CN110566972A - 一种三元催化剂等离子体资源化回收工艺及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三元催化剂等离子体资源化回收工艺及系统，包括：1)将不同规格的三元催化剂进行预处理形成颗粒原料；2)将颗粒原料输送至等离子气化熔融炉内进行燃烧；3)颗粒原料中的有机成分裂解产生的合成气进入二燃室进行二次燃烧，颗粒原料中的无机成分在炉底形成玻璃态熔渣并进行回收；4)经过二次燃烧的合成气进入旋风分离器进行除尘，并经过SNCR喷枪脱除氮氧化物；5)经过脱硝的烟气进入喷淋冷却塔脱除酸性气并进行冷却；6)经过脱酸冷却的烟气进入袋式除尘器，脱除烟气中携带的灰尘和固体盐；7)经过除尘的烟气经过风机抽出，通过烟囱排入大气。本发明实现了三元催化剂的资源化、无害化处理，适用于小烟气量处理。

Description

一种三元催化剂等离子体资源化回收工艺及系统
技术领域
本发明涉及工业废物处理技术领域，具体为一种三元催化剂等离子体资源化回收工艺及系统。
背景技术
三元催化剂的载体部件是一块多孔陶瓷材料，主要成分为三氧化二铝，上面覆盖着一层铂、铑、钯等贵重金属。它本身并不参加催化反应，而是增强CO、HC和NOx三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；HC化合物在高温下氧化成水(H20)和二氧化碳；NOx还原成氮气和氧气。三种有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化。
由于催化剂原料组成差别大、杂质含量高，汽车尾气废催化剂的处理难度较大。同时，废催化剂中含有的铂族金属由于资源稀少、价格昂贵等原因，具有十分重要的回收价值。
目前，处理三元催化剂主要是针对催化剂中的重金属进行回收，并不能将三元催化剂最终无害化处置。其中回收重金属的方法可分为湿法工艺和火法工艺两大类。湿法工艺存在着铂族金属回收率低、产生大量废水等问题；火法工艺存在投资、运行成本高等问题。常规危废焚烧后烟气处理工艺设备一般包括：余热锅炉、急冷器、干法脱酸塔、布袋除尘器、SCR、换热器等，上述工艺流程复杂，设备腐蚀严重，运行稳定性较差，不适用于小烟气量处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三元催化剂等离子体资源化回收工艺及系统，能够更有效的回收三元催化剂中的重金属，更彻底的解决三元催化剂的无害化、资源化处置，针对小烟气量处理提供更简单可靠的工艺和装置。
为实现上述目的，本发明一方面提供了一种三元催化剂等离子体资源化回收工艺，包括以下步骤：
(1)将不同规格的三元催化剂进行预处理形成颗粒原料；
(2)将所述颗粒原料通过进料装置输送至等离子气化熔融炉内进行燃烧；
(3)所述颗粒原料中的有机成分裂解产生的合成气进入二燃室进行二次燃烧，所述颗粒原料中的无机成分在所述等离子气化熔融炉底部形成玻璃态熔渣并进行回收；
(4)经过所述二燃室二次燃烧的合成气进入旋风分离器进行除尘，将5μm以上灰尘除去，并经过SNCR喷枪脱除氮氧化物；
(5)经过步骤(4)处理的烟气进入喷淋冷却塔脱除酸性气并进行冷却；
(6)经过步骤(5)处理的烟气进入袋式除尘器，脱除烟气中携带的灰尘和固体盐；
(7)经过步骤(6)处理的烟气经过风机抽出，通过烟囱排入大气，120℃排放，防止白烟产生。
进一步地，步骤(1)中，所述将不同规格的三元催化剂进行预处理形成颗粒原料，具体为：
将不同规格的所述三元催化剂进行破碎、研磨至粉末状，并添加助熔剂和螯合剂，经过混合搅拌，造粒形成所述颗粒原料，所述颗粒原料的直径为10-50mm，所述助溶剂包括但不限于冰晶石和石灰石。
进一步地，步骤(2)中，所述等离子气化熔融炉的补氧气为浓度≥90％的富氧，使得等离子气化熔融炉底部熔融区的温度达到1600-1800℃，保证所述颗粒原料中无机成分的彻底熔融。
进一步地，步骤(3)中，所述二燃室的燃烧温度不低于1100℃，所述合成气在所述二燃室内的停留时间不小于2s。
进一步地，步骤(5)中，烟气被冷却至200℃。
本发明另一方面提供了一种三元催化剂等离子体资源化回收系统，包括依次相连的预处理装置、进料装置、等离子气化熔融炉、二燃室、旋风分离器、喷淋冷却塔、袋式除尘器、风机和烟囱。
进一步地，所述预处理装置包括依次相连的破碎装置、研磨装置、混合搅拌装置和造粒装置。
进一步地，所述进料装置包括破碎机、料仓、称重装置、刮板、螺旋、插板阀和卸料阀，所述进料装置为现有技术。所述进料装置设置在所述等离子气化熔融炉的上部。
进一步地，所述等离子气化熔融炉的补氧气口与PSA制氧装置连接，所述PSA制氧装置制造出浓度不小于90％的富氧，通过等离子气化熔融炉的补氧气口对等离子气化熔融炉补充氧气，使得等离子气化熔融炉底部熔融区的温度达到1600-1800℃，保证所述颗粒原料中无机成分的彻底熔融。所述等离子气化熔融炉底部设有常规出渣口和重金属出渣口，常规出渣口为溢流出渣，重金属出渣口在等离子气化熔融炉的炉体最底部，定期回收重金属，常规出渣口和重金属出渣口均与水淬冷却系统相接。颗粒原料中的无机成分在还原性气氛下，通过助熔剂和等离子炬作用熔融成玻璃态，经过出渣装置水淬或者风冷，变为一般固废的玻璃化渣进行回收。
所述二燃室设置有补风口和燃烧器，补风和燃烧器可选择富氧，确保二燃室的燃烧温度不低于1100℃，合成气在二燃室内的停留时间不小于2s。所述二燃室还设置有紧急排放装置，所述紧急排放装置为重锤式防爆阀，炉内超压时，阀板靠压力自动打开，释压后，阀板靠重力自动归位。
进一步地，所述旋风分离器内设置有至少一个SNCR喷枪。
进一步地，所述喷淋冷却塔包括急冷塔和碱液喷淋装置，所述急冷塔分别与所述旋风分离器和袋式除尘器连接，所述碱液喷淋装置包括依次相连的碱液罐、喷淋泵和碱液喷枪，所述碱液喷枪设置在所述急冷塔内。所述喷淋冷却塔在急冷的同时进行脱酸处理，没有废水的排放，烟气与碱液顺流从塔顶进入，将烟气温度急冷至200℃，避免二噁英的反生成。
进一步地，为了最大限度避免糊布袋的发生，所述喷淋冷却塔与所述袋式除尘器之间还设置有丝网捕雾器、换热器和喷吹装置。所述丝网捕雾器用于脱出烟气中携带的部分雾滴；所述换热器的目的在于将烟气反升温，避免烟气中水雾太多糊布袋，所述的换热器可采用烟气自换热，也可采用管道燃烧器加热；所述喷吹装置包括活性炭喷吹装置和消石灰喷吹装置，所述喷吹装置在控制进入布袋水分的同时，可确保烟气中重金属、二噁英、酸性气的达标排放。
进一步地，所述袋式除尘器为圆筒袋式除尘器，烟气由切线方向进入布袋，所述袋式除尘器为在线吹灰方式，出口烟气中含尘量可降至10mg/Nm3。
进一步地，所述风机选择离心风机，为满足腐蚀和温度要求，材质选用钛合金或玻璃钢。
进一步地，所述烟囱为碳钢镀钛材质，满足温度和规范要求。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)后烟气处理工艺简单，设备可操作性强，可同时满足脱酸、除尘、脱NOx、防白烟等要求，实现了三元催化剂的资源化、无害化处理，适用于小烟气量处理。
(2)预处理装置可针对不同规格形状的三元催化剂进行预处理，保证了上料操作连续稳定。
(3)二噁英摧毁率达到99.9999％，并形成HCl、CO、H2等合成气。无机组分固化成玻璃态，可作为一般固废处理。
(4)等离子气化熔融炉的补氧气选用浓度≥90v％的富氧，熔融区极限温度可达到1600-1800℃，保证无机成分的彻底熔融。
(5)整个系统中，微负压操作，避免有毒有害气体外溢。
附图说明
图1为本发明三元催化剂等离子体资源化回收工艺所用的系统的结构示意图；
图中：1、等离子气化熔融炉；2、二燃室；3、旋风分离器；4、SNCR喷枪；5、急冷塔；6、袋式除尘器；7、风机；8、烟囱；9、预处理装置；10、进料装置；11、PSA制氧装置；12、出渣装置；13、等离子炬安装口；14、燃烧器安装口；15、补风口；16、碱液罐；17、喷淋泵；18、碱液喷枪；19、溢流出渣口；20、重金属出渣口；21补氧气口；22、丝网捕雾器；23、换热器；24、喷吹装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种三元催化剂等离子体资源化回收工艺所用的系统，包括依次相连的预处理装置9、进料装置10、等离子气化熔融炉1、二燃室2、旋风分离器3、喷淋冷却塔、袋式除尘器6、风机7和烟囱8。
其中，预处理装置9包括依次相连的破碎装置、研磨装置、混合搅拌装置和造粒装置，其中，破碎装置、研磨装置、混合搅拌装置和造粒装置均为现有技术，在此不详述其具体结构。
其中，进料装置10包括破碎机、料仓、称重装置、刮板、螺旋、插板阀和卸料阀，进料装置10为现有技术，进料装置10设置在等离子气化熔融炉1的上部。
其中，等离子气化熔融炉1的补氧气口21与PSA制氧装置11连接，PSA制氧装置11制造出浓度不小于90％的富氧，通过等离子气化熔融炉1的补氧气口21对等离子气化熔融炉1补充氧气，使得等离子气化熔融炉1底部熔融区的温度达到1600-1800℃，保证颗粒原料中无机成分的彻底熔融。等离子气化熔融炉1底部设有常规出渣口和重金属出渣口20，常规出渣口为溢流出渣口19，重金属出渣口20在等离子气化熔融炉1的炉体最底部，定期回收重金属，常规出渣口和重金属出渣口20均与出渣装置12相连，出渣装置12包括水淬冷却系统，熔渣经过水淬冷却，形成玻璃化渣，可作为一般固废处置。等离子气化熔融炉1还包括等离子炬安装口13等常规结构。
其中，二燃室2设置有补风口15和燃烧器安装口14，补风和燃烧器可选择富氧，确保二燃室2的燃烧温度不低于1100℃，合成气在二燃室2内的停留时间不小于2s。二燃室2还设置有紧急排放装置，紧急排放装置为重锤式防爆阀，炉内超压时，阀板靠压力自动打开，释压后，阀板靠重力自动归位。
其中，旋风分离器3内设置有至少一个SNCR喷枪4。
其中，喷淋冷却塔包括急冷塔5和碱液喷淋装置，急冷塔5分别与旋风分离器3和袋式除尘器6连接，碱液喷淋装置包括依次相连的碱液罐16、喷淋泵17和碱液喷枪18，碱液喷枪18设置在急冷塔5内。喷淋冷却塔在急冷的同时进行脱酸处理，没有废水的排放，烟气与碱液顺流从塔顶进入，将烟气温度急冷至200℃，避免二噁英的反生成。
其中，为了最大限度避免糊布袋的发生，喷淋冷却塔与袋式除尘器6之间还设置有丝网捕雾器22、换热器23和喷吹装置24。丝网捕雾器22用于脱出烟气中携带的部分雾滴；换热器23的目的在于将烟气反升温，避免烟气中水雾太多糊布袋，换热器23可采用烟气自换热，也可采用管道燃烧器加热；喷吹装置24包括活性炭喷吹装置和消石灰喷吹装置，喷吹装置24在控制进入布袋水分的同时，可确保烟气中重金属、二噁英、酸性气的达标排放。
其中，袋式除尘器6为圆筒袋式除尘器，烟气由切线方向进入布袋，袋式除尘器6为在线吹灰方式，出口烟气中含尘量可降至10mg/Nm3。
其中，风机7选择离心风机，为满足腐蚀和温度要求，材质选用钛合金或玻璃钢。
其中，烟囱8为碳钢镀钛材质，满足温度和规范要求。
所述的三元催化剂等离子体资源化回收工艺，具体包括以下步骤：
(1)将不同规格的三元催化剂进行破碎、研磨至粉末状，并添加助熔剂和螯合剂，经过混合搅拌，造粒形成颗粒原料，颗粒原料的直径为10-50mm，助溶剂包括但不限于冰晶石和石灰石。
(2)将所述颗粒原料通过进料装置10输送至等离子气化熔融炉1内进行燃烧，等离子气化熔融炉1的补氧气为浓度≥90％的富氧，使得等离子气化熔融炉1底部熔融区的温度达到1600-1800℃，保证所述颗粒原料中无机成分的彻底熔融。
(3)所述颗粒原料中的有机成分裂解产生的合成气进入二燃室2进行二次燃烧，二燃室2的燃烧温度不低于1100℃，合成气在二燃室2内的停留时间不小于2s；所述颗粒原料中的无机成分在等离子气化熔融炉1底部形成玻璃态熔渣并通过出渣装置12进行回收。
(4)经过二燃室2二次燃烧的合成气进入旋风分离器3进行除尘，将5μm以上灰尘除去，并经过SNCR喷枪4脱除氮氧化物；
(5)经过步骤(4)处理的烟气进入喷淋冷却塔脱除酸性气并进行冷却，冷却至200℃，避免二噁英的反生成；
(6)经过步骤(5)处理的烟气进入袋式除尘器6，脱除烟气中携带的灰尘和固体盐；
(7)经过步骤(6)处理的烟气经过风机7抽出，通过烟囱8排入大气，120℃排放，防止白烟产生，经过处理后的烟气通过排入大气，其中对环境有污染气体的排放浓度和速率低于国家相关标准规定的排放标准。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种三元催化剂等离子体资源化回收工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将不同规格的三元催化剂进行预处理形成颗粒原料；
(2)将所述颗粒原料通过进料装置输送至等离子气化熔融炉内进行燃烧；
(3)所述颗粒原料中的有机成分裂解产生的合成气进入二燃室进行二次燃烧，所述颗粒原料中的无机成分在所述等离子气化熔融炉底部形成玻璃态熔渣并进行回收；
(4)经过所述二燃室二次燃烧的合成气进入旋风分离器进行除尘，并经过SNCR喷枪脱除氮氧化物；
(5)经过步骤(4)处理的烟气进入喷淋冷却塔脱除酸性气并进行冷却；
(6)经过步骤(5)处理的烟气进入袋式除尘器，脱除烟气中携带的灰尘和固体盐；
(7)经过步骤(6)处理的烟气经过风机抽出，通过烟囱排入大气。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述将不同规格的三元催化剂进行预处理形成颗粒原料，具体为：
将不同规格的所述三元催化剂进行破碎、研磨至粉末状，并添加助熔剂和螯合剂，经过混合搅拌，造粒形成所述颗粒原料。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(2)中，所述等离子气化熔融炉的补氧气为浓度≥90％的富氧。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(3)中，所述二燃室的燃烧温度不低于1100℃，所述合成气在所述二燃室内的停留时间不小于2s。
5.一种权利要求1-4任一所述的三元催化剂等离子体资源化回收工艺所用的系统，其特征在于，包括依次相连的预处理装置、进料装置、等离子气化熔融炉、二燃室、旋风分离器、喷淋冷却塔、袋式除尘器、风机和烟囱。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述预处理装置包括依次相连的破碎装置、研磨装置、混合搅拌装置和造粒装置。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述等离子气化熔融炉的补氧气口与PSA制氧装置连接。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述旋风分离器内设置有至少一个SNCR喷枪。
9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述喷淋冷却塔包括急冷塔和碱液喷淋装置，所述急冷塔分别与所述旋风分离器和袋式除尘器连接，所述碱液喷淋装置包括依次相连的碱液罐、喷淋泵和碱液喷枪，所述碱液喷枪设置在所述急冷塔内。
10.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述喷淋冷却塔与所述袋式除尘器之间还设置有丝网捕雾器、换热器和喷吹装置。
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