DE3936744A1 - Catalytic oxidative decomposition of halogenated organic cpds. - by passing cpd. mixed with oxygen and gas which burns in oxygen through fluidised bed of catalyst - Google Patents
Catalytic oxidative decomposition of halogenated organic cpds. - by passing cpd. mixed with oxygen and gas which burns in oxygen through fluidised bed of catalystInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kataly tischen oxidativen Zersetzung von halogenierten orga nischen Verbindungen sowie die Anwendung des erfindungs gemäßen Verfahrens.The invention relates to a method for catalyzing tables oxidative decomposition of halogenated orga African compounds and the application of the Invention according to the procedure.
Die Emission von organischen Verbindungen und insbe sondere halogenierten organischen Verbindungen beispiels weise in industriellen Abgasen, z. B. in den Abgasen der Vinylchlorid-Synthese, ist aus Gründen des Umweltschutzes problematisch.The emission of organic compounds and esp special halogenated organic compounds for example wise in industrial exhaust gases, e.g. B. in the exhaust gases of the Vinyl chloride synthesis, is for environmental reasons problematic.
Zur Zersetzung von Abgasen, die halogenierte organi sche Verbindungen enthalten, ist es bekannt, diese Abgase auf hohe Temperaturen zu erhitzen, d. h. auf Temperaturen bis zu 1500°C, und dadurch eine thermische oxidative Zersetzung zu bewirken. Neben derartigen unökonomischen thermischen Verfahren sind auch katalytisch arbeitende Verfahren zur Zersetzung von halogenierten organischen Verbindungen bekannt. Üblicherweise wird das halogenierte organische Verbindungen enthaltende Abgas auf etwa 300°C erhitzt und durch ein katalytisches Festbett geleitet. Dabei kommt es bei hohen Konzentrationen leicht zur thermischen Überbelastung der verwendeten Katalysatoren.For the decomposition of exhaust gases, the halogenated organi contain cal compounds, it is known these exhaust gases heat to high temperatures, d. H. on temperatures up to 1500 ° C, making it a thermal oxidative To cause decomposition. In addition to such uneconomical thermal processes are also catalytic Process for the decomposition of halogenated organic Connections known. This is usually halogenated exhaust gas containing organic compounds to about 300 ° C. heated and passed through a fixed catalytic bed. It is easy to do at high concentrations thermal overload of the catalysts used.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein ver bessertes Verfahren zur katalytischen oxidativen Zerset zung von halogenierten organischen Verbindungen anzugeben. The object of the present invention was to provide a ver improved process for catalytic oxidative decomposition halogenated organic compounds.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfah ren gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren zur kataly tischen oxidativen Zersetzung von halogenierten organi schen Verbindungen ist dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gasgemisch, welches eine halogenierte organische Verbin dung, Sauerstoff und ein mit Sauerstoff exotherm verbren nendes Gas oder Dampf enthält, zur Zersetzung der halo genierten organischen Verbindung durch eine katalytische Wirbelschicht leitet.This object is achieved by the method according to the invention solved. The inventive method for catalyzing tables oxidative decomposition of halogenated organi connections is characterized in that one Gas mixture, which is a halogenated organic compound dung, oxygen and an oxygen exothermic burn contains gas or steam to decompose the halo Generated organic compound by a catalytic Fluidized bed conducts.
Als Katalysator kommen alle bekannten, zur oxidativen Zersetzung von halogenierten organischen Verbindungen be kannten Katalysatoren in Betracht. Eine Vielzahl von Me tallen, insbesondere Edelmetallen, wie Platin, Palladium, Ruthenium oder Rhodium und Metalloxide, in reiner Form oder als Gemisch können als Vollkontaktkatalysator oder, vorzugsweise als Trägerkatalysator mit bekannten kera mischen Trägermaterial eingesetzt werden. Gut geeignet ist, z. B. α-Aluminiumoxid, γ-Aluminiumoxid, Siliciumdioxid oder Alumosilikat. Bevorzugt verwendet man Edelmetall katalysatoren, insbesondere als Edelmetallträgerkata lysator. Bevorzugte Trägerkatalysatoren enthalten Platin auf γ-Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Corderit, Zeolith oder Alumosilikat als Träger. Die spezifische Oberfläche der Trägermaterialien kann im Bereich von 1 m2/g bis 500 m2/g liegen. der Edelmetallgehalt kann im Bereich von 0,01 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Trägerkatalysators liegen, und beträgt vorteilhafterweise etwa 0,1 bis 0,5 Gew.-%.All known catalysts known for the oxidative decomposition of halogenated organic compounds can be used as catalysts. A variety of metals, in particular noble metals, such as platinum, palladium, ruthenium or rhodium and metal oxides, in pure form or as a mixture can be used as a full contact catalyst or, preferably, as a supported catalyst with known ceramic mixed carrier material. Is well suited, e.g. B. α-alumina, γ-alumina, silicon dioxide or aluminosilicate. Preference is given to using noble metal catalysts, in particular as a noble metal carrier catalyst. Preferred supported catalysts contain platinum on γ-aluminum oxide, silicon dioxide, corderite, zeolite or aluminosilicate as the support. The specific surface area of the carrier materials can be in the range from 1 m 2 / g to 500 m 2 / g. the noble metal content can be in the range from 0.01 to 1% by weight, based on the total weight of the supported catalyst, and is advantageously about 0.1 to 0.5% by weight.
Die katalytisch aktive Komponente, insbesondere ein Edelmetall wie Platin, kann in homogener Verteilung oder in inhomogener Verteilung auf dem Trägermaterial vorlie gen. Die Trägerkatalysatoren können z. B. in granulierter Form oder kugelförmig vorliegen. Vorzugsweise verwendet man im erfindungsgemäßen Verfahren Trägerkatalysatoren in Kugel-Form. The catalytically active component, especially one Precious metal such as platinum, can be in a homogeneous distribution or inhomogeneous distribution on the carrier material gen. The supported catalysts can, for. B. in granulated Form or spherical. Preferably used supported catalysts in the process according to the invention Ball shape.
Die Partikelgröße der Katalysatoren bzw. der Träger katalysatoren muß so gewählt werden, daß der zu reinigende Gasstrom noch eine Verwirbelung der Partikel unter Ausbil dung einer Wirbelschicht bewirken kann. Bei der Auswahl der geeigneten Partikelgröße muß der Volumenstrom des zu reinigenden Gases, die Form (Luftwiderstand) der Partikel, die Raumform des Reaktors, das spezifische Gewicht des Trägerkatalysators u. a. Einflußgrößen berücksichtigt wer den. Gewünschtenfalls kann der Fachmann durch orientie rende Versuche die für einen speziellen Anwendungsbereich optimal geeignete Partikelgröße ermitteln.The particle size of the catalysts or the carrier Catalysts must be chosen so that the one to be cleaned Gas flow still swirling the particles with formation formation of a fluidized bed. In selecting the appropriate particle size must be the volume flow of the cleaning gas, the shape (air resistance) of the particles, the spatial shape of the reactor, the specific weight of the Supported catalyst u. a. Influencing factors take into account who the. If desired, the person skilled in the art can use orientie trials for a special application determine the optimal particle size.
Katalysatorpartikel bzw. Trägerkatalysatorpartikel in einer Größe von bis zu 2 mm, vorzugsweise von 0,1 bis 1 mm, sind im allgemeinen sehr gut geeignet.Catalyst particles or supported catalyst particles in a size of up to 2 mm, preferably from 0.1 to 1 mm are generally very suitable.
Bei der zu zersetzenden organischen Verbindung kann es sich um eine Reinsubstanz oder ein Gemisch mehrerer halogenierter organischer Verbindungen handeln. Als kata lytisch zu zersetzende halogenierte organische Verbindung kommen teil- oder vollhalogenierte aliphatische, aroma tische oder araliphatische Verbindungen in Frage, insbe sondere gesättigte oder ungesättigte, teil- oder vollhalo genierte, verzweigte oder unverzweigte aliphatische Koh lenwasserstoffe. Besonders geeignet ist das erfindungsge mäße Verfahren zur katalytischen Zersetzung von alipha tischen, teil- oder vollhalogenierten Kohlenwasserstoffen mit 1 bis 12 C-Atomen. Halogen bedeutet bevorzugt Chlor. Hervorragend geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Zersetzung von Abgasen, welche Chlormethan, Dichlor methan, Chloroform, Ethylchlorid, Ethylendichlorid, Vinyl chlorid, Propylchlorid oder Butylchlorid enthalten. Natür lich kann man auch Gemische von halogenierten organischen Verbindungen im erfindungsgemäßen Verfahren zersetzen.The organic compound to be decomposed can it is a pure substance or a mixture of several act halogenated organic compounds. As kata Halogenated organic compound to be decomposed lytically come partially or fully halogenated aliphatic, aroma table or araliphatic compounds in question, esp special saturated or unsaturated, partially or fully halo branched, branched or unbranched aliphatic Koh Hydrogen oils. This is particularly suitable moderate process for the catalytic decomposition of alipha tables, partially or fully halogenated hydrocarbons with 1 to 12 carbon atoms. Halogen preferably means chlorine. The method according to the invention is extremely suitable for the decomposition of exhaust gases, which are chloromethane, dichlor methane, chloroform, ethyl chloride, ethylene dichloride, vinyl contain chloride, propyl chloride or butyl chloride. Of course Lich you can also mixtures of halogenated organic Decompose compounds in the process according to the invention.
Der Begriff "mit Sauerstoff exotherm verbrennendes Gas oder Dampf" umfaßt halogenfreie, insbesondere alipha tische Kohlenwasserstoffe mit 1 bis 20 C-Atomen. Bevorzugt setzt man im Rahmen der vorliegenden Erfindung neben bei Normalbedingungen gasförmigen Substanzen weiterhin solche Substanzen ein, die bei Normalbedingungen einen Dampfdruck von mehr als 10 mbar besitzen, beispielsweise aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 1 bis 8 C-Atomen. Vorzugsweise um faßt dieser Begriff kurzkettige aliphatische Kohlenwasser stoffe mit 1 bis 6 C-Atomen, insbesondere Methan, Ethan, Ethylen, Propan, Propen, Butan, Pentan und Hexan.The term "burning exothermic with oxygen Gas or steam "includes halogen-free, especially alipha table hydrocarbons with 1 to 20 carbon atoms. Prefers is added in the context of the present invention Normal conditions of gaseous substances continue to be such Substances that have a vapor pressure under normal conditions of more than 10 mbar, for example aliphatic Hydrocarbons with 1 to 8 carbon atoms. Preferably around this term summarizes short-chain aliphatic hydrocarbons substances with 1 to 6 carbon atoms, especially methane, ethane, Ethylene, propane, propene, butane, pentane and hexane.
Es ist selbstverständlich, daß das Abgas neben einer oder mehreren halogenierten organischen Verbindungen und dem mit Sauerstoff exotherm verbrennenden Gas auch Sauer stoff enthalten muß. Zweckmäßigerweise sollte der Sauer stoff in einer Menge vorhanden sein, die stöchiometrisch zur vollständigen Oxidation der halogenierten Verbindung und des exotherm verbrennenden Gases notwendig ist. Eine Limitierung bezüglich des Höchstgehaltes an Sauerstoff gibt es nicht. Besonders bevorzugtes Abgas im erfindungs gemäßen Verfahren enthält neben der halogenierten orga nischen Verbindung und dem mit Sauerstoff exotherm ver brennenden Gas als restlichen Bestandteil Luft.It goes without saying that the exhaust gas next to one or more halogenated organic compounds and the gas that burns exothermically with oxygen is also acidic must contain substance. Appropriately, the sour substance to be present in an amount that is stoichiometric for complete oxidation of the halogenated compound and the exothermic burning gas is necessary. A Limitation on the maximum content of oxygen there is not any. Particularly preferred exhaust gas in the fiction In addition to the halogenated orga African compound and the exothermic ver with oxygen burning gas as the remaining component air.
Die halogenierte organische Verbindung bzw. das Ge misch solcher Verbindungen kann in einer Konzentration von 10 bis zu 10 000 ppm, vorzugsweise in einer Konzentra tion von 100 bis 5000 ppm, im Abgas enthalten sein. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das mit Sauerstoff exotherm verbrennende Gas oder der Dampf in einer Konzen tration von mindestens 1000 ppm im Gasgemisch vor. Das mit Sauerstoff exotherm verbrennende Gas oder der Dampf kann in einer Konzentration von bis zu 20 000 ppm, vorzugsweise von 2000 bis 20 000 ppm im Abgas enthalten sein.The halogenated organic compound or the Ge Mixture of such compounds can be in a concentration from 10 to 10,000 ppm, preferably in a concentration tion of 100 to 5000 ppm, contained in the exhaust gas. In In a preferred embodiment, this is with oxygen exothermic gas or vapor in one concent tration of at least 1000 ppm in the gas mixture. That with Oxygen can burn exothermic gas or steam in a concentration of up to 20,000 ppm, preferably be contained in the exhaust gas from 2000 to 20,000 ppm.
In vielen Abgasen, beispielsweise Abgasen aus der Vinylchlorid-Synthese, sind halogenfreie, mit Sauerstoff exotherm verbrennende Gase enthalten. Je nach vorhandener Konzentration brauchen keine mit Sauerstoff exotherm ver brennenden Gase zugesetzt zu werden. Gewünschtenfalls setzt man einem halogenierte organische Verbindungen ent haltenden Abgas das mit Sauerstoff exotherm verbrennende Gas oder den Dampf in einer solchen Menge zu, daß exotherm mit Sauerstoff verbrennendes Gas in einer Gesamt-Konzen tration von 1000 bis 20 000 ppm, vorzugsweise von 2000 bis 20 000 ppm im Abgas enthalten ist.In many exhaust gases, for example exhaust gases from the Vinyl chloride synthesis, are halogen-free, with oxygen contain exothermic gases. Depending on the existing Concentration does not need to be exothermic with oxygen to be added to burning gases. If desired halogenated organic compounds holding exhaust gas that burns exothermic with oxygen Gas or steam in such an amount that exothermic oxygen-burning gas in a total concentration tration from 1000 to 20,000 ppm, preferably from 2000 to 20,000 ppm is contained in the exhaust gas.
Die katalytische Zersetzung der halogenierten organi schen Verbindungen erfolgt im erfindungsgemäßen Verfahren bei Temperaturen von 400 bis 800°C in der Wirbelschicht.The catalytic decomposition of the halogenated organi connections in the process according to the invention at temperatures of 400 to 800 ° C in the fluidized bed.
In vielen Fällen brauchen die Abgase vor dem Eintritt in die Wirbelschicht allenfalls auf mäßig hohe Temperatu ren, beispielsweise auf nicht mehr als 100°C aufgeheizt zu werden. Oft, beispielsweise bei Abgasen aus der Vinyl chlorid-Produktion, ist ein Vorheizen auf nur 40°C not wendig. Gewünschtenfalls kann das zu reinigende Abgas aber auch auf höhere Temperaturen vorgeheizt werden. Die für ein gegebenenfalls vorzunehmendes Vorwärmen notwendige Energie kann durch geeignete Wärmetauscher, die die Wärmeabfuhr aus der katalytischen Wirbelschicht und/oder dem gereinigten Abgas bewirken, aus dem Verfahren gewonnen werden oder durch Vorheizen mittels Brenner, Wärmestrah lung o. ä. aus externen Quellen zugeführt werden.In many cases, the exhaust gases need before entering in the fluidized bed at most to a moderately high temperature ren, for example heated to no more than 100 ° C. to become. Often, for example with exhaust gases from the vinyl chloride production, preheating to only 40 ° C is not necessary agile. If desired, the exhaust gas to be cleaned can can also be preheated to higher temperatures. The for any preheating that may be necessary Energy can be transferred through suitable heat exchangers Heat dissipation from the catalytic fluidized bed and / or cause the cleaned exhaust gas, obtained from the process be or by preheating using a burner, heat jet lung or the like from external sources.
Im erfindungsgemäßen Verfahren ist die Zuführung ex terner Energie nur notwendig, um die katalytische Wirbel schicht auf die Anspringtemperatur von mindestens 150°C zu bringen. Hierzu kann man das Katalysatormaterial und/ oder das zu zersetzende Gasgemisch entsprechend aufheizen. Die Zuführung externer Energie ist nicht notwendig, wenn der Energiegehalt der Abgase zur Aufrechterhaltung der Mindesttemperatur in der katalytischen Wirbelschicht von etwa 400°C ausreicht.In the method according to the invention, the feed ex ternal energy only necessary to the catalytic vortex layer on the light off temperature of at least 150 ° C bring to. The catalyst material and / or heat up the gas mixture to be decomposed accordingly. The supply of external energy is not necessary if the energy content of the exhaust gases to maintain the Minimum temperature in the catalytic fluidized bed of about 400 ° C is sufficient.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Unterdruck, Normaldruck und Überdruck bis zu 1 MPa durchgeführt wer den. Technisch einfach und deshalb bevorzugt ist die Durchführung bei Normaldruck (Umgebungsdruck).The method according to the invention can Normal pressure and overpressure up to 1 MPa the. Technically simple and therefore preferred Carried out at normal pressure (ambient pressure).
Die Verweilzeit des zu reinigenden Abgases in der katalytischen Wirbelschicht kann weniger als 0,1 Sekunden betragen. Die Verweilzeit liegt vorzugsweise zwischen 0,1 und 1 Sekunde.The dwell time of the exhaust gas to be cleaned in the fluidized catalytic bed can be less than 0.1 seconds be. The residence time is preferably between 0.1 and 1 second.
Vorteilhafterweise führt man einen Teil beispiels weise bis zu 50% der bei der Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens freiwerdenden Wärmeenergie aus der Wirbelschicht ab.Advantageously, a part is carried out, for example way up to 50% of the implementation of the invention According to the process released thermal energy from the Fluidized bed.
Durch Einbau von geeigneten Vorrichtungen, z. B. von Kühlmänteln oder Wärmetauschern in den Wirbelschichtreak tor kann man für eine effektive Wärmeabfuhr sorgen und den Durchsatz an zu reinigendem Abgas noch erhöhen.By installing suitable devices, e.g. B. from Cooling jackets or heat exchangers in the fluidized bed react You can ensure effective heat dissipation and increase the throughput of exhaust gas to be cleaned.
Es ist bekannt, daß es verschiedene Wirbelschicht typen gibt. Man unterscheidet Wirbelschichten mit mäßiger Bettbewegung und geringem Feststoffaustrag (im folgenden Fließbett genannt), ferner die stark expandierte Wirbel schicht mit starker Feststoffbewegung und überwiegendem oder vollständigem Feststoffaustrag ("flash reactor") sowie die einer pneumatischen Förderung nahekommende zir kulierende Wirbelschicht mit vollständigem Feststoffaus trag und -rückführung. Das Verfahren der vorliegenden Er findung wird vorzugsweise als Fließbett betrieben. Die mit dem gereinigten Abgas ausgetragenen Feststoffe, hierbei handelt es sich um mehr oder weniger zerkleinertes Kata lysatormaterial, werden vorteilhafterweise in einem Fest stoffabscheider, beispielsweise einem Cyclon vom Abgas abgetrennt. Man kann nun den abgetrennten Feststoffanteil ganz oder teilweise in die Wirbelschicht rückführen. Den nicht im Kreislauf geführten, sondern ausgeschleusten An teil des abgetrennten Feststoffes kann man zur Rückgewin nung des Metall-, insbesondere Edelmetallgehalts einer entsprechenden Aufarbeitung zuführen. Man kann nun ent sprechend der Menge des ausgeschleusten Feststoffanteils frischen Katalysator bzw. Trägerkatalysator in den Kreis lauf einbringen.It is known that there are different fluidized beds types there. A distinction is made between fluidized beds with moderate Bed movement and low solids discharge (in the following Called fluid bed), furthermore the strongly expanded vertebrae layer with strong solid movement and predominant or complete solids discharge ("flash reactor") as well as the zir cumulating fluidized bed with complete solids carry and return. The procedure of the present Er invention is preferably operated as a fluidized bed. With the cleaned exhaust gas discharged solids, here it is more or less crushed kata lysator material, are advantageously in a solid material separator, for example a cyclone from the exhaust gas separated. You can now see the separated solids return all or part of the fluidized bed. The not circulated, but removed Part of the separated solid can be recovered of the metal, especially precious metal content carry out appropriate processing. One can now ent speaking of the amount of solid matter discharged fresh catalyst or supported catalyst in the circle bring in the run.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur katalytischen oxidativen Zersetzung von halogenierten organischen Ver bindungen kann auch in kontinuierlicher Verfahrensweise durchgeführt werden. Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur katalytischen oxidativen Zersetzung von halogenierten organischen Verbindungen ist dadurch gekenn zeichnet, daß man in kontinuierlicher Verfahrensweise ein Gasgemisch, welches die halogenierte organische Verbin dung, Sauerstoff und ein mit Sauerstoff exotherm verbren nendes Gas oder einem Dampf enthält, durch eine kataly tische Wirbelschicht leitet, wobei man satzweise oder kontinuierlich einen Teil des Katalysators aus der Wirbel schicht ausschleust und entsprechend der aus der Wirbel schicht ausgeschleusten Menge frischen Katalysator in die Wirbelschicht einbringt.The inventive method for catalytic oxidative decomposition of halogenated organic ver Bonds can also be done in a continuous manner be performed. This variant of the invention Process for the catalytic oxidative decomposition of Halogenated organic compounds are characterized by this records that one in a continuous procedure Gas mixture, which is the halogenated organic compound dung, oxygen and an oxygen exothermic burn contains a gas or a vapor, through a catalyze table fluidized bed conducts, where one sentence or continuously part of the catalyst from the vortex ejected layer and correspondingly from the vortex layer of fresh catalyst discharged into the layer Introduces fluidized bed.
Dieses Ausschleusen aus der Wirbelschicht bzw. Ein bringen in die Wirbelschicht kann durch separate Abfüh rungseinrichtungen bzw. Zuführungseinrichtungen geschehen. Zweckmäßigerweise geht man jedoch so vor, daß man den Volumenstrom des Abgases so einregelt, daß satzweise oder vorzugsweise kontinuierlich Katalysatormaterial mit dem gereinigten Abgas aus der Wirbelschicht ausgetragen wird und in einem Feststoffabscheider vom Abgas abgetrennt wird. Man betreibt die Wirbelschicht dann zeitweise oder ständig als expandierte Wirbelschicht. Um die Menge an Katalysatormaterial in der Wirbelschicht im wesentlichen konstant zu halten, wird dem Wirbelbett Katalysatormate rial in einer Menge zugeführt, die der ausgetragenen Menge entspricht. Zur Rückführung in die Wirbelschicht wird dann ein Teil des ausgetragenen und abgetrennten Feststoffes oder auch der gesamte abgetrennte Feststoff durch frischen Katalysator ergänzt bzw. frischen Trägerkatalysator er setzt. This discharge from the fluidized bed or on can bring into the fluidized bed by separate removal tion facilities or feed facilities happen. Appropriately, however, one proceeds that one Volume flow of the exhaust gas regulated so that in batches or preferably continuously with the catalyst material cleaned exhaust gas is discharged from the fluidized bed and separated from the exhaust gas in a solids separator becomes. The fluidized bed is then operated temporarily or constantly as an expanded fluidized bed. To the amount of Catalyst material in the fluidized bed essentially keeping the fluidized bed becomes a catalyst mate rial supplied in an amount equal to the amount discharged corresponds. It is then returned to the fluidized bed part of the discharged and separated solid or the entire separated solid by fresh Catalyst supplements or fresh supported catalyst puts.
Das vorstehend beschriebene Verfahren zur katalyti schen oxidativen Zersetzung von halogenierten organischen Verbindungen, das auch kontinuierlich betrieben werden kann, sieht somit eine einstufige Behandlung der Abgase in einer katalytischen Wirbelschicht vor, vorzugsweise mit anschließender Feststoffabtrennung aus dem Abgas und Fest stoffrückführung. Bei dieser Vorgehensweise werden bereits sehr hohe Umsatzgrade (< 99%) erzielt.The catalytic process described above oxidative decomposition of halogenated organic Connections that are also operated continuously can see a one-step treatment of the exhaust gases in a catalytic fluidized bed, preferably with subsequent solid separation from the exhaust gas and solid material return. This will already work very high degrees of sales (<99%) achieved.
Gewünschtenfalls kann man den Umsatzgrad noch weiter erhöhen. Hierzu kann man beispielsweise einen Teil des Abgases in die katalytische Wirbelschicht rückführen. Man kann beispielsweise auch an die katalytische Wirbel schicht eine weitere vorzugsweise katalytische Behand lungsstufe anschließen. Insbesondere kann das Gas in einem katalytischen Festbett weiterbehandelt werden. Als Kataly sator kommen die vorstehend beschriebenen Edelmetall- oder Metalloxid-Katalysatoren als Vollkontakt oder Trägerkata lysatoren in Frage. Hierbei kann es sich um Schüttgutkör per wie Granulat, Pellets oder Kugeln, oder um Träger in Monolithform handeln.If desired, you can still change the degree of sales increase further. For this you can, for example, part return the exhaust gas to the fluidized catalytic bed. One can also look at the catalytic vortex, for example layer another preferably catalytic treatment Connect the level. In particular, the gas can be in one catalytic fixed bed can be treated further. As Kataly come the precious metal or described above Metal oxide catalysts as full contact or support catalyst analyzers in question. This can be bulk goods per such as granules, pellets or balls, or to carry in Act monolithic.
Zur Abtrennung feinster Bestandteile des Abgases kann eine Feinststaubabtrennung vorgesehen werden.To separate the finest constituents of the exhaust gas a fine dust separation can be provided.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gereinigten Abgase enthalten neben HCl, CO2 und gegebenenfalls Luft nur noch geringste Mengen an halogenierten organischen Kohlenwasserstoffen. Selbst bei einstufiger Verfahrensfüh rung sind diese gaschromatographisch oft nicht mehr nach weisbar. Der Gehalt HCl kann nach üblichen Methoden aus dem Abgas abgetrennt werden. Beispielsweise kann man das Abgas über feste Adsorptionsmittel für HCl leiten und das adsorbierte HCl rückgewinnen. Es ist auch möglich, HCl zu absorbieren, z. B. mit Lösungsmitteln, beispielsweise Was ser, aus dem Abgas auszuwaschen. Schließlich ist auch die Chemisorption beispielsweise mit Basen möglich. Das erhal tene Abgas ist dann schadstofffrei.In addition to HCl, CO 2 and optionally air, the exhaust gases purified by the process according to the invention contain only very small amounts of halogenated organic hydrocarbons. Even with one-step procedure, these are often no longer detectable by gas chromatography. The HCl content can be separated from the exhaust gas using customary methods. For example, you can pass the exhaust gas over solid adsorbent for HCl and recover the adsorbed HCl. It is also possible to absorb HCl, e.g. B. with solvents, such as water, wash out of the exhaust gas. Finally, chemisorption with bases, for example, is also possible. The exhaust gas obtained is then free of pollutants.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich, wie vor stehend bereits beschrieben, sehr gut für die Reinigung von Abgasen aus verschiedensten industriellen Prozessen. Besonders gut eignet es sich zur Anwendung der Reinigung von Abgasen aus der Vinylchlorid-Synthese und Flüssigrück ständen der Epichlorhydrin-Synthese. Ein weiterer Gegen stand der Erfindung ist somit die Anwendung des erfin dungsgemäßen Verfahrens bei der Reinigung der Abgase aus der Vinylchlorid-Synthese und Flüssigrückständen der Epi chlorhydrin-Synthese.The method according to the invention is suitable, as before already described, very good for cleaning of exhaust gases from a wide variety of industrial processes. It is particularly suitable for cleaning of exhaust gases from vinyl chloride synthesis and liquid back of epichlorohydrin synthesis. Another counter State of the invention is thus the application of the inventions process according to the invention in the purification of the exhaust gases vinyl chloride synthesis and liquid residues from Epi chlorohydrin synthesis.
Derartige Abgase enthalten neben Vinylchlorid noch andere halogenierte organische Verbindungen wie Methylen chlorid und Ethylenchlorid, die bei der Anwendung des er findungsgemäßen Verfahrens ebenfalls zersetzt werden. Oxi diert werden auch die ebenfalls vorhandenen Kohlenwasser stoffe Methan, Ethylen und Ethan sowie Kohlenmonoxid.Exhaust gases of this type also contain vinyl chloride other halogenated organic compounds such as methylene chloride and ethylene chloride that are used in the application of the he inventive method are also decomposed. Oxi The hydrocarbons that are also present are also dated substances methane, ethylene and ethane as well as carbon monoxide.
Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt überraschende Vorteile: Die kontinuierliche Verfahrensführung ist mög lich, das zu reinigende Abgas muß häufig nur auf mäßige Temperaturen, beispielsweise bis zu 60°C, vorgeheizt wer den, das zu reinigende Abgas, z. B. Abgas der Vinylchlorid- Synthese, kann hohe Schadstoffkonzentration besitzen, ohne daß die thermische Überbelastung der Katalysatoren, ins besondere der Edelmetallkatalysatoren, zu befürchten wäre, so daß eine etwaige Verdünnung des Schadgases oft nicht notwendig ist. Obwohl man Abgase mit höheren Schadstoff konzentrationen einsetzen kann, ist der Umsatzgrad sehr hoch und demgemäß die Restgehalte an Schadstoffen sehr niedrig.The inventive method has surprising Advantages: Continuous process management is possible Lich, the exhaust gas to be cleaned often only has to be moderate Temperatures, for example up to 60 ° C, are preheated the, the exhaust gas to be cleaned, e.g. B. Exhaust of vinyl chloride Synthesis, can have high pollutant concentration without that the thermal overload of the catalysts, ins particular of the precious metal catalysts would be feared so that any dilution of the harmful gas is often not necessary is. Although you have exhaust gases with higher pollutants can use concentrations, the degree of sales is very high high and accordingly the residual levels of pollutants very low.
Hierbei sind gerade die letzten beiden Wirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich die Möglich keit, bei hohen Schadstoffkonzentrationen zu arbeiten und dennoch einen hohen Umsatzgrad zu erzielen, gänz lich unerwartet und unvorhersehbar. Es gehört zwar zum Wissen des Fachmanns, daß katalysierte chemische Umset zungen auch in einer katalytischen Wirbelschicht durch geführt werden können. Bekanntermaßen sinkt allerdings der Umsatzgrad im katalytischen Wirbelbett ab. Erwartungs gemäß sollte der Umsatzgrad natürlich umsomehr absinken, wenn eine katalytisch umzusetzende, beispielsweise abzu bauende Verbindung im Gemisch mit einer weiteren, eben falls katalytisch abzubauenden Komponente, nämlich einem mit Sauertof exotherm reagierenden Gas, vorliegt. Gerade dies ist im erfindungsgemäßen Verfahren aber der Fall. Diese Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß in einer katalytischen Wirbelschicht eine oxidativ abzu bauende halogenierte organische Verbindung gerade im Ge misch mit einem ja ebenfalls oxidativ abzubauenden, mit Sauerstoff exotherm reagierenden Gas mit besonders hohem Umsatzgrad zersetzt werden kann, ist völlig überraschend und auch nicht zu erklären. Die Anwendung der kataly tischen Wirbelschicht bei der Zersetzung derartiger Gas gemische ist also nicht naheliegend und zeitigt überra schend vorteilhafte Wirkungen.Here are the last two effects of the method according to the invention, namely the possibility ability to work at high pollutant concentrations and still achieve a high level of sales, completely unexpected and unpredictable. It is part of Knowledge of the skilled person that catalyzed chemical conversion tongues also in a catalytic fluidized bed can be performed. As is known, however, is falling the degree of conversion in the catalytic fluidized bed. Expectation according to the degree of sales should of course decrease all the more, if a catalytic to be implemented, for example, ab building compound in a mixture with another, even if catalytically degradable component, namely one gas reacting exothermically with Sauerertof is present. Just however, this is the case in the method according to the invention. This effect of the inventive method that in to oxidatively remove a catalytic fluidized bed building halogenated organic compound especially in ge mix with one that is also oxidatively degradable, with Oxygen exothermic gas with a particularly high Degree of turnover can be decomposed is completely surprising and also not to explain. The application of the kataly table fluidized bed in the decomposition of such gas Mixtures are therefore not obvious and are out of date beneficial effects.
Die folgenden Beispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren weiter erläutern, ohne es in seinem Umfang ein zuschränken.The following examples are intended to illustrate the invention Explain the procedure further without reducing its scope to restrict.
Als Trägermaterial wurde handelsübliches α-Al2O2- Trägermaterial (Fa. Kali-Chemie, Träger "GS 1039") ver wendet. Das Trägermaterial besaß eine spezifische Ober fläche von 90 m2/g, ein Porenvolumen von 484 mm3/g und wurde in Form von Kugelgranulat mit einem Partikeldurch messer von etwa 0,5 bis 1 mm eingesetzt.Commercial α-Al 2 O 2 carrier material (from Kali-Chemie, carrier "GS 1039") was used as the carrier material. The carrier material had a specific surface area of 90 m 2 / g, a pore volume of 484 mm 3 / g and was used in the form of spherical granules with a particle diameter of about 0.5 to 1 mm.
Das Trägermaterial wurde mit einer wäßrigen Tetra amminoplatinhydroxidlösung in einer Imprägniertrommel im prägniert. Nach der Aufnahme der Imprägnierlösung durch das Trägermaterial wurde der Trägerkatalysator getrocknet und kalziniert. Der fertige Trägerkatalysator enthielt 0,2 Gew.-% Platin.The carrier material was washed with an aqueous tetra amminoplatin hydroxide solution in an impregnation drum in impregnated. After taking up the impregnation solution the carrier material was dried on the supported catalyst and calcined. The finished supported catalyst contained 0.2 wt% platinum.
Die verwendete Vorrichtung bestand aus einem Wärme tauscher zur elektrischen Vorwärmung des eingesetzten schadstoffhaltigen Gasgemisches, einem mit Gaszuleitung und Gasableitung versehenen Rohrreaktor und einem Fest stoffabscheider. Der Mantel des zylindrischen Reaktors war als Doppelmantel ausgebildet und diente zur indirek ten Heizung oder Kühlung des inneren Reaktormantels. Der Reaktor besaß einen Innendurchmesser von 50 mm und ein Volumen von 500 ml.The device used consisted of heat exchanger for electrical preheating of the used pollutant-containing gas mixture, one with gas supply and gas discharge pipe reactor and a solid fabric separator. The jacket of the cylindrical reactor was designed as a double jacket and was used for indirect heating or cooling of the inner reactor jacket. The Reactor had an inner diameter of 50 mm and one Volume of 500 ml.
Der Reaktor wurde mit 300 ml (Ruhevolumen) des nach Beispiel 1.1 erhaltenen Trägerkatalysators befüllt. Das zu reinigende Gasgemisch war Luft mit einem Gehalt von 12 000 ppm Ethylen und 600 ppm Dichlormethan.The reactor was filled with 300 ml (resting volume) of the Example 1.1 obtained supported catalyst filled. That too Purifying gas mixture was air with a content of 12,000 ppm ethylene and 600 ppm dichloromethane.
Das Trägerkatalysatormaterial wurde zunächst auf Anspringtemperatur gebracht (etwa 150°C). Nach Einstel lung des Gleichgewichts wurde das zu reinigende Gasge misch, das vor dem Durchleiten in den Reaktor im Wärme tauscher auf etwa 40°C vorgeheizt worden war, mit einer Raumgeschwindigkeit von etwa 30 000 h-1 durch die sich ausbildende katalytische Wirbelschicht geleitet. Über den kühlbaren Mantel des Reaktors wurde etwa ein Drittel der freiwerdenden Wärmeenergie abgeführt und zur Abgas vorwärmung genutzt. Die Temperatur der Wirbelschicht be trug etwa 434°C. Das den Reaktor verlassende Abgas wurde einem Feststoffabscheider zugeführt, in welchem in gerin ger Menge anfallender Feinststaub abgetrennt wurde. Die gaschromatographische Untersuchung (Trennbedingungen: Säule: Silica-Kapillarsäule; Temperaturprogramm: 50°C isotherm; Säulenlänge: 50 m; Detektor: FID) des den Reak tor verlassenden Abgases ergab, daß die halogenierte or ganische Verbindung (CH2 Cl2) gaschromatographisch nicht mehr nachweisbar war. Der Umsatzgrad des Ethylens betrug 99,13%.The supported catalyst material was first brought to the light-off temperature (about 150 ° C.). After setting the equilibrium, the gas mixture to be cleaned, which had been preheated to about 40 ° C. in the heat exchanger before being passed into the reactor, was passed through the catalytic fluidized bed which formed at a space velocity of about 30,000 h -1 . About a third of the heat energy released was dissipated via the coolable jacket of the reactor and used to preheat the exhaust gas. The temperature of the fluidized bed was about 434 ° C. The exhaust gas leaving the reactor was fed to a solids separator, in which small amounts of very fine dust was separated off. The gas chromatographic examination (separation conditions: column: silica capillary column; temperature program: 50 ° C isothermal; column length: 50 m; detector: FID) of the exhaust gas leaving the reactor showed that the halogenated organic compound (CH 2 Cl 2 ) was not gas chromatographic was more detectable. The degree of conversion of ethylene was 99.13%.
In der unter 1.2 beschriebenen Vorrichtung unter Verwendung von wiederum 300 ml (Ruhevolumen) des unter 1.1 beschriebenen Trägerkatalysators wurde ein Gasgemisch, das Luft sowie 13 500 ppm Ethen und 300 ppm Vinylchlorid enthielt, erfindungsgemäß behandelt. Die Vorwärmtemperatur betrug 40°C, die Raumgeschwindigkeit 33 333 h-1 und die Temperatur in der Wirbelschicht nach Einstellung des Gleichgewichtes etwa 532°C. Wie die gaschromatographische Untersuchung des den Reaktor verlassenden Gases bewies, war die chlorierte Kohlenwasserstoffverbindung vollständig umgesetzt. Das Ethen war zu mehr als 99,5% abgebaut.In the device described under 1.2, again using 300 ml (resting volume) of the supported catalyst described under 1.1, a gas mixture containing air and 13,500 ppm ethene and 300 ppm vinyl chloride was treated according to the invention. The preheating temperature was 40 ° C, the space velocity 33 333 h -1 and the temperature in the fluidized bed after equilibrium was about 532 ° C. As the gas chromatographic examination of the gas leaving the reactor proved, the chlorinated hydrocarbon compound was completely converted. More than 99.5% of the ethene was mined.
Wie im Beispiel 1 beschrieben, wurde Luft mit einem Gehalt von 6000 ppm Ethylen und 750 ppm Butylchlorid nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt. Die Vorwärm temperatur betrug 260°C, die Raumgeschwindigkeit 33 333 h-1, die Wirbelschichttemperatur 429°C. Das den Reaktor verlassende Gasgemisch wurde gaschromatographisch unter sucht. Die chlorierte Kohlenwasserstoffverbindung war nicht mehr nachweisbar, das Ethylen zu mehr als 99% ab gebaut.As described in Example 1, air containing 6000 ppm ethylene and 750 ppm butyl chloride was treated by the process according to the invention. The preheating temperature was 260 ° C, the space velocity 33 333 h -1 , the fluidized bed temperature 429 ° C. The gas mixture leaving the reactor was examined by gas chromatography. The chlorinated hydrocarbon compound was no longer detectable, the ethylene was broken down by more than 99%.
Wie im Beispiel 1 beschrieben, wurde Luft mit einem Gehalt von 6000 ppm Ethen, 750 ppm n-Hexan und 750 ppm chlorierter Kohlenwasserstoffe (Flüssigrückstände aus der Epichlorhydrin-Herstellung) erfindungsgemäß behandelt. Die Vorwärmtemperatur betrug 130°C, die Raumgeschwindigkeit 26 670 h-1 und die Wirbelschichttemperatur 510°C. Die gaschromatographische Untersuchung des den Reaktor ver lassenden Gasgemisches ergab, daß die chlorierten Verbin dungen vollständig umgesetzt worden waren. Der Restgehalt an Hexan und Ethen wurde in der Summe mit 6 ppm bestimmt.As described in Example 1, air containing 6000 ppm ethene, 750 ppm n-hexane and 750 ppm chlorinated hydrocarbons (liquid residues from the production of epichlorohydrin) was treated according to the invention. The preheating temperature was 130 ° C, the space velocity 26 670 h -1 and the fluidized bed temperature 510 ° C. Gas chromatographic examination of the gas mixture leaving the reactor showed that the chlorinated compounds had been completely implemented. The total content of hexane and ethene was determined to be 6 ppm in total.
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WO1996039243A1 (en) * | 1995-06-06 | 1996-12-12 | Amoco Corporation | Catalytic vent gas treatment system for abatement of volatile chemical emissions |
DE19750546C2 (en) * | 1997-04-30 | 2000-10-05 | Patric Wedlich | Process for the conversion of fully and partially halogenated hydrocarbons |
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1989
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