DE2537090B2

DE2537090B2 - Verfahren zum Entfernen von Ozonverunreinigungen aus Luft oder Abluft

Info

Publication number: DE2537090B2
Application number: DE19752537090
Authority: DE
Inventors: Anna Fjodorovna Sudak Geb. Slasnaja; Vasilij Michajlovitsch Vlasenko; Vadim Jakovlevitsch Volfson
Original assignee: Institut Fisitscheskoj Chimii Imeni Lv Pisarschevskovo Akademii Nauk Ukrainskoj Ssr Kiew (sowjetunion)
Current assignee: Institut Fisitscheskoj Chimii Imeni Lv Pisarschevskovo Akademii Nauk Ukrainskoj Ssr Kiew (sowjetunion)
Priority date: 1975-08-20
Filing date: 1975-08-20
Publication date: 1979-11-15
Also published as: DE2537090A1; DE2537090C3

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Ozonverunreinigungen aus Luft oder Abluft mit einer relativen Luftfeuchtigkeit bis zu 90%, bei dem die Luft oder Abluft zur katalytischen Spaltung des Ozons bei niedrigen Temperaturen durch die Schicht eines granulierten Katalysators geleitet wird.

Ozonisierte Luft wird häufig zur Wasseraufbereitung in Wasserwerken eingesetzt Nach den Ozonapparaten der Wasserreinigungsanlagen enthält dabei die Abluft das Ozon, dessen Konzentration um mehrere Potenzen die höchstzulässige Konzentration (in der UdSSR 0,5 ppm) übersteigt.

Die ozonisierte Luft benutzt man ebenfalls zur Intensivierung der Kühlvorgänge und zur Senkung der Temperaturen derselben, insbesondere bei der Oxyda- urn von Schwefeldioxid und Stickstoffoxiden. Der Ozongehalt der Abluft aus diesen Betrieben ist auch bedeutend höher als der zulässige.

Große Ozonmengen werden beim Betrieb von Elek'.ronenbeschleunigern, Kernreaktoren sowie von Ultraviolettlampen gebildet.

Es entstand die Notwendigkeit, das Problem der Luftreinigung von Ozon während des Fluges von Überschallflugzeugen zu lösen, weil die Luft, die aus der Atmosphäre entnommen und den Kabinen dieser Flugzeuge zugeführt wird, gesundheitsschädliche Ozonmengen enthält.

Die Ultraviolettstrahlung führt endlich zum erhöhten Ozongehalt in der Atmosphäre der Weltraumschiffe und in den Höhenfluganzügen von Kosmonauten während ihres Aufenthaltes im freien Weltraum.

Der hohe gesundheitsschädliche Ozongehalt in der Abluft und der Ventilationsluft von Industrieanlagen, in denen das Ozon verwendet oder gebildet wird, sowie in der Atmosphäre der Weltraumflugkörper bedingt die Notwendigkeit, ein wirksames Verfahren zur Reinigung der Luft von Ozon bei Raumtemperatur oder bei einer ihr nahekommenden Temperatur zu entwickeln, weil die Abgase in der Regel eine bei 2O⁰C liegende Temperatur aufweisen.

Es ist gut bekannt, daß das Ozon bei einer zwischen 150 und 200°C liegenden Temperatur auf beliebigen harten Oberflächen recht effektiv zerfällt, aber bei unter 100°C liegenden Temperaturen gegen Zerfall beständig ist. Zur Spaltung von Ozon bei etwa 20°C liegenden Temperaturen schlägt man deshalb vor, Feststoffkatalysatoren, wie Aktivkohlen verschiedener Sorten, Mangandioxid, Natriumkarbonat, Eisenoxide (s. FR-PS 14 36 673) zu verwenden.

Von den aufgezählten Stoffen besitzt die aus den Kokosnußschalen hergestellte Kohle die höchste Leistungsfähigkeit. Auf diesem Katalysator, dessen Körnung zwischen 2,8 und 3 mm liegt, wird praktisch die vollständige Reinigung der Luft aus den Wasserozonisierungsanlagen von Ozon (die Ausgangskonzentration von Ozon beträgt 0,13 VoL-%) zwischen 25 und 35° C beim Atmosphärendruck mit einer Volumengeschwindigkeit von etwa 50OSt"¹ während 621 St erreicht Dabei wird jedoch die Kohle wegen ihrer Oxydation mit

ίο Ozon verbraucht Gleichzeitig erfolgt auch die Inhibition der Kohle mit sauren löslichen Karboxylatverbindungen, die die allmähliche Vergiftung der Katalysatoroberfläche hervorruft Diese Vergiftung wird verlangsamt, wenn als Katalysatoren zur Ozonspaltung Aktivkohlen mit einem erhöhten Gehalt (6 bis 12 Gew.-%) an alkalischer Asche (hauptsächlich an Kalium- und Calciumkarbonaten), die durch Wasserdampfbehandlung bei einer erhöhten Temperatur aktiviert sind, dienen. Mit der besten von diesen Aktivkohlen (Super GSOPICA), die aus Hartholz hergestellt ist und einen pH-Wert von 12,3 hat, tritt der Durchbruch von Ozon schon nach 1264 St kontinuierlichem Durchströmen der Luft aus einer Wasserozonisierungsanlage durch die Katalysatorschicht bei Raumtemperatur und 535-' Volumengeschwindigkeit auf (s. Zusatz zu FR-PS 14 36 673 und 89 645).

Zur Ozonspaltung bei einer Temperatur von etwa 20°C ist auch ein Silber-Nickel-Katalysator bekannt. Dieser Katalysator besteht aus Nickel (oder Nickelmon-

jo oxid) und Silber auf Alumosilikat-Kugeln als Träger. Das Nickel-Silber-Atomverhältnis des Katalysators schwankt zwischen 0,5 :1,0 bis 100 :1,0 (vorzugsweise 4 :1). Das Verhältnis der Gesamtmenge von Nickel und Silber zum Trägergewicht beträgt von 0,5 bis 25%. Mit dem besten aus diesen Katalysatoren, der 7,15 Gew.-% Nickel und 3,3 Gew.-% Silber auf Alumosilikatkugeln enthält, erreicht man bei Raumtemperatur unter Atmosphärendruck mit 5000St-¹ Volumengeschwindigkeit praktisch die vollständige Reinigung der Luft von Ozon, während nicht mehr als 100 St (SU-PS 2 86 987).

Die Nachteile der Verfahren zur Reinigung der Luft von Ozon, die auf der katalytischen Spaltung von Ozon mittels Aktivkohlen oder Silber-Nickel-Katalysatoren beruhen, bestehen in der relativ geringen Leistung des Reinigungsprozesses (die Volumengeschwindigkeit übersteigt 3000 bis 5000 St-' nicht) und hauptsächlich im zeitabhängigen Aktivitätsabfall der Kontakte, besonders bei der Reinigung der befeuchteten Luft, was die Notwendigkeit bedingt, die Kontakte periodisch zu regenerieren. Bei der Reinigung der Luft von Ozon mittels des leistungsfähigsten der bekannten Katalysatoren und zwo- mittels eines Silber-Nickel-Katalysators ist beispielsweise der Kontakt schon nach lOOstündigem Betrieb zu regenerieren.

Die bekannten Katalysatoren, wie Aktivkohlen und Silber-Nickel-Kontakte, sichern also die stabile und ausreichend effektive Reinigung der Luft von Ozon nicht.

bo Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist unter Beseitigung der oben genannten Nachteile die Bereitstellung eines stabilen und ausreichend effektiven Verfahrens zum Entfernen von Ozonverunreinigungen aus Luft und Abluft bei niedrigen Temperaturen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß beim eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß als Katalysator synthetisches, mit 2,2 Gew.-% Silber verstärktes Mangandioxid oder mit I Gew.-% Silber

verstärktes Pyrolusiterz mit einem Mangandioxidgehalt von mindestens 80 Gew.-% eingesetzt wird.

Das Verfahren wird vorzugsweise bei einer Volumengeschwindigkeit von 10 000 St-' und 20⁰C durchgeführt Manchmal ist es zweckmäßig, bei einer Volumengeschwindigkeit von 100 000 St-' und 5ü°C zu arbeiten.

Bei der Spaltung von in der befeuchteten Luft enthaltenem Ozon auf dem mit Silber verstärkten (promotierten) synthetischen Mangandioxid (2x3 mm große Tabletten) bei 20⁰C wird der Ozongehalt von weniger als 0,05 ppm bei einer Volumengeschwindigkeit von etwa 10 000 St-' erreicht Bei höheren Volumengeschwindigkeiten vermindert sich der Reinigungsgrad bei dieser Temperatur. Schon der geringe Temperaturanstieg auf 50° C erhöht jedoch die Leistung der Reinigung ι s stark. Bei der genannten Temperatur wird die quantitative Entfernung von Ozon bei einer Volumengeschwindigkeit von 100 000 St-' erreicht Mit weiter zunehmender Temperatur steigt die Leistungsfähigkeit der Reinigung. Man muß jedoch damit rechnen, daß das Lufterhitzen atu eine unter 100° C liegende Temperatur verfahrenstechnisch einfach, z. B. unter Rückdampfanwendung, verwirklicht werden kann. Das Erhitzen der großen Luftmengen auf eine über 100⁰C liegende Temperatur aber erfordert einen bedeutenden Energieaufwand. Obwohl die Ozonspaltung, wie schon hingewiesen wurde, bei einer Temperatur, die höher als 150 bis 200⁰C liegt, nicht spezifisch auf beliebigen harten Oberflächen erfolgt, hat eben die Unwirtschaftlichkeit des Erhitzens von Abgasen auf solche hohe Temperatu- jo ren die Entwicklung von Niedertemperaturkatalysatoren zur Ozonspa''"ing bedingt Abgesehen davon, daß die Anwendung des Silber-Mangan-Katalysators zur Spaltung von in der Luft entnaltenem Ozon bei Temperaturen von über 150 dij. 200"C unwirtschaftlich ist, muß man damit rechnen, daß die dauernde Durchführung des Verfahrens bei einer über 250° C liegenden Temperatur wegen möglicher thermischer Desaktivierung des Katalysators unerwünscht ist

Der Silber-Mangan-Katalysator, hergestellt durch Promotieren (Verstärken) von Pyrolusitmanganerz mittels 1 Gew.-% Silbers, weist eine geringere Aktivität als der Katalysator, erhalten durch Promotieren eines synthetischen Mangandioxids mittels 2,2 Gev.-% Silbers auf. Bei 20⁰C und 10 000 St"¹ Volumengf.schwindigkeit beträgt z. B. der Reinigungsgrad der befeuchteten Luft von Ozon auf diesem Katalysator 99,950 Vol.-% und auf dem Kontakt auf der Basis von synthetischem Mangandioxid mehr als 99,995 Vol.-%. Um den gleichen Reinigungsgrad auf Silber-Pyrolusit-Katalysator (3x5 mm Körnung) bei demselben Befeuchtungsgrad der Luft und einer Temperatur von 20⁰C zu erreichen, ist die Volumengeschwindigkeit etwa um die Hälfte auf 5000St¹ zu vermindern. Der Silber-Pyrolusit-Katalysator ist jedoch viel billiger, weil er bedeutend weniger Silber enthält und auf der Basis des Naturerzes hergestellt wird, d. h. die Tablettierungsstufe wegfällt.

Das erfindungsgemäße Verfahren sichert die stabile Erniedrigung der Ozonkoizentration von 1 bis 0,01 Vol.-% auf unter 0,05 ppm, wobei die Leistung bei einer Temperatur von 20 bis 25° C 10 000 St¹ und bei 5O⁰C mindestens 100 000 St-' beträgt

Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.

Beispielt

Bei 10°C unter normalem Druck mit 5000St-' Volumengeschwindigkeit und bei 80% relativer Feuchtigkeit wird der Luftstrom, enthaltend 0,01% Ozon, durch einen Reaktor mit dem darin vorhandenen Silber-Mangan-Katalysator (auf der Basis von synthetischem Mangandioxid), dessen Körnung 4x4 mm beträgt, durchgeleitet

Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1 Zeit, St Ozongehalt, ppm

^-Anfang Cfende

Reinigungsgrad

1000 0,05
1000 0,05
1000 0,05

2 · 10⁴ 2 · 10* 2 ■ 10⁴

Die Arbeitsweise der Ozonanalyse ist standardgerecht unter KJ-Anwendung.

Beispiel 2

Bei 20⁰C unter normalem Druck mit 10000St-' Volumengeschwindigkeit und bei 90% relativer Feuchtigkeit wird der Luftstrom, enthaltend 0,1 Vol--% Ozon, durch einen Reaktor mit dem darin vorhandenen Silber-Mangan-Katalysator (auf der Basis von synthetischem Mangandioxid), dessen Körnung 2 bis 3 mm beträgt, durchgeleitet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2

Zeit, St

Ozongehalt, ppm

^Anfang ^End

Reinigungsgrad

1000. 0,05

1000 0,05

2 · 10⁴ 2 ■ 10⁴ 2 ■ 10⁴

Beispiel 3

Unter normalem Druck mit 102 000 St-" Volumengeschwindigkeit und bei 90% relativer Feuchtigker wird der Luftstrom, enthaltend 0,1 Vol.-% O3, durch einen Reaktor mit dem darin vorhandenen Silber-Mangan-Katalysator (auf der Basis von synthetischem Mangandioxid), dessen Körnung 2x3 mm beträgt, durchgeleitet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben.

Tabelle 3	Ozongehalt,	ppm	Reinigungsgrad
Tempe
ratur, C	^-Anfang	CEnde	H ⁼ CAnfang/Qnde
	1000	400	2,5
25	1000	150	6,7
35	1000	0,05	2 · 10⁴
50	1000	0,05	2 ■ 10⁴
75	1000	0,05	2 · 10⁴
100

Beispiel 4

Unter normalem Druck mit 106 000St-' Volumengeschwindigkeit und bei 1 · 10-⁵ Torr absoluter Feuchtigkeit wird der Luftstrom, enthaltend 0,1 Vol.-% Ozon, durch einen Reaktor mit dem darin vorhandenen Silber-Mangan-Katalysator (auf der Basis von synthetischem Mangandioxid), dessen Körnung 2x3 mm beträgt, durchgeleitet Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 angegebe:,.

Tabelle 4 Tabelle 5

Temperatur, °C

Ozongehalt, ppm

^Anfang

Reinigungsgrad

1000
1000
1000
1000

450

130
0,05
0,05

2,2

7,7

2 ' 1O^
2 · ΙΟ⁴

Beispiel 5

Bei 20°C unter normalem Druck mit 10 000 St"¹ Volumengeschwindigkeit und bei 90% relativer Feuchtigkeit wird der ozonhaltige Luftstrom durch einen Reaktor mit dem darin vorhandenen Silber-Mangan-Katalysator (auf der Basis von synthetischem Mangandioxid), dessen Körnung 2x3 mm beträgt, durchgeleitet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 angegeben.

Ozongehalt, ppm

^Anfang

Reinigungsgrad

10000

1000

100

0,5

0,05

2 · W⁴

: · io⁴

2 - 10^J

Beispiel 6

Bei 20⁰C unter normalem Druck und bei 70% relativer Feuchtigkeit wird der Luftstrom, enthaltend 0,1% Ozon, durch einen Reaktor mit dem darin vorhandenen Silber-Mangan-Katalysator, durchgeleitet, der durch Promotieren von Pyrolusitmanganerz mittels 1 Gew.-% Silbers hurgeytellt ist und eine Körnung von 3 χ 5 mm aufweisL Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 angegeben.

Tabelle 6	Volumen-	Ozongehalt, ppm	CEndc	Reini?ungsgrad	- CAnfang/Cnnde
Zeit,	geschwin-		0,5		10³
St	digkeit.		0,05		10⁴
	sri	f*Ar.r™g	0,05	K	IO⁴
	10000	1000		*2 ■*
20	5000	1000		2
10	5000	1000	2
125

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Entfernen von Ozonverunreinigungen aus Luft oder Abluft mit einer relativen Luftfeuchtigkeit bis zu 90%, bei dem die Luft oder Abluft zur katalytischen Spaltung des Ozons bei niedrigen Temperaturen durch die Schicht eines granulierten Katalysators geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator synthetisches, mit 2,2 Gew.-% Silber promotiertes Mangandioxid oder mit 1 Gew.-% Silber promotiertes Pyrolusiterz mit einem Mangandioxidgehalt von mindestens 80 Gew.-% eingesetzt wird.