DE102004023784A1

DE102004023784A1 - Chemische Wäsche von Dioxinen aus gasförmigen und/oder flüssigen Phasen mit Ozon

Info

Publication number: DE102004023784A1
Application number: DE200410023784
Authority: DE
Inventors: Matthias Faber
Original assignee: Faber Matthias Dipl-Ing
Current assignee: FABER, MATTHIAS, DIPL.-ING., 65195 WIESBADEN, DE
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2006-03-02

Abstract

Es wird ein rein chemisches, druckloses und technisch einfaches Verfahren zur Entfernung von zwei- bzw. mehrkernigen Dioxinen vorgestellt. Dabei wird der überraschende Effekt ausgenutzt, dass die Vernichtung (Oxydation) der Dioxine damit befördert wird, dass die Zerstörung, d. h. die Entfernung der Dioxine, effizient bei Anwesenheit von Alkohol stattfindet. Benzol und Wasser mischen sich normalerweise nicht. Bei Zugabe von Athylalkohol dagegen bildet sich eine einzige flüssige Phase, welche Dioxine (Benzolbasis) zur Crackung bringt. Das Verfahren kann sowohl in Einzelchargen als auch ingenieurtechnisch im Kreislauf durchgeführt werden.

Description

Unter Dioxin versteht man heute eine Gruppe, bzw. einen Sammelbegriff chlorsubstituierter zwei- oder mehrkerniger Benzolringe. Diese Dioxine entstehen bei Verbrennungen in gasförmiger oder flüssiger Phase. Sie sind gesundheitsschäflich, krebserregend und damit ein grosses Umweltproblem für seine Beseitigung.
Der Angriff auf den Benzolring erfolgt in einer erfindungsgemäß einmaligen gestuften, mehrfachen Oxidation.
Zunächst ist von einem Oxidationsteilschritt mit Hilfe des aus intemediär gebildetem Ozonaktivsuerstoff zu rechnen.
Dieser Crackvorgang setzt mit Hilfe des zweiten Reaktionsteilschrittes unter Beteiligung des katalytisch wirksamen Äthylalkohols in Gegenwart von Alkali dem Benzolring so zu, daß er zerfällt. Für den Transfer von Sauerstoffatomen weitervon Bedeutung ist der Einsatz des Kaliumpermanganates, sodaß sich insgesamt ein e komplizierte Waschlösung bewährt hat.
Die Perchlorsäure dient zur Bildung des Ozon-aktivsauerstoffes. Es wird davon ausgegangen, daß die Gesamtreaktionsrate sowohl erster Ordnung in Perchlorsäure als auch erster Ordnung im Äthylalkohol und den anderen Reaktionskomponenten ist.
Eine Reaktionskinetik mit gebrochenene Koeffizienten scheidet aus.
Der Wert des erfindungsgemäßen Waschverfahrens für die Reaktion mit den sehr schwer abbaubaren Dioxinen besteht darin, daß Zwischenprodukte wiederverwendet werden könnten (z.B. zur Verbrennung) zur Energiegewinnung und, daß es keine Rolle spielt, ab wann das letzte Endprodukt Kohlendioxid, CO₂, entsteht, da die Gesamtreaktion kontinuierlich verläuft.
Mit dem Reaktionsparameter Zeit ist lediglich abzuwarten, ab wann welche Zwischen- oder Endprodukte entstehen sollen. Die erfindungsgemäße chemische Waschlösung führt auf leichte Reaktionssteuerung, was noch in der Erforschung liegt. Infolge eines noch weitgehend unbekannten Detail-reaktionsmechanismus, der aber insgesamt günstig verläuft, besitzt in fluider Phase die Erfindungs-wäschelösung mit mehr als vier Komponenten die Eigenschaft, die Pi-Bindung der Benzolringe der Dioxine kalt zu cracken, und dies auch noch ohne Druckerhöhung – – also eine Reaktion bei Normaldruck und Zimmertemperatur ! Die Reaktion der erfindungsgemäßen Dioxinwäsche verläuft allerdings mit höheren Umsätzen schon bei einer Temperatur von +IO°C.
Aus zwei Flüssigphasen, einer organischen (Dioxinhaltigen) und einer wässrigen (erfindungsgemäßer Elektrolyt) bildet sieh nur eine einzige flüssige Wasser lösliche Phase. Im folgendem wird ein erfindungsgemäßes substantielles Beispiel beschrieben, womit sich der grundsätzliche Oxidationsvorgang erklärt:
(vgl. Blatt I) Folgende Substanzmengen werden nacheinander Zusammengemischt:
Lösung A:

I) 700 mL einer 70% – igen Perchlorsäure
2) 200 mL einer 30% – igen Wasserstoffsuperoxidlösung
3) 50 mL einer Lösung von 20 g Kaliumpermanganat auf 400 mL Wasser

Lösung C:

4) 300 mL Dioxin, z.B. Benzol, in flüssiger Phase

Lösung B:

5) I50 mL einer Inormalen Natriumhydroxidlösung
6) I50 mL Äthylalkohol, 70%-ig (vorsichtige Zugabe)

Die Lösung A wird mit Lösung C (Dioxin) versetzt und es bildet sich eine Phasengrenze anorganisch/organisch aus. Dann wird zu dieser Mischung Lösung B eingeleitet und die erfindungsgemäße chemische Wäsche beginnt.
Diese erfindungsgemäße Waschlösung aus fünf Komponenten wirkt nur in Ihrer Gesamtheit und es darf auf keinen Fall eine einzige Komponente weggelassen werden.
Sollte sich vom Standpunkt der Reaktionskinetik das Dioxin im Überschuß in der Gesamtlösung A + C + B befinden, so tritt eine Verzögerung ein und die Reaktion des Dioxinabaues erfordert einige Stunden, ungünstigsten Falles einige Tage länger als bei stöchiometrischen Verhältnissen, wobei binnen Minuten die Reaktion eintritt und nach ca. zwei bis drei Stunden abgeschlossen ist, je nach Dioxinart und je nach Dioxinmenge.
Die infolge der intensiven Crackung aus den Dioxinen anfallenden Chlorprodukte – dies sind Chloride, etwa aus der Nachreaktion: NaOH + R-Cl = R-OH + NaCl_gelöst – könnten durch eine Fällung mit Pleiacetat aus der Hauptlösung A + C + B entfernt werden, undzwar in einem parallel geschalteten Flüssig-Fest-Filter-Reaktor, was Gegenstand einer neuen, weiteren Patentanmeldung werden kann.
Die apparatemäßige Durchführung der Dioxinbehandlung allein mit der erfindungsgemäßen Waschlösung erfolgt in einer Blasensäule nach bekannter Technologie.
Dabei ist im besonderen auf den Stoffübergang zu achten, wobei sich für den Diffusionsvorgang Gasphase in Lösung ein Stoffübergangskoeffizient von beta = 0.0II cm/sec ergibt.
Dies ist wichtig für die Dimensionierung des Blasensäulenreaktors auf I.80 m Länge und einem Durchmesser von 0.I5 m. Der Reaktor wird nur bis I.50 m gefüllt, was durch eine Seiten gasstromentnahme die dauernde Kontrolle mit Hilfe der Messung der Dioxinkonzentration in der Luft/Gasphase ermöglicht.
Der Verbrauch an Aktivsauerstoff (über Perchlorsäure und Wasserstoffsuperoxid) liegt bei I Kg, undzwar in den Konzentrationen des angegebenen Substanzbeispiels, auf Blatt 2. Dieser Wert gilt für den Abbau von I000 g Dioxin in I0 Stunden und wird in der Blasensäule mit den angegebenen Maßen ausgeführt.
Zur Beseitigung von I Kg Dioxin (I000 g) müssen daher ca. 45 Euro aufgebracht werden, wobei dieser Betrag unterschritten werden kann, je nach Komplexität der Dioxinverbindung.

Claims

Waschlösung zur Beseitigung von Dioxinverunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilkomponente der erfindungsgemäßen Lösung aus 70%(Mass.-%)-iger Perchlorsäure besteht.
Waschlösung zur Beseitigung von Dioxinverunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilkomponente der erfindungsgemäßen Lösung aus 30%-igem Wasserstoffsuperoxid besteht.
Waschlösung zur Beseitigung von Dioxinverunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilkomponente aus dem gelösten Kaliumpermanganat, in geringer Menge katalytisch wirksam, besteht.
Waschlösung zur Beseitigung von Dioxinverunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilkomponente aus Äthylalkohol oder Methanol in der erfindungsgemäßen Lösung besteht.
Waschlösung zur Beseitigung von Dioxinverunreinigungen und -abfällen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilkomponente der erfindungsgemäßen Lösung aus Natronlauge, I bis 5 normal, besteht.
Waschlösung zur Beseitigung von Dioxinverunreinigungen und Dioxinabfällen, dadurch gekennzeichnet, daß alle Teilkomponenten in dem erfindungsgemäßen Lösungsgemisch auf maximal I0°Celsius gehalten werden.