化合物（VOCs）以及各类粉尘等污染物。这些废气若未经有效处理直接排放，会对大气环境造成严重污染，影响周边居民健康，同时也不符合日益严格的环保法规要求。

环保压力促使技术升级：随着环保意识的增强和环保政策的收紧，冶金企业面临着巨大的环保压力，需要采用高效的废气处理技术来减少污染物排放，实现可持续发展。催化燃烧技术因其高效、节能、无二次污染等优点，逐渐在冶金行业废气处理中得到应用和推广。

原理

催化燃烧是利用催化剂的催化作用，降低废气中有机污染物与氧气反应的活化能，使有机污染物在较低温度（通常 200℃ - 400℃）下发生氧化分解，生成二氧化碳和水等无害物质。其反应过程大致如下：

• 废气吸附：废气中的有机污染物分子在催化剂表面发生吸附，被吸附在催化剂的活性位点上。
• 催化氧化：吸附在催化剂表面的有机污染物与通入的氧气在催化剂的作用下发生氧化反应，生成二氧化碳和水等产物。催化剂在反应过程中不参与化学反应，只是降低了反应的活化能，加快了反应速率，反应前后其化学性质和物理性质基本不变。
• 产物脱附：生成的二氧化碳和水等产物从催化剂表面脱附，使催化剂的活性位点得以恢复，继续参与下一轮的催化反应。

处理效果

• 高效去除有机污染物：对于冶金废气中的 VOCs 等有机污染物，催化燃烧装置的去除效率通常可达到 90% 以上，甚至能达到 95% - 99%，可将废气中的有机污染物浓度大幅降低，使其满足国家和地方的环保排放标准。
• 协同处理多种污染物：在处理有机污染物的同时，部分催化燃烧装置还可对废气中的一氧化碳等可燃气体进行氧化处理，起到一定的协同净化效果，减少一氧化碳等污染物的排放。
• 改善空气质量：经过催化燃烧处理后，废气中的污染物浓度显著降低，排放到大气中的废气对周边环境的影响大大减小，有助于改善冶金企业周边的空气质量，减少雾霾、酸雨等环境问题的发生。

处理流程工艺

1. 废气收集：通过集气罩、管道等收集系统，将冶金生产过程中产生的废气集中收集起来，确保废气能够全部进入后续的处理系统，避免废气无组织排放。
2. 预处理
   • 除尘：冶金废气中通常含有大量粉尘，需要先进行除尘处理，可采用旋风除尘器、布袋除尘器或静电除尘器等设备，去除废气中的粉尘颗粒，防止粉尘堵塞催化剂床层，影响催化燃烧效果。
   • 降温或升温：根据废气的温度情况，可能需要进行降温或升温处理。如果废气温度过高，超过催化剂的耐受温度，需要进行降温，可采用换热器等设备；如果废气温度过低，达不到催化燃烧所需的起燃温度，则需要进行升温，可通过燃烧器等加热装置进行加热。
   • 去除杂质：去除废气中可能对催化剂产生毒害作用的杂质，如硫化物、氯化物等，可采用吸附剂吸附、洗涤等方法进行预处理。
3. 催化燃烧
   • 预热：经过预处理后的废气，通过换热器等设备利用催化燃烧后的高温气体进行预热，使其达到催化燃烧的起燃温度。
   • 催化反应：预热后的废气进入装有催化剂的反应器，在催化剂的作用下，废气中的有机污染物与氧气发生氧化反应，生成二氧化碳和水等无害物质。
   • 热量回收：反应后的高温气体通过换热器将热量传递给进入反应器的废气，实现热量的回收利用，提高能源利用率，降低运行成本。
4. 尾气排放：经过催化燃烧处理后的尾气，通过烟囱排放到大气中。排放前可设置在线监测设备，实时监测尾气中污染物的浓度，确保排放达标。

施工使用的注意事项

1. 设备选型与安装
   • 根据冶金废气的排放量、污染物成分、浓度等参数，合理选型催化燃烧设备，确保设备的处理能力满足实际需求。
   • 设备安装要严格按照安装图纸和说明书进行，保证设备安装位置正确、基础牢固，各连接部位密封良好，防止废气泄漏。同时，要注意设备与周边建筑物、设备之间的安全距离，便于设备的操作、维护和检修。
2. 催化剂选择与装填
   • 选择适合冶金废气特性的催化剂，如贵金属催化剂（铂、钯等）或非贵金属催化剂（铜、锰、铬等氧化物），要考虑催化剂的活性、选择性、稳定性、耐毒性和机械强度等性能指标。
   • 催化剂装填要均匀，避免出现局部空隙或堆积过密的情况，影响气流分布和催化效果。装填过程中要轻拿轻放，防止催化剂破碎。
3. 管道布置与保温
   • 废气输送管道的布置应尽量减少弯头和阻力，保证废气能够顺畅地进入催化燃烧装置。管道材质要根据废气的特性选择，如对于高温、高腐蚀性的废气，应选用耐高温、耐腐蚀的材料。
   • 对管道进行保温处理，特别是对于温度较低的废气，保温可以防止废气在输送过程中冷凝，避免冷凝液对管道和设备造成腐蚀，同时也有利于提高废气进入催化燃烧装置时的温度，降低能耗。
4. 电气与自控系统安装
   • 催化燃烧装置的电气系统和自动控制系统的安装要符合相关的电气规范和安全标准，确保设备的供电安全可靠。
   • 自控系统应具备自动监测、自动控制、自动报警和故障诊断等功能，能够实时监测设备的运行参数（如温度、压力、流量、浓度等），并根据设定的参数自动调节设备的运行状态，确保设备稳定运行。同时，要设置安全联锁装置，在设备出现异常情况时能够及时自动停机，保障设备和人员安全。
5. 安全防护措施
   • 由于催化燃烧装置涉及到高温、可燃气体等危险因素，要设置完善的安全防护措施，如防火、防爆、防中毒等设施。在设备周围设置消防器材，安装可燃气体检测仪和有毒气体检测仪，配备个人防护用品等。
   • 制定严格的安全操作规程和应急预案，对操作人员进行安全培训，确保操作人员熟悉设备的操作流程和应急处理方法，避免安全事故的发生。

设备特点

1. 高效节能
   • 催化燃烧能在较低温度下实现有机污染物的高效氧化分解，相比直接燃烧等传统处理方法，能耗大大降低。同时，通过热量回收装置，可将反应后的热量回收利用，进一步提高能源利用率，降低运行成本。

1.适用范围广：

• 可处理多种有机污染物，对于冶金行业废气中常见的烃类、醇类、醛类、酮类、酯类等有机化合物均有较好的处理效果，并且对废气中污染物浓度的适应范围较宽，可处理低浓度到中高浓度的废气。

1. 无二次污染
   • 催化燃烧的产物主要是二氧化碳和水，不会产生氮氧化物等二次污染物，对环境友好，符合环保要求。
2. 设备紧凑、占地面积小
   • 催化燃烧装置的结构相对紧凑，集成化程度较高，与一些传统的废气处理设备相比，占地面积较小，便于在冶金企业有限的场地内安装和布置。
3. 自动化程度高
   • 配备先进的自动控制系统，可实现设备的自动化运行和远程监控，减少人工操作，提高设备运行的稳定性和可靠性，同时便于企业进行集中管理和维护。