DE69403435T2

DE69403435T2 - VERFAHREN ZUR PLASMACHEMISCHE UMSETZUNG VON N2O IN NOx UND/ODER IN IHREN DERIVATEN

Info

Publication number: DE69403435T2
Application number: DE69403435T
Authority: DE
Inventors: Andre Charamel; Albin Czernichowski; Andre Case Western Rese Gorius
Original assignee: Rhone Poulenc Chimie SA
Current assignee: Rhodia Chimie SAS
Priority date: 1993-09-10
Filing date: 1994-09-06
Publication date: 1997-12-11
Anticipated expiration: 2014-09-07
Also published as: DE69403435D1; CN1038741C; EP0668843B1; JPH08501769A; ES2103605T3; ATE153638T1; WO1995007234A1; SG68578A1; FR2709748B1; JP2589284B2; CN1114504A; KR950704189A; FR2709748A1; US5711859A; EP0668843A1

Description

Der Bereich der vorliegenden Erfindung ist die Behandlung und die Verwertung von Stickstoffoxid NO (Lachgas) und ganz besonders seine Umwandlung in ein Produkt vom Typ NOx mit x = 1 oder 2 sowie in seine Derivate, wie beispielsweise Salpetersäure HNQ.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur plasma chemischen Oxidation von Distickstoffoxid.
Bei einem Volumen von 100 Teilen in die Atmosphäre abgegebenem NO wird im allgemeinen angenotnmen, daß 70% vom Stoffwechsel aus dem Pflanzenreich, 10% von Verbrennungen.aller Art, 10% von Verbrennungen in den Motoren von Kraftfahrzeugen stammen und die restlichen 10% Industrieabgase sind. Ein Teil von 2% dieser Abgase ist auf die Herstellung von Salpetersäure zurückzufuhren und 8% auf die von Adipinsäure (eine der Verbindungen, auf denen Polyamid 6.6 basiert). (Vgl. 5th International Workshop on nitrous oxide emissions - July 1-3, 1992 TSUKUBA (JP)].
Dieses Stickstoffoxid NO mobilisiert seit einiger Zeit bedeutende Anstrengungen und umfangreiche Untersuchungen, denn es wird behauptet, daß seine Anreicherung in der Atmosphäre ein Risiko für die Umwelt darstellen kann. Insbesondere das NO steht im Verdacht, an der Erscheinung des Treibhauseffektes mitzuwirken.
Die Lebensdauer des NO in der Atmosphäre liegt in der Größenordnung von 170 Jahren. Dieses bei der Umgebungstemperatur stabile Gas, das sich praktisch nicht mit molekularem Sauerstoff kombiniert, bleibt daher der Einwirkung von klassischen Oxidationsmitteln vorbehalten.
Die drei üblichen, hauptsächlichen Wege zur Behandlung oder Verwertung von NO sind:
1 - der thermische Abbau durch Verbrennung,
2 - die katalytische Zersetzung in gasförmigen Stickstoff N und Sauerstoff O,
3 - und die thermische Umwandlung in NOx mit x = 1 oder 2 oder in seine Derivate.
Der dritte Weg ist besonders interessant, denn die Verbindungen NOx sind wiederverwendbar, beispielsweise für Salpetersäure HNO&sub3;. Die Verwertung von NO für HNO&sub3; ist von besonders großem Interesse, vor allem für die Produzenten von Adipinsäure, weil die Salpetersäure für die Umsetzung des Cyclohexanols und/oder Cyclohexanons mittels Oxidation zu Adipinsäure verwendet wird. Diese Reaktion erzeugt außerdem etwa ein Mol NO pro Mol des Endproduktes Adipinsäure (Nylon Production: an Unknown Source of Atmospheric Nitrous Oxide - N.H. Thiemens, W.C. Trogler, Science, Feb. 1991).
Für die Durchführung dieser Wiederverwertung ist es zwingend erforderlich, daß die Umwandlung von NO in NOx in ökonomisch rentabler Weise erfolgt, daß heißt, mit geringen Mengen an Energie, Reaktanden und Katalysatoren.
Aber es stellt sich heraus, daß die Reaktion NO, die NO + 1/2 N ergibt, sich in Konkurrenz mit der Reaktion NO, die N + 1/2 O ergibt, befindet.
Die Umwandlung NO in NOx ist daher sehr kompliziert durchzuführen, wie bereits in dem Patent JP 61 25 79 40 dargestellt ist, das ein Verfahren zur Herstellung von Dicarbonsäuren betrifft und bei dem man eine Wiederverwendung von Salpetersäure einsetzt. Gemäß diesem Verfahren werden die gasförmigen Nebenprodukte der Oxidation von Cyclohexanol und/oder Cyclohexanon mittels Salpetersäure zu Adipinsäure kontinuierlich einer thermischen Zersetzung von NO zu NOx ohne Katalysator unterzogen. Das NOx wird anschließend durch Oxidation und Absorption in Wasser in Salpetersäure gemäß dem folgenden Schema umgewandelt:
2 NO + O T 2 NO
3 NO + HO T 2 HN + NO
Das HNO&sub3; wird dann wieder der Reaktion der Adipinsäure-Synthese zugeführt.
Nach dem japanischen Patent sollen die gasförmigen Nebenprodukte NO + NO, die eingrenzende Faktoren für die Umwandlung von NO in NOx darstellen, im Höchstmaß entfernt werden.
Das eingesetzte NOx soll einen Gehalt von unter 10% vorzugsweise von unter 5% aufweisen.
Die Reaktionstemperatur liegt zwischen 1000ºC und 1300ºC, vorzugsweise zwischen 1000ºC und 1200ºC und die Aufenthaltszeit zwischen 10&supmin;² und 100 Sekunden, vorzugsweise zwischen 10&supmin;¹ und 10 Sekunden. Das zu behandelnde Gas wird mit Hilfe einer Heizvorrichtung vom Typ des Wärmeaustauschers mittels warmer Luft vorgeheizt. In dem Reaktor wird die Erhöhung der Temperatur des Gases durch die Zersetzungswärme gewährleistet und selbst unterhalten.
Die Anwendung von derartigen Temperaturen ist nie eine leichte Verfahrensweise und belastet den Selbstkostenpreis des Verfahrens.
Aus den Beispielen dieses Patentes geht hervor, daß das beste erhaltene Resultat eine Umwandlung von N in NO von 25,4 % ist.
Diese Bedingungen sind im allgemeinen nicht ausreichend, um das Verfahren ökonomisch attraktiv zu gestalten.
Die wissenschaftliche Literatur zu diesem Thema bestätigt das und lehrt, daß die Bildung von NO und/oder NO nur höchstens einige Prozent des umgesetzten NO ausmacht (vgl. insbesondere A.A. BORISOV, Kinet Katal, 1968, 9 (3) 482 - W.H. LIPKEA et al., Combustion Science and Technology, 1973, 6, 257 - MONAT et al., Combustion Science and Technology, 1977, 16, 21- S. ZASLONKO et al., Kinet Katal, 1980, 21, 311].
Es ist daher zwangsläufig festzustellen, daß die thermische Zersetzung von NO in NOx und/oder seine Derivate, die dennoch den am meisten verlockenden Weg der Verwertung bildet, bis heute nicht ausreichend leistungsfähig ist, um ökonomisch in industrieller Hinsicht anerkannt werden zu können.
In Anbetracht dieser Situation des Standes der Technik ist einer der wesentlichen Gegenstände der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Umwandlung von NO in NOx mit x = 1 oder 2 und/oder in seine Derivate zur Verfügung zu stellen, das durch eine Produktionsausbeute an NOx im Verhältnis zum umgesetzten NO von höher als 30% (Mol/Mol) gekennzeichnet ist.
Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist es, ein Verfahren zur thermischen Umwandlung von NO in NOx (x = 1 oder 2) und in seine Derivate zu liefern, das einfach durchzuführen ist und das insbesondere keine Anwendung von hohen Temperaturen im Reaktionsraum erfordert.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Umwandlung von NO in ein Derivat des NOx, beispielsweise vom Typ Salpetersäure, zur Verfügung zu stellen.
Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist es, eine Vorrichtung für die Durchführung des oben genannten Verfahrens zu liefern, die zum Erreichen der oben erwähnten Gegenstände bei dem in Frage kommenden Verfahren beiträgt.
So kommt der Anmelderin das Verdienst zu, nach zahlreichen Untersuchungen und Recherchen herausgefunden zu haben, daß sich der Einsatz von Lichtbögen und/oder elektrischen Entladungen für die Umwandlung von NO in NOx mit hohen Ausbeuten an NOx im Verhältnis zum umgesetzten NO eignet.
Daraus ergibt sich, daß die oben genannten Gegenstände durch die vorliegende Erfindung erreicht werden, die ein Verfahren zur thermischen Umwandlung von NO in NOx (x = 1 oder 2) und/oder in seine Derivate betrifft, wobei das NO in Anwesenheit von mindestens einem Lichtbogen und/oder einer elektrischen Entladung eingesetzt wird.
Genauer gesagt besteht das Verfahren der Erfindung in:
- der Bildung eines zu behandelnden, das NO umfassenden Gasstrahles,
- der Einleitung dieses Strahles in den Raum zwischen mindestens zwei divergierenden, unter elektrische Spannung gesetzten Elektroden in der Weise, daß mindestens ein Lichtbogen und/oder eine elektrische Entladung erzeugt werden, die zu einem Generator für Niedrigtemperatur-Plasma gehören, wobei dieser letztere unter Bildung von elektrischen Entladungen arbeitet, die zwischen den Elektroden gleitend übergehen,
so daß das Gas ausgehend von der Zone der Lichtbögen und/oder der Entladungen, wo diese Elektroden gegenseitig am meisten angenähert sind, längs der Elektroden zirkuliert,
- der Gewinnung des das gebildete NOx umfassenden Gases. Ein derartiges Verfahren bietet die Möglichkeit, die Zersetzung bzw. den Abbau von NO in wiederverwertbarer Weise bei niedriger Temperatur (Umgebungstemperatur) und außerhalb der thermodynamischen Gleichgewichte vorzunehmen.
Dies wird möglich durch die gleitend übergehenden Lichtbögen und/oder elektrischen Entladungen, die dem NO enthaltenden Gas die Energie zur Umwandlung liefern und die es gestatten, reaktive Stoffe außerhalb des thermodynamischen Gleichgewichtes zu erzeugen, die ihrerseits exotherme Reaktionen induzieren.
Die Ausbeuten an NOx erreichen Werte von höher oder gleich 30% (Mol/Mol), was deutlich höher ist als die im allgemeinen geltenden Grenzen, nämlich 25 % (Mol/Mol).
Dieses Resultat wird bei geringen Kosten und mit einer großen Anpassungsfähigkeit und Bequemlichkeit bei der Durchführung erhalten.
Die vorliegende Erfindung wäre nicht vollständig, wenn sie nicht ebenfalls eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren umfassen würde. Diese Vorrichtung umfaßt einen Reaktor, bestehend aus einer adiabatischen Umhüllung, die enthält:
- einen Generator für Niedrigtemperatur-Plasma, der durch Bildung von gleitend übergehenden Lichtbögen und/oder elektrischen Entladungen arbeitet,
- Mittel für die Bildung des Gasstrahles.
Dieser Generator umfaßt mindestens ein, vorzugsweise mindestens drei Paare von divergierenden Elektroden, die mit Mitteln zur elektrischen Speisung verbunden und in der Weise angeordnet sind, daß sie einen Zwischenraum begrenzen, der eine verbreiterte Entladungs zone bildet.
Die Erfindung wird besser verstanden werden und weitere ihrer Vorteile und Varianten bei der Durchführung werden besser aus der folgenden Beschreibung eines nicht eingrenzenden Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung und des damit verbundenen Verfahrens zur plasmachemischen Umwandlung von NO in NOx mit x = 1 oder 2 mit Bezug auf die anliegende Zeichnung hervortreten, bei der die einzige Figur ein prinzipielles Schema eines Reaktors gemäß der Erfindung im Längsschnitt darstellt.
In dieser Figur ist der Reaktor mit dem allgemeinen Bezugszeichen 1 bezeichnet. Er umfaßt eine adiabatische Umhüllung 2, die Mittel 3 für das Einspritzen des zu behandelnden Gases, einen Plasmagenerator 4 mit gleitend übergehenden Lichtbögen und/oder elektrischen Entladungen, einen rohrförmigen Einsatz 5 für die Einschließung des Gases und eine Zone 6 für die Umwandlung des NO in NOx enthält.
Die Mittel 3 für das Einspritzen des zu behandelnden Gases schließen ein Organ 7 ein, das die Vorheizung des Gases bei Bedarf gestattet. Dieses Organ 7 zum Vorheizen (Brenner, elektrischer Widerstand, Wärmeaustauscher) ist angeordnet auf einer Leitung 8 für die Zuführung des Gases unter Druck vom Eintritt E bis zu einer Einspritzdüse 9, die in dem Deckel 21 der Umhüllung 2 montiert ist.
Die Düse 9 mündet an der Basis von sechs divergierenden Elektroden 10a bis 10f ein. Dies sind leitende Platten, angeordnet in radialen Ebenen mit einer Winkelverschiebung von 60º sowie paarweise und symmetrisch im Verhältnis zur Achse. Diese Elektroden sind divergierend, das heißt, daß ihre inneren, gegenüberliegenden Begrenzungen nach und nach von der Basis bis zu ihren freien Enden auseinanderlaufen.
Diese Elektroden 10a bis 10f definieren einen Zwischenraum oder eine verbreiterte Zone 11 der Lichtbögen und/oder der Entladungen, in der die gleitend übergehenden Lichtbögen und/oder elektrischen Entladungen dazu vorgesehen sind, sich von der Basis zu dem Ende der Elektroden hin zu bewegen.
Die elektrische Speisung der Elektroden wird durch Dreiphasen-Generatoren 12 gewährleistet, in der Zeichnung symbolisch mit ihren Anschlußdrähten 13 dargestellt.
Für mehr Details kann auf die Beschreibung des Plasmagenerators Bezug genommen werden, der den Gegenstand der franzosischen Patentanmeldung 2 639 172 bildet.
Der rohrförmige Einsatz 5 liegt koaxial zur Umhüllung 2 und weist eine niedrigere Höhe als diese letztere auf. Der Einsatz 5 definiert mit dem Boden 23 der Umhüllung 2 einen Raum 14 für die Einschließung des unter Druck durch die Düse 9 eintretenden Gases. Dieser Raum wird in seinem oberen Teil durch die Elektroden loa bis 10f besetzt.
Andererseits definiert der Einsatz 5 mit der Wandung 2&sub3; der Umhüllung 2 eine äußere ringförmige Kammer 15. Diese Kammer steht mit dem Inneren des Einsatzes 5 in Verbindung, und zwar im Bereich des oberen Teiles der Umhüllung, und umfaßt an seiner unteren Basis Öffnungen 16, die mit Leitungen 17 zum Absaugen des behanaelten Gases nach außen hin verbunden sind. Ein Teil des aus diesem Raum stammenden Gases kann durch Zwischensetzen einer Leitung 17 zurückgeführt werden, die die Absaugleitung 17 mit der Zuführungsleitung 8 verbindet. Die Zirkulation des Gases im Inneren dieser Leitung 18 geschieht unter Kontrolle einer Pumpe 19, die auch ein Teil der Düse 9 sein kann.
Bei dieser Vorrichtung ist auf alle Fälle vorgesehen, durch Integration oder in unabhängiger Weise und getrennt von dem Reaktor zur Umwandlung des NO in NOx, ein Modul zur Umwandlung des NOx in seine Derivate vom Typ der Salpetersäure zu assozueren.
Dieses Modul kann beispielsweise Mittel zum Abkühlen der Gase am Austritt der Umwandlung und, genau genommen, die eigentlichen Mittel zur Umsetzung umfassen.
Ein Kühlsystem mit Wasser bildet ein vorteilhaftes Beispiel für diese Abkühlungsmittel, insbesondere wegen der Tatsache, daß es ermöglicht, die Zersetzung des NOx durch einen umgekehrten Mechanismus vom Typ Zeldovich zu verhindern.
Die Mittel zur Umsetzung werden vorzugsweise durch ein System zur Oxidation und Absorption gebildet, und ganz besonders durch eine Kolonne zur Oxidation und Absorption mittels Wasser.
Als Variante einer Vorrichtung kann man vorsehen, in den Reaktor eine verlängerte adiabatische Kammer vom Typ "Kolben" einzufügen, so daß die Umwandlung von NO in NOx optimiert wird.
In übereinstimmung mit einem bevorzugten Merkmal der Erfindung sind die wesentlichen Baumaterialien des Reaktors und/oder der Elektroden von keramischer Beschaffenheit.
Eine derartige Bauf orm des Reaktors 1 hat den Zweck, im Hinblick auf seine Arbeitsweise den Rückstau des unter Druck durch die Düse 9 eintretenden Gases hervorzurufen, und zwar vom Boden 2 des Einschlußraumes 14 zum oberen Teil hin, der die Elektroden 10a bis 10f umfaßt.
Es bildet sich auf diese Weise in dem Raum 14 und insbesondere in der Zone 11 der Lichtbögen und/oder der Entladungen ein turbulentes Regime, das man auch als Turbulenz-Zone bezeichnen könnte.
Unter Druck strömt das gestaute Gas anschließend in die äußere ringförmige Kammer 15 ein, über das obere, offene Ende des Einsatzes 5.
Anschließend wird das Gas zum Ausgang hin befördert, indem es durch die Öffnungen 16 der Absaugleitungen 17 strömt.
Die Zone 6 zur plasmachemischen Umwandlung von NO in NOx befindet sich zum Teil in dem Einschlußraum, insbesondere in seinem unteren Abschnitt, und zum Teil in der Zone 11 der Elektroden 10a bis 10f und in der äußeren ringförmigen Kammer 15.
Was das Verfahren zur plasmachemischen Umwandlung von NO in NOx und/oder in seine Derivate betrifft, so empfiehlt es sich anzugeben, daß es vorzugsweise bei einem Druck zwischen 0 und 10 x 10&sup5; Pa, vorzugsweise zwischen 0 und 6 x 10&sup5; Pa, und ganz besonders bevorzugt bei normalem atmosphärischem Druck (1 x 10&sup5; Pa) durchgeführt wird.
Das umzuwandelnde Gas besteht aus reinem oder nahezu reinem NO oder auch aus einer Mischung von NO mit Luft und/oder O und/oder CO und/oder NO und/oder NO oder aus einem ganz anderen Gas, das geeignet ist, eine dispergierende Gasmischung für NO zu bilden. Es ist von Bedeutung, daß der Gehalt des umzuwandelnden Gases an NOx unter 10 Vol.-%, vorzugsweise unter 5 Vol.-% liegt.
Die zu behandelnde Gasmischung kann beispielsweise ein Rückstand von nitrosen Gasen sein, wie sie mittels Behandlung durch Wasser der aus der Salpetersäure-Oxidation von Cyclohexanon und/oder Cyclohexanol bei der Bildung von Adipinsäure stammenden Gase erhalten wird.
Weiterhin hat die Anmelderin feststellen können daß es besonders vorteilhaft ist, wenn der Wasserdampf aus der das umzuwandelnde NO enthaltenden Gasmischung entfernt wird.
Zu diesem Zweck wendet man jedes zufriedenstellende und geeignete Mittel an, wie beispielsweise die Kondensation durch Abkühlen des umzuwandelnden Gasstromes.
Die Temperatur des Eintritts des Gasstromes in die Zone der Entladungen liegt vorteilhafterweise zwischen 0ºC und 800ºC, vorzugsweise zwischen 400ºC und 700ºC. Das eventuelle Vorheizen des einströmenden Gases kann durch eine Rezirkulation der abströmenden Gase gewährleistet werden.
Die Geschwindigkeit des Gasstrahles am Eintritt des Reaktors ist ein wichtiger Parameter des Verfahrens. Vorteilhafterweise stellt man diesen Parameter auf einen Wert zwischen 5 und 30 m/s, vorzugsweise zwischen 7 und 20 m/s und ganz besonders bevorzugt auf einen Wert in der Größenordnung von 10 m/s ein.
Gemäß einem weiteren, besonders interessanten Gesichtspunkt des Verfahrens der Erfindung wird das zu behandelnde Gas in der Zone 11 der Generator-Entladungen (Turbulenz-Zone) einem sehr turbulenten Regime unterzogen.
Die Lichtbögen und/oder elektrischen Entladungen sind wesentlich für die Lieferung von reaktiven Stoffen außerhalb des Zustandes des thermodynamischen Gleichgewichtes, die ihrerseits die Umwandlung von NO in NOx ermöglichen. Einer der mit den gleitend übergehenden Lichtbögen und/oder elektrischen Entladungen verbundenen Vorteile ist ein geringer Verschleiß der Elektroden.
Die eingesetzte elektrische Verlustleistung liegt vorteilhafterweise zwischen 0,01 und 1 kWh/kg, vorzugsweise zwischen 0,02 und 015 kWh/kg und ganz besonders bevorzugt in der Größenordnung von 0,15 ± 0,05 kWh/kg eintretendes NO.
Unter der Maßgabe, daß die Umwandlung von NO in N und O stark exotherm ist (etwa 80 kJ/Mol), gestaltet sich die thermische Zersetzung, die durch den Generator für Niedrigtemperatur- Plasma mittels Bildung von zwischen den divergierenden Elektroden gleitend übergehenden Lichtböden und/oder elektrischen Entladungen angeregt bzw. initiiert wird, als thermisch selbst-unterhaltend.
Die folgenden Beispiele für das Verfahren zur Umwandlung von NO in NOx (x = 1 oder 2) mit Hilfe der oben beschriebenen Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglichen noch besser, die Erfindung zu verstehen und einige ihrer Vorteile und Varianten darzustellen.

BEISPIELE 1 bis 14

1. Apparatur

Die eingesetzte Vorrichtung ist mit der in der einzigen Figur dargestellten vergleichbar. Der Generator für Niedrigtemperatur-Plasma ist fähig, auf den divergierenden Elektroden dreiphasige, gleitend übergehende elektrische Entladungen zu erzeugen, die durch hohe Arbeitsspannungen (einige kV) und relativ niedrige Stromstärken (Bruchteile von Ampere) gekennzeichnet sind. Dieser Prozeß ist sequentiell. Die Lebensdauer einer Entladung liegt zwischen 5 und 20 Millisekunden, je nach der Geschwindigkeit des eingespritzten Gasstrahles.

2. Reaktionsprodukt - Reaktionsbedingungen

Die in dem vorliegenden Beispiel durchgeführten Untersuchungen gehen von homogenen Mischungen von NO mit N, O, CO und/oder NO aus, gelagert unter einem Druck, der bis zu 67 bar erreichen kann.
Der Durchsatz des eintretenden Gases wurde von 12,7 bis 50,5 Normliter pro Minute variiert. Die Ausgangstemperatur des Gases liegt nahe der Umgebungstemperatur: etwa 25ºC.
Bei den folgenden Untersuchungen variiert die Temperatur des eintretenden Gasstrahles zwischen 38ºC und 355ºC.
Die elektrische Verlustleistung in dem Reaktor wurde mit Hilfe eines analogen Dreiphasen-Energiezählers am Eintritt des Systems zur Speisung gemessen. Sie entwickelt sich zwischen 0,8 kW und 2,1 kW.
Im Rahmen der folgenden Untersuchungen wurde die Umsetzung von NOx in Derivate wie HNO&sub3; nicht durchgeführt. Die umgewandelten Gase wurden einfach zur Analyse gewonnen.

3. Analysen

Es wurden zwei Typen von Analysen durchgeführt: eine chromatographische und eine chemische Analyse.
Was die chromatographische Analyse betrifft, so wurde die folgende Apparatur und die folgenden Verfahrensbedingungen angewendet:
- Chromatograph: Chrompack 9001
- Trägergas: Helium, Durchsatz 5,5 ml/min
- zwei Kolonnen: "wide-bore" (GS-Molsieb 30 m*0,539 mm und GS-Q 30 m*0,539 mm) und ein System "back-flush"
- Detektor: mit Wärmeleitfähigkeit
- Integrator: Shimadzu C-RSA
- Ofentemperatur: 30%C
- Eichung: Luft, NO und CO, rein, vor und nach einer Reihe von Untersuchungen
- Einspritzung: mit einer Gasschleife von 0,25 cm³ ; Transfer des Gases mit einer Spritze von 400 cm³.
Die chemische Analyse bestand in einer Säurebestimmung des aus dem Kontakt der Gasmischung am Ausgang resultierenden NOx mit Wasserstoffperoxid und unter Bestimmung von HNO&sub3; durch NaOH oder KOH.

4. Ergebnisse

Die Beispiele 1 bis 5 zeigen die Einwirkung der Temperaturveränderung beim eintretenden Gasstrahl.
Die Beispiele 6 bis 8 haben zum Ziel, den Einfluß des Gehaltes an Wasserdampfin dem eintretenden Gasstrahl darzustellen.
Die Beispiele 9 bis 12 zeigen die Auswirkungen der Veränderung des Durchsatzes beim eintretenden Gas: 22 bis 180 Nl/min Die Beispiele 13 und 14 zeigen die Folgen der Anwesenheit von NO im eintretenden Gas.
Die Parameter und die Ergebnisse der Beispiele 1 bis 14 sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben.
In dieser Tabelle sind "Eintritt" und "Austritt" des Reaktors mit E bzw. A bezeichnet.
M = Molmasse
t = Temperatur
TTN20 = Umwandlungsgrad von NO
= (Anzahl Mole NO E - Anzahl Mole NO A)/Anzahl Mole NO E
= Ausbeute an NOx
= (Anzahl Mole NOx A - Anzahl Mole NOx E)/(Anzahl Mole NO E - Anzahl Mole NO A)
Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengefaßt. TABELLE 1

Claims

1. Verfahren zur plasmachemischen Umwandlung von NO in NOx (x = 1 oder 2) und/oder in seine Derivate, dadurch gekennzeichnet, daß das NO in Anwesenheit von mindestens einem Lichtbogen und/oder einer elektrischen Entladung eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es besteht in:

- der Bildung eines zu behandelnden, das N&sub3;O umfassenden Gasstrahles,

- der Einleitung dieses Strahles in den Raum (11) zwischen mindestens zwei divergierenden, unter elektrische Spannung gesetzten Elektroden (10a bis 10f) in der Weise, daß mindestens ein Lichtbogen und/oder eine elektrische Entladung erzeugt werden, die zu einem Generator (4) für Niedrigtemperatur-Plasma gehören, wobei dieser letztere unter Bildung von Lichtbögen und/oder elektrischen Entladungen arbeitet, die zwischen den Elektroden (10a bis 10f) übergehen,

so daß das Gas ausgehend von der Zone der Lichtbögen und/oder der Entladungen, wo diese Elektroden gegenseitig am meisten angenähert sind, längs der Elektroden zur Zone (11) der Lichtbö gen und/oder der Entladungen zirkuliert,

- der Gewinnung des das gebildete NOx umfassenden Gases.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das das gebildete NOx enthaltende Gas einer Umsetzungsbehandlung unterzieht, die es ermöglicht, Salpetersäure zu erhalten.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung eine Oxydationsabsorption mit Wasser auf einer Kolonne ist, vorzugsweise assoziiert mit einem Abschrecken durch Wasser.

5. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Zwischenraum (11) der übergehenden Lichtbögen und/oder der Entladungen eingeleitete Gas frei oder nahezu frei von Wasserdampf ist.

6. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung NO in NOx bei einem Druck zwischen 0 und 10 x 10&sup5; Pa, vorzugsweise zwischen 0 und 6 x 10&sup5; Pa, und ganz besonders bevorzugt bei normalem atmosphärischem Druck (10&sup5; Pa) erfolgt.

7. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man für den Gasstrahl eine Temperatur für den Eintritt in die Zone der Entladungen zwischen 0ºC und 800ºC, vorzugsweise zwischen 400ºC und 700ºC vorsieht.

8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gew kennzeichnet, daß man die Geschwindigkeit des Gasstrahles am Eintritt des Reaktors zwischen 5 und 30 m/s, vorzugsweise zwischen 7 und 20 m/s und ganz besonders bevorzugt auf einen Wert in der Größenordnung von 10 m/s festlegt.

9. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das zu behandelnde Gas in der Zone (11) der Lichtbögen und/oder der Entladungen einem turbulenten Regime unterwirft.

10. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Gas vor seiner Passage durch die Zone der Lichtbögen und/oder der Entladungen frei oder nahezu frei von NOx ist.

11. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man in dem Reaktor eine elektrische Verlustleistung zwischen 0,01 und 1 kWh/kg eintretendes NO, vorzugsweise zwischen 0,02 und 0,5 kWh/kg eintretendes NO und ganz besonders bevorzugt in der Größenordnung von 0,15 ± 0,05 kWh/kg eintretendes NO vorsieht.

12. Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Reaktor (1), bestehend aus einer adiabatischen Umhüllung (2), die einen Generator (4) für Niedrigtemperatur-Plasma durch Bildung von übergehenden Lichtbögen und/oder elektrischen Entladungen enthält, und Mittel (3) für die Bildung des Gasstrahles umfaßt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (4) drei Paare von divergierenden Elektroden (10a bis 10f) umfaßt, die mit Mitteln (12) zur Beschickung verbunden und in der Weise angeordnet sind, daß sie eine verbreiterte Zone (11) der Lichtbögen und/oder der Entladungen begrenzen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie außer dem Generator (4) eine Turbulenz-Zone (11), eine Umwandlungs-Zone (6) für NO in NOx, gegebenenfalls vom Typ "Kolben", und gegebenenfalls ein Modul für die Umsetzung des erhaltenen NOx in Salpetersäure umfaßt.

15. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die wesentlichen Baumaterialien des Reaktors und/oder der Elektroden von keramischer Beschaffenheit sind.