专利名称：一种液相法电芬顿氧化hcn的装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种液相法电芬顿氧化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，本发明中采用液相法电芬顿氧化HCN制(NH4)2CO3净化含氰废气，在电的作用下产生自由基，将对HCN转化为NH3和CO2进行回收利用，实现HCN零排放和回收(NH4) 2C03。
发明内容
本发明的目的是克服现技术的不足，提供一种液相法电芬顿氧化HCN的装置及其方法。液相法电芬顿氧化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、气瓶、鼓风机、(NH4)2CO3回收储罐、其他废气处理装置、中和池；电动废气处理装置包括喷淋头、离子交换膜、阴极室、阳极室、惰性填充物、第一阴极板、第一阳极板、第一直流电源，电动废气处理装置本体用离子选择性交换膜分隔成阴极室、阳极室，阴极室和阳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；在阴极电芬顿装置内填有导电介质，阴极电芬顿装置设有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；废气集气罩经压力控制器与电动废气处理装置阴极室相连；废气处理装置阳极室顶部经压力控制器、HCN回收储罐、控制阀门与阴极电芬顿装置的HCN溶液入口相连；电动废气处理装置阴极室顶部经压力控制器与其他气体处理装置相连；电动废气处理装置阳极室底部经在线监控器、阳极液罐、控制阀门与阴极电芬顿装置的阳极液入口相连，电动废气处理装置阴极室底部经在线监控器、阴极液罐、控制阀门与阴极电芬顿装置的阴极液入口相连；阴极液罐经控制阀门、中和池、控制阀门与喷淋储液池相连；喷淋储液池经控制阀门、在线监控器后分成两路，一路经控制阀门、喷淋头与电动处理废气装置阴极室，另一路一路经控制阀门、喷淋头与电动处理废气装置阳极室；含Fe2+溶液罐经控制阀门与阴极电芬顿装置的Fe2+溶液入口相连；气瓶经鼓风机与阴极电芬顿装置底部入口相连，(NH4)2CO3回收储罐经控制阀门与阴极电芬顿装置底部出口相连。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。所述的第一阳极板和第二阳极板的材料为石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布以及导电金属或金属氧化物，导电金属或金属氧化物上涂敷有Pb02、RuO2> IrO2> Ti02> MnO2中至少一种；第一阴极板的材料为不锈钢电极、石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布以及导电金属或金属氧化物，导电金属或金属氧化物上涂敷有Pb02、RuO2, IrO2, TiO2, MnO2中的至少一种；第二阴极板15的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、多壁纳米碳管电极；电极板的形状为网状、孔状或丝栅状。所述的含Fe2+溶液罐中的溶液可为硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁。所述的HCN吸收装置内设有清水；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。所述装置的液相电芬顿氧化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，阴极室产生大量0H_，形成碱性氛围；废气集气罩中的含氰废气在电动废气处理装置3中被喷淋液吸收后，氰在阴极室内PH大于13强碱性条件下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，并在PH小于2的强酸性氛围下生成纯净的HCN气体，生成的HCN气体进入HCN回收储罐被清水吸收生成氢氰酸溶液，氢氰酸溶液进入阴极电芬顿氧化装置，采用阴极电芬顿装置氧化成 NH3 和 CO2,实现(NH4)2CO3 回收，过程为02+2H++2e — H2O2 ；Fe2++H202 — · 0H+0H>Fe3+ ；HCN+ ·0Η — NH3+C02 ;Fe3++e_ — Fe2+，氧化生成的NH3和CO2转化为(NH4) 2C03产物，最后进入(NH4)2CO3回收储罐进行回收处理；所述的喷淋储液池内的喷淋液为含NaCl、Na2S04、Na3P04、Na2HPO4, NaNO3中至少一种的含盐水，含盐量为O. 01%_10%，可进行间歇和连续喷淋吸收HCN;经过电动废气处理装置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，阳极液罐由控制阀门控制通入阴极电芬顿氧化装置进行电芬顿氧化反应，阴极液罐内的储液，一部分进入中和池中和，中和液用于补充喷淋池内的喷淋液，另一部分由控制阀门控制通入阴极电芬顿氧化装置进行电芬顿氧化反应；Fe2+溶液罐中的溶液在控制阀门的控制下通入电芬顿氧化装置；所述的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。所述的导电金属或金属氧化物涂敷有Pb02、RuO2> IrO2> TiO2> MnO2中至少一种的导电金属的制备方法为，将Pb02、RuO2, IrO2, TiO2, MnO2中至少一种涂覆在导电金属上，在200-300°C左右温度下烧结6 h。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NH3和CO2,实现HCN零排放和回收(NH4) 2C03。
图I是电芬顿净化余HCN的装置结构示意 图2是芬顿净化余HCN方法原理 图中废气集气罩I、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10、阴极液罐11、含Fe2+溶液罐12、阴极电芬顿装置13、气瓶18、鼓风机19、(NH4)2CO3回收储罐20 、其他废气处理装置21、中和池22、离子选择性交换膜23、阴极室24、阳极室25、惰性填充物26，阳极室内设有第一阳极板28、第一直流电源29。
具体实施例方式如图I所示，液相法电芬顿氧化HCN的装置包括废气集气罩I、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10、阴极液罐11、含Fe2+溶液罐12、阴极电芬顿装置13、气瓶18、鼓风机19、(NH4)2CO3回收储罐20、其他废气处理装置21、中和池22 ;电动废气处理装置3包括喷淋头9、离子交换膜23、阴极室24、阳极室25、惰性填充物26、第一阴极板27、第一阳极板28、第一直流电源29，电动废气处理装置3本体用离子选择性交换膜23分隔成阴极室24、阳极室25，阴极室24和阳极室25内填充有惰性填充物26，阳极室内设有第一阳极板28，第一阳极板28与第一直流电源29正极相连，阴极室内设有第一阴极板27,第一阴极板27与第一直流电源29负极相连；在阴极电芬顿装置13内填有导电介质17，阴极电芬顿装置13设有第二阳极板14和第二阴极板15，第二阳极板14与第二直流电源16的正极相连，第二阴极板15与第二直流电源16的负极相连；废气集气罩I经压力控制器2与电动废气处理装置3阴极室相连；废气处理装置3阳极室顶部经压力控制器2、HCN回收储罐4、控制阀门7与阴极电芬顿装置13的HCN溶液入口相连；电动废气处理装置3阴极室顶部经压力控制器2与其他气体处理装置21相连；电动废气处理装置3阳极室底部经在线监控器8、阳极液罐10、控制阀门7与阴极电芬顿装置13的阳极液入口相连，电动废气处理装置3阴极室底部经在线监控器8、阴极液罐11、控制阀门7与阴极电芬顿装置13的阴极液入口相连；阴极液罐11经控制阀门7、中和池22、控制阀门7与喷淋储液池6相连；喷淋储液池6经控制阀门7、在线监控器8后分成两路，一路经控制阀门7、喷淋头9与电动处理废气装置3阴极室24，另一路一路经控制阀门7、喷淋头9与电动处理废气装置3阳极室25 ;含Fe2+溶液罐12经控制阀门7与阴极电芬顿装置13的Fe2+溶液入口相连；气瓶18经鼓风机19与阴极电芬顿装置13底部入口相连，(NH4)2CO3回收储罐20经控制阀门7与阴极电芬顿装置13底部出口相连。入口 I为HCN溶液入口，入口 2为阳极液入口，入口 3为阴极液入口，入口 4为Fe2+溶液入口。惰性填充物26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。第一阳极板28和第二阳极板14的材料为石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布以及导电金属或金属氧化物，导电金属或金属氧化物上涂敷有Pb02、RuO2> IrO2> Ti02、MnO2中至少一种；第一阴极板27的材料为不锈钢电极、石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布以及导电金属或金属氧化物，导电金属或金属氧化物上涂敷有Pb02、RuO2, IrO2, TiO2, MnO2中的至少一种；第二阴极板15的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、多壁纳米碳管电极；电极板的形状为网状、孔状或丝栅状。含Fe2+溶液罐12中的溶液可为硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁。HCN吸收装置4内设有清水；离子选择性交换膜23为均相阴离子交换膜或异相阴离子交换膜。液相电芬顿氧化HCN的方法为电动废气处理装置3在20V以上产生直流电，促使阳极室24内产生大量H+，形成酸性氛围，阴极室25产生大量0H_，形成碱性氛围；废气集气罩I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25内PH大于13强碱性条件下99%以上转化为CN_，然后在电作用下迁移，经过阴离子交换膜26进入阳极室24，并在PH小于2的强酸性氛围下生成纯净的HCN气体，生成的HCN气体进入HCN回收储罐4被清水吸收生成氢氰酸溶液，氢氰酸溶液进入阴极电芬顿氧化装置13，采用阴极电芬顿装置氧化成NH3和CO2,实现(NH4)2CO3回收，过程为02+2H++2e — H2O2 ； Fe2++H202 — · 0H+0r+Fe3+ ；HCN+ · OH — NH3+C02 ；Fe3++e_ — Fe2+，氧化生成的 NH3 和 CO2 转化为(NH4)2CO3产物，最后进入(NH4)2CO3回收储罐20进行回收处理；所述的喷淋储液池6内的喷淋液为含NaCl、Na2S04、Na3P04、Na2HP04、NaNO3中至少一种的含盐水，含盐量为O. 01%_10%，可进行间歇和连续喷淋吸收HCN;经过电动废气处理装置3产生的阳极液和阴极液被引出，分别进入阳极液罐10、阴极液罐11，阳极液罐10由控制阀门7控制通入阴极电芬顿氧化装置13进行电芬顿氧化反应，阴极液罐11内的储液，一部分进入中和池22中和，中和液用于补充喷淋池6内的喷淋液，另一部分由控制阀门7控制通入阴极电芬顿氧化装置13进行电芬顿氧化反应；Fe2+溶液罐12中的溶液在控制阀门7的控制下通入电芬顿氧化装置；所述的喷淋头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。将PbO2、RuO2UrO2、TiO2、Μη02中至少一种涂覆在导电金属上，在200-300°C左右温度下烧结6 h制备导电金属或金属氧化物。实施例I
采用如图I所示的一种液相法电芬顿氧化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，CN—在电芬顿氧化装置中氧化为(NH4)2CO3回收经过重结晶可获得为96. 6%-98. 7%的产品。实施例2
实施例2中采用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、原理与实施例I相同。废气中HCN浓度为2. 45g/m3，经过电动力迁移回收与净化含氰废气装置后，CPf在电芬顿氧化装置中氧化为(NH4)2CO3回收经过重结晶可获得为97%-98. 5%的产品O
权利要求
1.一种液相法电芬顿氧化HCN的装置，其特征在于包括废气集气罩(I)、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(10)、阴极液罐(11)、含Fe2+溶液罐(12)、阴极电芬顿装置(13)、气瓶(18)、鼓风机(19)、(NH4)2CO3回收储罐(20)、其他废气处理装置(21 )、中和池(22);电动废气处理装置(3)包括喷淋头(9)、离子交换膜(23)、阴极室(24)、阳极室(25)、惰性填充物(26)、第一阴极板(27)、第一阳极板(28)、第一直流电源(29)，电动废气处理装置(3)本体用离子选择性交换膜(23)分隔成阴极室(24)、阳极室(25)，阴极室(24)和阳极室(25)内填充有惰性填充物(26)，阳极室内设有第一阳极板(28)，第一阳极板(28)与第一直流电源(29)正极相连,阴极室内设有第一阴极板(27),第一阴极板(27)与第一直流电源(29)负极相连；在阴极电芬顿装置(13)内填有导电介质(17)，阴极电芬顿装置(13)设有第二阳极板(14)和第二阴极板(15)，第二阳极板(14)与第二直流电源(16)的正极相连，第二阴极板(15)与第二直流电源(16)的负极相连；废气集气罩(I)经压力控制器(2)与电动废气处理装置(3)阴极室相连；喷淋储液池(6)经控制阀门(7)、在线监控器(8)后分成两路，一路经控制阀门(7 )、喷淋头(9 )与电动处理废气装置(3 )阴极室(24 )相连，另一路一路经控制阀门(7 )、喷淋头(9 )与电动处理废气装置(3 )阳极室(25 )相连；废气处理装置(3)阳极室顶部经压力控制器(2)、HCN回收储罐(4)、控制阀门(7)与阴极电芬顿装置(13)HCN溶液入口相连；电动废气处理装置(3 )阴极室顶部经压力控制器(2 )与其他气体处理装置(21)相连；电动废气处理装置(3)阳极室底部经在线监控器(8)、阳极液罐(10)、控制阀门(7)与阴极电芬顿装置(13)阳极液入口相连，电动废气处理装置(3)阴极室底部经在线监控器(8)、阴极液罐(11)、控制阀门(7)与阴极电芬顿装置(13)阴极液入口相连；阴极液罐(11)经控制阀门(7 )、中和池(22 )、控制阀门(7 )与相连；含Fe2+溶液罐(12 )经控制阀门(7)与阴极电芬顿装置(13) Fe2+溶液入口相连；气瓶(18)经鼓风机(19)与阴极电芬顿装置(13 )底部入口相连，(NH4) 2C03回收储罐(20 )经控制阀门(7 )与阴极电芬顿装置(13 )底部出口相连。
2.根据权利要求I所述的一种液相法电芬顿氧化HCN的装置，其特征在于所述的惰性填充物(26)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I所述的一种液相法电芬顿氧化HCN的装置，其特征在于所述的第一阳极板(28)和第二阳极板(14)的材料为石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布、导电金属或金属氧化物，导电金属或金属氧化物上涂敷有Pb02、Ru02、Ir02、Ti02、Mn02中至少一种；第一阴极板(27)的材料为不锈钢电极、石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布、导电金属或金属氧化物，导电金属或金属氧化物上涂敷有Pb02、Ru02、Ir02、Ti02、Mn02中的至少一种；第二阴极板(15)的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、多壁纳米碳管电极；电极板的形状为网状、孔状或丝栅状。
4.根据权利要求I所述的一种液相法电芬顿氧化HCN的装置，其特征在于所述的含Fe2+溶液罐(12)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I所述的一种液相法电芬顿氧化HCN的装置，其特征在于所述的HCN吸收装置(4)内设有清水；离子选择性交换膜(23)为均相阴离子交换膜或异相阴离子交换膜。
6.一种使用如权利要求I所述装置的液相电芬顿氧化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(25)内产生大量H+，形成酸性氛围，阴极室(24)产生大量0H_，形成碱性氛围；废气集气罩(I)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(24)内PH大于13强碱性条件下99%以上转化为CN_，然后在电作用下迁移，经过阴离子交换膜(26)进入阳极室(25)，并在PH小于2的强酸性氛围下生成纯净的HCN气体，生成的HCN气体进入HCN回收储罐(4)被清水吸收生成氢氰酸溶液，氢氰酸溶液进入阴极电芬顿氧化装置(13)，采用阴极电芬顿装置氧化成NH3和CO2，实现(NH4)2CO3 回收，过程为02+2H++2e — H2O2 ；Fe2++H202 — · ΟΗ+ΟΓ+Fe3+ ；HCN+ · OH — NH3+C02 ；Fe3++e_ — Fe2+，氧化生成的NH3和CO2转化为(NH4)2CO3产物，最后进入(NH4)2CO3回收储罐(20)进行回收处理；所述的喷淋储液池(6)内的喷淋液为含NaCl、Na2S04、Na3PO4, Na2HPO4,NaNO3中至少一种的含盐水，含盐量为O. 01%-10%，可进行间歇和连续喷淋吸收HCN ;经过电动废气处理装置(3)产生的阳极液和阴极液被引出，分别进入阳极液罐(10)、阴极液罐(11)，阳极液罐(10)由控制阀门(7)控制通入阴极电芬顿氧化装置(13)进行电芬顿氧化反应，阴极液罐(11)内的储液,一部分进入中和池(22)中和，中和液用于补充喷淋池(6)内的喷淋液，另一部分由控制阀门(7)控制通入阴极电芬顿氧化装置(13)进行电芬顿氧化反应；Fe2+溶液罐(12)中的溶液在控制阀门(7)的控制下通入电芬顿氧化装置；所述的喷淋头(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。
全文摘要
本发明公开了一种液相法电芬顿氧化HCN的装置及其方法。它包括电动废气处理装置、HCN回收储罐、气体除雾器、喷淋储液池、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、(NH4)2CO3回收储罐、其他废气处理装置、中和池等；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NH3和CO2，实现HCN零排放和回收(NH4)2CO3。该装置可处理电石炉气、焦炉气等含氰废气中低浓度的HCN。
文档编号B01D53/54GK102872705SQ20121039469
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月17日 优先权日2012年10月17日
发明者吴祖成, 张群芳, 廖文 申请人:浙江大学