DE102008006246B4 - Process and apparatus for the continuous production of mercury sulphide for subsequent disposal - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Quecksilbersulfid zur anschließenden Entsorgung, wobei sich das Quecksilbersulfid während eines Reaktionsvorgangs in einem Reaktor (2) aus einer Reaktion von elementarem Quecksilber mit einem elementaren Schwefel und/oder eine Schwefelverbindung enthaltenden Zugabematerial ergibt, dadurch gekennzeichnet, wobei der Reaktor (2) kontinuierlich mit dem Quecksilber und dem Zugabematerial beschickt wird, wobei das Quecksilber und das Zugabematerial im Reaktor (2) erwärmt und in einen gasförmigen Zustand überführt werden und wobei die Reaktion zwischen dem Quecksilber und dem Zugabematerial in der Gasphase erfolgt.A process for the continuous production of mercury sulphide for subsequent disposal, the mercury sulphide resulting during a reaction in a reactor (2) from a reaction of elemental mercury with an elemental sulfur and / or sulfur compound-containing addition material, characterized in that the reactor (2 ) is continuously charged with the mercury and the addition material, wherein the mercury and the addition material in the reactor (2) are heated and converted into a gaseous state and wherein the reaction between the mercury and the addition material takes place in the gas phase.
Description
Die Erfindung betritt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Quecksilbersulfid zur anschließenden Entsorgung, wobei sich das Quecksilbersulfid während eines Reaktionsvorgangs in einem Reaktor aus einer Reaktion von elementarem Quecksilber und einem elementaren Schwefel und/oder eine Schwefelverbindung enthaltenden Zugabematerial ergibt.The Invention enters a method and apparatus for continuous Production of mercury sulfide for subsequent disposal, wherein the mercury sulfide during a reaction process in a reactor from a reaction of elemental mercury and elemental sulfur and / or a sulfur compound-containing addition material.
Quecksilber wird aufgrund seiner besonderen physikalischen Eigenschaften in vielen technologischen Anwendungen und in der industriellen Produktion eingesetzt. Hier ist insbesondere die Chloralkalieelektrolyse zur Gewinnung von Chlor zu nennen. Neben einer Vielzahl von positiven Eigenschaften ist Quecksilber aber auch ein giftiger Gefahrstoff, der insbesondere aufgrund seines bereits bei Raumtemperatur vergleichsweise hohen Dampfdrucks eine Gefahr für Mensch und Umwelt darstellt. Zahlreiche Unfälle und nahezu irreversible Umweltschäden in der Vergangenheit haben Quecksilber zu einer zweifelhaften Popularität verholfen.mercury is due to its special physical properties in many technological applications and in industrial production used. Here is in particular the Chloralkalieelektrolyse to To call extraction of chlorine. In addition to a variety of positive Properties is mercury but also a toxic hazardous substance, in particular due to its already at room temperature comparatively high vapor pressure is a danger to Represents human and the environment. Numerous accidents and almost irreversible environmental damage In the past, mercury has given rise to dubious popularity.
Vor diesem Hintergrund werden heute in vielen Bereichen Quecksilber oder ganze Produktionsverfahren substituiert, um den Gebrauch von Quecksilber und damit Quecksilberemissionen so weit wie möglich zu reduzieren. Der verringerte Bedarf führt zu einer Reduzierung bis hin zur Einstellung der Produktion von Primärquecksilber an den bekannten Produktionsstätten. Schon seit vielen Jahren wird in Recycling-Anlagen Sekundär-Quecksilber aus Abfällen zurückgewonnen und als Alternative zum Primär-Quecksilber am Markt angeboten. Sehr große Mengen Sekundär-Quecksilber werden zukünftig mit der weltweiten Umstellung bestehender Chlorproduktionen vom Amalgamverfahren zum Membranverfahren freigestellt. Dauerhaft wird es nicht möglich sein, das aus diesen Anlagen freigestellte Quecksilber in anderen umweltgerechten Anwendungen einzusetzen. Vor diesem Hintergrund wird es erforderlich, für elementares Quecksilber eine umweltgerechte, finale Entsorgungsmöglichkeit zur Verfügung zu stellen.In front This background is today in many areas mercury or entire production processes substituted to the use of Mercury and thus mercury emissions as much as possible to reduce. The reduced demand leads to a reduction until towards cessation of primary mercury production at the known production sites. Nice For many years, recycled mercury is used in recycling plants from waste recovered and as an alternative to primary mercury offered on the market. Very large quantities Secondary mercury will be in the future with the worldwide conversion of existing chlorine production from Amalgam method for membrane method exempted. Becomes permanent it will not be possible the mercury released from these installations in other environmentally sound Use applications. Against this background, it becomes necessary for elemental Mercury an environmentally sound, final disposal option to disposal to deliver.
Eine Möglichkeit der Umwandlung von elementarem Quecksilber in eine stabilisierte Quecksilber-Verbindung besteht in der Herstellung von Quecksilbersulfid (Zinnober). Quecksilbersulfid ist eine stabile bzw. stabilisierte Verbindung, die aufgrund ihrer bekannten Eigenschaften (ungiftig, chemisch stabil, und zwar auch unter aggressiven Bedingungen) eine dauerhafte und gefahrlose Lagerung von Quecksilber zuläßt. Im übrigen ist es grundsätzlich auch möglich, Quecksilbersulfid unter Einsatz von Schwefelverbindungen herzustellen.A possibility the conversion of elemental mercury into a stabilized Mercury compound consists in the production of mercury sulfide (cinnabar). Mercury sulphide is a stable or stabilized compound, due to their known properties (non-toxic, chemically stable, and also under aggressive conditions) a lasting and safe storage of mercury. Incidentally, it is basically the same possible, Produce mercury sulfide using sulfur compounds.
Aus
der
Aus der Literaturstelle ”Römpps Lexikon Chemie, 10. Auflage, Georg Thieme Verlag, Stichwort ”Rohre, Reaktionsapparate” ist ein beheizbarer Rohrreaktor bekannt, bei dem Anlageteile vor- und nachgeschaltet sein können, in denen im wesentlichen nach physikalischen Prinzipien die zur Reaktion kommenden Ausgangsstoffe vorbereitet und die gebildeten Produkte aufgearbeitet werden.Out the reference "Römpps Lexikon Chemie, 10th edition, Georg Thieme Verlag, keyword "tubes, reactors" is a heated tubular reactor known, upstream and downstream of the plant parts could be, in which essentially according to physical principles to the Reaction prepared starting materials and formed Products are worked up.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem Quecksilbersulfid in einfacher und kostengünstiger Weise und möglichst ohne Umweltbelastung hergestellt werden kann.task The present invention is now a method and an apparatus of the type mentioned above to provide with the mercury sulfide in a simple and cost-effective manner and as possible can be produced without environmental impact.
Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Reaktor kontinuierlich mit dem Quecksilber und dem Zugabematerial beschickt wird, wobei das Quecksilber und das Zugabematerial im Reaktor erwärmt und in einen gasförmigen Zustand überführt werden und wobei die Reaktion zwischen dem Quecksilber und dem Zugabematerial in der Gasphase erfolgt.These Task is characterized by a method of the type mentioned by solved, that the Reactor continuously with the mercury and the addition material is charged, the mercury and the addition material in the Heated reactor and in a gaseous Condition are transferred and wherein the reaction between the mercury and the addition material takes place in the gas phase.
Die
Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Immobilisierung
von Quecksilber durch Reaktion mit Schwefel zu Quecksilbersulfid,
wobei Quecksilber und Schwefel mittels einer geeigneten Apparatur
kontinuierlich in die Gasphase überführt werden
und eine kontinuierliche Gasphasenreaktion zwischen Quecksilber
und Schwefel erreicht wird. Die kontinuierliche Herstellung von
Quecksilbersulfid führt
im Vergleich zu dem aus der
Im
Zusammenhang mit der Erfindung ist erkannt worden, daß die stark überstöchiometrische Zugabe
des Zugabematerials entsprechend der
Vorrichtungsgemäß ist zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ein vorzugsweise indirekt beheizbarer Reaktor für die Überführung von elementarem Quecksilber und einem elementaren Schwefel und/oder eine Schwefelverbindung enthaltenden Zugabematerial in den gasförmigen Zustand vorgesehen, wobei der Reaktor über eine entsprechend ausgebildete Beschickungseinrichtung kontinuierlich mit dem Quecksilber und dem Zugabematerial beschickt werden kann. Bei dem Reaktor kann es sich um einen vorzugsweise aufrecht stehenden Rohrreaktor handeln, der hohe Umsatzraten der gasförmigen Komponenten gewährleistet. Im übrigen führt die indirekte Beheizung des Reaktors zu einer Verfahrensvereinfachung.Device is to solution the task mentioned above, preferably indirectly heated Reactor for the transfer of elemental mercury and elemental sulfur and / or a sulfur compound containing addition material provided in the gaseous state, the reactor being over a correspondingly formed loading device continuously can be charged with the mercury and the addition material. The reactor may be a preferably upright tubular reactor act, which ensures high conversion rates of gaseous components. Moreover, the leads indirect heating of the reactor to simplify the process.
Im Zusammenhang mit der kontinuierlichen Herstellung von Quecksilbersulfid ist weiter vorgesehen, daß das bei der Reaktion im Reaktor erhältliche Quecksilbersulfid kontinuierlich dampfförmig aus dem Reaktor abgeführt wird. Die Betriebstemperatur in dem Reaktor liegt dabei vorzugsweise oberhalb von der Siedetemperatur von Quecksilbersulfid bzw. oberhalb der Verdampfungstemperatur, damit das gebildete Quecksilbersulfid nicht innerhalb von dem Reaktor kondensiert bzw. resublimiert. Die Betriebstemperatur im Reaktor sollte daher vorzugsweise oberhalb von ca. 580° liegen, kann jedoch auch höher gewählt sein, um eine Kondensation bzw. Resublimation von Quecksilbersulfid sicher ausschließen zu können. Sofern der Reaktor bei Unterdruck betrieben wird, kann die Betriebstemperatur auch entsprechend verringert werden.in the Related to the continuous production of mercury sulphide is further provided that the in the reaction in the reactor available mercury sulfide continuously vaporous discharged from the reactor becomes. The operating temperature in the reactor is preferably above the boiling point of mercury sulfide or above the evaporation temperature, so that the mercury sulfide formed not condensed or resublimed within the reactor. The Operating temperature in the reactor should therefore preferably above from about 580 °, but it can be higher chosen be to condensation or resublimation of mercury sulfide sure to exclude can. If the reactor is operated at negative pressure, the operating temperature be reduced accordingly.
Der Betrieb des Reaktors bei Temperaturen im Bereich oberhalb von der Siedetemperatur von Quecksilbersulfid führt im übrigen dazu, daß die Einsatzstoffe nach dem Eintrag in den Reaktor sehr schnell in die gasförmige Phase überführt werden. Dadurch läßt sich die nötige Verweilzeit im Reaktor entsprechend verringern und die Produktionsmenge von Quecksilbersulfid entsprechend steigern.Of the Operation of the reactor at temperatures in the range above the In addition, the boiling point of mercury sulphide leads to the starting materials be transferred after the entry into the reactor very quickly in the gaseous phase. Thereby let yourself the necessary Reduce residence time in the reactor and reduce the production volume of Increase mercury sulfide accordingly.
Der Reaktor kann mit einem vorzugsweise homogenisierten Gemisch aus flüssigem Quecksilber und pulverförmigen Zugabematerial beschickt werden. Dies ermöglicht eine verfahrenstechnisch einfache kontinuierliche Beschickung des Reaktors mit den Ausgangsstoffen. Es versteht, daß eine Beschickungseinrichtung vorgesehen sein muß, die für die kontinuierliche Beschickung des Reaktors mit dem homogenisierten Gemisch ausgebildet ist. Grundsätzlich kann auch eine Dosieranlage vorgesehen sein, wobei Quecksilber und Zugabematerial dem Reaktor aus Vorlagebehältern im gewünschten Mischungsverhältnis getrennt zugeführt werden.Of the Reactor can with a preferably homogenized mixture of liquid Mercury and powdery Addition material to be charged. This allows a procedurally simple continuous feed of the reactor with the starting materials. It understands that one Feeding device must be provided for continuous feeding of the reactor is formed with the homogenized mixture. Basically Also be provided a dosing, with mercury and addition material to the Reactor from storage tanks separated in the desired mixing ratio supplied become.
Insbesondere
bei Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
im zuvor genannten Temperaturbereich und/oder im Unterdruckbetrieb
ist es möglich,
die Ausgangs- bzw. Einsatzstoffe in dem stöchiometrischen oder einem gering überstöchiometrischen
Verhältnis
zuzugeben. Das stöchiometrische
Verhältnis
von elementarem Schwefel zu Quecksilber liegt bei 0,16:1. Bei einem
solchen Verhältnis
liegt eine ideale Umsetzung der Einsatzstoffe zu Quecksilbersulfid
vor. Bei nicht vollständiger
Umsetzung liegt der obere Grenzwert bei 0,5:1 und damit noch immer
100% unterhalb der unteren Grenze des Mischungsverhältnisses,
das in der
Die Auslegung des Reaktors und die Stoffmengeströme sollten so gewählt sein, daß die rechnerische Verweilzeit von Quecksilber und Zugabematerial im Reaktor wenigstens eine Sekunde bis 6 Sekunden, vorzugsweise weniger als vier Sekunden, beträgt. Dadurch ist ein ausreichender Umsatz bei der Gasphasenreaktion zwischen dem Quecksilber und dem Zugabematerial sichergestellt.The Design of the reactor and the mass flows should be chosen that the calculated residence time of mercury and addition material in the reactor at least one second to six seconds, preferably less than four seconds, is. As a result, sufficient sales in the gas phase reaction between the mercury and the added material.
Vorzugsweise wird der Reaktor und auch die weiteren an der Herstellung von Quecksilbersulfid beteiligten Einrichtungen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gasdicht betrieben, damit es bei der kontinuierlichen Herstellung von Quecksilbersulfid nicht zu einem Entweichen von Quecksilbersulfid in die Umgebung kommen kann. Dadurch ist eine umweltgerechte Erzeugung von Quecksilbersulfid aus den Einsatzstoffen möglich.Preferably, the reactor and also the other involved in the production of mercury sulfide devices in the apparatus according to the invention is operated gas-tight, so that it in the continuous production of mercury sulfide does not lead to the escape of mercury sulfide in the Environment can come. As a result, an environmentally friendly generation of mercury sulfide from the starting materials is possible.
Der Reaktor kann über eine Vakuumpumpe oder ein Vakuumgebläse mit einem geringen Unterdruck beaufschlagt werden, um der Betriebssicherheit zu genügen und das Austreten von Quecksilbersulfid aus dem Reaktor ausschließen zu können. Es versteht sich, daß der Betrieb unter geringem Unterdruck alle Einrichtungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung betrifft, die von gasförmigem Quecksilbersulfid durchströmt werden.Of the Reactor can over a vacuum pump or a vacuum fan with a low vacuum be applied to the operational safety and to exclude the leakage of mercury sulfide from the reactor. It understands that the Operation under low vacuum all devices of the device according to the invention concerns that of gaseous Flows through mercury sulfide become.
Unterdruck im Sinne der Erfindung bezeichnet jeden Druck unterhalb des Umgebungsdruckes bis hin zum Vakuum. Ausreichend sind bereits geringe Unterdrücke von 0,05 bar, was bei einem Umgebungsdruck von 1 bar absoluten Drücken von 0,95 bar entspricht. Die Durchführung der Gasphasenreaktion im Unterdruck bewirkt, daß der Siedepunkt des Quecksilbers entsprechend sinkt und schon bei geringeren Temperaturen eine hohe Konzentration von Quecksilber in gasförmiger Form im Reaktor erreicht wird, wodurch eine hohe Umsatzrate bei geringerem Energieaufwand gewährleistet wird.vacuum in the sense of the invention refers to any pressure below the ambient pressure to to the vacuum. Sufficient are already low negative pressures of 0.05 bar, which at an ambient pressure of 1 bar absolute pressures of 0.95 bar corresponds. The implementation the gas phase reaction in the negative pressure causes the boiling point of mercury decreases accordingly and even at lower temperatures a high Concentration of mercury in gaseous form in the reactor achieved which results in a high conversion rate with lower energy consumption guaranteed becomes.
Weiter ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, daß das dampfförmige Quecksilbersulfid nach dem Abführen aus dem Reaktor mit einem flüssigen oder dampfförmigen Kühlmedium schlagartig zumindest bis zum Erreichen eines festen Zustands, vorzugsweise bis auf eine Temperatur von weniger als 50°C, abgekühlt und zusammen mit dem Kühlmedium einer Fest-Flüssig-Trennung unterzogen wird. Bei dem Kühlmedium kann es sich um Wasser handeln, wobei zur Abkühlung des Quecksilbersulfids ein Quench und/oder eine Wasserstrahlpumpe vorgesehen ist. Damit es nicht zu einer ungewollten Kondensation bzw. Resublimation von Quecksilbersulfid vor der schlagartigen Abkühlung kommt, ist eine beheizbare Leitung für das Quecksilbersulfid zwischen dem Reaktor und dem Quench und/oder der Wasserstrahlpumpe vorgesehen sein. Mit Betrieb des Quenchs oder der Wasserstrahlpumpe stellt sich im Regelbetrieb ein ausreichendes Druckgefälle zum Reaktor ein, so daß die Möglichkeit besteht, die Anlage ohne Vakuumpumpe oder Vakuumgebläse bei geringem Unterdruck zu betreiben, ohne daß ein Entweichen von Quecksilbersulfid in die Umgebung befürchtet werden muß.Further is in the inventive method provided that the vaporous Mercury sulphide after removal from the reactor with a liquid or vaporous Coolant abruptly at least until reaching a fixed state, preferably to a temperature of less than 50 ° C, cooled and together with the cooling medium subjected to a solid-liquid separation becomes. At the cooling medium it may be water, wherein the cooling of the mercury sulfide a quench and / or a water jet pump is provided. In order to it does not lead to an unwanted condensation or resublimation of mercury sulfide comes before the sudden cooling, is a heated pipe for the mercury sulfide between the reactor and the quench and / or be provided the water jet pump. With operation of the quench or the water jet pump is in normal operation, a sufficient pressure gradient Reactor, so that the Possibility exists the system without vacuum pump or vacuum fan at low vacuum to operate without one Escape of mercury sulfide in the environment to be feared got to.
Der Quench oder die Wasserstrahlpumpe können mit gekühltem Wasser gespeist werden, was zu einer schlagartigen Abkühlung des dampfförmigen Quecksilbersulfids führt, das nachfolgend zusammen mit dem Wasser einer Fest-Flüssig-Trennstufe zugeführt wird, um das abgekühlte Quecksilbersulfid von dem Kühlmedium abzutrennen. Das Kühlmedium kann im Kreislauf geführt sein, was zu einer Einsparung von Betriebskosten führt.Of the Quench or the water jet pump can with chilled water be fed, resulting in a sudden cooling of the vaporous mercury sulfide leads, which is subsequently fed together with the water to a solid-liquid separation stage, around the cooled Mercury sulfide from the cooling medium separate. The cooling medium can circulated be, resulting in a saving of operating costs.
Die Fest-Flüssig-Trennung von festem Quecksilbersulfid und flüssigem Kühlmedium kann durch Schwerkraftabscheidung in einem Sedimentationsbecken und/oder durch Fliehkraftabscheidung in einer Zentrifuge erfolgen. Die hohe Dichte von Quecksilbersulfid von 8,1 g/cm3 ermöglicht dabei eine einfache und kostengünstige Abtrennung von Quecksilbersulfid aus dem Kühl- bzw. Waschwasser. Das so erhaltene feste Quecksilbersulfid kann im Anschluß an die Fest-Flüssig-Trennung gepreßt und ggf. getrocknet werden. In diesem Zusammenhang kann eine Preßeinrichtung, vorzugsweise eine Filterpresse, vorgesehen sein, wobei der so erhältliche Filterkuchen aus Quecksilbersulfid im Anschluß in einem Vakuummischer und/oder einem Trockenofen getrocknet werden kann.The solid-liquid separation of solid mercury sulfide and liquid cooling medium can be done by gravity separation in a sedimentation tank and / or by centrifugal separation in a centrifuge. The high density of mercury sulfide of 8.1 g / cm 3 allows a simple and cost-effective separation of mercury sulfide from the cooling or washing water. The solid mercury sulfide thus obtained can be pressed following the solid-liquid separation and optionally dried. In this connection, a pressing device, preferably a filter press, can be provided, wherein the filter cake of mercury sulphide obtainable in this way can subsequently be dried in a vacuum mixer and / or a drying oven.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß alle vorstehend genannten und in den Patentansprüchen angegebenen Bereichsangaben sämtliche, innerhalb des betreffenden Bereichs liegende Zwischenintervalle und Einzelwerte einschließlich etwaiger Dezimalstellen umfassen, auch wenn diese Zwischenintervalle und Einzelwerte im einzelnen nicht angegeben sind.It becomes explicit noted that all Range specified above and in the claims all, within Interval intervals and individual values in the relevant area including include any decimal places, even if these intermediate intervals and individual values are not specified in detail.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung von Quecksilbersulfid zur anschließenden Entsorgung. Anhand der Zeichnung wird nachfolgend auch das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben. Allerdings wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt ist.The single figure shows a schematic representation of a device for the production of mercury sulphide for subsequent disposal. Based the drawing below is the method of the invention described. However, it should be noted that the invention is not to the illustrated embodiment limited is.
In
der einzigen Figur ist eine Vorrichtung
In
dem Reaktor
Bei
der Gasphasenreaktion im Reaktor
Der
Quench
Im
Anschluß an
die Fest-Flüssig-Trennung wird
das Quecksilbersulfid einer Filterpresse
Im übrigen ist
eine Vakuumpumpe
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- Reaktorreactor
- 33
- Vorlagebehälterstorage container
- 44
- Quenchquench
- 55
- Leitungmanagement
- 66
- Zentrifugecentrifuge
- 77
- Filterpressefilter Press
- 88th
- Lagergebindestorage containers
- 99
- Vakuumpumpevacuum pump
- 1010
- AktivkohlefilterActivated carbon filter
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