DE68908137T2 - Quartäres Polyamin als Inhibitor der Sulfitoxidation. - Google Patents

Quartäres Polyamin als Inhibitor der Sulfitoxidation.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft alkalische Waschlösungen zur Absorption von Schwefeldioxid und insbesondere solche Waschlösungen, die kationische Polyelektrolyten zur Hemmung der Oxidation von Sulfit zu Sulfat in der Waschlösung enthalten. Die Erfindung betrifft auch eine Verbesserung in einem Verfahren zur Entfernung von Schwefeldioxid aus einem Gasstrom, worin der das Schwefeldioxid enthaltende Gasstrom mit einer wäßrigen Alkalilösung kontaktiert wird, und insbesondere die Verbesserung, worin ein kationischer Polyelektrolyt zur Hemmung der Oxidation von Sulfit zu Sulfat verwendet wird.
  • Aus US-A-4,310,438 ist es bekannt, wasserlösliche Polyethylenamine mit mindestens einem sekundären Amin und zwei primären Aminen einem sulfithaltigen wäßrigen Medium zuzusetzen, um darin die Oxidation von Sulfit zu Sulfat zu verringern. Das sulfithaltige Medium mit den zugesetzten Polyethylenaminen eignet sich daher in Naßabscheidungssystemen zur Schwefeldioxidabsorption aus einem Gas, das dieses enthält.
  • US-A-4,342,733 lehrt die Verwendung von Polyphosphat- und Organophosphonsäureverbindungen in einer Waschflüssigkeit zur Ergänzung und Verstärkung der Antioxidationswirksamkeit von Sulfit-Antioxidationsmitteln, wie etwa den linearen Polyethylenaminen und den substituierten sekundären und tertiären aromatischen Aminen.
  • US-A-4,324,775 offenbart die Entfernung von Schwefeldioxid aus einem gasförmigen Gemisch durch (a) Kontaktieren des Gemisches mit einer wäßrigen Waschlösung, welche das Salz (M&sub2;B) eines Alkalimetallkations (M) mit einem divalenten Anion (B) enthält, das von einer Säure mit einem pKa von mindestens 3,0 stammt, (b) Kontaktieren der vollen, verbrauchten Waschlösung mit einer organischen flüssigen Phase, die ein saures Salz (AHB) einer kationischen Amingruppe (A), die eine hydrophobe C&sub8;-C&sub4;&sub5; Untergruppe enthält, mit einem monovalenten protonenhaltigen sauren Anion (HB) umfaßt, und (c) Erhitzen des resultierenden schwefelhaltigen Aminsalzes zur Freisetzung von Schwefeldioxid und zur Bereitstellung einer Aminphase mit verringerter Azidität, wobei die Phase mit wäßrigem Alkalimetallsalz HB kontaktiert wird, um die Wasch-
  • lösung und das Aminsalz zu regenerieren. Spezifizierte Aminsalze umfassen Trialkylmethylammoniumchloride mit geradkettigen C&sub8;-C&sub1;&sub0;-Alkylgruppen.
  • Andere Lösungsmittel, Puffer und Verfahren zur Absorption von Schwefeldioxid sind in verschiedenen Dokumenten beschrieben, wie etwa z.B. US-A-4,387,037, US-A-4,363,791 und US-A- 3,873,673.
  • Ein Problem bei den Polyethylenamin-Sulfitantioxidationsmitteln besteht darin, daß die Polyethylenamine flüchtig sind, insbesondere die niedermolekularen Polyethylenamine, wie etwa Triethylentetramin und Tetraethylenpentamin. Dies führt zu Prozeßverlusten aus dem Schwefeldioxid-Waschsystem und kann auch ein Geruchsproblem darstellen. Weiterhin können solche Amine für Abwsserbehandlungssysteme schwer zu tolerieren sein und daher ist die Beseitigung einer verbrauchten Waschlösung von Systemen, bei denen man Polyethylenamine verwendet, kompliziert. Die niedermolekularen Polyethylenamine werden beispielsweise nicht auf Ultrafiltrationsmembranen zurückgehalten.
  • Ein weiteres Problem mit den Polyethylenaminen als Additive zur Hemmung der Sulfitoxidation ist, daß sie leicht mit Metallen komplexieren und daß es notwendig ist, zusätzliche Mengen der Polyethylenamine zur Waschflüssigkeit zuzugeben, wenn Metalle und andere Kationen in der Waschflüssigkeit vorhanden sind. Da die Oxidation von Sulfit zu Sulfat durch Spuren von Metall katalysiert und, wie bei Huss, Jr., et al., J. Amer. Chem. Soc., V. 100, S. 6252 (1978) beschrieben ist, durch metallkomplexierende Mittel unterdrückt wird, ist eine Erklärung für die antioxidierenden. Eigenschaften solcher Polyethylenamine, daß sie mit Metallionen, die in der Waschflüssigkeit vorhanden sein können, Komplexe bilden, um eine solche Katalyse zu hemmen, so daß sie nicht als echte Antioxidationsmittel wirken.
  • Es wäre wünschenswert, ein Antioxidans zu besitzen, welches die Oxidation von Sulfiten zu Sulfaten in Waschlösungen zum Kontaktieren SO&sub2;-haltiger Gase hemmt, das nicht durch Verflüchtigung oder Komplexierung mit Metallionen, die vorhanden sein können, verloren geht.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines wasserlöslichen Poly(diallyldimethylammoniumchlorids) als Oxidationsinhibitor von Sulfitlösungen, die aus wäßrigen, zum Waschen von mit SO&sub2; kontaminierten Gasen verwendeten Alkalilösungen stammen. Da dieser Polyelektrolyt in seiner Art polymer ist, besitzt er eine geringere Flüchtigkeit als die niedermolekularen Polyethylenamine und geht daher weniger leicht durch Verdampfen aus der Waschlösung verloren. Seine Verwendung in Alkali-Waschsystemen vermeidet auch im wesentlichen die mit den Polyethylenaminen verbundenen Geruchsprobleme. Der Polyelektrolyt gemäß vorliegender Erfindung wird weitverbreitet als von der Regierung zugelassenes Flokkulationsmittel für Wasserbehandlungssysteme verwendet und erschwert somit nicht die Beseitung der verbrauchten Waschflüssigkeit. Er kann, sofern gewünschte, auch durch Verwendung von Ultrafiltrationsmembranen rückgewonnen werden, da er von ihnen zurückgehalten wird. Ein weiterer Vorteil ist, daß der Polyelektrolyt gemäß vorliegender Erfindung keine Komplexe mit Metallionen bildet und daher in Gegenart von Metallionen ohne nennenswerte Beeinträchtigung seiner Wirksamkeit als Inhibitor der Sulfitoxidation verwendet werden kann.
  • In weiterem Sinne betrifft die vorliegende Erfindung eine wäßrige Schwefeldioxid-Waschlösung, die eine Zur Naßabscheidung von gasförmigem Schwefeldioxid geeignete wäßrige Alkalilösung umfaßt. Die Lösung enthält Sulfit und einen kationischen Polyelektrolyten in einer ausreichenden Menge, um die Oxidation des Sulfits zu Sulfat zu verhindern bzw. zu hemmen, wobei der Polyelektrolyt ein wasserlösliches Poly(diallyldimethylammoniumchlorid) ist.
  • In einem andreen Gesichtspunkt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Entfernen von Schwefeldioxid aus einem Gasstrom, wobei der das Schwefeldioxid enthaltende Gasstrom mit einer wäßrigen Alkalilösung in Kontakt gebracht wird, wobei ht wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Alkalilösung eine wirksame Menge eines kationischen Polyelektrolyten enthält, der Oxidation, von Sulfiten zu Sulfaten hemmt und worin der Polyelektrolyt ein wasserlösliches Poly(diallyldimethylammonoiumchlorid) ist.
  • Die vorliegende Erfindung ist allgemein auf jedes sulfithaltiges wäßriges Gaswaschmedium und auch auf zur Herstellung eines solchen Mediums verwendete Alkalilösungen anwendbar. Der Inhibitor der Sulfitoxidation gemäß vorliegender Erfindung kann beispielsweise in Sulfitlösungen als solchen verwendet werden, die zur Naßabscheidung von Schwefeldioxidgasen verwendet werden, sowie in Alkali- oder kaustischen Lösungen, die für diesen Zweck verwendet werden, wie etwa z.B. kaustisches Soda, Pottasche, Ammoniumhydroxid, Kalk, Kalkstein und Amine. Im letztgenannten Fall wird die den Polyelektrolyten enthaltende Alkalilösung direkt in das Schwefeldioxid-Waschsystem am Anfang eingebracht oder sie wird als Ergänzung zum Ausgleich von Alkaliverlusten zugesetzt, es ist aber in dieser Ausführungsform in keinem Fall notwendig, den Polyelektrolyten separat zuzusetzen.
  • Der Polyelektrolyt gemäß vorliegender Erfindung ist wasserlöslich (d.h. er ist in der Alkali- und/oder Sulfitlösung in einer wirksamen Konzentration löslich oder dispergierbar). Der Polyelektrolyt hat vorzugsweise ein ausreichend hohes Molekulargewicht, so daß er nicht flüchtig ist, vorzugsweise mindestens 10.000 Dalton. Andererseits sollte das Molekulargewicht nicht so hoch sein, daß der Polyelektrolyt in der Lösung nicht löslich oder dispergierbar ist.
  • Der Polyelektrolyt wird in Konzentrationen verwendet, die zur Hemmung der Oxidationsrate von Sulfit wirksam sind. Üblicherweise ist die Konzentration des Polyelektrolyten 1 ppm bis 3.000 ppm, vorzugsweise 5 bis 500 ppm und insbesondere 10 bis 300 ppm. Obwohl höhere Konzentrationen als diese, sofern gewünscht, verwendet werden können, erreicht man im allgemeinen keinen Vorteil durch Verwendung übermäßiger Konzentrationen des Polyelektrolyten und es ist im allgemeinen unwirtschaftlich. Wenn man andererseits erheblich geringere Konzentrationen als diese verwendet, ist möglicherweise nicht genügend Polyelektrolyt vorhanden, um zu einer wirksamen Verringerung in der Oxidationsrate von Sulfit zu führen.
  • Die den Polyelektrolyten enthaltende Alkalilösung wird vorteilhaft in Schwefeldioxid-Waschsystemen verwendet, die in der Technik wohlbekannt sind. Typischerweise wird die Waschlösung unter geeigneten Bedingungen mit einem schwefeldioxidhaltigen Fluidstrom in innigen Kontakt gebracht, z.B. bei einem pH von 4 bis 10 und einer Temperatur von 0 bis 95ºC. Das Schwefeldioxid wird in die Waschlösung absorbiert, im allgemeinen als Sulfit und Bisulfit. Dann wird die Sulfite enthaltende Lösung typischerweise zur erneuten Verwendung im Waschsystem regeneriert, als Sulfitquelle für einen anderen Prozeß verwendet und/oder verworfen. Die Hemmung der Oxidation der Sulfite mit dem Polyelektrolyten gemäß vorliegender Erfindung ist vorteilhaft, um den Alkaliverbrauch zu verringern, die pH-Kontrolle zu erleichtern, die Präzipitation und Bildung von Ablagerungen zu verringern und für andere verschiedene Zwecke abhängig von den Besonderheiten des ausgewählten Waschsystems.
  • BEISPIEL
  • Natriumsulfit (1,26 g) und Natriumbisulfit (1,04 g) wurden mit ultrareinem Wasser der Marke OMNISOL und ausreichend AGEFLOC WT-40 (40 % Poly(diallyldimethylammoniumchlorid)) auf 100 ml Gesamtvolumen verdünnt, um eine Konzentration von 40 ppm des Polyelektrolyten in der Sulfitlösung zu erhalten. Es wurde Luft in die Lösung mit einer Geschwindigkeit von 425 cm³ pro Minute eingeblasen. Bei periodischen Zeitintervallen wurde ein 1,0 ml Aliquot entfernt und durch Jodtitration auf den Gesamtgehalt an Sulfiten (einschließlich Bisulfit) analysiert. Es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten: Gesamtdauer (Minuten: Sekunden) Konzentration an Sulfiten (Mol/l) Prozent der anfänglichen Sulfite
  • VERGLEICHSBEISPIEL
  • Das voranstehende Beispiel wurde wiederholt, außer daß kein AGEFLOC WT-40 oder anderer Polyelektrolyt der Lösung zugesetzt wurde. Die Ergebnisse sind wie folgt: Gesamtdauer (Minuten:Sekunden) Konzentration an Sulfiten (Mol/l) Prozent der anfänglichen Sulfite
  • Die voranstehenden Beispiele veranschaulichen die Wirksamkeit des Polyelektrolyten gemäß vorliegender Erfindung bei der Stabilisierung von Sulfitlösungen gegen Oxidation.

Claims (10)

1. Wäßrige Alkalilösung, die sich zur Naßabscheidung von gasförmigem Schwefeldioxid eignet und eine antioxidierende Menge eines kationischen Polyelektrolyten enthält, der die Oxidation von Sulfiten zu Sulfaten verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyelektrolyt ein Poly(diallyldimethylammoniumchlorid) ist, das in der Alkalilösung in einer antioxidierend wirkenden Konzentration löslich oder dispergierbar ist.
2. Wäßrige Alkalilösung, die Sulfitionen und eine antioxidierende Menge eines kationischen Polyelektrolyten enthält, der die Oxidation von Sulfiten zu Sulfaten verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyelektrolyt ein Poly(diallyldimethylammoniumchlorid) ist, das in der Alkalilösung in einer antioxidierend wirkenden Konzentration löslich oder dispergierbar ist.
3. Lösung nach Anspruch 1 oder 2, worin das Alkali kaustisches Soda, Pottasche, Kalk oder Kalkstein ist.
4. Lösung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Polyelektrolyt ein Molekulargewicht von mindestens 10.000 Dalton besitzt.
5. Lösung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher der Polyelektrolyt in einer Konzentration von 1 bis 3000 ppm vorliegt.
6. Waschlösung nach Anspruch 5, in welcher der Polyelektrolyt in einer Konzentration von 5 bis 500 ppm vorliegt.
7. Waschlösung nach Anspruch 6, in welcher der Polyelektrolyt in einer Konzentration von 10 bis 300 ppm vorliegt.
8. Verfahren zur Naßabscheidung von Schwefeldioxid aus einem Gasstrom, worin der Gasstrom mit einer wäßrigen Alkalilösung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Kontakt gebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, worin der Polyelektrolyt durch Ultrafiltration aus der Alkalilösung rückgewonnen wird.
10. Verwendung eines Poly(diallydimethylammoniumchlorids), das in wäßrigen Alkalilösungen löslich oder dispergierbar ist, als Antoxidationsmittel für Sulfitionen in diesen Lösungen.
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