CN113174450A - 一种高炉处理回收废烟气脱硝催化剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种高炉处理回收废烟气脱硝催化剂的方法，通过将废烟气脱硝催化剂加入高炉，可以最大限度的实现废烟气脱硝催化剂无害化处理，避免其它复杂处理/处置方式造成的能耗、成本增加、环境污染及危害，同时能够作为护炉料对高炉起到护炉效果，使废烟气脱硝催化剂得以资源化有效利用，实现节能减排和资源回收，并降低了高炉护炉成本。

Description

一种高炉处理回收废烟气脱硝催化剂的方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域以及固废处理技术领域，尤其涉及一种高炉处理回收废烟气脱硝催化剂的方法。
背景技术
近年来针对大气污染问题，我国陆续出台相关政策法规和标准，尤其对氮氧化物(NOx)等排放要求越来越严格，目前几乎所有燃煤电厂都装备了烟气脱硝装置。其中选择性催化还原技术(Selective Catalytic Reduction，SCR)是烟气脱硝的主流技术之一，在我国绝大多数燃煤电厂都使用的SCR技术。脱硝装置中最核心的部件是脱硝催化剂，目前商用SCR催化剂基本以TiO2为基材，V2O5为主要活性成份，WO3等为抗氧化、抗毒化辅助成分。催化剂主要有板式、蜂窝式和波纹板式三种型式，其中蜂窝式催化剂应用最多，通常由具备一定截面、长度规格的催化剂元件组装成标准模块。理想状态下，脱硝催化剂化学寿命约为2.4万h，随着正常使用到期，以及烟气中有害元素造成的催化剂中毒、孔堵塞、磨损或烟气冲击导致的破损等，催化剂将逐渐失活，这时必须更换新的催化剂。目前燃煤电厂以及水泥、钢铁、有色等企业都需要进行烟气脱硝处理，每年脱硝产生的废弃脱硝催化剂可达数十万吨。
由于废烟气脱硝催化剂自身含有V2O5、WO3等有毒物质，同时可能吸附燃煤烟气中含有的砷(As)、汞(Hg)、铅(Pb)等重金属，废脱硝催化剂已经被国家列为危险废物(2016版《国家危险废物名录》分类为HW50)。因此若对废脱硝催化剂处理/处置不当，将会对人体健康和环境带来危害。目前对废脱硝催化剂的处理主要有几种方式：一是对失活废催化剂进行再生处理，主要通过清洗、再活化和深度再生等步骤完成。再生过程往往费时费工费力、易破坏物理结构，再生后的催化剂脱硝效果也不如全新产品，实际大部分电力企业都选择换新，很少选择再生；二是提取废脱硝催化剂中的钨和钒，主要通过高温焙烧、碱浸、氯化焙烧等方式将钨、钒提取出来，这些方式一般需要多道工序，工艺繁琐复杂，资源回收率低，并加入碱、酸和其他化合物，容易产生二次污染；三是将废脱硝催化剂作为生产新催化剂的原料或炼钛原料，但由于不能严格控制废材料的成分、质量等，可能会影响新产品的质量；四就是以前多采用的处置方式，压碎后填埋，这种方式既浪费资源又增加了环境污染风险。
另一方面，传统钢铁企业中高炉炉缸内衬侵蚀是威胁生产安全的重大隐患，同时也是决定高炉寿命的重要因素，有效控制高炉炉缸内衬侵蚀一直是国内外炼铁工作者研究的重要课题。目前国内外公认有效的手段之一就是使用钒钛矿护炉，即把含有TiO2的炉料加入高炉，炉料中TiO2在炉内高温还原气氛条件下，部分生成高熔点的TiC和TiN及其固熔体Ti(C，N)，这些高熔点物质与铁水及铁水析出石墨C相互混合，沉积于炉缸受侵蚀部位的工作面或缝隙中，可起到保护炉缸的作用。使用钒钛矿护炉主要有几种方式：一是将含钛的块矿、烧结矿、球团矿等从炉顶加入高炉；二是将钛精矿粉制成包芯线利用特殊设备从风口送入高炉；三是直接从风口喷入钛精矿粉。这些方式都需要钢厂采购钛矿等炉料，而高性价比的钛矿资源有限，或者还需要烧结/造球/制成包芯线等加工处理，从而造成炼铁成本的提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高炉处理回收废烟气脱硝催化剂的方法，通过将废烟气脱硝催化剂加入高炉，可以最大限度的实现废烟气脱硝催化剂无害化处理，避免其它处理/处置方式造成的环境污染及危害，同时能够作为护炉料对高炉起到护炉效果，使废烟气脱硝催化剂得以资源化有效利用，并降低炼铁生产成本。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种高炉处理回收废烟气脱硝催化剂的方法，包括如下方法：
1)将废烟气脱硝催化剂进行切割、破碎加工处理，筛分获得块状料，将加工过程产生的碎屑收集作为粉状料，分别备用；
2)将步骤1)获得的粉状料作为原料配入烧结工序或球团工序，制得含钛炉料；
3)将步骤1)获得的块状料、步骤2)制得的含钛炉料分别运输到不同矿槽，按照一定的吨铁使用量，与常规炉料一起通过高炉装料设备从炉顶加入高炉。
所述废烟气脱硝催化剂为失活待处置的SCR脱硝催化剂，包括蜂窝式、板式、波纹式脱硝催化剂；所述废烟气脱硝催化剂的TiO2含量≥60wt％；所述块状料粒度范围5～150mm；所述粉状料为粒度范围在5mm以下的加工碎屑。
所述含钛炉料为含钛烧结矿或含钛球团矿，所述含钛烧结矿TiO2含量范围0.5wt％～1wt％，所述含钛球团矿TiO2含量范围8wt％～15wt％。
上述步骤3)中所述的常规炉料包括烧结矿、球团矿、块矿、焦炭。
上述步骤3)中的块状料、含钛炉料各自单独使用或者同时使用，所述块状料单独使用时吨铁使用量不超过18kg/t。
上述步骤3)中，块状料、含钛炉料的吨铁使用量根据高炉实际生产要求确定调整，控制块状料、含钛炉料的使用量使高炉TiO2负荷、铁水中Ti含量满足以下要求范围：对无护炉需求高炉控制吨铁TiO2负荷不超过5kg/t，铁水中Ti含量不超过0.07wt％；对有护炉需求高炉控制入炉TiO2负荷在5-12kg/t，铁水中Ti含量在0.07wt％-0.15wt％。
废烟气脱硝催化剂基本成分以TiO2为主，另含有一定量的V2O5、WO3，以及少量的其它杂质，而TiO2、V2O5、WO3等成分对高炉炼铁尤其护炉方面都是有益的，因此废烟气脱硝催化剂可以加入高炉处理，特别是对有护炉需求的高炉能够起到护炉效果。废烟气脱硝催化剂属于危废品，通过简易的切割、破碎使之满足入炉粒度条件后尽量直接入炉，这样可避免其它复杂加工处理造成的二次环境污染、危害或成本增加，产生的少量加工碎屑可集中作为原料配入烧结或球团制成含钛烧结矿或含钛球团矿后再入高炉。废烟气脱硝催化剂进入高炉、随炉料下降到高温区后，其主要成分TiO2被还原成金属Ti，能与C、N结合成TiN、TiC及Ti(N,C)固溶体，这些高熔点物质与铁水及铁水析出石墨C相互混合，沉积于炉缸炉衬表面或砖缝，形成一层致密的沉积层，可以对炉衬起到修复和保护作用。但生成的TiC、TiN、Ti(N,C)过多时会导致铁、渣黏稠，会影响高炉正常生产，因此废烟气脱硝催化剂的加入量要有所限制，可通过高炉生产要求的TiO2负荷以及铁水中Ti含量调整确定，废催化剂中还有稍多一些的钒和钨元素，也对高炉护炉有益，至于其它杂质元素(如As、K、Na、Hg等)多为废催化剂在脱硝过程中吸附的煤灰颗粒及杂质元素，其主要都来源于燃煤烟气，因其整体含量相对很少，且高炉炼铁过程中入炉燃料(焦炭、喷煤)中本身也含有这些物质，因此高炉处理废脱硝催化剂过程带入的少量杂质元素不会影响高炉生产。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明一种高炉处理回收废烟气脱硝催化剂的方法，通过将废烟气脱硝催化剂加入高炉，可以最大限度的实现废烟气脱硝催化剂无害化处理，避免其它复杂处理/处置方式造成的能耗、成本增加、环境污染及危害，同时能够作为护炉料对高炉起到护炉效果，使废烟气脱硝催化剂得以资源化有效利用，实现节能减排和资源回收，并降低了高炉护炉成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明。
实施例1：
将失活待处置的蜂窝式废烟气SCR脱硝催化剂(TiO2含量60.2wt％)进行切割、破碎加工处理，获得粒度范围5～150mm的块状料及5mm以下的加工碎屑，将加工碎屑配入烧结工序制得TiO2含量范围0.5～1wt％的含钛烧结矿。将块状料和含钛烧结矿运输到某正常生产的3200m3高炉不同杂矿槽备用。将块状料与常规炉料一起通过装料设备从炉顶加入高炉处理，其吨铁处理量为4kg/t，处理时间2个月，高炉保持正常生产运行，经取样检验分析，高炉TiO2负荷为4.4kg/t，铁水中Ti含量为0.045wt％，高炉总体运行稳定未见异常。
实施例2：
将报废待处置的蜂窝式SCR脱硝催化剂(TiO2含量79.8wt％)进行切割、破碎加工处理，获得粒度范围5～150mm的块状料及5mm以下的加工碎屑，将加工碎屑配入烧结工序制得TiO2含量范围0.5～1wt％的含钛烧结矿。将块状料、含钛烧结矿分别运输到某2600m3高炉不同的杂矿槽备用。该高炉由于炉缸环炭温度升高需要采取护炉措施，将所述块状料、含钛烧结矿作为护炉料与常规炉料一起通过装料设备从炉顶加入高炉，控制块状料、含钛炉料的使用量使高炉TiO2负荷在5～8kg/t范围，铁水中Ti含量在0.07～0.10wt％范围，经过1月时间的处理，高炉缸环炭温度降至正常水平。之后按生产要求停止废脱硝催化剂的入炉。
实施例3：
将报废待处置的板式废烟气脱硝催化剂(TiO2含量74％)进行切割、破碎加工处理，获得粒度范围5～150mm的块状料及5mm以下的加工碎屑，将加工碎屑配入球团工序制得TiO2含量范围12～15wt％的含钛球团矿。将块状料、含钛球团矿分别运输到某4000m3高炉不同的杂矿槽备用。该高炉由于处于炉役末期，炉缸环炭温度快速升高需要采取护炉措施，将块状料、含钛球团矿作为护炉料与常规炉料一起通过装料设备从炉顶加入高炉，控制块状料、含钛球团矿的使用量使高炉TiO2负荷在8-12kg/t范围，铁水中Ti含量在0.10-0.15wt％范围，经过2周时间的处理，高炉缸环炭温度有所降低，继续按照生产要求调整块状料、含钛球团矿的使用量使高炉TiO2负荷在5-8kg/t范围，铁水中Ti含量在0.07-0.10wt％范围，进行长期维护。
实施例4：
将报废待处置的波纹式废烟气脱硝催化剂(TiO2含量65.6％)进行切割、破碎加工处理，获得粒度范围5～150mm的块状料及5mm以下的加工碎屑，将加工碎屑配入球团工序制得TiO2含量8～12wt％的含钛球团矿。将块状料、含钛球团矿分别运输到某4000m3高炉不同的杂矿槽备用。该高炉由于处于炉役末期，需要长期采取护炉措施，将所述含钛球团矿作为护炉料与常规炉料一起通过装料设备从炉顶加入高炉，控制含钛球团矿的使用量使高炉TiO2负荷在5-8kg/t范围，铁水中Ti含量在0.07％-0.10％范围，进行长期护炉维护。
实施例5：
将待处置的蜂窝式SCR废烟气脱硝催化剂(TiO2含量60.6％)进行切割、破碎加工处理，获得粒度范围5～150mm的块状料及5mm以下的加工碎屑，将加工碎屑配入球团工序制得TiO2含量12-15wt％的含钛球团矿。将块状料、含钛球团矿分别运输到某2600m3高炉不同的杂矿槽备用。该高炉由于处于炉役末期，炉缸环炭温度快速升高急需采取护炉措施，将所述块状料与常规炉料一起通过装料设备从炉顶加入高炉，其吨铁处理量为14～18kg/t，经取样检验分析高炉TiO2负荷在9-12kg/t范围，铁水中Ti含量在0.1～0.14wt％左右，经过1月时间处理，高炉缸环炭温度有所降低，按照生产要求停止使用块状料，单独使用含钛球团矿进行长期维护，控制高炉TiO2负荷在5-8kg/t范围，铁水中Ti含量在0.07％-0.10％范围。

Claims (6)

1.一种高炉处理回收废烟气脱硝催化剂的方法，其特征在于，包括如下方法：
1)将废烟气脱硝催化剂进行切割、破碎加工处理，筛分获得块状料，将加工过程产生的碎屑收集作为粉状料，分别备用；
2)将步骤1)获得的粉状料作为原料配入烧结工序或球团工序，制得含钛炉料；
3)将步骤1)获得的块状料、步骤2)制得的含钛炉料分别运输到不同矿槽，与常规炉料一起通过高炉装料设备从炉顶加入高炉。
2.根据权利要求1所述的一种高炉处理回收废烟气脱硝催化剂的方法，其特征在于，所述废烟气脱硝催化剂为失活待处置的SCR脱硝催化剂，包括蜂窝式、板式、波纹式脱硝催化剂；所述废烟气脱硝催化剂的TiO2含量≥60wt％；所述块状料粒度范围5～150mm；所述粉状料为粒度范围在5mm以下的加工碎屑。
3.根据权利要求1所述的一种高炉处理回收废烟气脱硝催化剂的方法，其特征在于，所述含钛炉料为含钛烧结矿或含钛球团矿，所述含钛烧结矿TiO2含量范围0.5wt％～1wt％，所述含钛球团矿TiO2含量范围8wt％～15wt％。
4.根据权利要求1所述的一种高炉处理回收废烟气脱硝催化剂的方法，其特征在于，上述步骤3)中所述的常规炉料包括烧结矿、球团矿、块矿、焦炭。
5.根据权利要求1所述的一种高炉处理回收废烟气脱硝催化剂的方法，其特征在于，上述步骤3)中的块状料、含钛炉料各自单独使用或者同时使用，所述块状料单独使用时吨铁使用量不超过18kg/t。
6.根据权利要求1或5所述的一种高炉处理回收废烟气脱硝催化剂的方法，其特征在于，上述步骤3)中，控制块状料、含钛炉料的使用量使高炉TiO2负荷、铁水中Ti含量满足以下要求范围：对无护炉需求高炉控制吨铁TiO2负荷不超过5kg/t，铁水中Ti含量不超过0.07wt％；对有护炉需求高炉控制入炉TiO2负荷在5-12kg/t，铁水中Ti含量在0.07wt％-0.15wt％。
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