氰化氢的净化之燃烧法介绍

我们知道工业生产排放的HCN废气中常含有大量可燃组分,如CO、H2及烃类等,将可燃组分燃烧分解为N2,CO2和H2O,使有害组分去除的同时回收热量。HCN的燃烧反应为:HCN+5/4O2→1/2H2O+1/2N2+CO2

燃烧法可以分为两种:催化燃烧法和直接燃烧法。

直接燃烧法

当某一种浓度的HCN和氧的混合气体在某一点点或所产生的热量可以将周围的混合气体继续引燃来维持燃烧时,HCN尾气就可通过直接燃烧法进行处理。用直接燃烧法处理HCN时需要注意一下几个方面:

  1. HCN在850~900℃时几乎全部分解。温度过高N2会被进一步氧化为NOx,造成光化学烟雾二次污染。
  2. HCN气体的爆炸极限的体积分数为6%~41%,因此进入反应器的HCN尾气浓度的体积分数应在其爆炸下限以下,即<6%,为了将进气浓度严格控制在混合气体的爆炸下限以下,需要对尾气中的可燃组分进行必要处理来b证生产a全。
  3. 若燃烧气中水的体积分数达到3%,温度升zhi600℃以上会有NH3生成,在710℃时NH3浓度达到z大,继续升温其浓度随之减少,当温度达到820℃以上时不再观察到有NH3生成。在此温度范围内,NO的变化规律与NH3相似,温度达到650℃以后NO浓度急剧上升,在730℃达到z大,继而下降,直zhi820℃又随温度升高而逐渐上升。相较于上述两种气体,N2O的生成则几乎w全被抑制,这可能是由于发生了以下反应:HCN+H2O→NH3+CO     2NH3+5/2O2→2NO+3H2O从上式看出,NH3主要被氧化为NO,大大降低了N2O的排放量。冬季输送废气的管道常因废气中夹带的饱和水凝结而被堵塞,增加了燃烧耗能。因此尾气预处理时应考虑脱水,必要时设置尾气加热器。
  4. 当石灰石填在反应器中时会影响生产氮氧化物的选择性。S.Schafter等认为,石灰石在高温下与HCN的反应与混合气体中含水蒸气时类似,生产NH3,NO的释放量增加,但N2O的排放量却大大降低。
  5. CaO+2HCN→CaCN2+CO+H2     CaCN2+H2O+2H2+CO2→CaO+2NH3+2CO

催化燃烧法

原理:催化燃烧的实质是活性氧参与的剧烈氧化作用。催化剂活性组分在一定温度下连续不断地将空气中的氧活化,活性氧与反应物接触时,将自身获得的能量迅速转移给反应物分子而使其活化,使HCN氧化反应的活化能降低。

工艺流程:在HCN催化燃烧工艺中,常用的催化剂有过度金属和贵金属催化剂,其中研究较多的是贵金属及其负载催化剂。当温度低于573K时,化学反应速率主要控制了催化反应的转化率,高于673K时,主要受物质传递速率控制。653K是理想的z佳操作点,在此条件下操作,可大大减少催化剂使用体积,充分利用预热入口气体提高转化率。转化率随温度升高而升高。由于催化剂内孔中的浓度梯度显著的时间要早于环境流体中的浓度梯度,所以内孔扩散在d二反应区中十分重要。催化剂外部的传质过程控制了整个反应的速度,这时与主体扩散的特征相同。在这一反应区中的传质过程是一级过程,因此不受本征动力学影响,显示为一级反应。

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