DE19748513C2

DE19748513C2 - Verfahren zur adsorptiven Entfernung von Kohlenwasserstoffen aus wässrigen Blausäurelösungen

Info

Publication number: DE19748513C2
Application number: DE19748513A
Authority: DE
Inventors: Guenter Weber
Original assignee: SKW Trostberg AG
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1997-11-03
Filing date: 1997-11-03
Publication date: 1999-09-09
Anticipated expiration: 2017-11-04
Also published as: DE19748513A1; US6123852A; JPH11228129A

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur adsorptiven Entfernung von Kohlenwasserstoffen aus wässrigen Blausäurelösungen.

Insbesondere bei der Herstellung von Verbindungen, die als Vorläufersubstanzen in spezielle Synthesen der Pharma- oder Agrochemie einfließen, werden Blausäurequalitäten eingesetzt, die aufgrund ihres Ursprungs Spuren an Kohlenwasserstoffen wie bspw. Benzol enthalten. Diese Verunreinigungen bilden in den Syntheseverfahren zur Herstellung der Vorläufersubstanzen aber Nebenprodukte, die die Qualitätskriterien wie Reinheit oder Ausbeute der eigentliche Produkte negativ beeinflussen und die vor allem von der verarbeitenden pharma- und/oder agrochemischen Industrie nicht toleriert werden können.

Eine Nachreinigung der Vorläuferverbindungen ist auf der einen Seite technisch zu aufwendig und deshalb wirtschaftlich indiskutabel; auf der anderen Seite hat sich aber die relativ einfachere adsorptive Abtrennung der Kohlenwasserstoffe aus den einzelnen Zwischenstufen, bspw. mit Hilfe von Aktivkohle oder Molekularsieben, mit gerade noch vertretbarem Aufwand in der Praxis als ebenfalls nicht durchführbar erwiesen. Aus dem Stand der Technik ist allgemein bekannt, daß Aktivkohle effektiv zur Aufreinigung u. a. von Flüssigkeiten eingesetzt werden kann, die mit Kohlenwasserstoffen verunreinigt sind. So zählt bspw. die Entfernung von Benzol aus Wasser zu den routinemäßigen Einsatzvarianten der Aktivkohle.

Der vorliegenden Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem effektiv und kostengünstig Kohlenwasserstoffe auf relativ einfache Weise adsorptiv aus wässrigen Blausäurelösungen entfernt werden können.

Gelöst wurde diese Aufgabe mit Hilfe eines Verfahrens, bei dem die Ausgangslösung bestehend aus 1 bis 50 Gew.-% Blausäure und 2 bis 1000 Gew.-ppm an Kohlenwasserstoffen bei Temperaturen zwischen 2 und 50°C mit einer Strömungsgeschwindigkeit von maximal 500 m/h durch einen Feststoffadsorber aus Aktivkohle geleitet wird.

Bei der Durchführung dieses Verfahrens hat sich überraschend gezeigt, daß der Bedarf an Aktivkohle mit steigendem Verdünnungsgrad der Blausäure abnimmt, wobei die Kapazität der jeweiligen Aktivkohle umso größer ist, je stärker die Blausäure mit Wasser verdünnt worden ist. Ebenso überraschend war, daß die enthaltenen Verunreinigungen an Kohlenwasserstoffen, vor allem Benzol, selbst aus relativ stark konzentrierten Lösungen mit Gehalten von bis zu 50 Gew.-% Blausäure quantitativ entfernt werden können, was in diesem Ausmaß bislang nur von vergleichbaren Kohlenwasserstoff/Wasser-Systemen bekannt war.

Da die Beladungskapazität der verschiedenen angebotenen Aktivkohlequalitäten stark von den Konzentrationsverhältnissen in den einzelnen aufzureinigenden Systemen abhängig ist, eignet sich für das vorliegende Verfahren erfindungsgemäß insbesondere eine Ausgangslösung, die bevorzugt 10 bis 40 Gew.-% Blausäure enthält und 10 bis 100 Gew.-ppm des jeweiligen Kohlenwasserstoffanteils.

Als besonders überraschend hat sich bei der praktischen Anwendung des Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung herausgestellt, dass die quantitative Aufreinigung der wässrigen Blausäurelösungen nicht auf bestimmte Kohlenwasserstoffe beschränkt werden muss, sondern dass alle aliphatischen und/oder aromatischen Kohlenwasserstoffe, die 6 bis 30 Kohlenstoffatome aufweisen, adsorptiv aus den Blausäure-haltigen Ausgangslösungen entfernt werden können. Dabei ist es völlig unbedeutend, ob die aliphatischen Kohlenwasserstoffe überwiegend unverzweigt oder verzweigt vorliegen oder ob die aromatischen Kohlenwasserstoffe Heteroatome enthalten. Ebenfalls wirken sich etwaige Substituenten nicht negativ auf das Reinigungsergebnis aus.

Wichtig für den Erfolg des Aktivkohle-Einsatzes kann u. a. natürlich deren innere Oberfläche sein, die mit den zu entfernenden Verbindungen belegt wird. Für die Entfernung der vom vorliegenden Verfahren beanspruchten Kohlenwasserstoffe mit mehr als 6 C-Atomen haben sich demzufolge Aktivkohlesorten als besonders geeignet erwiesen, die eine innere Oberfläche von über 50 m²/kg Aktivkohle aufweisen. Zu nennen sind hier beispielhaft Aktivkohlesorten wie Carbotech W 1-3 der Fa. Carbo-Tech und Hydraffin UV43 oder Desorex K40 der Fa. Lurgi. Geeignet sind aber auch alle anderen Aktivkohlesorten, die die beanspruchten Qualitäten aufweisen.

Abgesehen von der Zusammensetzung und den Konzentrationen der Ausgangslösungen sind für den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens die Verfahrenstemperatur und die Strömungsgeschwindigkeit, mit der der Aktivkohle-Adsorber durchströmt wird, von wesentlicher Bedeutung, wobei Temperaturen von 5 bis 20°C und Strömungsgeschwindigkeiten von 1 bis 400 m/h zu bevorzugen sind.

Für den Reinigungserfolg ist es dagegen überhaupt nicht wesentlich, ob das Verfahren kontinuierlich oder batch-weise durchgeführt wird. Die Entscheidung, wie das erfindungsgemäße Verfahren betrieben werden soll, wird bspw. von den zu reinigenden Mengen an Blausäurelösung oder vom Standort der Reinigungsanlage abhängen.

Insbesondere beim kontinuierlichen Betrieb des Verfahrens hat es sich im Hinblick auf die einzusetzende Aktivkohlemenge als äusserst wirtschaftlich erwiesen, wenn das erfindungsgemäße Verfahren mit Hilfe eines sog. Wanderbettes, also pseudo-kontinuierlich, durchgeführt wird.

Insgesamt gesehen ist das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung mit einem relativ geringen technischen Aufwand erfolgreich durchzuführen. Spezielle Bedingungen können es aber gerechtfertigt erscheinen lassen, wenn zur Optimierung des Adsorptionsergebnisses der pH-Wert der Ausgangslösung durch Zudosierung einer mineralischen oder organischen Säure, bspw. in die Pumpvorlage, bei ca. 4 stabilisiert wird. Ebenfalls zu empfehlen ist die abschließende Spülung der Adsorberschüttung bspw. mit Wasser, um etwaige Restmengen an Blausäure zu entfernen, was insbesondere für die Entsorgung oder Regeneration der Aktivkohle von Bedeutung sein kann. Diesbezüglich kann auch eine Spülung der Adsorberschüttung mit einer wässrigen Hypochloritlösung erforderlich sein.

Insgesamt zeichnet sich das vorliegende Verfahren durch seinen relativ einfachen verfahrenstechnischer Aufbau und die unkomplizierte Durchführbarkeit verbunden mit einer überraschend hohen Reinigungsleistung aus, wobei es vor allem unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten eine preiswerte Alternative zu anderen technisierten Verfahren darstellt.

Die nachfolgenden Beispiele verdeutlichen diese Vorteile.

Beispiele

Die in Tabelle 1 dargestellten Ergebnisse wurden mit folgender Verfahrensweise erreicht:

Ein Aktivkohle-Festbettadsorber mit 1 kg Aktivkohle (Carbotech W 1-3; innere Oberfläche 1000 m²/kg) wurde in einem Reaktionsbehälter vorgelegt. Unverdünnte Blausäure mit einer Benzolkonzentration von 200 ppm wurde bei einer Temperatur von 10°C und einer Strömungsgeschwindigkeit von 200 m/h von unten nach oben so lange durch den Adsorber gepumpt, bis die Aktivkohle vollständig beladen war, d. h. bis in der Austrittslösung nach dem Adsorber maximal 10% der Anfangsbelastung bestimmt werden konnten (Vergleichsbeispiel 1). Die gleiche Blausäure/Benzol-Ausgangsmischung wurde gemäß Erfindung mit Wasser auf eine 50, 40, 30 und 20 Gew.-%ige Blausäurelösung verdünnt und wie beschrieben behandelt (Erfindungsbeispiele 2 bis 5).

Tabelle 1

Die Ergebnisse zeigen, daß aus unverdünnter Blausäure trotz Einsatzes großer Mengen an Aktivkohle eine nur geringe Menge Benzol adsorptiv entfernt werden kann (Vergleichsbeispiel 1). Aus wässrigen Blausäurelösungen dagegen kann mit zunehmender Verdünnung ein sehr viel größeres Lösungsvolumen Kohlenwasserstoff (Benzol) entfernt werden, weit mehr als dem eigentlichen Verhältnis der Verdünnung entspricht.

Die benötigte Aktivkohlemenge für verdünntere Blausäurelösungen ist demzufolge sehr viel geringer als für unverdünnte Blausäure bei gleichzeitig steigender Beladungskapazität der Aktivkohle.

Claims

1. Verfahren zur adsorptiven Entfernung von Kohlenwasserstoffen aus wässrigen Blausäurelösungen mit Hilfe von Aktivkohle, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangslösung bestehend aus 1 bis 50 Gew.-% Blausäure und 2 bis 1000 Gew.-ppm an Kohlenwasserstoff bei Temperaturen zwischen 2 und 50°C mit einer Strömungsgeschwindigkeit von maximal 500 m/h durch einen Feststoff-Adsorber aus Aktivkohle geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangslösung 10 bis 40 Gew.-% Blausäure enthält.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Kohlenwasserstoffen in der Ausgangslösung 10 bis 100 Gew.-ppm Kohlenwasserstoff beträgt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenwasserstoffe aliphatische und/oder aromatische Verbindungen mit jeweils 6 bis 30 C-Atomen darstellen.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Aktivkohle mit einer inneren Oberfläche von < 100 m²/kg verwendet wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorption bei Temperaturen von 5 bis 20°C durchgeführt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit 1 bis 400 m/h beträgt.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es kontinuierlich durchgeführt wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorption pseudo-kontinuierlich in einem Wanderbett erfolgt.