一种电动力迁移回收氰/氧化回收NH₃的装置及其方法

专利名称：一种电动力迁移回收氰/氧化回收NH₃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氰/氧化回收NH3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，但该法同样面临着消耗大量的化学药剂，且产生二次污染，不能回收利用。针对此，本发明中采用电动法对氰化氢废气进行腹肌净化，将废气中的氰化氢转化为氢氰酸，并在催化作用下进行回收转化为NH3,串联吸收塔对NH3气体吸收，转为(NH4) 2S04、NH4NO3、NH4Cl及(NH4) 3P04等化学品，使之将有毒有害的含氰废气转为高附加值的
女口
广叩ο

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氰/氧化回收NH3的装置及其方法。电动力迁移回收氰/氧化回收NH3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、其他气体处理设备、控制阀门、在线监控器、炭流化床、流化床填充物、空气钢瓶、鼓风机、吸收罐、喷淋液池、喷淋设备、阳极液罐、阴极液罐、中和池、阴极电芬顿装置、第一直流电源；电动废气处理装置包括离子选择性交换膜、阳极室、阴极室、惰性填充物、第一阳极板、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器与电动废气处理装置的阴极室相连，阳极室顶部经压力控制器与HCN回收储罐相连，HCN回收储罐顶部经控制阀门、在线监控器与炭流化床底部相连，空气钢瓶经鼓风机与炭流化床相连，流化床出口经控制阀门与吸收罐相连，喷淋液池经控制阀门、在线监控器及喷淋设备分两路，其中，一路与阳极室顶部相连，另一路与阴极室顶部相连，阴极室上部出口与其他气体处理装置相连，阳极室下部经在线监控器、控制阀门与阳极液罐顶部相连，阳极液罐底部经控制阀门与中和池顶部相连，阴极室底部经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顶部相连，另一路经控制阀门与阴极电芬顿装置上部相连，中和池与喷淋液池相连，炭流化床内有填充物，阴极电芬顿装置包括第二阳极板、第二阴极板、第二直流电源，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负极相连。所述的炭流化床内设有填充物，填充物为秸杆木炭或椰壳炭中一种或几种，填充物表层覆盖一层催化剂，催化剂由金属催化剂、金属氧化物催化剂、络合物催化剂、稀土催化剂、分子筛催化剂中的一种或多种，所述金属催化剂中的金属为Cu、Ni、Pt、Fe，金属氧化物催化剂中的氧化物为Zr02、TiO2, WO3> A1203、Fe2O3，络合物催化剂为聚乙烯基硅氧烷-钼络合物、钛螯合物，分子筛催化剂为天然沸石、磷酸铝。所述的HCN吸收装置内设有清水；吸收罐内设有硫酸、硝酸、盐酸或磷酸；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的材料为石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布以及涂敷有Pb02、RuO2, IrO2, TiO2, MnO2中至少一种导电金属或金属氧化物，第一阴极板(24)的材料为不锈钢电极、石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布以及涂敷有Pb02、RuO2, IrO2,TiO2, MnO2中至少一种的导电金属或金属氧化物，第二阴极板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。电动力迁移回收氰/氧化回收NH3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彡I. 0，阴极室产生大量0H_，形成碱性氛围，pH ^ 14. O ;废气集气罩中的含氛废气在电动废气处理装直中被嗔淋液吸收后，氛在阴极室内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，被清水吸收生成氢氰酸,氢氰酸溶液进入炭流化床，在炭流化床中的催化剂的作用下被氧化生成NH3,炭流化床内的填充物上的催化剂能够加快氧化HCN生成NH3,提高处理HCN污染的能力以及回收NH3的效率，反应式为
ZHDSH^OfQ —變-^3^+20 ，生成的NH3进入吸收罐，被吸收罐中的酸吸收，转化
为(NH4) 2S04、NH4Cl或(NH4) 3P304产物；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O. 01°/Γ 0%，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)将废物资源化利用，回收废气中的HCN，作为生产无机铵(硫酸铵、氯化铵、磷酸铵等)的原料；
4)低浓度CN—采用电芬顿装置将CN—转化为CO2,实现氰零排放。


图I是电动力迁移回收氰/氧化回收NH3的装置结构示意 图2是电动力迁移回收氰/氧化回收NH3的方法原理 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、其他气体处理设备5、控制阀门6、在线监控器7、炭流化床8、流化床填充物9、空气钢瓶10、鼓风机11、吸收罐12、喷淋液池13、喷淋设备14、阳极液罐15、阴极液罐16、中和池17、阴极电芬顿装置18、离子选择性交换膜19、惰性填充物20、阳极室21、阴极室22、第一阳极板23、第一阴 极板24、第一直流电源25、第二阳极板26、第二阴极板27、第二直流电源28。
具体实施例方式如图I所示，电动力迁移回收氰/氧化回收NH3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、其他气体处理设备5、控制阀门6、在线监控器7、炭流化床8、流化床填充物9、空气钢瓶10、鼓风机11、吸收罐12、喷淋液池13、喷淋设备14、阳极液罐15、阴极液罐16、中和池17、阴极电芬顿装置18、离子选择性交换膜19、惰性填充物20、阳极室21、阴极室22、第一阳极板23和第二阳极板26、第一阴极板24和第二阴极板27、第一直流电源25和第二直流电源28 ；电动废气处理装置3包括离子选择性交换膜19、阳极室21、阴极室22、惰性填充物20、第一阳极板23、第一阴极板24，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内设有第一阳极板23，第一阳极板23与第一直流电源25正极相连，阴极室22内设有第一阴极板24,第一阴极板24与第一直流电源25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的阴极室22相连，阳极室21顶部经压力控制器2与HCN回收储罐4相连，HCN回收储罐4顶部经控制阀门6、在线监控器7与炭流化床6底部相连，空气钢瓶10经鼓风机11与炭流化床8相连，流化床8出口经控制阀门6与吸收罐12相连，喷淋液池13经控制阀门6、在线监控器7及喷淋设备14分两路，其中，一路与阳极室22顶部相连，另一路与阴极室22顶部相连，阴极室24上部出口与其他气体处理装置5相连，阳极室21下部经在线监控器7、控制阀门6与阳极液罐15顶部相连，阳极液罐15底部经控制阀门6与中和池16顶部相连，阴极室22底部经在线监控器7与阴极液罐16顶部相连,阴极液罐16出水分两路,一路经控制阀门6与中和池15顶部相连,另一路经控制阀门6与阴极电芬顿装置18上部相连，中和池17与喷淋液池13相连，炭流化床8内有填充物9，阴极电芬顿装置18包括第二阳极板26、第二阴极板27、第二直流电源28，第二阳极板26与第二直流电源28的正极相连，第二阴极板27与第二直流电源28负极相连。所述的炭流化床8内设有填充物9，填充物为秸杆木炭或椰壳炭中一种或几种，填充物表层覆盖一层催化剂，催化剂由金属催化剂、金属氧化物催化剂、络合物催化剂、稀土催化剂、分子筛催化剂中的一种或多种，所述金属催化剂中的金属为Cu、Ni、Pt、Fe，金属氧化物催化剂中的氧化物为Zr02、Ti02、W03、Al203、Fe203，络合物催化剂为聚乙烯基硅氧烷-钼络合物、钛螯合物，分子筛催化剂为天然沸石、磷酸铝。所述的HCN吸收装置4内设有清水；吸收罐12内设有硫酸、硝酸、盐酸或磷酸 ’离子选择性交换膜19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23和第二阳极板26的材料为石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布以及涂敷有Pb02、RuO2, IrO2, TiO2, MnO2中至少一种导电金属或金属氧化物，第一阴极板24的材料为不锈钢电极、石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布以及涂敷有Pb02、RuO2, IrO2,Ti02、Mn02中至少一种的导电金属或金属氧化物，第二阴极板27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。所述的惰性填充物20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。
如图2所示，置电动力迁移回收氰/氧化回收NH3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0H_，形成碱性氛围，pH ^ 14. O ;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，被清水吸收生成氢氰酸，氢氰酸溶液进入炭流化床8，在炭流化床8中的催化剂的作用下被氧化生成NH3,炭流化床8内的填充物上的催化剂能够加快氧化HCN生成NH3,提高处理HCN
污染的能力以及回收NH3的效率，反应式为2HCN+2^0fQ________________________12^+20 ，生成的
NH3进入吸收罐12，被吸收罐12中的酸吸收，转化为(NH4)2SCVNH4Cl或(NH4)3P3O4产物；喷淋液池13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O. 01°/Γ10%，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14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15、阴极液罐16，阳极液罐15和阴极液罐16内的储液进入中和池17中和，中和液用于补充喷淋池13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18，将CN_转化为CO2。实施例I
采用如图I所示的一种电动力迁移回收氰/氧化回收NH3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lOmin，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，被HCN回收储罐中的清水吸收生成氢氰酸，氢氰酸在椰壳炭流化床中的金属氧化物催化剂的作用下被氧化为纯净的NH3,吸收罐中有浓度为75% 78%的H2SO4，最后可得到纯度为98. 5%以上的(NH3) 2S04。经阴极电芬顿装置处理后排放的气体中HCN的含量低于O. 05mg/Nm3,远远低于HCN国标最高容许浓度为O. 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实施例2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回收原理与实施例I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氰/氧化回收NH3的装置后，在HCN回收储罐能获得纯度为97%-98. 5%的HCN气体，被HCN回收储罐中的清水吸收生成氢氰酸，氢氰酸在秸杆木炭流化床中的非金属氧化物催化剂的作用下被氧化为纯净的NH3,吸收罐中有浓度为90% 93%的H2SO4，最后可得到纯度为的99. 9%以上的(NH3)2SO415经阴极电芬顿装置处理后排放的气体中HCN的含量低于O. 25mg/Nm3，低于HCN国标最高容许浓度为O. 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回收原理与实施例I相同。废气中HCN浓度为2. 45g/m3，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，HCN纯净气体与HCl吸收液逆向接触，经过电动力迁移回收氰化氢制备NH4Cl的装置后，在产品罐中可获得纯度为97%-98. 5%的NH4Cl产品。
权利要求
1.一种电动力迁移回收氰/氧化回收NH3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)、其他气体处理设备(5)、控制阀门(6)、在线监控器(7)、炭流化床(8)、流化床填充物(9)、空气钢瓶(10)、鼓风机(11)、吸收罐(12)、喷淋液池(13)、喷淋设备(14)、阳极液罐(15)、阴极液罐(16)、中和池(17)、阴极电芬顿装置(18)、第一直流电源(25);电动废气处理装置(3)包括离子选择性交换膜(19)、阳极室(21)、阴极室(22)、惰性填充物(20)、第一阳极板(23)、第一阴极板(24)，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)内设有第一阳极板(23)，第一阳极板(23)与第一直流电源(25)正极相连，阴极室(22)内设有第一阴极板(24)，第一阴极板(24)与第一直流电源(25)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)的阴极室(22)相连，阳极室(21)顶部经压力控制器(2)与HCN回收储罐(4)相连，HCN回收储罐(4)顶部经控制阀门(6)、在线监控器(7)与炭流化床(6)底部相连，空气钢瓶(10)经鼓风机(11)与炭流化床(8 )相连，流化床(8 )出口经控制阀门(6 )与吸收罐(12 )相连，喷淋液池(13)经控制阀门(6)、在线监控器(7)及喷淋设备(14)分两路，其中，一路与阳极室(22)顶部相连，另一路与阴极室(22)顶部相连，阴极室24上部出口与其他气体处理装置(5)相连，阳极室(21)下部经在线监控器(7)、控制阀门(6)与阳极液罐(15)顶部相连，阳极液罐(15)底部经控制阀门(6)与中和池(16)顶部相连，阴极室(22)底部经在线监控器(7)与阴极液罐(16)顶部相连，阴极液罐(16)出水分两路，一路经控制阀门(6)与中和池(15)顶部相连，另一路经控制阀门(6)与阴极电芬顿装置(18)上部相连，中和池(17)与喷淋液池(13)相连，炭流化床(8)内有填充物(9)，阴极电芬顿装置(18)包括第二阳极板(26)、第二阴极板(27)、第二直流电源(28)，第二阳极板(26)与第二直流电源(28)的正极相连，第二阴极板(27)与第二直流电源(28)负极相连。
2.根据权利要求I所述的一种电动力迁移回收氰/氧化回收NH3的装置，其特征在于所述的炭流化床(8 )内设有填充物(9 )，填充物为秸杆木炭或椰壳炭中一种或几种，填充物表层覆盖一层催化剂，催化剂由金属催化剂、金属氧化物催化剂、络合物催化剂、稀土催化齐U、分子筛催化剂中的一种或多种，所述金属催化剂中的金属为Cu、Ni、Pt、Fe，金属氧化物催化剂中的氧化物为Zr02、TiO2, WO3> A1203、Fe2O3，络合物催化剂为聚乙烯基硅氧烷-钼络合物、钛螯合物，分子筛催化剂为天然沸石、磷酸铝。
3.根据权利要求I所述的一种电动力迁移回收氰/氧化回收NH3的装置，其特征在于所述的HCN吸收装置(4)内设有清水；吸收罐(12)内设有硫酸、硝酸、盐酸或磷酸；离子选择性交换膜(19)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I所述的一种电动力迁移回收氰/氧化回收NH3的装置，其特征在于所述的第一阳极板(23)和第二阳极板(26)的材料为石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布以及涂敷有Pb02、RuO2, IrO2, TiO2, MnO2中至少一种导电金属或金属氧化物，第一阴极板(24)的材料为不锈钢电极、石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布以及涂敷有Pb02、Ru02、Ir02、TiO2, MnO2中至少一种的导电金属或金属氧化物，第二阴极板(27)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。
5.根据权利要求I所述的一种电动力迁移回收氰/氧化回收NH3的装置，其特征在于所述的惰性填充物(20)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。
6.一种使用如权利要求I所述装置的电动力迁移回收氰/氧化回收NH3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彡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(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(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)，被清水吸收生成氢氰酸，氢氰酸溶液进入炭流化床(8)，在炭流化床(8)中的催化剂的作用下被氧化生成NH3，炭流化床(8)内的填充物上的催化剂能够加快氧化HCN生成NH3，提高处理HCN污染的能力以及回收NH3的效率，反应式为IHDSHS^Ofq删^^+20 ，生成的NH3进入吸收罐(12)，被吸收罐(12)中的酸吸收，转化为(NH4)2S04、NH4C1或(NH4)3P3O4产物；喷淋液池(13)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O. 01°/Γ 0%，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(14)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(15)、阴极液罐(16)，阳极液罐15和阴极液罐16内的储液进入中和池(17)中和，中和液用于补充喷淋池(13)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(18 )，将CN_转化为CO2。
全文摘要
本发明公开了一种电动力迁移回收氰/氧化回收NH3的装置及其方法。装置由电动废气处理装置、阴极电芬顿装置、炭流化床组成，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回收储罐中的清水吸收生成氢氰酸，氢氰酸在炭流化床中的催化剂的作用下被氧化为NH3，NH3被吸收罐中的酸吸收回用。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，并合成NH3产品。
文档编号B01D53/18GK102872690SQ20121039467
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, 廖文 申请人:浙江大学