CN102895853A

CN102895853A - 一种电动力迁移回收与净化含氰废气的装置及其方法

Info

Publication number: CN102895853A
Application number: CN2012103946834A
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: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2032-10-17
Also published as: CN102895853B

Abstract

本发明公开了一种电动力迁移回收与净化含氰废气的装置及其方法。该装置由电动废气处理装置和阴极电芬顿装置组成，其中电动废气处理装置由阳极室和阴极室组成，由离子选择性透过膜隔开，在装置两端加上电压，废气进入阴极室转化为CN^-形式，并在电迁移作用下透过离子交换膜进入阳极室，在阳极室内获得高浓度HCN气体，被HCN回收储罐收集回用。该装置可将各种含氰废气（如碳纤维尾气、丙烯氰废气、电石炉气、焦炉气、黄磷尾气等）中的HCN回收。

Description

一种电动力迁移回收与净化含氰废气的装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种电动力迁移回收与净化含氰废气的装置及其方法。

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。针对此，本发明中采用电动法对氰化氢废气进行处理，将废气中的氰化氢转化为氢氰酸，并在电的作用下进行回收，作为生产KCN、NaCN及AgCN的原料。

发明内容

本发明的目的是克服现技术的不足，提供一种电动力迁移回收与净化含氰废气的装置及其方法。

电动力迁移回收与净化含氰废气的装置包括废气集气罩、压力控制仪、电动废气处理装置、HCN回收储罐、气体除雾处理器、喷淋储液池、控制阀门、在线监控器、喷淋头、阴极液罐、阴极电芬顿装置、阳极液收集池、中和池、离子选择性交换膜、惰性填充物、阳极室、阴极室、第一阳极板、第一阴极板、第一直流电源、第二阳极板、第二阴极板和第二直流电源；电动废气处理装置包括离子选择性交换膜、惰性填充物、阳极室、阴极室、第一阳极板和第一阴极板，电动废气处理装置本体用离子选择性交换膜分隔成阳极室、阴极室，阳极室和阴极室内填充有惰性填充物，阳极室内设有第一阳极板，第一阳极板与第一直流电源正极相连，阴极室内设有第一阴极板，第一阴极板与第一直流电源负极相连，废气集气罩经压力控制仪与电动废气处理装置的阴极室相连，阳极室下部出口经在线监控器、阳极液罐、控制阀门、中和池、喷淋储液池、控制阀门、在线监控器后分成两路，一路经控制阀门与阳极室内的喷淋头相连，另一路经控制阀门与阴极室内的喷淋头相连，阴极室下部出口经在线监控器、阴极液罐、控制阀门、中和池阴极液入口相连，阴极液罐下部出口经控制阀门与阴极电芬顿装置相连，阳极室顶部经压力控制仪与HCN回收储罐相连，阴极室上部出口与其他气体处理装置相连，阴极电芬顿装置包括第二阳极板和第二阴极板，第二阳极板与第二直流电源的正极相连，第二阴极板与第二直流电源的负极相连。

所述的惰性填充物为凸凹沟槽开孔瓷球、活性瓷球、开孔瓷球、微孔瓷球、蓄热瓷球、研磨瓷球、三形多孔瓷质、树脂填料中的一种或多种。

所述的离子选择性交换膜为均相阴离子交换膜或异相阴离子交换膜。

所述的第一阳极板和第二阳极板材料为石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布、导电金属或导电金属氧化物，导电金属或导电金属氧化物涂敷有PbO₂、RuO₂、IrO₂、TiO₂、MnO₂中至少一种，第一阴极板材料为不锈钢电极、石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布、导电金属或导电金属氧化物，导电金属或导电金属氧化物涂敷有PbO₂、RuO₂、IrO₂、TiO₂、MnO₂中至少一种，，第二阴极板为活性炭纤维电极、石墨电极、石墨气体扩散电极、活性炭气体扩散电极、多壁纳米碳管电极，电极板形状为网状、孔状或丝栅状。

电动力迁移回收与净化含氰废气的方法是：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，获得纯度近似99.8%纯度的HCN气体，作为产品回用；喷淋液池内的初始喷淋液为含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电动废气处理装置中的HCN，喷淋头为翅翼的螺旋式喷淋组件，喷淋液沿切线方向分散形成细小的雾点，HCN溶解于这些雾点中形成高效的吸收效率，在电动废气处理装置中产生的阳极液和阴极液被引出，分别进入阳极液罐、阴极液罐，阳极液罐和阴极液罐内的储液进入中和池中和，中和液用于补充喷淋池内的喷淋液；经电动废气处理装置处理后残留的低浓度含CN^-溶液进入电芬顿装置，将CN^-转化为CO₂。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1）能够连续无间断地稳定净化含氰废气，同时回收氰，用于工业应用；

2）中和液可补充喷淋液，形成循环；

3）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是净化含氰废气的装置结构示意图；

图2是净化含氰废气方法原理图；

图3是喷淋头示意图；

图4是两级电动废气处理装置串联图；

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

具体实施方式

如图1及图4所示，电动力迁移回收与净化含氰废气的装置，其特征在于包括废气集气罩1、压力控制仪2、电动废气处理装置3、HCN回收储罐4、气体除雾处理器5、喷淋储液池6、控制阀门7、在线监控器8、喷淋头9、阴极液罐10、阴极电芬顿装置11、阳极液收集池12、中和池13、离子选择性交换膜14、惰性填充物15、阳极室16、阴极室17、第一阳极板18和第二阳极板21、第一阴极板19和第二阴极板22、第一直流电源20和第二直流电源23；电动废气处理装置3包括离子选择性交换膜14、惰性填充物15、阳极室16、阴极室17、第一阳极板18和第一阴极板19，电动废气处理装置3本体用离子选择性交换膜14分隔成阳极室16、阴极室17，阳极室16和阴极室17内填充有惰性填充物15，阳极室17内设有第一阳极板18，第一阳极板18与第一直流电源20正极相连，阴极室17内设有第一阴极板19，第一阴极板19与第一直流电源20负极相连，废气集气罩1经压力控制仪2与电动废气处理装置3的阴极室15相连，阳极室16下部出口经在线监控器8、阳极液罐12、控制阀门7、中和池13、喷淋储液池6、控制阀门7、在线监控器8后分成两路，一路经控制阀门7与阳极室16内的喷淋头9相连，另一路经控制阀门7与阴极室17内的喷淋头9相连，阴极室17下部出口经在线监控器8、阴极液罐10、控制阀门7、中和池13阴极液入口相连，阴极液罐10下部出口经控制阀门7与阴极电芬顿装置11相连，阳极室16顶部经压力控制仪2与HCN回收储罐4相连，阴极室17上部出口与其他气体处理装置5相连，阴极电芬顿装置11包括第二阳极板21和第二阴极板22，第二阳极板21与第二直流电源23的正极相连，第二阴极板22与第二直流电源23的负极相连。

所述的惰性填充物15为凸凹沟槽开孔瓷球、活性瓷球、开孔瓷球、微孔瓷球、蓄热瓷球、研磨瓷球、三形多孔瓷质、树脂填料中的一种或多种。

所述的离子选择性交换膜14为均相阴离子交换膜或异相阴离子交换膜。

所述的第一阳极板18和第二阳极板21材料为石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布、导电金属或导电金属氧化物，导电金属或导电金属氧化物涂敷有PbO₂、RuO₂、IrO₂、TiO₂、MnO₂中至少一种，第一阴极板19材料为不锈钢电极、石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布、导电金属或导电金属氧化物，导电金属或导电金属氧化物涂敷有PbO₂、RuO₂、IrO₂、TiO₂、MnO₂中至少一种，第二阴极板22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、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，电动力迁移回收与净化含氰废气的方法是：电动废气处理装置3在20V以上产生直流电，促使阳极室16内产生大量H⁺，形成酸性氛围，pH≤1.0，阴极室17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17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14进入阳极室16，并生成纯净的HCN气体，生成的HCN气体进入HCN回收储罐4，获得纯度近似99.8%纯度的HCN气体，作为产品回用；喷淋液池6内的初始喷淋液为含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电动废气处理装置3中的HCN，喷淋头9为翅翼的螺旋式喷淋组件，喷淋液沿切线方向分散形成细小的雾点，HCN溶解于这些雾点中形成高效的吸收效率，在电动废气处理装置3中产生的阳极液和阴极液被引出，分别进入阳极液罐12、阴极液罐10，阳极液罐12和阴极液罐10内的储液进入中和池13中和，中和液用于补充喷淋池6内的喷淋液；经电动废气处理装置3处理后残留的低浓度含CN^-溶液进入电芬顿装置11，将CN^-转化为CO₂。

如图3所述，喷淋头9为带翅翼24的螺旋式喷淋组件。

实施例1

采用如图1所示的一种电动力迁移回收与净化含氰废气的装置回收碳纤维含氰废气中的HCN。废气中HCN浓度为30mg/m³，流量为100m³/h，停留时间为10min，经过电动力迁移回收与净化含氰废气的装置后，在HCN回收储罐能获得纯度为98%-99.5%的HCN气体，经阴极电芬顿装置处理后排放的气体中HCN的含量低于0.05mg/Nm³，低于HCN国标最高容许浓度为0.3mg/Nm³。其中，电动废气处理装置的尺寸为3m*4m*10m，阳极为钛镀钌网状电极，阴极为不锈钢网状电极，惰性填充物为活性瓷球。

实施例2

采用两组电动废气处理装置串联回收电石炉气中的HCN，操作步骤、HCN回收原理与实施例1相同。废气中HCN浓度为2.45g/m³，流量为1000m³/h，炉气分两路进入两级电动废气处理装置，停留时间为20min，经过电动力迁移回收与净化含氰废气的装置后，在HCN回收储罐能获得纯度为97%-98.5%的HCN气体，经阴极电芬顿装置处理后排放的气体中HCN的含量低于0.25mg/Nm³，低于HCN国标最高容许浓度为0.3mg/Nm³。其中，每级电动废气处理装置的尺寸为5m*4m*10m，阳极为钛镀钌网状电极，阴极为不锈钢网状电极，惰性填充物为活性瓷球。

实施例3

实施例3中采用两组电动废气处理装置串联回收电石炉气中的HCN，操作步骤、HCN回收原理如图4所示。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，停留时间为20min，经过电动力迁移回收与净化含氰废气的装置后，在第一级的HCN吸收回收HCN后气体中含有24.5mg/m³，再经过第二级吸收，排放的气体中HCN的含量低于0.24mg/Nm³，达到低于HCN国标最高容许浓度为0.3mg/Nm³的要求。

Claims

1. 一种电动力迁移回收与净化含氰废气的装置，其特征在于包括废气集气罩（1）、压力控制仪（2）、电动废气处理装置（3）、HCN回收储罐（4）、气体除雾处理器（5）、喷淋储液池（6）、控制阀门（7）、在线监控器（8）、喷淋头（9）、阴极液罐（10）、阴极电芬顿装置（11）、阳极液罐（12）、中和池（13）、第一直流电源（20）和第二直流电源（23）；电动废气处理装置（3）包括离子选择性交换膜（14）、惰性填充物（15）、阳极室（16）、阴极室（17）、第一阳极板（18）和第一阴极板（19），电动废气处理装置（3）本体用离子选择性交换膜（14）分隔成阳极室（16）、阴极室（17），阳极室（16）和阴极室（17）内填充有惰性填充物（15），阳极室（17）内设有第一阳极板（18），第一阳极板（18）与第一直流电源（20）正极相连，阴极室（17）内设有第一阴极板（19），第一阴极板（19）与第一直流电源（20）负极相连，废气集气罩（1）经压力控制仪（2）与电动废气处理装置（3）的阴极室（15）相连，阳极室（16）下部出口经在线监控器（8）、阳极液罐（12）、控制阀门（7）、中和池（13）、喷淋储液池（6）、控制阀门（7）、在线监控器（8）后分成两路，一路经控制阀门（7）与阳极室（16）内的喷淋头（9）相连，另一路经控制阀门（7）与阴极室（17）内的喷淋头（9）相连，阴极室（17）下部出口经在线监控器（8）、阴极液罐（10）、控制阀门（7）、中和池（13）阴极液入口相连，阴极液罐（10）下部出口经控制阀门（7）与阴极电芬顿装置（11）相连，阳极室（16）顶部经压力控制仪（2）与HCN回收储罐（4）相连，阴极室（17）上部出口与其他气体处理装置（5）相连，阴极电芬顿装置（11）包括第二阳极板（21）和第二阴极板（22），第二阳极板（21）与第二直流电源（23）的正极相连，第二阴极板（22）与第二直流电源（23）的负极相连。

2. 根据权利要求1所述的一种电动力迁移回收与净化含氰废气的装置，其特征在于所述的惰性填充物（15）为凸凹沟槽开孔瓷球、活性瓷球、开孔瓷球、微孔瓷球、蓄热瓷球、研磨瓷球、三形多孔瓷质、树脂填料中的一种或多种。

3. 根据权利要求1所述的一种电动力迁移回收与净化含氰废气的装置，其特征在于所述的离子选择性交换膜（14）为均相阴离子交换膜或异相阴离子交换膜。

4. 根据权利要求1所述的一种电动力迁移回收与净化含氰废气的装置，其特征在于所述的第一阳极板（18）和第二阳极板（21）材料为石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布、导电金属或导电金属氧化物，导电金属或导电金属氧化物涂敷有PbO₂、RuO₂、IrO₂、TiO₂、MnO₂中至少一种，第一阴极板（19）材料为不锈钢电极、石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布、导电金属或导电金属氧化物，导电金属或导电金属氧化物涂敷有PbO₂、RuO₂、IrO₂、TiO₂、MnO₂中至少一种，，第二阴极板（22）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、多壁纳米碳管电极，电极板形状为网状、孔状或丝栅状。

5. 一种使用如权利要求1所述装置电动力迁移回收与净化含氰废气的方法，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（16）内产生大量H⁺，形成酸性氛围，pH≤1.0，阴极室（17）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（17）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（14）进入阳极室（16），并生成纯净的HCN气体，生成的HCN气体进入HCN回收储罐（4），获得纯度近似99.8%纯度的HCN气体，作为产品回用；喷淋液池（6）内的初始喷淋液为含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电动废气处理装置（3）中的HCN，喷淋头（9）为翅翼的螺旋式喷淋组件，喷淋液沿切线方向分散形成细小的雾点，HCN溶解于这些雾点中形成高效的吸收效率，在电动废气处理装置（3）中产生的阳极液和阴极液被引出，分别进入阳极液罐（12）、阴极液罐（10），阳极液罐（12）和阴极液罐（10）内的储液进入中和池（13）中和，中和液用于补充喷淋池（6）内的喷淋液；经电动废气处理装置（3）处理后残留的低浓度含CN^-溶液进入电芬顿装置（11），将CN^-转化为CO₂。