DE3517864A1 - METHOD FOR CONVERTING HALOGENIC TOXIC SUBSTANCES - Google Patents
METHOD FOR CONVERTING HALOGENIC TOXIC SUBSTANCESInfo
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Description
University of Southern California, University Park, Los Angeles, CA 90007, V.St.A. University of Southern California, University Park, Los Angeles, CA 90007, V.St.A.
b Verfahren zur Umwandlung halogenhaltiger toxischerb Process for converting toxic substances containing halogens
SubstanzenSubstances
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der organisehen Chemie und insbesondere die Entgiftung von schädlichem Abfall.The invention relates generally to the field of organization Chemistry and especially the detoxification of harmful waste.
Die Beseitigung des Abfalls der chemischen und Agrochemischen Industrie und anderer Industriezweige ist derzeit ein großes Problem. Insbesondere gibt es viele chemische Abfallstoffe, wie halogenierte Kohlenwasserstoffe, die nicht biologisch abbaubar sind und daher entweder in sicheren, spezialisierten Gebieten gelagert oder in speziell hierfür errichteten Reaktoren unschädlieh gemacht werden müssen.The disposal of waste from the chemical, agrochemical and other industries is currently a big problem. In particular, there are many chemical waste materials, such as halogenated hydrocarbons, which are not biodegradable and therefore either stored in safe, specialized areas or have to be rendered harmless in reactors specially built for this purpose.
Beispielsweise sind schon Anlagen zum Abbau halogenierter Kohlenwasserstoffe, insbesondere zur Entgiftung von Polychlor-biphenyl-Verbindungen (PCB) entwickelt worden, deren Errichtung in den USA aber seit 1976 nicht fortgesetzt wurde, weil diese Verbindungen zu schwer abbaubar sind und ökologische Schäden verursachen. Große Mengen solcher Verbindungen werden aber gelagert und stellen eine beträchtliche Umweltgefährdung dar.For example, there are already plants for the degradation of halogenated hydrocarbons, in particular for the detoxification of Polychlorobiphenyl compounds (PCB) have been developed, but their establishment in the USA has not continued since 1976 because these compounds are too difficult to break down and cause ecological damage. Large quantities However, such compounds are stored and pose a considerable environmental hazard.
Bei einem der entwickelten Verfahren wird organischer Abfall bei etwa 10000C verdampft und vollständig oder teilweise oxidiert. Unverbrennbare Asche wird direkt aus der Reaktionskammer ausgebracht, während Abgase durch eine Sekundärverbrennungskammer von etwa 12000C geführt werden, um den thermischen Abbau der Verbindung zu be-In one of the processes developed, organic waste is evaporated at around 1000 ° C. and completely or partially oxidized. Incombustible ash is discharged directly from the reaction chamber while exhaust gases are passed through a secondary combustion chamber of about 1200 0 C to the thermal degradation of the compound to be sawn
enden. Dieses Verbrennungssystem hat jedoch den Nachteil, daß zwei Verbrennungskammern erforderlich sind und für jede dieser Kammern ein beträchtlicher Energieeinsatz erforderlich ist und daß außerdem die Anwesenheit von halogenierten Kohlenwasserstoffen im Abgas nicht vollständig verhindert werden kann. Offensichtlich wird in dieser Anlage und anderen früher verwendeten Anlagen, in denen halogenierte Kohlenwasserstoffe in Gegenwart von Luft verbrannt werden, in der Verbrennungskammer freies Chlor gebildet, das dann im Abgas halogenierte Kohlenwasserstoffe reformiert. Wenn also der anfänglich anwesende Schadstoff tatsächlich durch diese Umsetzungen abgebaut wird, ist doch jeder halogenierte Kohlenwasserstoff gefährlich, und Produkte, wie chlorierte Kohlenwasserstoffe, die sich in den Verbrennungskammern in Anwesenheit von freiem Chlor bilden, verhindern die Erzeugung unschädlicher Umsetzungsprodukte. Da aber das gebildete Produkt nicht sauber ist, muß es erneut verarbeitet und getestet werden, und das "schmutzige" Produkt muß so lange eingekapselt und gelagert werden, bis ein besseres Verfahren zur Verfügung steht.end up. However, this combustion system has the disadvantage that two combustion chambers are required and for each of these chambers a considerable use of energy is required and that also the presence of halogenated Hydrocarbons in the exhaust gas cannot be completely prevented. Obviously in this facility and other previously used plants in which halogenated hydrocarbons are in the presence of air are burned, free chlorine is formed in the combustion chamber, which is then halogenated hydrocarbons in the exhaust gas reformed. So if the initially present pollutant is actually broken down by these reactions every halogenated hydrocarbon is dangerous, and products such as chlorinated hydrocarbons, which form in the combustion chambers in the presence of free chlorine prevent generation harmless conversion products. But since the product formed is not clean, it has to be processed again and tested, and the "dirty" product must be encapsulated and stored until a better one Procedure is available.
Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Beseitigung halogenhaltiger organischer Verbindungen, wie Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform, Trichlorethan, Tetrachlorethylen, Methylenchlorid, die verschiedenen Freons, polychlorierten Biphenylen, Dioxinen u.a., durch Umwandlung in Verbindungen, die keine Umweltgefährdung darstellen.The object of the invention is a method for elimination organic compounds containing halogen, such as carbon tetrachloride, chloroform, trichloroethane, tetrachlorethylene, Methylene chloride, the various freons, polychlorinated biphenyls, dioxins, etc., through conversion in compounds that do not pose a threat to the environment.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Umwandlung halogenhaltiger organischer Verbindungen in nicht-umweltschädliche Stoffe, das darin besteht, daß die Verbindung in einer reduzierenden Atmosphäre bei einer Temperatur in dem Bereich von etwa 825°C bis 11250C pyrolysiert wird. Insbesondere wird die Reaktionstemperatur durchThe invention is a process for the conversion of halogenated organic compounds into non-polluting substances, which consists in that the compound in a reducing atmosphere is pyrolyzed at a temperature in the range of about 825 ° C to 1125 0 C. In particular, the reaction temperature is through
Verbrennen von Methan mit Sauerstoff erzeugt, wobei das Methan in stöchiometrischem Überschuß über die zur Umsetzung mit dem Sauerstoff erforderliche Menge eingesetzt wird, so daß die reduzierende Atmosphäre gebildet wird.Burning methane with oxygen is produced, with the methane in stoichiometric excess over the reaction with the oxygen required amount is used, so that the reducing atmosphere is formed will.
Die reduzierende Atmosphäre kann hergestellt werden, indem man Methan und die umzusetzende Verbindung in einem Reaktionsbehälter aus feuerfestem Material miteinander vermischt, nachdem die Verbindung verdampft worden ist. Die erforderliche Temperatur kann durch am Reaktionsbehälter angeordnete Heizvorrichtungen oder durch Verbrennen des Methans mit begrenzten Mengen an Sauerstoff innerhalb des Reaktionsbehälters erzeugt werden. Dabei muß jedoch das Methan in stöchiometrischem Überschuß über die zur Umsetzung mit dem Sauerstoff gemäß der Formel The reducing atmosphere can be created by combining methane and the compound to be converted into one Reaction containers made of refractory material mixed together after the compound has been evaporated. The required temperature can be achieved by heating devices arranged on the reaction vessel or by burning of methane can be generated with limited amounts of oxygen within the reaction vessel. Included however, the methane must be in a stoichiometric excess over that for reaction with the oxygen according to the formula
CH4 + 2O2 > CO2 + 2H2OCH 4 + 2O 2 > CO 2 + 2H 2 O
erforderliche Menge anwesend sein. Unter diesen Bedingungen werden die Halogen-Kohlenstoff-Bindungen aufgebrochen und beispielsweise alles Chlor zu Chlorwasserstoff umgesetzt, und alle orcranischen Verbindungen werden in Gemische von Wasserstoff, Ethylen, Acetylen und Benzol mit geringen Mengen an Kohlenstoff und höheren Aromaten umgesetzt. Da im Reaktionsbehälter kein SauerstoffÜberschuß vorhanden ist, werden Dioxine und andere chlorierte Kohlenwasserstoffe nicht erzeugt oder reformiert. Der Chlorwasserstoff kann vom Abgas nach geeignetem Wärmeaustausch mit Wasser, Alkali, Kalk oder einer allgemein basischen Wäsche, abgestreift werden, und die Kohlenwasserstoffe und Kohlenstoff können als Brennmaterial oder für chemisehe Zwecke verwendet werden.required amount be present. Under these conditions the halogen-carbon bonds are broken and all chlorine, for example, is converted to hydrogen chloride, and all organic compounds become mixtures of hydrogen, ethylene, acetylene and benzene reacted with small amounts of carbon and higher aromatics. Since there is no excess oxygen in the reaction vessel, dioxins and other chlorinated hydrocarbons are formed not created or reformed. The hydrogen chloride can be removed from the exhaust gas after a suitable heat exchange with water, alkali, lime or a generally basic wash, and the hydrocarbons and carbon can be used as fuel or for chemical purposes.
Die reduzierende Atmosphäre kann natürlich auch mit anderen Reaktanten als Methan, beispielsweise mit Wasserstoff, erzeugt werden; jedoch ist Methan leicht erhältlieh und einfacher zu verwenden, so daß in der folgenden detaillierten Beschreibung immer Methan genannt wird.The reducing atmosphere can of course also be used with other reactants than methane, for example with hydrogen, be generated; however, methane is readily available and easier to use, so in the following detailed description is always called methane.
Die Zeichnung veranschaulicht das Verfahren gemäß der Erfindung schematisch und als Beispiel und zeigt eine Vorrichtung, die sich zur Durchführung dieses Verfahrens eignet.The drawing illustrates the method according to the invention schematically and as an example and shows a Device suitable for performing this method.
Die abzubauenden Verbindungen werden in einer reduzierenden Atmosphäre etwa 1 Sekunde lang auf eine Temperatur von wenigstens 10000C erhitzt. Der Reaktor kann von außen, beispielsweise mittels einer Methan-Heizvorrichtung oder dergleichen, oder von innen durch Verbrennen von Methan oder einem anderen Brennstoff mit Sauerstoff unter Verwendung eines Überschusses an dem Brennstoff, so daß die zugesetzte chlorhaltige Verbindung einer reduzierenden Pyrolyse unterworfen wird, aufgeheizt werden. Alternativ kann das reduzierende Gemisch (Brennstoff im Überschuß und organische Halogenverbindung) mit dem oxidativen Erhitzen alternieren, so daß die Abgase der alternierenden Verfahren getrennt voneinander gehalten werden können.The compounds to be broken down are heated to a temperature of at least 1000 ° C. for about 1 second in a reducing atmosphere. The reactor can be heated externally, for example by means of a methane heater or the like, or internally by burning methane or another fuel with oxygen using an excess of the fuel so that the added chlorine-containing compound is subjected to reducing pyrolysis . Alternatively, the reducing mixture (fuel in excess and organic halogen compound) can alternate with the oxidative heating, so that the exhaust gases from the alternating processes can be kept separate from one another.
Insbesondere wird ein Reaktor 10 mit einem gasundurchlässigen Gehäuse 12 vorgesehen, der eine langgestreckte Reaktorkammer oder -zone 14 begrenzt. Da der in der Zone 14 erzeugte Chlorwasserstoff korrosiv ist, muß das Gehäuse 12 einen Innenüberzug aus Keramik, wie Aluminiumoxid, Siliciumdioxid oder dergleichen oder Metallcarbid, -morid oder -nitrid aufweisen. Der Reaktor 10 weist an einem Ende 15 eine Gaseinlaßleitung 16 zur Einführung von Methan in ein erstes Einlaßrohr 18 und einen zweitenIn particular, a reactor 10 is provided with a gas-impermeable housing 12, which has an elongated Reactor chamber or zone 14 limited. Since the hydrogen chloride generated in zone 14 is corrosive, the housing must 12 an inner coating made of ceramic, such as aluminum oxide, silicon dioxide or the like or metal carbide, -moride or -nitride. The reactor 10 has at one end 15 a gas inlet line 16 for introduction of methane into a first inlet pipe 18 and a second
Gaseinlaß 20 zur Einführung von Sauerstoff in das Rohr 18 auf. Die Gaseinlaßleitungen 16 und 2 0 weisen Strömungsmeßventile 22 bzw. 24 zur Steuerung des Zustroms von Methan und Sauerstoff in das Rohr 18 und danach zu einem Brennerauslaß 26 innerhalb der Zone 14, so daß das erforderliche oxidative Erhitzen darin erfolgen kann, auf. Mit einer Flammtemperatur von etwa 1625 bis 21000C wird im allgemeinen eine ausreichende Wärme erzeugt. Eine Buchse 28 ist am Ende 15 durch die Reaktorwand geführt und dient der Aufnahme elektrisch leitender Drähte 30 und 32, die zu einem Widerstandsdraht 34 innerhalb der Reaktionszone 14 nahe dem oxidativen Heizende 26 führen. Alternativ kann eine Funkenspirale oder eine andere Zünd-Gas inlet 20 for introducing oxygen into tube 18. The gas inlet lines 16 and 20 have flow measuring valves 22 and 24, respectively, for controlling the flow of methane and oxygen into the tube 18 and thereafter to a burner outlet 26 within the zone 14 so that the required oxidative heating can take place therein. With a flame temperature of about 1625 to 2100 ° C., sufficient heat is generally generated. A socket 28 is passed through the reactor wall at the end 15 and is used to receive electrically conductive wires 30 and 32, which lead to a resistance wire 34 within the reaction zone 14 near the oxidative heating end 26. Alternatively, a spark spiral or another ignition
Ib einrichtung verwendet werden.Ib facility can be used.
Der Reaktor 10 weist auch einen Einlaß 36 zur Einführung der Halogen enthaltenden Verbindungen oder Abfallmaterialien in ein zweites Einlaßrohr 38 sowie Einlaßleitungen 4 0 und 42 zur Einführung von Methan bzw. Wasserdampf auf. Die Einlasse 35, 40 und 42 weisen Ventile 44, 46 und 48 zur Steuerung der Strömung der verschiedenen Gase durch das Einlaßrohr 38 zu einem Auslaßende 50 in der Zone 14 auf. Das gegenüberliegende Ende 52 des Reaktors 10 ist mit einem Auslaß 54 zum Ausbringen von Produktgasen aus der Zone 14 ausgebildet und weist ein Auslaßmeßventil 56 auf. Vorzugsweise wird die Reaktion so geführt, daß das Produkt nach der für die Umsetzung erforderlichen Verweilzeit von im allgemeinen 2 bis 5 Sekunden abgezogen wird. Die Einlaßventile 22, 24, 46, 48 und 68 und das Auslaßmeßventil 56 werden daher so eingestellt, daß in der Zone 14 etwa Atmosphärendruck beibehalten wird. Durch Einstellen dieser Ventile kann aber der Durchsatz so erhöht werden, daß innerhalb des Reaktors 10 überatmosphärischer Druck herrscht.The reactor 10 also has an inlet 36 for the introduction of the halogen containing compounds or waste materials into a second inlet pipe 38 and inlet lines 40 and 42 for the introduction of methane and water vapor, respectively on. Inlets 35, 40 and 42 have valves 44, 46 and 48 for controlling the flow of the various gases through inlet tube 38 to an outlet end 50 in zone 14. The opposite end 52 of the reactor 10 is formed with an outlet 54 for discharging product gases from the zone 14 and has an outlet measuring valve 56 on. The reaction is preferably carried out in such a way that the product after the reaction required for the reaction Dwell time of generally 2 to 5 seconds is subtracted. The inlet valves 22, 24, 46, 48 and 68 and the outlet measuring valve 56 are therefore set so that that in zone 14 approximately atmospheric pressure is maintained. By adjusting these valves, however, the throughput be increased so that within the reactor 10 superatmospheric There is pressure.
Zum Steuern der Temperatur in der Zone 14 sind Wärmeaustauschmittel 58 vorgesehen, die in diesem Fall Isoliermittel zur Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur in der Zone 14 sind. Alternativ können die Wärmeaustauschmittel 58 aus Methan-Heiζeinrichtungen (nicht gezeigt) zum Heizen des Gehäuses 12 und der Zone 14 von außen bestehen. Alternativ können die Mittel 58 auch aus elektrischen Heizschlangen oder Kühlschlangen verschiedener Art bestehen. Um die Steuerung der Temperatur in der Zone 14 zu unterstützen, kann auch Wasser vom Einlaß 42 in das Rohr 38 eingemessen werden, um das oxidative Erhitzen in der Zone 14 zu dämpfen.Heat exchange means are used to control the temperature in zone 14 58 provided, in this case insulating means to maintain the desired temperature are in zone 14. Alternatively, the heat exchange means 58 can consist of methane heating devices (not shown) exist for heating the housing 12 and the zone 14 from the outside. Alternatively, the means 58 can also be made electrical heating coils or cooling coils of various types exist. To control the temperature in To support zone 14, water can also be drawn from the inlet 42 are measured into the tube 38 in order to dampen the oxidative heating in the zone 14.
Die Zeichnung zeigt auch eine Wasch- und Trennstation 60 zum Fraktionieren der Reaktionsprodukte sowie Leitungen 62 und 64 zur Förderung der dehalogenierten Kohlenwasserstoffe und Kohlenstoffabfall bzw. Chlorwasserstoff zur Lagerung oder Ableitung. Die Station 60 weist auch eine Leitung 66 zur Rückführung irgendeiner der Verbindungen, die nicht dehalogeniert wurden, durch ein Meßventil 68 zu dem Einlaßrohr 38 zur erneuten Umsetzung auf.The drawing also shows a washing and separation station 60 for fractionating the reaction products and lines 62 and 64 for the promotion of dehalogenated hydrocarbons and carbon waste or hydrogen chloride for storage or discharge. The station 60 also has a line 66 for returning any of the connections, which have not been dehalogenated, through a metering valve 68 to the inlet pipe 38 for re-reaction on.
Beim Betrieb werden abgemessene stöchiometrische Mengen an Methan und Sauerstoff durch die Einlaß leitungen 16 und 20 in das Einlaßrohr 18 geführt, worin die Gase sich vermischen und zum Ende 26 und von dort in die Reaktionszone 14 strömen. Abgemessene Mengen an der zu dehaloge- nierenden Verbindung werden durch das Einlaßrohr 36 in das Rohr 38 zusammen mit einer ausreichenden Menge an Methan, die durch die Leitung 40 eingeführt wird, geführt, so daß der Brennstoff im stöchiometrisehen Überschuß zugeführt und dadurch in der Zone 14 eine reduzierende Atmosphäre hergestellt wird. Wasser kann erforderlichenfalls durch die Leitung 42 zugeführt werden, um die Tem-Measured stoichiometric amounts are used during operation of methane and oxygen through the inlet lines 16 and 20 into inlet tube 18 wherein the gases mix and flow to end 26 and thence into reaction zone 14. Measured amounts of the dehaloge- ning compound are through the inlet pipe 36 into the pipe 38 along with a sufficient amount of Methane, which is introduced through line 40, passed so that the fuel is supplied in stoichiometric excess and a reducing atmosphere is thereby established in zone 14. Water can if necessary be fed through line 42 to reduce the temperature
peratur in der Zone 14 zu steuern. Nach der Einführung der brennbaren Mengen an Methan und Sauerstoff oder Luft in die Zone 14 werden die leitenden Drähte 30 und 32 mit Strom versorgt, so daß der Widerstandsdraht 34 so zum Glühen gebracht wird, daß er das Gasgemisch am Zusammenfluß hinter den Austrittsenden 26 und 50 zündet. Alternativ kann ein Zündfunke oder eine andere Zündeinrichtungto control the temperature in zone 14. After the introduction The conductive wires 30 and 32 are using the combustible amounts of methane and oxygen or air in the zone 14 Power is supplied so that the resistance wire 34 is made to glow so that it the gas mixture at the confluence ignites behind the outlet ends 26 and 50. Alternatively, an ignition spark or other ignition device can be used
verwendet -werden.
10be used.
10
Zur Einführung der angegebenen Gase in die Zone 14 können verschiedene Methoden und Vorrichtungen verwendet werden. Beispielsweise kann ein stöchiometrisches Gemisch aus Brennstoff und Sauerstoff durch einen ersten Einlaß und überschüssiger Brennstoff bzw. die Verbindung durch einen zweiten und einen dritten Einlaß direkt in die Zone 14 eingeführt werden. Auch können Brennstoff, Sauerstoff und die Verbindung getrennt oder durch einen einzigen Einlaß eingeführt werden. Vorzugsweise wird das Abgasgemisch bzw. werden die Verbindungen erforderlichenfalls analysiert und homogenisiert, bevor sie in die Vorrichtung 10 eingeführt werden. Das kann erforderlich sein, um sicherzustellen, daß die Menge an anorganischen Verbindungen nicht zu hoch ist. Beispielsweise werden zweckmäßig gewisse nicht-toxische, wasserlösliche Materialien, wie Salz und Kalk, nicht in größeren Mengen eingeführt, da diese Materialien mit der hitzefesten Auskleidung unter Bildung eines glasartigen Überzugs, der die thermische Effizienz des Gehäuses 12 verringern kann, reagieren können. Auch wird vorzugsweise die Verbindung in gasförmigem Zustand, erzeugt durch das Erhitzen und/oder die Verdampfung von Abfluß, der in flüssiger oder fester Phase vorliegt, in die Leitung 36 eingeführt.Various methods and devices can be used to introduce the specified gases into zone 14 will. For example, a stoichiometric mixture of fuel and oxygen can pass through a first inlet and excess fuel or connection through second and third inlets directly into the Zone 14 will be introduced. Also can use fuel, oxygen and the connection is separated or introduced through a single inlet. The exhaust gas mixture is preferably or, if necessary, the connections are analyzed and homogenized before they are put into the device 10 will be introduced. This may be necessary to ensure that the amount of inorganic compounds is not too high. For example, certain non-toxic, water-soluble materials are expediently such as salt and lime, not imported in large quantities, as these materials are covered with the heat-resistant lining Formation of a vitreous coating which can reduce the thermal efficiency of the housing 12 can. The compound is also preferably in the gaseous state, generated by heating and / or the evaporation of runoff in liquid or solid Phase is present, introduced into the line 36.
Außer aus Halogenwasserstoffen besteht der Abfluß aus der Reaktionszone 14 zu einem großen Teil aus der de-In addition to hydrogen halides, the drain consists of the reaction zone 14 to a large extent from the de-
halogenierten Verbindung sowie aus geringen Mengen an weiteren Verbindungen und Elementen. Beispielsweise können bei dem Verbrennungsprozess Wasserdampf und Kohlenoxide gebildet werden, und auch Oxide von Schwefel werden gebildet, wenn Schwefel in der Verbindung anwesend ist oder in anderer Form in die Zone 14 gelangt. Wenn als eine Sauerstoffquelle Luft verwendet wird, werden die nicht-verbrennbaren Komponenten oxidiert, beispielsweise zu Oxiden von Stickstoff . Alle diese Oxide, die in Wasser löslich sind und in wäßriger Lösung sauer reagieren, können zusammen mit dem Chlorwasserstoff in der Wasch/Trenn-Station 60 von dem Abfluß entfernt werden.halogenated compound and small amounts of other compounds and elements. For example, can in the combustion process water vapor and carbon oxides are formed, and also oxides of sulfur are formed formed when sulfur is present in the compound or enters zone 14 in some other form. if When air is used as an oxygen source, the non-combustible components are oxidized, for example to oxides of nitrogen. All these oxides, which are soluble in water and react acidic in aqueous solution, can be removed from the drain along with the hydrogen chloride in wash / separation station 60.
Außer den oben genannten Reaktionsprodukten können auch kohlige Verbindungen gebildet werden, entweder durch den Abbau des dehalogenierten Kohlenwasserstoffs oder aus begleitenden Verunreinigungen. Beispielsweise werden Ethylen, Acetylen und höhere Kohlenwasserstofffe, sowie etwas Kohlenstoff in der Form von Ruß erzeugt. Kohlenstoff, der sich innerhalb des Reaktors bildet, kann periodisch oxidiert und entfernt werden, indem man Luft bei Temperaturen über 6750C durch den Reaktor führt.In addition to the reaction products mentioned above, carbonaceous compounds can also be formed, either through the breakdown of the dehalogenated hydrocarbon or from accompanying impurities. For example, ethylene, acetylene and higher hydrocarbons, as well as some carbon, are produced in the form of soot. Carbon that forms inside the reactor can periodically be oxidized and removed by passing air through the reactor at temperatures above 675 ° C.
Bei Anwendung des obigen Verfahrens erfolgt die Umsetzung sehr rasch und ist im allgemeinen innerhalb einiger Sekunden beendet. Vorzugsweise wird eine Verweilzeit in der heißen Zone des Reaktors von 2 bis 10 Sekunden eingehalten.Using the above procedure, the reaction is very rapid and is generally within finished a few seconds. A residence time in the hot zone of the reactor of 2 to 10 is preferred Seconds.
Die Reaktionsprodukte werden, wie beschrieben, an der Wasch/Trenn-Station 60 getrennt und gewonnen. Verfahren und Vorrichtungen zum Abtrennen von Chlorwasserstoff und anderen wasserlöslichen Gasen von Kohlenwasserstoffen sind bekannt, wozu beispielsweise auf die US-PS 2 488 083, Gorin et al, verwiesen wird. Für die Ab-The reaction products are separated and recovered at washing / separation station 60 as described. procedure and devices for separating hydrogen chloride and other water-soluble gases from hydrocarbons are known, for which reference is made, for example, to US Pat. No. 2,488,083, Gorin et al. For the
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
trennung leichter Gase von dem Reaktionsprodukt können auch Fraktioniereinrichtungen verwendet werden.separation of light gases from the reaction product Fractionators can also be used.
Die Reaktion erfolgt durch Spaltung von Kohlenstoff-Halogen-Bindungen in einer reduzierenden Atmosphäre und demzufolge unter Erzeugung von Halogenwasserstoffen und dehalogenierten Kohlenwasserstoffen. Bei den hier beschriebenen Reaktionen wird Chlorwasserstoff durch Abbau bestimmter chlorierter Kohlenwasserstoffe, Tetrachlorkohlenstoff und Chlorbenzol gebildet, da diese Verbindungen als Beispiele für das beschriebene Verfahren gewählt wurden. Andere halogenierte Kohlenwasserstoffe haben schwächere Kohlenstoff-Halogen-Bindungen oder werden durch einen Mechanismus dehalogeniert, der niedrigere Aktivierungsenergien erfordert als die oben genannten Verbindungen.The reaction takes place by splitting carbon-halogen bonds in a reducing atmosphere and consequently with the generation of hydrogen halides and dehalogenated hydrocarbons. In the reactions described here, hydrogen chloride is broken down certain chlorinated hydrocarbons, carbon tetrachloride and chlorobenzene formed as these compounds as examples of the process described were chosen. Other halogenated hydrocarbons have or become weaker carbon-halogen bonds dehalogenated by a mechanism that requires lower activation energies than those mentioned above Links.
Den Methoden zum Analysieren komplexer Kettenreaktionen, wie sie von Benson in Foundations of Chemical Kinetics, McGraw-Hill (1960), beschrieben sind und den in Kinetic Data on Gas Phase Unimolecular Reactions, die von Benson et al in NSRD, NBS, 21, 1970, beschrieben sind, kann entnommen werden, daß Tetrachlorkohlenstoff der chlorierte Kohlenwasserstoff ist, der am leichtesten pyrolysiert werden kann, während Chlorbenzol der am schwierigsten zu pyrolysierende chlorierte Kohlenwasserstoff ist. Andere chlorierte Verbindungen, wie Chloroform, Trichlorethan, Tetrachlorethylen, Methylenchlorid, polychlorierte Biphenyle und Dioxine haben Kohlenstoff-Halogen-Bindungsenergien, die zwischen denjenigen der als Beispiele gewählten Verbindungen liegen und können daher nach dem Verfahren der Erfindung dehalogeniert werden. Außerdem werden jodierte und bromierte Kohlenwasserstoffe bei niedrigeren Temperaturen abgebaut und in nicht-halogenierte Kohlenwasserstoffe und Jodwasserstoff und Brom-The methods for analyzing complex chain reactions, as described by Benson in Foundations of Chemical Kinetics, McGraw-Hill (1960), and those described in Kinetic Data on Gas Phase Unimolecular Reactions, by Benson et al in NSRD, NBS, 21, 1970, it can be seen that carbon tetrachloride is the chlorinated The hydrocarbon is the easiest to pyrolyze, while chlorobenzene is the hardest to get is pyrolyzing chlorinated hydrocarbon. Other chlorinated compounds, such as chloroform, trichloroethane, Tetrachlorethylene, methylene chloride, polychlorinated biphenyls and dioxins have carbon-halogen bond energies, which are between those of the compounds selected as examples and can therefore be used according to the Methods of the invention can be dehalogenated. Iodized and brominated hydrocarbons are also used degraded at lower temperatures and converted into non-halogenated hydrocarbons and hydrogen iodide and bromine
wasserstoff umgewandelt und zwar bei Temperaturen von etwa 2000C bzw. 1000C unter denjenigen, die mit Bezug auf die chlorierten organischen Verbindungen angegeben werden.hydrogen converted at temperatures of about 200 0 C or 100 0 C below those which are given with reference to the chlorinated organic compounds.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung.The following examples illustrate the invention.
Unter Verwendung einer Vorrichtung, wie sie schematisch in der Zeichnung gezeigt ist, wird Tetrachlorkohlenstoff mit Methan in einer durch Verbrennen von Methan in Sauerstoff geheizten Reaktionszone pyrolysiert. Das Methan ist in stöchiometrischem Überschuß über den Sauerstoff anwesend, so daß eine reduzierende Atmosphäre erzeugt wird, und das Verhältnis von Tetrachlorkohlenstoff zu Methan wird bei etwa 3:1 gehalten; etwa 25 Gew.-% sind Tetrachlorkohlenstoff. Der Reaktor wird bei etwa 10250C gehalten und der Durchsatz wird so eingestellt, daß die Verweilzeit etwa 3 Sekunden beträgt. Der Abfluß enthält Ethylen, Acetylen, Benzol, Wasserstoff und einige höhermolekulare Kohlenwasserstoffe sowie etwas Kohlenstoff in der Form von Ruß. Er enthält das gesamte ursprünglich als Tetrachlorkohlenstoff eingeführte Chlor in der Form von Chlorwasserstoff, d.h. das austretende Gasgemisch bestand zu etwa 65 Mol-% aus Chlorwasserstoff.Using an apparatus as shown schematically in the drawing, carbon tetrachloride is pyrolyzed with methane in a reaction zone heated by burning methane in oxygen. The methane is present in stoichiometric excess over the oxygen so that a reducing atmosphere is created and the ratio of carbon tetrachloride to methane is maintained at about 3: 1; about 25% by weight is carbon tetrachloride. The reactor is kept at about 1025 ° C. and the throughput is adjusted so that the residence time is about 3 seconds. The drain contains ethylene, acetylene, benzene, hydrogen and some higher molecular weight hydrocarbons, as well as some carbon in the form of soot. It contains all of the chlorine originally introduced as carbon tetrachloride in the form of hydrogen chloride, ie the gas mixture that escaped consisted of about 65 mol% of hydrogen chloride.
Dieses Beispiel wurde als typisches Beispiel für eine aromatische chlorhaltige Verbindung Chlorbenzol gewählt. Außerdem ist Chlorbenzol bekanntlich diejenige chlorhaltige organische Verbindung, die am schwierigsten zu pyrolysieren ist. 2 Mol (etwa 21 Gew.-%) Methan wurden je Mol Chlorbenzol verwendet, und die Gase wurden mit einer Temperatur von 11250C bei einer Verweilzeit vonThis example was chosen as a typical example of an aromatic chlorine-containing compound chlorobenzene. In addition, chlorobenzene is known to be the organic compound containing chlorine that is the most difficult to pyrolyze. 2 moles (about 21% by weight) of methane were used per mole of chlorobenzene, and the gases were at a temperature of 1125 ° C. with a residence time of
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etwa 3 Sekunden durch eine Reaktionszone geführt. Der Abfluß enthielt hauptsächlich Benzol und Ethylen und das gesamte Chlor als Chlorwasserstoff. Weitere Produkte waren Acetylen, Wasserstoff, schwerere ungesättigte Kohlenwasserstoffe und Kohlenstoff.passed through a reaction zone for about 3 seconds. The drain mainly contained benzene and ethylene and that all chlorine as hydrogen chloride. Other products were Acetylene, hydrogen, heavier unsaturated hydrocarbons and carbon.
Die Erfindung besteht also in einem Verfahren zum Abbauen von halogenhaltigen Verbindungen, das einfach in seiner Durchführung, wirtschaftlich und effizient ist und in dem das gesamte Chlor in Chlorwasserstoff, der leicht abtrennbar und neutralisierbar ist, übergeführt wird.The invention consists in a method for breaking down halogen-containing compounds that is simple in its Implementation that is economical and efficient and in which all of the chlorine is converted into hydrogen chloride, which is easily is separable and neutralizable, is transferred.
Claims (11)
2511. The method according to claim 9, characterized in that the compound is carbon tetrachloride or chlorobenzene.
25th
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