一种处理含氰废气的多段式填充床介质阻挡反应器

摘要

本发明提供一种处理含氰废气的多段式填充床介质阻挡反应器，所述反应器主要由三个具有不同功能的反应区域CellⅠ、CellⅡ和CellⅢ组成，污染气体由CellⅠ进入，得到深度水解和氧化后，进入CellⅡ，中间产物CO和NO被继续氧化为CO2和NO2，同时生成的O3被消耗；最后经过CellⅢ，使残留的O3被消耗，NO被全部氧化为NO2后被吸收液吸收。本发明提供的处理含氰废气的多段式填充床介质阻挡反应器，将传统PDBD反应器分成两段，分别加入不同的催化剂作为填料，形成两段式的PDBD反应器，而在放电区域的尾端加入第三种填料，且该区域不参与放电反应过程，实现尾气的达标排放。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种电镀领域中含氰化氢(HCN)废气的等离子处理技术，尤其涉 及一种新型的处理氰废气的多段式介质阻挡反应器。

背景技术

HCN氰化氢(HCN)为剧毒物质，是工业废气中最为典型的“非常规”有毒有害污染 物之一。它的毒性是CO的35倍，其中毒机理主要是氰基(CN^-)在人体内容易与细胞线 粒体内的氧化型细胞色素氧化酶中的Fe³⁺结合，从而阻止Fe³⁺的还原，使细胞组织不 能利用氧而产生细胞内室息性缺氧,由于HCN的强毒性，使得HCN的排放浓度限制越 来越高，因此，对HCN的净化与污染治理势在必行。

传统的治理HCN的方法主要有吸收及液相催化氧化法、吸附法、燃烧法、气固相 催化水解法和气固相催化氧化/催化水解联合脱除法。这些常规的处理技术都存在设备占 地面积广、技术难度高、可能会造成二次污染，投入及运行成本高等缺点。等离子体技 术是近几十年发展起来的一种新型的污染治理技术，该技术的反应空速较高，因此设备 占地面积较小。目前，应用较多的等离子体技术主要包括电晕放电和介质阻挡放电 (Dielectric Barrier Discharge(DBD))两类。相较于电晕放电的尖端点源放电模式，介质阻 挡的面源放电形式更有利于污染物的去除和设备的稳定运行，故目前应用较多的等离子 体技术都属于介质阻挡放电技术。

目前，等离子技术主要在脱臭及脱除挥发性有机污染方面利用较多，还未见关于处 理HCN的报道，且传统的等离子技术的深度氧化能力较弱，并易生成大量二次副产物 如O₃和NO_x等。许多研究人员将催化剂装入放电区域构建了填充床式(packed-bed) 介质阻挡放电(PDBD)反应器，该反应器可以在一定程度上克服DBD反应器的缺点， 使污染物深度氧化的同时减少副产物，尤其是NO_x的生成，但由于传统的填充床介质阻 挡(PDBD)反应器只具有一个放电区段，且填充的填料为同一种催化剂，这就使得放 电空间中的放电能量较平均，氧化能力相同，致使尾气中O₃含量较高，排放量仍然很 大。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的技术问题，提供一种处理含氰废气的多段式填充 床介质阻挡反应器，将传统PDBD反应器分成两段，分别加入不同的催化剂作为填料， 形成两段式的PDBD反应器，而在放电区域的尾端加入第三种填料，且该区域不参与放 电反应过程，实现尾气的达标排放且不易对环境产生二次污染。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种处理含氰废气的多段式填充床介质阻挡反应器，所述反应器主要由三个具有不 同功能的反应区域Cell Ⅰ、Cell Ⅱ和Cell Ⅲ组成，污染气体由Cell Ⅰ进入，得到深度水 解和氧化后，进入Cell Ⅱ，中间产物CO和NO被继续氧化为CO₂和NO₂，同时生成的 O₃被消耗；最后经过Cell Ⅲ，使残留的O₃被消耗，NO被全部氧化为NO₂后被吸收液 吸收。

所述三个具有不同功能的反应区域Cell Ⅰ、Cell Ⅱ和Cell Ⅲ中分别加入不同的催化 剂作为填料，其中Cell Ⅰ和Cell Ⅱ是放电区域，Cell Ⅲ置于放电区域以外，不参与放电 反应过程。

所述反应区域Cell Ⅰ中所使用的催化剂为：TiO₂及贵金属或过渡金属掺杂TiO₂； Cell Ⅱ中所使用的催化剂为：γ-Al₂O₃或MnO₂；Cell Ⅲ中所使用的催化剂为：玻璃珠或 玻璃纤维。

所述三个具有不同功能的反应区域的长度比根据实际需要通过改变各反应区域催 化剂的填充量来调节。

所述反应器的总放电区域长度由外层接地极长度、内部高压电极长度进行调节，从 而调节放电空间的放电体积。

所述反应器的单个区域放电长度通过改变催化剂的填充量来调节，以适应于不同浓 度的污染气体的去除。

反应器中所处理气体适于的湿度范围为0-100％RH。

反应器中所处理气体适于的含氧量范围为0-100％。

所述放电区域之间以带孔聚四氟乙烯板相隔。

所述反应器的供电电源为高压交流电源或高压脉冲电源，电压范围根据具体污染源 在0-30kV范围内可调。

本发明提出的新型的多段式填充床介质阻挡(multiple functional packed-bed  dielectric barrier discharge，MPDBD)反应器降解含氰化氢废气的装置，与传统的PDBD 反应器相比，由于传统的PDBD反应器只具有一个放电区段，且填充的填料为同一种催 化剂，这就使得放电空间中的放电能量较平均，氧化能力相同，致使尾气中O₃含量较 高。本发明将传统PDBD反应器分成两段，分别加入不同的催化剂作为填料，形成两段 式Cell Ⅰ和Cell Ⅱ的PDBD反应器，而在放电区域的尾端加入第三种填料形成Cell Ⅲ， 且该区域不参与放电反应过程。含氰化氢废气首先通过Cell Ⅰ，在该反应区段实现水解 和氧化反应，生成CO、N₂、NO、NO₂以及O₃；而后进入Cell Ⅱ，在该反应区段实现 副产物CO向CO₂的转变，NO向NO₂的转变以及臭氧的分解；最后进入Cell Ⅲ，在 该反应区段主要借助剩余臭氧的氧化能力将NO氧化为NO₂，以便后续的吸收去除。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

a)将普通的单段式填充床介质阻挡反应器分成两个放电区域，相比于单段式的填 充床反应器，Cell Ⅱ的加入可以在有效去除含氢氰酸废气的同时最大程度减少副产物的 生成；

b)Cell Ⅲ可以让放电反应尾气中残留的O₃继续氧化残留的NO成为NO₂，在减少 O₃排放的同时便于后续的吸收液可以完全将其吸收。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特 征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明所提供的多段式介质阻挡反应器结构示意图。

1、进气口，2、Cell Ⅰ-深度氧化区，3、Cell Ⅱ-促进氧化和臭氧转化区，4、Cell Ⅲ-NO 氧化和O₃消耗区，5、出气口。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人 员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于 本发明的保护范围。

如图1所示，本发明所提供的新型治理含氰化氢废气的多段式填充床介质阻挡 (MPDBD)反应器，主要由三段反应区域组成，分别是Cell Ⅰ2，Cell Ⅱ3和CellⅢ4， 总放电区域长度可依靠外电极(接地极)以及内部高压电极长度进行调节，从而调节放 电空间的放电体积，单个区段放电长度通过改变填料的添加量来调节，以适应于不用浓 度的污染气体的去除。污染气体由进气口1进入反应Cell Ⅰ2，然后流经Cell Ⅱ3和Cell  Ⅲ4后由出气口5排出。

外层介质(放电管)采用内径35mm，壁厚1.5mm的石英玻璃管；每段放电区域之 间以带孔聚四氟乙烯板相隔。

外电极(接地极)采用目数为80的铜网，将其包裹在石英管壁上，并与接地线相连 接；内电极(高压电极)采用直径为1.5mm的金属钨棒，将其固定于反应器的中轴线 上，并与高压电源相连接。高压电源为购置电源，电压调节范围为0-30kV，中心频率 为10kHz。

石英管与进气口、出气口及高压电极以聚四氟乙烯塞固定和连接。

Cell Ⅰ2为深度氧化区，该区域中催化剂的氧化和水解能力较强，含氰化氢废气及背 景气体在此区域被氧化和水解为N₂、CO、NO、NO₂和O₃；Cell Ⅱ3为促进氧化和臭氧 转化区，该区域中所使用催化剂的氧化能力比Cell Ⅰ2区催化剂较弱，Cell Ⅰ2区生成的 CO和NO在此区域被进一步氧化为CO₂和NO₂，同时O₃在催化剂表面被分解为活性氧 原子和O₂；CellⅢ4为NO氧化和O₃消耗区，该区域置于放电区外。通过放电区间后残 余的O₃和NO在此反应区相互作用，使NO被氧化为NO₂、O₃被消耗，从而使得排放 尾气中几乎无O₃残留，同时全部NO被转化被NO₂，进而被后续吸收液吸收去除。

所处理气体的含氧量范围为0-100％，根据具体情况，可对含氧量做适当调整。

所处理气体的相对湿度范围为0-100％RH，根据具体情况，可对相对湿度做适当调 整。

实施例1

不同放电长度下，MPDBD反应器处理含氰化氢废气

处理对象为相同浓度的氰化氢废气，浓度为100mg/m³，气量1L/min，相对湿度 40-50％，外加电压12.0kV。

放电稳定6小时候后取样分析，测定氰化氢的进气与出气浓度，生成的二氧化碳的 量，求得转化率与矿化率，结果如下表1：

表1

从以上结果可以看出，不同放电长度对HCN的转化率几乎没有什么影响，均可以 达到100％的转化，但是对矿化率却有着很大的影响，当各反应器放电长度比例为4/4/2 时矿化率达到100％。

实施例2

不同外加电压下，MPDBD反应器处理含氰化氢废气

处理对象为固定浓度的氰化氢废气，浓度为100mg/m³，气量1L/min，相对湿度 40-50％，所用反应器的总放电空间为96cm³。

放电稳定6小时候后取样分析，测定氰化氢的进气与出气浓度，生成的二氧化碳量， 求得转化率与矿化率，结果如下表2：

表2

从以上结果可以看出，不同的外加电压对转化率影响不大，但是对矿化率却有着很 大的影响，低电压不利于氰化氢的完全矿化，当外加电压达到12.0kV时氰化氢的转化 率和矿化率均为100％。

实施例3

本发明多段式填充床介质阻挡放电反应器与传统的单段式填充床介质阻挡放电反 应器处理效果比较

所用两种反应器的总放电空间均为96cm³，气量1L/min，相对湿度40-50％，外加 电压12.0kV，放电稳定6小时候后取样分析，测定氰化氢的进气与出气浓度，生成的 二氧化碳的量，求得转化率与矿化率，对比结果如下表3：

表3

从以上结果可以看出，与传统的单段式填充床介质阻挡反应器相比较，新型的多段 式介质阻挡反应器虽然对氰化氢的矿化率没有特别明显提高，仅为(10％)，但是尾气中 的NO和O₃含量却大大减少，抑制了二次的环境污染。

上述实施例结果说明，本发明新型的多段式介质阻挡放电(MPDBD)反应器在处 理含氰化氢废气中，可以有效地去除废气中的氰化氢使其转化为无毒的CO₂和H₂O，此 外与传统的单段式PDBD反应器相比在去除污染物的同时有效地较少了NO和O₃的生 成。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上 述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改， 这并不影响本发明的实质内容。