干熄焦循环气中一氧化碳为何需要高效脱除？

一、干熄焦工艺中CO的来源与累积

干熄焦工艺采用氮气为主的循环气体冷却红焦并回收显热。在系统运行过程中，循环气体中的一氧化碳（CO）浓度会不断累积，主要生成路径包括：

• 碳溶反应：CO₂与高温焦炭（>730℃）反应生成CO：CO₂ + C → 2CO。
• 水煤气反应：水蒸气与焦炭反应：C + H₂O → CO + H₂。
• 挥发分裂解：焦炭残余挥发分高温裂解生成CO和H₂。
• 空气泄漏：少量氧气与焦炭反应后经碳溶转化为CO。

上述反应持续发生，正常工况下干熄焦循环气中CO体积分数通常维持在4%–6%，行业将6%视为警戒上限，超过该值爆炸风险显著升高。

二、必须高效脱除CO的四个核心动因

2.1 法规强制约束

近年来焦化行业排放管控持续加严。《炼焦化学工业大气污染物排放标准》（GB 16171.1-2024）已于2025年4月1日实施，河北、山西等省份已出台地方性CO排放限值（1500–2000 mg/m³）。《环境保护税法》将CO纳入应税大气污染物，排放即需缴税。辽宁省等省份要求到2028年底前80%焦化产能完成超低排放改造，CO被纳入考核范围。简单放散将面临日益高昂的合规成本。

2.2 安全风险控制

干熄焦循环气体中可燃组分主要为CO和H₂。当CO浓度超过6%或H₂超过3%时，与空气混合后极易爆炸。系统内存在红焦、静电、机械火花等点火源，一旦浓度失控可能引发严重事故。高效脱除CO可主动消纳可燃组分，降低爆炸风险。

2.3 焦炭烧损与经济影响

CO治理不当会加剧焦炭烧损。主要损失来自碳溶反应（CO₂ + C → 2CO）和水煤气反应（C + H₂O → CO + H₂）。未实施CO治理的系统，焦炭烧损率通常在0.5%–1.2%之间。以年产100万吨焦炭的焦化厂计算，年烧损量达5000–12000吨，直接经济损失数百万元。高效脱除CO可通过控制循环气中CO₂分压，抑制碳溶反应向生成CO的方向移动，减少焦炭无效烧损。

2.4 环境污染与能源浪费

CO直接排放对人体健康有害——与血红蛋白结合能力为氧气的约250倍，低浓度长期暴露可损害神经系统。同时造成能源浪费：CO燃烧热约10.1 MJ/kg。一座年产100万吨焦炭的焦化厂，年放散CO所含热能约相当于5000吨标准煤。这部分能量若直接排空，既污染环境又浪费资源。

三、高效脱除CO的技术路径与效果

3.1 技术原理简述

主流技术路线为催化氧化：在催化剂作用下，CO与残余氧气反应生成CO₂，反应放热（ΔH = -283 kJ/mol CO）。适用于干熄焦循环气的催化剂需具备抗硫、抗水、长寿命、低阻力等特性，其中铜锰复合氧化物（霍加拉特剂型）因成本低、活性好而广泛应用。

3.2 工业应用数据

案例一（北方某焦化厂）：两套140 t/h干熄焦装置，年焦炭产量110万吨。循环气流量18万 Nm³/h，CO浓度4.2%–5.8%。采用铜锰复合氧化物蜂窝催化剂，反应温度200–250℃。运行数据：CO入口平均5.1%，出口<0.15%（约1500 mg/m³），脱除效率97%，压降<800 Pa。年运行8000小时，催化剂活性下降不足5%。反应放热使烟气升温约80℃，余热回收产生0.6 MPa蒸汽约8 t/h。CO年排放量由2.1万吨降至不足600吨，环保税减少约90%；焦炭烧损率由0.8%降至0.35%，年节约焦炭约5000吨。

案例二（华东某独立焦化厂）：125 t/h干熄焦装置，原无CO治理设施。改造后采用整体式涂覆型非贵金属催化剂，空速5000 h⁻¹，运行温度180–250℃，CO脱除效率94%–96%，排放口CO平均1200 mg/m³。放散频率由每天6–8次降至每周1次，补充氮气减少约40%，年回收余热折算蒸汽约5.5万吨。投资回收期约1.8年。

3.3 余热回收协同效益

以CO浓度5%、处理气量15万 Nm³/h计，每小时CO氧化放热约94.8 GJ，可产生约30吨0.7 MPa饱和蒸汽。回收这部分热量可显著降低治理装置运行成本，使整体方案具备正向经济效益。

四、结论

干熄焦循环气中CO高效脱除，由法规、安全、经济、环境四个刚性因素共同驱动。法规层面，CO已纳入环保税征收范围，多地出台排放限值，简单放散合规成本持续攀升。安全层面，CO与H₂共存构成爆炸性气氛，主动催化氧化比被动放散更有利于系统安全。经济层面，减少焦炭烧损每万吨可节约数十万元，回收余热产生蒸汽进一步改善经济性。环境层面，CO直接排放造成大气污染，催化氧化转化为CO₂是更环保的处置方式。

从技术成熟度看，非贵金属（铜锰系）催化氧化配合余热回收的集成方案已连续稳定运行超过两年，CO脱除效率稳定在95%以上，催化剂寿命3–5年，投资回收期1.5–2.5年（取决于蒸汽价格及环保税标准）。排放标准已于2025年全面执行，催化材料与工艺集成技术已趋于成熟，当前是焦化企业评估和引入CO治理技术的关键窗口期。将CO从“需花钱处理的废气”转变为“能产生蒸汽收益的资源”，正在成为行业技术升级的重要方向。

author：Gloria
date:2026-06-08