CN102872704B

CN102872704B - 一种电芬顿净化余hcn的装置及其方法

Info

Publication number: CN102872704B
Application number: CN201210394667.5A
Authority: CN
Inventors: 吴祖成; 廖文
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-10-17
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2032-10-17
Also published as: CN102872704A

Abstract

本发明公开了一种电芬顿净化余HCN的装置及其方法。它包括废气集气罩、压力控制器、电动废气处理装置、HCN回收储罐、气体除雾器、喷淋储液池、控制阀门、在线监控器、阳极液收集池、阴极液罐、含Fe²⁺溶液罐、阴极电芬顿装置、第一阳极板、第一阴极板、第一直流电源、导电介质、气瓶、鼓风机；高浓度含氰废气先经过电动废气处理装置回收大部分HCN，剩余的低浓度HCN气体通入阴极电芬顿装置，阴极电芬顿装置为流化床型，内填充有导电介质，在装置两端加上电压，通入含Fe²⁺溶液，阴极处通入空气，在电的作用下产生自由基，将低浓度HCN氧化成CO₂，实现HCN零排放。该装置可处理碳纤维尾气、丙烯氰废气等各种含氰废气。

Description

一种电芬顿净化余HCN的装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种电芬顿净化余HCN的装置及其方法。

背景技术

HCN 的脱除方法主要为吸收法、吸附法和燃烧法。几种脱除HCN 废气的方法各有特点，每种处理方法的优缺点及其适于处理的对象各有不同。在处理实际生产中所产生的HCN 尾气时，HCN 浓度、尾气所含其他组分与排放方式、现有设备及处理方法的成本等因素都会影响到HCN 脱除方法的选择。在采用吸附法时，某些气体组分会影响活性炭对HCN 的吸附作用。例如当废气中含有较多水蒸气时,水蒸气与HCN 存在竞争吸附现象,使被吸附的HCN 解吸而大大降低了处理效果。当水蒸气体积含量超过50 %时,活性炭就不再吸附HCN。因此当废气中含有影响吸附的组分时,应对其进行必要的预处理。考虑到生产实践中HCN 尾气主要来源于煤的高温裂解与PAN炭纤维的高温炭化处理,采用催化燃烧法具有较大的优势，但对HCN 的催化燃烧研究,目前尚未见到成熟的工业化报道,还主要处于实验室研究阶段。专利CN 201586472 U公开了一种含氰废气处理装置，含氰废气在两次与烧碱溶液混合后被充分吸收，与现有技术中的操作相比，吸收率大大增加，且减少了烧碱消耗量，提高了安全生产水平，但同样面临着消耗大量的化学药剂，且产生二次污染，不能将离子进行回收利用。而且，剩余的低浓度HCN溶液得不到处理。针对此，本发明中采用电芬顿产生氧化性的·OH净化余HCN，将低浓度的HCN转化为CO₂，实现零排放。

发明内容

本发明的目的是克服现技术的不足，提供电芬顿净化余HCN的装置及其方法。

电芬顿净化余HCN的装置包括废气集气罩、压力控制器、电动废气处理装置、HCN回收储罐、气体除雾器、喷淋储液池、控制阀门、在线监控器、阳极液收集池、阴极液罐、含Fe²⁺溶液罐、阴极电芬顿装置、第一阳极板、第一阴极板、第一直流电源、导电介质、气瓶、鼓风机；在阴极电芬顿装置内设有第一阳极板和第一阴极板，第一阴极板和第一阳极板分别接入第一直流电源的正极和负极；废气集气罩中的废气经压力控制器进入电动废气处理装置靠近阴极侧，喷淋储液池经控制阀门、在线监控器及喷淋头进入电动处理废水装置，经电动废气处理装置处理过的HCN气体经压力控制器与HCN回收储罐相连，电动废气处理装置另一出口与其他气体处理装置相连，电动废气处理装置底部分两路，一路经在线监控器与阳极液罐顶部相连，阳极液罐底部经控制阀门与阴极电芬顿装置顶部相连，另一路经电动废气处理装置底部、在线监控器与阴极液罐顶部相连，阴极液罐出水分两路，一路经控制阀门与中和池侧面相连，另一路经控制阀门与阴极电芬顿装置上部相连，含Fe²⁺溶液罐经控制阀门与阴极电芬顿装置上部相连，气瓶经鼓风机、阀门与阴极电芬顿装置底部相连。

所述气瓶为净化后的含氧气体的贮罐或钢瓶，气瓶中贮有纯净的空气、富氧空气或氧气中一种或多种气体的混合。

所述的阴极电芬顿装置为流化床型，阴极电芬顿装置内填充有导电介质，所述的导电介质为活性炭、导电塑料、金属颗粒、石墨颗粒中至少一种。

所述的含Fe²⁺溶液罐内设有溶液，溶液为硫酸亚铁、氯化亚铁或硝酸亚铁。

所述的第一阳极板材料为石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布以及涂敷有PbO₂、RuO₂、IrO₂、TiO₂、MnO₂中至少一种导电金属，第一阴极板材料为活性炭纤维电极、石墨电极、石墨气体扩散电极、活性炭气体扩散电极或多壁纳米碳管电极，电极板形状为网状、孔状或丝栅状。

电芬顿净化余HCN的方法为：电动废气处理装置在20V以上产生直流电，促使阳极室内产生大量H⁺，形成酸性氛围，pH≤1.0，阴极室）产生大量OH^-，形成碱性氛围，pH≥14.0；废气集气罩中的含氰废气在电动废气处理装置中被喷淋液吸收后，氰在阴极室内99%以上转化为CN^-，然后在电作用下迁移，经过阴离子交换膜进入阳极室，并生成纯净的HCN气体，生成的HCN气体进入HCN回收储罐，含氰废气中的HCN经过电动废气处理装置处理，废气中90%的HCN能被HCN回收储罐，作为生产KCN或NaCN或AgCN的原料，剩余低浓度的HCN溶液采用阴极电芬顿装置处理，使HCN转化为CO₂，喷淋储液池内的喷淋液为含NaCl、Na₂SO₄、Na₃PO₄、Na₂HPO₄、NaNO₃中至少一种的含盐水，含盐量为0.01%~10%，进行间歇或连续喷淋吸收HCN，低浓度CN^-溶液采用电芬顿装置（12）将CN^-转化为CO₂的过程为：O₂+2H⁺+2e→H₂O₂；Fe²⁺+H₂O₂→·OH+OH^-+Fe³⁺；HCN+·OH→CO₂；Fe³⁺+e^-→Fe²⁺。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

低浓度CN^-采用电芬顿装置将CN^-转化为CO₂，实现氰零排放。

附图说明

图1是电芬顿净化余HCN的装置结构示意图；

图2是芬顿净化余HCN方法原理图；

图中：废气集气罩1、压力控制器2、电动废气处理装置3、HCN回收储罐4、气体除雾器5、喷淋储液池6、控制阀门7、在线监控器8、阳极液收集池9、阴极液罐10、含Fe²⁺溶液罐11、阴极电芬顿装置12、第一阳极板13、第一阴极板14、第一直流电源15、导电介质16、气瓶17、鼓风机18、离子选择性交换膜19、惰性填充物20、阳极室21、阴极室22、第二阳极板23、第二阴极板24、第二直流电源25。

具体实施方式

如图1所示，电芬顿净化余HCN的装置包括废气集气罩1、压力控制器2、电动废气处理装置3、HCN回收储罐4、气体除雾器5、喷淋储液池6、控制阀门7、在线监控器8、阳极液收集池9、阴极液罐10、含Fe²⁺溶液罐11、阴极电芬顿装置12、第一阳极板13、第一阴极板14、第一直流电源15、导电介质16、气瓶17、鼓风机18；阴极电芬顿装置12本体包括第一阳极板13、第一阴极板14、导电介质16，第一阳极板13与第一直流电源15的正极相连，第一阴极板14与第一直流电源15的负极相连；电动废气处理装置3本体用离子选择性交换膜19分隔成阳极室21、阴极室22，阳极室21和阴极室22内填充有惰性填充物20，阳极室21内设有第二阳极板23，第二阳极板23与第二直流电源25正极相连，阴极室22内设有第二阴极板24，第二阴极板24与第二直流电源25负极相连；废气集气罩1经压力控制器2与电动废气处理装置3相连，喷淋储液池6经控制阀门7、在线监控器8分成两路，一路经控制阀门7与阳极室21顶部相连，另一路经控制阀门7与阴极室22顶部相连，阳极室21顶部经压力控制器2与HCN回收储罐4相连，阴极室22上部与其他气体处理装置5相连，阳极室21底部出口经在线监控器8与阳极液罐9、控制阀门7与阴极电芬顿装置12阳极液入口相连，阴极室22底部出口经阴极液罐10、控制阀门7与阴极电芬顿装置12阴极液入口相连，含Fe²⁺溶液罐11经控制阀门7与阴极电芬顿装置12Fe²⁺溶液入口相连，气瓶17经鼓风机18、阀门7与阴极电芬顿装置12底部气体入口相连。

所述气瓶17为净化后的含氧气体的贮罐或钢瓶，气瓶中贮有纯净的空气、富氧空气或氧气中一种或多种气体的混合。

所述的阴极电芬顿装置12为流化床型，阴极电芬顿装置12内填充有导电介质16，所述的导电介质16为活性炭、导电塑料、金属颗粒、石墨颗粒中至少一种。

所述的含Fe²⁺溶液罐11内设有溶液，溶液为硫酸亚铁、氯化亚铁或硝酸亚铁。

所述的第一阳极板13材料为石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布以及涂敷有PbO₂、RuO₂、IrO₂、TiO₂、MnO₂中至少一种导电金属，第一阴极板14为活性炭纤维电极、石墨电极、石墨气体扩散电极、活性炭气体扩散电极或多壁纳米碳管电极，电极板形状为网状、孔状或丝栅状。

如图2所述，电芬顿净化余HCN的方法是：电动废气处理装置（3）在20V以上产生直流电，促使阳极室21内产生大量H⁺，形成酸性氛围，pH≤1.0，阴极室22产生大量OH^-，形成碱性氛围，pH≥14.0；废气集气罩1中的含氰废气在电动废气处理装置3中被喷淋液吸收后，氰在阴极室22内99%以上转化为CN^-，然后在电作用下迁移，经过阴离子交换膜19进入阳极室21，并生成纯净的HCN气体，生成的HCN气体进入HCN回收储罐4，含氰废气中的HCN经过电动废气处理装置3处理，废气中90%的HCN能被HCN回收储罐4，作为生产KCN或NaCN或AgCN的原料，剩余低浓度的HCN溶液采用阴极电芬顿装置12处理，使HCN转化为CO₂，喷淋储液池6内的喷淋液为含NaCl、Na₂SO₄、Na₃PO₄、Na₂HPO₄、NaNO₃中至少一种的含盐水，含盐量为0.01%~10%，进行间歇或连续喷淋吸收HCN，低浓度CN^-溶液采用电芬顿装置12将CN^-转化为CO₂的过程为：O₂+2H⁺+2e→H₂O₂；Fe²⁺+H₂O₂→·OH+OH^-+Fe³⁺；HCN+·OH→CO₂；Fe³⁺+e^-→Fe²⁺。

实施例1

采用如图1所示的一种电芬顿净化余HCN的装置处理碳纤维含氰废气中的HCN。废气中HCN浓度为90mg/m³，经过电动力迁移回收与净化含氰废气的装置后得到的溶液中含有5m³/t的氢氰酸，这部分溶液通入阴极电芬顿装置，阴极电芬顿装置中阳极为钛镀钌网状电极，阴极为不锈钢网状电极两端接入第一直流电源，电压为9V，同时在阴极处股入空气，并加FeSO₄溶液，浓度为1mmol/L，处理后排放的气体中HCN的含量低于0.05mg/Nm³，远远低于HCN国标最高容许浓度为0.3mg/Nm³。

实施例2

实施例2中采用电芬顿净化余HCN的装置处理电石炉气中的HCN，操作步骤、HCN处理原理与实施例1相同。废气中HCN浓度为2.45g/m³，炉气分两路进入两级电动废气处理装置，经过电动力迁移回收与净化含氰废气的装置后，得到的溶液中含有8.67m³/t的氢氰酸，这部分溶液通入阴极电芬顿装置，阴极电芬顿装置中阳极为钛镀钌网状电极，阴极为不锈钢网状电极两端接入第一直流电源，电压为10V，同时在阴极处股入空气，并加FeSO₄溶液，浓度为1mmol/L，处理后排放的气体中HCN的含量低于0.05mg/Nm³，远远低于HCN国标最高容许浓度为0.3mg/Nm³。

实施例3

实施例3中采用电芬顿净化余HCN的装置处理碳纤维尾气中的HCN，操作步骤、HCN处理原理与实施例1相同。废气中的HCN浓度为3.25g/m³，炉气分两路进入两级电动废气处理装置，经过电动力迁移回收与净化含氰废气的装置后，得到的溶液中含有10.67m³/t的氢氰酸，这部分溶液通入阴极电芬顿装置，阴极电芬顿装置中阳极为钛镀钌网状电极，阴极为不锈钢网状电极两端接入第一直流电源，电压为10V，同时在阴极处股入空气，并加FeSO₄溶液，浓度为1mmol/L，处理后排放的溶液中CN^-含量低于0.02mg/L，远远低于HCN国标最高容许浓度为0.3mg/Nm³。

Claims

1.一种电芬顿净化余HCN的装置，其特征在于包括废气集气罩（1）、压力控制器（2）、电动废气处理装置（3）、HCN回收储罐（4）、气体除雾器（5）、喷淋储液池（6）、控制阀门、在线监控器（8）、阳极液收集池（9）、阴极液罐（10）、含Fe²⁺溶液罐（11）、阴极电芬顿装置（12）、第一直流电源（15）、气瓶（17）、鼓风机（18）和第二直流电源（25）；阴极电芬顿装置（12）本体包括第一阳极板（13）、第一阴极板（14）、导电介质（16），第一阳极板（13）与第一直流电源（15）的正极相连，第一阴极板（14）与第一直流电源（15）的负极相连；电动废气处理装置（3）本体用离子选择性交换膜（19）分隔成阳极室（21）、阴极室（22），阳极室（21）和阴极室（22）内填充有惰性填充物（20），阳极室（21）内设有第二阳极板（23），第二阳极板（23）与第二直流电源（25）正极相连，阴极室（22）内设有第二阴极板（24），第二阴极板（24）与第二直流电源（25）负极相连；废气集气罩（1）经压力控制器（2）与电动废气处理装置（3）相连，喷淋储液池（6）经控制阀门、在线监控器（8）分成两路，一路经控制阀门与阳极室（21）顶部相连，另一路经控制阀门与阴极室（22）顶部相连，阳极室（21）顶部经压力控制器（2）与HCN回收储罐（4）相连，阴极室（22）上部与气体除雾器（5）相连，阳极室（21）底部出口经在线监控器（8）与阳极液收集池（9）、控制阀门与阴极电芬顿装置（12）阳极液入口相连，阴极室（22）底部出口经阴极液罐（10）、控制阀门与阴极电芬顿装置（12）阴极液入口相连，含Fe²⁺溶液罐（11）经控制阀门与阴极电芬顿装置（12）Fe²⁺溶液入口相连，气瓶（17）经鼓风机（18）、控制阀门与阴极电芬顿装置（12）底部气体入口相连。

2.根据权利要求1所述的一种电芬顿净化余HCN的装置，其特征在于所述气瓶（17）为净化后的含氧气体的贮罐或钢瓶，气瓶中贮有纯净的空气、富氧空气或氧气中一种或多种气体的混合。

3.根据权利要求1所述的一种电芬顿净化余HCN的装置，其特征在于所述的阴极电芬顿装置（12）为流化床型，阴极电芬顿装置（12）内填充有导电介质（16），所述的导电介质（16）为活性炭、导电塑料、金属颗粒、石墨颗粒中至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种电芬顿净化余HCN的装置，其特征在于所述的含Fe²⁺溶液罐（11）内设有溶液，溶液为硫酸亚铁、氯化亚铁或硝酸亚铁。

5.根据权利要求1所述的一种电芬顿净化余HCN的装置，其特征在于所述的第一阳极板（13）材料为石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布以及涂敷有PbO₂、RuO₂、IrO₂、TiO₂、MnO₂中至少一种导电金属，阴极为活性炭纤维电极、石墨电极、石墨气体扩散电极、活性炭气体扩散电极或多壁纳米碳管电极，电极板形状为网状、孔状或丝栅状。

6.一种使用如权利要求1所述装置电芬顿净化余HCN的方法，其特征在于电动废气处理装置（3）在20V以上产生直流电，促使阳极室（21）内产生大量H⁺，形成酸性氛围，pH≤1.0，阴极室（22）产生大量OH^-，形成碱性氛围，pH≥14.0；废气集气罩（1）中的含氰废气在电动废气处理装置（3）中被喷淋液吸收后，氰在阴极室（22）内99%以上转化为CN^-，然后在电作用下迁移，经过阴离子交换膜进入阳极室（21），并生成纯净的HCN气体，生成的HCN气体进入HCN回收储罐（4），含氰废气中的HCN经过电动废气处理装置（3）处理，废气中90%的HCN能被HCN回收储罐（4），作为生产KCN或NaCN或AgCN的原料，剩余低浓度的HCN溶液采用阴极电芬顿装置（12）处理，使HCN转化为CO₂，喷淋储液池（6）内的喷淋液为含NaCl、Na₂SO₄、Na₃PO₄、Na₂HPO₄、NaNO₃中至少一种的含盐水，含盐量为0.01%~10%，进行间歇或连续喷淋吸收HCN，低浓度CN^-溶液采用阴极电芬顿装置（12）将CN^-转化为CO₂的过程为：O₂+2H⁺+2e→H₂O₂；Fe²⁺+H₂O₂→·OH+OH^-+Fe³⁺；HCN+·OH→CO₂；Fe³⁺+e^-→Fe²⁺。