WO1986003690A1 - Process for removing chlorinated hydrocarbons from gases containing chlorinated hydrocarbons - Google Patents

Process for removing chlorinated hydrocarbons from gases containing chlorinated hydrocarbons Download PDF

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WO1986003690A1
WO1986003690A1 PCT/EP1985/000723 EP8500723W WO8603690A1 WO 1986003690 A1 WO1986003690 A1 WO 1986003690A1 EP 8500723 W EP8500723 W EP 8500723W WO 8603690 A1 WO8603690 A1 WO 8603690A1
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Klaus-Dirk Henning
Ekkehard Richter
Karl Knoblauch
Heribert-Franz Dernbach
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Bergwerksverband Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/8668—Removing organic compounds not provided for in B01D53/8603 - B01D53/8665
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    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/8659—Removing halogens or halogen compounds
    • B01D53/8662—Organic halogen compounds

Definitions

  • the invention relates to a method for removing chlorinated hydrocarbons from gases containing chlorinated hydrocarbons.
  • Gases containing chlorinated hydrocarbons can usually be detected 10 to 20 different chlorine and chlorofluorocarbons side by side.
  • the concentration of the individual components is 20 to 200 mg of chlorinated hydrocarbon f / m 2 .
  • the large number of components, each with low concentrations, results in the high chlorinated hydrocarbon contents of the landfill gases.
  • the chlorinated hydrocarbons should be removed from the gases beforehand for the following reasons:
  • dioxins When landfill gases are burned for heat generation or flaring, dioxins can form at combustion temperatures below 1200 ° C.
  • activated carbon processes have proven successful in technology for removing higher concentrations (over 1 g / m 3 ) of chlorinated hydrocarbons from gas mixtures.
  • activated carbon processes can be used e.g. B. You lorethy Len can be removed from the gas to residual contents of less than 100 mg / m 3 .
  • chlorine hydrocarbons are contained in the gas mixture below 1 g / m 3 and chlorine hydrocarbon contents in the clean gas of less than 50 mg / m 3 are additionally required, the processes mentioned become uneconomical.
  • the different chlorine and chlorofluorocarbons behave differently in terms of adsorption technology, so that the competing adsorption can lead to the so-called adsorption displacement of individual chlorinated hydrocarbons.
  • the object of the invention is to convert the chlorohydrocarbons contained in landfill gases in a process of the type mentioned at the outset by complete dehydrochlorination into hydrocarbons and thereby remove chlorinated hydrocarbons.
  • the chlorinated hydrocarbon-containing gas is first passed over suitable, known dehydrochlorination catalysts with activated carbon, calcium, barium, copper or cobalt salts, impregnated aluminum oxides, silica gels or molecular sieves at temperatures of 200 to 600 ° C. Since an equilibrium is established, only incomplete dehydrochlorination is achieved with these catalysts. The alkaline material shifts the equilibrium and thereby completely dehydrochlorinates.
  • the gas to be cleaned is first passed through an activated carbon bed in which the chlorinated hydrocarbon is adsorbed. They are then desorbed with hot gas and the desorbate is passed into the dehydrochlorination reactor.
  • activated carbons impregnated with oxygen-free gases as the dehydrochlorination catalyst, while with gases with more than 0.3% oxygen, impregnated aluminum oxides, silica gels or zeolitic molecular sieves are advantageously used in order to avoid losses of activated carbon due to combustion.
  • the invention is described below with reference to the drawing and the examples.
  • the single figure shows a schematic representation of a dehydrochlorination reactor.
  • the gas containing chlorinated hydrocarbon is heated to the reaction temperature in a heat exchanger 1 and passed into a reactor 2.
  • the flow rate can be 0.01 to 0.6 m / s.
  • the required heat can also be generated by partial combustion of a small amount of the gas.
  • the reactor 2 is filled with a mixture of the dehydrochlorination catalyst and alkaline material.
  • the two components can also be arranged in individual layers.
  • the total layer height should be at least 0.3 m.
  • a landfill gas with a total chlorine content of 690 mg / m 3 is passed into the reactor described in the figure.
  • the reaction temperature is 400 ° C and the flow rate is 0.09 m / s.
  • the reactor (diameter 50 mm) is filled with a mixture of 250 g activated carbon (shaking density 360 g / l), which is impregnated with 5% barium chloride and 5% calcium chloride, and 250 g calcium oxide. Only 17 mg / m 3 total chlorine can be detected in the clean gas.
  • Example 1 The reactor described in Example 1 is filled with 250 g of aluminum oxide (impregnated with 5% cobalt chloride and 5% barium chloride) and 250 g of marble (calcium carbonate). At a temperature of 500 ° C and a gas velocity of 0.1 m / s, the total chlorine content is reduced from 690 mg / m 3 to 8 mg / m 3 .
  • Example 1 The reactor described in Example 1 was filled with a mixture of 766 g of aluminum oxide pellets (impregnated with 4% by weight of copper chloride and cobalt chloride each) and with 500 g of a molded mass consisting of calcium oxide and calcium carbonate (1: 1).
  • the landfill gas total chlorine content 374 mg / m 3 ) flows through the reactor at 520 ° C with a flow rate of 0.1 m / s.
  • the total chlorine 11 of the purified gas is after

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Description

Verfahren zur Entfernung von Chlorkoh Lenwasserstoffen aus Chlorkohlenwasserstoffe enthaltenden Gasen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Chlorkohlenwasserstoffen aus Chlorkohlenwasserstoffe enthaltenden Gasen.
In Chlorkohlenwasserstoffe enthaltenden Gasen, wie z. B. Deponiegasen können in der Regel 10 bis 20 verschiedene Chlor- und Chlorfluorkohlenwasserstoffe nebeneinander nachgewiesen werden. Die Konzentration der Einzelkomponenten liegen bei 20 bis 200 mg Chlorkoh lenwasserstof f/m2. Durch die Vielzahl der Komponenten mit jeweils geringen Konzentrationen ergeben sich die hohen Chlorkohlenwasserstoffgehalte der Deponiegase.
Wenn der Energieinhalt solcher Gase genutzt wird, sollten vorher die Ch lorkohlenwasserstoff aus folgenden Gründen aus den Gasen entfernt werden:
Bei der Verbrennung der Deponiegase zur Wärmeerzeugung oder der Abfackelung kann es bei Verbrennungstemperaturen unter 1200° C zur Bildung von Dioxinen kommen.
Bei der Verwendung der Deponiegase in Gasmotoren sind nur Chlorkoh lenwasserstoffgehalte unter 50 mg/m3 tragbar, da sonst die Motoren durch Chlorkorrosion nach kurzer Betriebszeit unbrauchbar werden. Zur Entfernung von höheren Konzentrationen (über 1 g/m3) an Chlorkohlenwasserstoffen aus Gasgemischen haben sich in der Technik Adsorptionsverfahren (Aktivkohle) bewährt. Nach VDI-Richtlinie 2280 können mit Aktivkohleverfahren z. B. Dich lorethy Len auf Restgehalte von unter 100 mg/m3 aus dem Gas entfernt werden. Sind im Gasgemisch aber Chlorkohlenwasserstoffe unter 1 g/m3 enthalten und werden zusätzlich noch Chlorkohlenwasserstoffgehalte im Reingas kleiner 50 mg/m3 gefordert, so werden die genannten Verfahren unwirtschaftlich. Außerdem verhalten sich die verschiedenen Chlor- und Chlorfluorkohlenwasserstoffe adsorptionstechnisch unterschiedlich, so daß es durch die konkurrierende Adsorption zu der sogenannten Adsorptionsverdrängung einzelner Chlorkohlenwasserstoffe kommen kann.
Aus der DE-PS 11 74 764 ist es bekannt, daß mit Hilfe von unimprägnierten oder mit Calciumchlorid oder Bariumchlorid imprägnierten Aktivkohlen ein Molekül Chlorwasserstoff aus Teträchlorethan zur Herstellung von Trichlorethylen abgespalten werden kann. Bei diesen Verfahren erfolgt nur eine partielle HCl-Abspaltung (Dehydrochlorierung).
Der Erfind ung L ie g t die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die in Deponiegasen enthaltenen Chlorkoh Lenwasserstof fe durch eine vollständige Dehydrochlorierung in Kohlenwasserstoffe umzuwandeln und dadurch Chlorkohlenwasserstoffe zu entfernen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung erfolgen durch die Merkmale der Unteransprüche. Überraschenderweise wurde gefunden, daß mit einer Mischung aus einem Dehydrochlorierungskatalysator und einem alkalischen Material, z. B. Calciumoxid oder Calciumcarbonat, eine vollständige Dehydrochlorierung gelingt. Es ist auch möglich, beide Materialien abwechselnd in mehreren aufeinanderfolgenden Schichten in einen Dehydrochlorierungsreaktor einzubringen.
Das chlorkohlenwasserstoffhaItige Gas wird zunächst über geeignete, an sich bekannte Dehydrochlorierungskatalysatoren mit Calcium-, Barium-, Kupfer- oder Kobaltsalzen imprägnierte Aktivkohlen, imprägnierte Aluminiumoxide, Silicagele oder Molekularsiebe bei Temperaturen von 200 bis 600º C geleitet. Da sich eine Gleichgewicht einstellt, wird nur eine unvollständige Dehydrochlorierung durch diese Katalysatoren erreicht. Durch das alkalische Material erfolgt eine Verschiebung des Gleichgewichtes und dadurch eine vollständige Dehydrochlorierung.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das zu reinigende Gas zunächst durch eine Aktivkohleschüttung geleitet, in der die Chlorkohlenwasserstoff adsorbiert werden. Sie werden anschließend mit Heißgas desorbiert, und das Desorbat wird in den Dehydroch lorierungsreaktor geleitet.
Durch diese Verfahrensweise wird Energie eingespart, da die Chlorkohlenwasserstoffe in aufkonzentrierter Form dem Dehydrochlorierungsreaktor zugeführt werden.
Es ist weiterhin zweckmäßig, bei sauerstofffreien Gasen als Dehydrochlorierungskatalysator imprägnierte Aktivkohlen zu verwenden, während bei Gasen mit mehr als 0,3 % Sauerstoff man vorteilhafter imprägnierte Aluminiumoxide, Silicagele oder zeolithische Molekularsiebe verwendet, um Aktivkohleverluste durch Abbrand zu vermeiden. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung und der Beispiele näher beschrieben.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Dehydrochlorierungsreaktors.
Aus der Figur geht hervor, daß das Chlorkohlenwasserstoff enthaltende Gas in einem Wärmetauscher 1 auf die Reaktionstemperatur aufgeheizt und in einen Reaktor 2 geleitet wird. Dabei kann die Strömungsgeschwindigkeit 0,01 bis 0,6 m/s betragen. Die erforderliche Wärme kann auch durch Teilverbrennung einer geringen Menge des Gases erzeugt werden. Der Reaktor 2 ist mit einer Mischung aus dem Dehydrochlorierungskatalysator und alkalischem Material gefüllt. Die beiden Komponenten können auch in einzelnen Schichten angeordnet sein. Die Gesamtschichthöhe sollte mindestens 0,3 m betragen.
Beispiel 1
In den in der Figur beschriebenen Reaktor wird ein Deponiegas mit einem Gesamt ch lorgeha It von 690 mg/m3 geleitet. Die Reaktionstemperatur beträgt 400º C und die Strömungsgeschwindigkeit 0,09 m/s. Der Reaktor (Durchmesser 50 mm) ist mit einer Mischung aus 250 g Aktivkohle (Rütteldichte 360 g/l), die mit 5 % Bariumchlorid und 5 % Calciumchlorid imprägniert ist, und 250 g Calciumoxid gefüllt. Im Reingas können nur noch 17 mg/m3 Gesamtchlor nachgewiesen werden. B e i s p i e l 2
Der im Beispiel 1 beschriebene Reaktor wird mit 250 g Aluminiumoxid (imprägniert mit 5 % Kobaltchlorid und 5 % Bariumchlorid) und 250 g Marmor (Calciumcarbonat) gefüllt. Bei einer Temperatur von 500º C und einer Gasgeschwindigkeit von 0,1 m/s wird der Gesamtchlorgehalt von 690 mg/m3 auf 8 mg/m3 reduziert.
Beispiel 3
Der in Beispiel 1 beschriebene Reaktor wurde mit einer Mischung aus 766 g Aluminiumoxid-Pellets (imprägniert mit je 4 Gew.-% Kupferchlorid und Kobaltchlorid) sowie mit 500 g einer aus Calciumoxid und Calciumcarbonat (1 : 1) bestehenden geformten Masse gefüllt. Das Deponiegas (Gesamtchlorgehalt 374 mg/m3 ) durchströmt den Reaktor bei 520º C mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,1 m/s.
Der Gesamt ch lorgeha 11 des gereinigten Gases beträgt nach
4 Stunden 0,7 mg/m3, nach 20 Stunnden 1,0 mg/m3 und nach
69 Versuchsstunden noch 1,0 mg/m3
Beispiel 4
Der Einsatz von verschiedenen Dehydrochlorierungskatalysatoren wurde mit der in Beispiel 1 beschriebenen Apparatur untersucht (Tabelle 1).
Figure imgf000008_0001
Die in Tabelle 1 aufgeführten Beispiele verdeutlichen, daß die Chlorkohlenwasserstoffe in allen Fällen nahezu vollständig aus dem Gas enfernt werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur katalytischen Entfernung von Chlorkohlenwasserstoffen aus Chlorkohlenwasserstoffe enthaltenden Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß der zu reinigende Gasstrom durch einen Reaktor geleitet wird, der einen Dehydrochlorierungskatalysator und ein alkalisches Material enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als alkalisches Material Calciumoxid oder Calciumcarbonat verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Dehydrochlorierungskatalysatoren Aktivkohlen, Aluminiumoxide, Silicagele oder zeolithische Molekularsiebe eingesetzt werden, die mit Calcium-, Barium-, Kupfer- oder Kobaltsalzen imprägniert sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Calcium-, Barium-, Kupfer- oder Kobaltsalze in einer Menge von 2 - 20 Gew.-% aufgebracht sind.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sauerstofffreie Gase vorzugsweise mit imprägnierten Aktivkohlen und Gase mit mehr als 0,3 % Sauerstoff vorzugsweise mit imprägnierten Aluminiumoxiden, Silicalgelen oder zeolithischen Molekularsieben behandelt werden.
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