催化水解－氧化耦合法净化黄磷尾气中氰化氢新技术基础研究

Hydrogen cyanide(HCN) is a typical unconventional poisonous gas in industrial tail gases. Yellow phosphorus off-gas that contains CO is a high-qualified raw material gas of one carbon chemical industry. But the main impurity cyanide, arsenic, phosphorus, sulfur in off-gas limited its use as one carbon chemical raw material gas. In this project, coupling catalytic hydrolysis and oxidation method was used to purify HCN in yellow phosphorus off-gas, and efficient catalysts would be researched and developed. In order to purify HCN gas coexisted with CO, sulfur, phosphorus and arsenic, highly selective catalytic hydrolysis - oxidation mechanism and the key scientific problems must be researched. The influencing factors, reaction conditions, thermodynamic and kinetic behavior and product precision control method in the catalytic hydrolysis-oxidation process would be systematic studied. At the mean while, the developed catalyst has nice durability, stability and long service life. Stable product N2, CO2 and H2O were obtained after coupling catalytic hydrolysis and oxidation reaction. The project could provide not only new purification technique for yellow phosphorus off-gas purification, but also scientific basis for recycle and comprehensive utilization of yellow phosphorus off-gas. The system theory would lay a foundation for purifying HCN in typical industrial tail gas by coupling catalytic hydrolysis and oxidation.

氰化氢(HCN)是工业尾气中典型的非常规有毒有害气态污染物之一。黄磷尾气富含CO，是优质的一碳化工原料气，但其中的主要杂质氰、砷、磷、硫的存在限制了该气体作为一碳化工原料气的使用。本项目以黄磷尾气为研究对象，针对黄磷尾气中HCN的催化水解-氧化耦合净化进行高效催化剂的开发研究，以解决在不吸附/亲和黄磷尾气中的CO及砷、磷、硫等特殊杂质共存的条件下，高选择性地催化水解-氧化净化HCN的机理和方法的关键科学问题，系统研究催化水解-氧化过程的影响因素、反应条件、热力学动力学行为及产物精确控制方法，同时催化剂具有较好的抗毒性、稳定性及长使用寿命，得到稳定的产物N2、CO2和H2O，消除黄磷尾气环境污染，促进黄磷尾气循环利用。项目的开发将为黄磷尾气提供新的净化技术，研究形成的系统理论将为黄磷尾气污染控制及资源化提供科学依据，为典型工业尾气中HCN催化水解-氧化耦合净化技术的开发奠定基础。

氰化氢(HCN)是工业尾气中典型的非常规有毒有害气态污染物之一。氰化氢(HCN)的存在限制了黄磷尾气中CO气体作为一碳化工原料气的使用。本项目提出了HCN催化水解-氧化耦合净化的方法，以解决在不吸附/亲和黄磷尾气中的CO及砷、磷、硫等特殊杂质共存的条件下，高选择性地催化水解-氧化净化HCN的机理和方法的关键科学问题。分别研究了催化剂的HCN水解、氧化性能，此基础上，将筛选出的HCN水解、氧化催化剂进行功能整合，使整合催化剂兼具HCN水解、氧化活性，制备出催化水解-氧化耦合催化剂，并研究了HCN催化水解-氧化耦合性能及关键控制因素。研究表明，HCN水解催化剂Nb/La-TiOx表现出最佳的水解活性，在250℃下HCN转化效率为97.6％，在300℃时接近100％，La的掺杂增加了酸性位点，并且增强了水的吸附；HCN氧化催化剂Mn/Ti-Al2O3表现出最好的氧化活性，催化剂Mn/Ti-Al2O3在具有较高HCN去除率的同时也保持了相对较高的NOx的产量；对上述催化水解催化剂和催化氧化催化剂进行功能整合后，采用溶胶-凝胶法制备锰含量为15%的MnOx/TiO2-Al2O3催化剂催化水解-氧化耦合脱除HCN显示出最佳的去除能力和N2得率，催化剂在200℃时，对HCN的净化效率≥98%，净化后尾气中HCN浓度低于1mg/m3，水解-氧化耦合反应产物N2的生成率达70%，并通过动力学研究得到MnOx/TiO2-Al2O3催化剂HCN催化氧化反应表观活化能为9.386 kJ/mol。项目的开发为黄磷尾气提供了新的净化技术，研究形成的系统理论可为黄磷尾气污染控制及资源化提供科学依据，为典型工业尾气中HCN催化水解-氧化耦合净化技术的开发奠定了基础。