WO1998046336A1 - Process for decomposing halogenated hydrocarbons with a catalyst, its production and installation for carrying out the process - Google Patents

Process for decomposing halogenated hydrocarbons with a catalyst, its production and installation for carrying out the process

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WO1998046336A1
WO1998046336A1 PCT/EP1998/002088 EP9802088W WO9846336A1 WO 1998046336 A1 WO1998046336 A1 WO 1998046336A1 EP 9802088 W EP9802088 W EP 9802088W WO 9846336 A1 WO9846336 A1 WO 9846336A1
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WO
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catalyst
centers
brönstedt
halogenated hydrocarbons
zirconium oxide
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PCT/EP1998/002088
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Inventor
Erhard Kemnitz
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Adelmann Ag
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/066Zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation 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
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
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    • B01D53/8662Organic halogen compounds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof

Definitions

  • the invention relates to a process for the degradation of gaseous and / or halogenated hydrocarbons, in particular chlorofluorocarbons, with a catalyst, its production and plants for carrying it out.
  • halohydrocarbons denotes all aliphatic hydrocarbon compounds in which H atoms have been replaced by halogens. In their short form, they are also called freons or halons and are used extensively as refrigerants, blowing agents, fire extinguishing agents and solvents. In this context, examples are the brominated hydrocarbons, which have found widespread use as effective fire extinguishing agents in fires in closed rooms and electrical systems.
  • This group of compounds also includes chlorofluorocarbons, in which the H atoms are substituted by chlorine and fluorine atoms. They are often referred to as chlorofluorocarbons - CFCs.
  • the invention has set itself the task of creating a process which can be carried out on an industrial scale, in which the halogenated hydrocarbons and in particular the fluorocarbons are broken down into components which are harmless to ozone.
  • the gas mixture flows through the reactor charged with the catalyst.
  • a minimum residence time in the catalyst is required.
  • the current speed must be set accordingly.
  • the decisive factor is the catalyst, which initiates the decomposition of the halogenated hydrocarbons at low temperatures and therefore with the lowest energy consumption. With regard to its chemical composition, it consists of a pure or modified zirconium oxide.
  • the surface of the catalyst has Brönstedt acid centers, which are permanently present or can regenerate during the reaction.
  • the halogenated hydrocarbons in particular chlorofluorocarbons, break down into hydrogen halide, in particular hydrogen fluoride (HF) and in particular hydrogen chloride (HCl) and carbon dioxide (C0 2 ).
  • sulfur compounds in the form of sulfates S0 and / or sulfites S0 3 are additionally introduced on the surface of the catalyst. They ensure that the production of Brönstedt centers is promoted and, because of their exposed position on the surface, they intensify the reactions taking place, so that as a result better conversions occur and a higher yield occurs. An extension of the service life is also achieved.
  • sulfur compounds with a sulfur content of 3 to 10 atom%, in particular 7 to 8 atom% are to be regarded as particularly preferred.
  • the prerequisite for the catalytic reaction to take place is the presence of Brönstedt centers, it being irrelevant whether the Brönstedt centers are permanently present or - if necessary temporarily - only develop under the reaction conditions.
  • One of the possible measures for generation under reaction conditions is to provide Lewis centers, preferably on the surface of the catalyst. In the presence of water, the Lewis centers produce the Brönstedt centers in the desired manner, which are solely responsible for the catalytic decomposition.
  • the surface area of the catalyst should be chosen to be as large as possible, since the Response times are the lowest.
  • Experimental investigations have shown that satisfactory reaction rates first occur when the surface measured by the BET method is between 120 and 180 m 2 / g.
  • the BET process reference is made to the article in the Journal American Chemical Society (J. Am. Chem. Soc. 60 (1938,309)).
  • Brönstedt centers which desorb previously adsorbed ammonia above 350 ° C. to characterize their strength are particularly preferred. There are then medium-strong acidic Brönstedt centers, which can be detected by the temperature-programmed desorption TPD of the ammonia.
  • the catalyst should have a porous structure.
  • the diameter of the pores is an optimal compromise, on the one hand, between a large radius of the pores, which is necessary to prevent the pores from clogging early and thus a short service life, and, on the other hand, a small pore diameter, which allows a higher pore density per unit area and thus also to achieve a higher surface.
  • the optimal solution of these conflicting points of view leads to the fact that the pores are located in the area between mesopores and micropores, that is to say they have a pore radius which, in its most common distribution, is in the range between 1.9 and 5 nm, preferably 1.9 to 3 nm.
  • hydrofluoric acid can be obtained from hydrogen fluoride under the influence of water and hydrochloric acid from hydrochloric acid and thus economically interesting products.
  • the decisive advantage of the method according to the invention consists in low procedural costs, which are based on a departure from the state of the art Technically necessary high decomposition temperatures establish, since the decomposition reaction is initiated catalytically.
  • a homogenized mixture of solid zirconium oxide hydrate and solid (NH) 2 S0 4 is treated according to a multi-stage calcination program up to 600 ° C.
  • the mass ratio of zirconium oxide hydrate to ammonium sulfate can vary between 50/50 to 95/05, but is advantageously in the range 75/25 to 90/10 mass%.
  • Sulfuric acid serves as the sulfate source, the amount of which varies between 2 to 20, preferably 2 to 4,% by mass.
  • the sulfation with SF 4 takes place in such a way that the transition metal oxide hydrate is treated at temperatures between 120 and 180 ° C., preferably between 140 and 160 ° C., for 30-90 minutes using gaseous sulfur tetrafluoride.
  • the sulfated oxide formed by treatment with sulfates is crystalline and can be detected by X-ray diffraction.
  • Zirconyl chloride hydrate is hydrolyzed in an aqueous ammonia solution until a pH of 8 is reached. The precipitate is separated off, washed chlorine-free with water and added for 6 to 10 hours Calcined temperatures between 90 and 120 ° C.
  • the zirconium oxide hydrate thus obtained is treated at temperatures between 120 and 180 ° C, preferably between 140 and 160 ° C, for 30 to 90 minutes using gaseous sulfur tetrafluoride. A purging is then carried out using inert gas to remove the absorbed SF 4 .
  • the resulting dark red to black product is then subjected to a temperature program to generate the special catalytic properties.
  • the material is first annealed at 150 ° C for 90 minutes; This is followed by continuous heating over 45 minutes to temperatures between 550 and 650 ° C, preferably 590 to 610 ° C. The material is left isothermal at this temperature for 3 hours and then cooled to 110 ° C. within 60 minutes. Here the material has reached its high activity.
  • Solid ammonium sulfate is added to the zirconium oxide hydrate obtained by hydrolysis of zirconium chloride and already calcined at 110 ° C.
  • Mass ratio of zirconium oxide hydrate to ammonium sulfate can be between
  • 50/50 to 95/05 vary, but is advantageously in the range 25/75 to
  • reaction mixture is initially left isothermal at 150 ° C. for 90 minutes. Thereafter, the temperature is raised to 400 to 600 ° C., preferably to 480 to 520 ° C. within 45 minutes and the reaction mixture at this temperature for
  • Activated carbon is added to an aqueous solution of zirconyl chloride until these grains are loaded with the solution.
  • the mass ratio of zirconium oxide hydrate to ammonium sulfate can vary between 50/50 to 95/05, but is advantageously in the range 75/25 to 90/10 mass%.
  • the zirconium content, based on the activated carbon component can be between 1 and 30% by mass, but advantageously in the range from 2 to 8% by mass.
  • the reaction mixture is first left at 150 ° C. for 90 minutes. The temperature is then raised to 400 to 600 ° C., preferably to 450 to 500 ° C. within 45 minutes, and the reaction mixture is kept at this temperature for 180 minutes. It is then cooled to a temperature of 110 ° C. within 60 minutes. This gives the desired catalyst.
  • the decomposition of dichlorodifluoromethane takes place under normal pressure conditions in a continuously operated flow reactor in which the catalyst is located.
  • the reactor itself is made of corrosion-resistant material and is heated by means of an adjustable electric furnace.
  • the catalyst prepared according to Example 2 was used in the form of pressed pellets with a particle diameter of 250 to 500 ⁇ m. After one hour Calcination of the catalyst at 500 ° C, a constant gas flow of dichlorodifluoromethane and water vapor was passed over the catalyst at a reactor temperature of 480 ° C.
  • the ratio of water to dichlorodifluoromethane can be varied within the limits 2 to 4, but should advantageously be between 2.1 and 2.4.
  • the temperature varies between 400 and 550 ° C, is preferably in the range between 450 and 500 ° C.
  • the average residence time of the reaction gas can vary within wide limits between 0.1 and 3 seconds, but is selected between 0.2 and 0.5 seconds to optimize the process.
  • Example 5 Decomposition of dichlorodifluoromethane with the aid of the invention
  • Fig. 1 shows an inventive plant for the degradation of gaseous halogenated hydrocarbons
  • Fig. 2 shows another embodiment of the invention for the degradation of liquid halogenated hydrocarbons
  • the halogenated hydrocarbon gas to be mined is cleaned of dust particles and preheated in a first stage 2.
  • Water 3 is then added to the gas 4.
  • the gas-water mixture passes through a heating stage 6 to the flow-through reactor 7, in the interior of which the catalyst 8 is located.
  • the desired reaction temperature is maintained using a temperature control device. Due to the properties of the catalyst, it is broken down into hydrogen halide and carbon dioxide. Controlled cooling 9 ensures a gas temperature of less than 600 ° C. It is then washed out in a gas scrubber 10, for example by adding calcium hydroxide, calcium chloride and calcium fluoride, so that pure air can leave the gas scrubber 10, the degree of purity of which can be checked with a measuring device 11.
  • liquid halogenated hydrocarbon 13 is split.
  • This liquid CFC is converted into the gaseous state by mixing 14 with air, preheated 15 and then enriched with water 16.
  • the further process sequence corresponds to that according to FIG. 1.

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Abstract

A process for decomposing halogenated hydrocarbons has the following steps: (a) water is added to the halogenated hydrocarbon, in a stoichiometric proportion 2 to 5 times, preferably approximately 3.5 times higher than that of the halogens; (b) the mixture is heated up to at least 400 °C, preferably 400 to 550 °C; (c) a catalyst having the following composition is used: (aa) acid zirconium oxide containing up to 5 % hafnium oxide; (bb) Brönstedt centres located or formed at the surface during the reactions; (d) the dwelling time is sufficient for the reaction to take place to the desired extent.

Description

Verfahren zum Abbau von Halogenkohlenwasserstoffen mit einem Katalysator, dessen Herstellung sowie Anlage zur Durchführung des Process for the degradation of halogenated hydrocarbons with a catalyst, its production and plant for carrying out the
VerfahrensProcedure
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abbau gasförmiger und/oder Halogenkohlenwasserstoffe, insbesondere Fluorchlorkohlenwasserstoffe, mit einem Katalysator, dessen Herstellung sowie Anlagen zur Durchführung.The invention relates to a process for the degradation of gaseous and / or halogenated hydrocarbons, in particular chlorofluorocarbons, with a catalyst, its production and plants for carrying it out.
Mit dem Begriff "Halogenkohlenwasserstoffe" werden alle aliphatischen Kohlenwasserstoffverbindungen bezeichnet, bei denen H-Atome durch Halogene ersetzt sind. Sie werden in ihrer Kurzform auch als Freone bzw. Halone bezeichnet und finden umfangreichen Einsatz als Kälte-, Treibmittel, Feuerlösch- und Lösungsmittel. Als Beispiele sind in diesem Zusammenhang die bromierten Kohlenwasserstoffe angegeben, die als effektive Feuerlöschmittel bei Bränden in geschlossenen Räumen und elektrischen Anlagen weite Verbreitung gefunden haben. Zu dieser Verbindungsgruppe zählen auch die Chlorfluorkohlenstoffe, bei denen die H-Atome substituiert werden durch Chlor- und Fluoratome. Sie werden häufig auch als Fluorchlorkohlenwasserstoffe - FCKW - bezeichnet. Durch den Einbau von Fluor erfahren diese Kohlenwasserstoffverbindungen eine hohe chemische Stabilität, so daß sie unter Normalbedingungen weder chemisch noch durch andere Energiezufuhr zu chemischen Reaktionen veranlaßt werden können, so daß sie weder brennbar noch entzündbar, noch explosiv, noch toxisch sind. Diese Verbindungen sind in jüngster Zeit in Verruf gelangt, da sie die stratosphärische Ozonschicht in nachteiliger Weise durch folgende Reaktionsmechanismen abbauen und schwächen. Aufgrund ihrer Reaktionsträgheit werden sie in der Atmosphäre überhaupt nicht abgebaut und gelangen in die Stratosphäre, wo sie einer harten UV-Strahlung (Frequenz <300 nm) ausgesetzt sind, welche zu einer strahlenchemischen Spaltung der C-Cl-Bindung führt, mit der Folge, daß die hierbei freigesetzten Chlor-Radikale nun in mehreren Tausend Zyklen pro Atom diese Ozonschicht in erheblichem Umfang abbauen, deren Schwächung zur Folge hat, daß sie ihre Funktion als UV-Strahlenschutzschirm zu wirken nur noch ungenügend erfüllen kann, so daß harte UV-Strahlung weitgehend ungefiltert auf die Erdoberfläche gelangen und dort verstärkt Hautkrebs hervorrufen kann. Aus diesen Gründen führten die großen Industrienationen zu Beginn dieses Jahrzehntes einen Produktionsstop an Freonen (FCKW) und Halonen ein. Andererseits wurden in den zurückliegenden Jahrzehnten Hunderte Millionen Tonnen an Freonen und Halonen produziert und in vielfältiger Form in den Umlauf gebracht. Sie wurden in Flug- und Kraftfahrzeugen eingesetzt; bei nahezu allen Kühlschränken wurden FCKW eingesetzt, sowohl als Kühlmittel sowie als Isoliergas, das in den geschlossenen Poren des Isolierschaumes eingeschlossen ist. Auch die älteren Klimaanlagen werden durchweg mit Freon betrieben. Die umfangreiche Verwendung hat zur folge, daß aufgrund unsachgemäß entsorgter Kühlschränke, Polyurethanschaumstoffen, Lösungsmittelresten udgl in Abgasen großer Deponien ein Freongehalt bis zu 40 ppm gemessen wird. Hinzu kommt, daß der Produktionsstop der für die Ozonschicht abträglichen Verbindungen nur in den Industrienationen erfolgt ist, hingegen die Entwicklungsländer weiterhin Produktion mit Halogenkohlenwasserstoffen auf dem Markt anbieten und die Versorgungslücken schließen. Es besteht deshalb ein erheblicher Bedarf die Halogenkohlenwasserstoffe, insbesondere FCKW mittels geeigneter industriell anwendbarer Verfahren zu beseitigen.The term "halohydrocarbons" denotes all aliphatic hydrocarbon compounds in which H atoms have been replaced by halogens. In their short form, they are also called freons or halons and are used extensively as refrigerants, blowing agents, fire extinguishing agents and solvents. In this context, examples are the brominated hydrocarbons, which have found widespread use as effective fire extinguishing agents in fires in closed rooms and electrical systems. This group of compounds also includes chlorofluorocarbons, in which the H atoms are substituted by chlorine and fluorine atoms. They are often referred to as chlorofluorocarbons - CFCs. The incorporation of fluorine gives these hydrocarbon compounds high chemical stability, so that under normal conditions they cannot be caused to undergo chemical reactions either chemically or by any other energy supply, so that they are neither flammable nor flammable, nor explosive or toxic. These compounds have recently been discredited because they disadvantageously degrade and weaken the stratospheric ozone layer through the following reaction mechanisms. Due to their inertia, they are not broken down at all in the atmosphere and reach the stratosphere, where they are exposed to hard UV radiation (frequency <300 nm), which leads to a radiation-chemical cleavage of the C-Cl bond, with the result that that the chlorine radicals released in this process now considerably deplete this ozone layer, its weakening, in several thousand cycles per atom As a result, it can only insufficiently fulfill its function as a UV radiation protection screen, so that hard UV radiation reaches the surface of the earth largely unfiltered and can cause increased skin cancer there. For these reasons, the major industrialized nations introduced a production stop of freons (CFCs) and halons at the beginning of this decade. On the other hand, hundreds of millions of tons of freons and halons have been produced in the past decades and put into circulation in various forms. They were used in aircraft and motor vehicles; CFCs were used in almost all refrigerators, both as a coolant and as an insulating gas that is enclosed in the closed pores of the insulating foam. The older air conditioning systems are all operated with Freon. The extensive use has the consequence that due to improperly disposed refrigerators, polyurethane foams, solvent residues and the like, a free content of up to 40 ppm is measured in exhaust gases from large landfills. In addition, the ozone-depleting compounds have only stopped producing in the industrialized nations, while developing countries continue to offer halogenated hydrocarbon production on the market and close the supply gaps. There is therefore a considerable need to eliminate the halogenated hydrocarbons, in particular CFCs, by means of suitable industrially applicable processes.
So ist es bekannt, die Halogenkohlenwasserstoffe bei Temperaturen um 1300 °C in einer Wasserstofflamme zu zerlegen, wobei die Halogene in Form von Halogenwasserstoffen und der Kohlenstoff in Form von Kohlenmonoxid anfällt. Eine nachträgliche Absorptionsstrecke trennt die Produktkomponenten und führt sie einer weiteren Verarbeitung zu. Diese Vorgehensweise ist nur geeignet für große Produktströme und bei Vorliegen eines örtlichen Stoffverbundes, wie es bei Großchemieanlagen der Fall ist. Bei Anfall kleinerer Mengen ist ein Sammeln und Transportieren des Ausgangsmaterials erforderlich. Zudem mußte festgestellt werden, daß selbst bei diesen Temperaturen von etwa 1000 °C nicht alle FCKW-Typen vollständig abgebaut und zerlegt wurden. Bessere Ergebnisse wurden erzielt, wenn die Halogenkohlenwasserstoffe in einer Hochtemperaturflamme von etwa 2000 bis 2600 °C eingebracht werden, durch die sich eine vollständige Zerlegung aller eingebrachten Verbindungen erreichen läßt. Die hohe Temperatur wird hier durch ein klassisches Knallgasgemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt, wobei Halogenverbindungen (HCI und HF) anfallen, die geeignet zu entsorgen sind. Obwohl eine Anlage mit kompaktem Aufbau bei gleichzeitiger Mobilität möglich ist, bewegen sich auch hier die Energiekosten in einem unvertretbar hohen Rahmen.It is known, for example, to decompose the halogenated hydrocarbons in a hydrogen flame at temperatures around 1300 ° C., the halogens being obtained in the form of hydrogen halides and the carbon in the form of carbon monoxide. A subsequent absorption section separates the product components and leads them to further processing. This procedure is only suitable for large product flows and in the presence of a local composite, as is the case with large chemical plants. In the case of smaller quantities, the raw material must be collected and transported. In addition, it had to be found that even at these temperatures of around 1000 ° C, not all CFC types were completely broken down and dismantled. Better Results have been achieved when the halogenated hydrocarbons are introduced in a high-temperature flame of approximately 2000 to 2600 ° C., by means of which a complete decomposition of all the compounds introduced can be achieved. The high temperature is generated here by a classic oxyhydrogen mixture of hydrogen and oxygen, whereby halogen compounds (HCI and HF) are produced, which must be disposed of appropriately. Although a system with a compact structure and simultaneous mobility is possible, the energy costs are also unacceptably high.
Hiervon ausgehend hat sich die Erfindung die Schaffung eines in industriellem Maßstab durchführbaren Verfahrens zur Aufgabe gemacht, bei welchem die Halogenkohlenwasserstoffe und insbesondere die Fluorkohlenwasserstoffe in Ozon unschädliche Bestandteile zerlegt werden.Proceeding from this, the invention has set itself the task of creating a process which can be carried out on an industrial scale, in which the halogenated hydrocarbons and in particular the fluorocarbons are broken down into components which are harmless to ozone.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Anwendung der im Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritte:This object is achieved by using the process steps specified in claim 1:
Dem Ausgangsmaterial wird Wasser in einem höheren als stöchiometrischen Verhältnis zu den Halogenen beigegeben und auf eine Temperatur von mindestens 400 °C, vorteilhafterweise auf 400 bis 550 °C erhitzt. Hierbei durchströmt das Gasgemisch den mit dem Katalysator beschickten Reaktor. Um eine vollständige Umsetzung des Ausgangsmateriales zu erreichen, ist eine Mindestverweildauer im Katalysator vonnöten. Die Stromgeschwindigkeit ist entsprechend einzustellen. Entscheidend ist der Katalysator, der bei niedrigen Temperaturen und somit geringstem Energieverbrauch die Zersetzung der Halogenkohlenwasserstoffe in die Wege leitet. Im Hinblick auf seine chemische Zusammensetzung besteht er aus einem reinen oder modifizierten Zirkoniumoxid. Der Katalysator besitzt an seinen Oberflächen Brönstedt-saure Zentren, die permanent vorhanden sind oder sich während der Reaktion regenerieren können. In Gegenwart des erfindungsgemäßen Katalysators zerfallen die Halogenkohlenwasserstoffe, insbesondere Fluorchlorkohlenwasserstoffe, in Halogenwasserstoff, insbesondere Fluorwasserstoff (HF) und insbesondere Chlorwasserstoff (HCI) und Kohlendioxid (C02).Water is added to the starting material in a higher than stoichiometric ratio to the halogens and heated to a temperature of at least 400 ° C., advantageously to 400 to 550 ° C. The gas mixture flows through the reactor charged with the catalyst. In order to achieve complete conversion of the starting material, a minimum residence time in the catalyst is required. The current speed must be set accordingly. The decisive factor is the catalyst, which initiates the decomposition of the halogenated hydrocarbons at low temperatures and therefore with the lowest energy consumption. With regard to its chemical composition, it consists of a pure or modified zirconium oxide. The surface of the catalyst has Brönstedt acid centers, which are permanently present or can regenerate during the reaction. In the presence of the catalyst according to the invention, the halogenated hydrocarbons, in particular chlorofluorocarbons, break down into hydrogen halide, in particular hydrogen fluoride (HF) and in particular hydrogen chloride (HCl) and carbon dioxide (C0 2 ).
Testreihen wurden mit Dichlordifluormethan als einem der stabilsten, industriell in großen Mengen produziertem Freon durchgeführt. Die Messungen haben bei Reaktionsbedingungen von T = 450 °C und einer Kontaktzeit von 0,5 Sekunden eine Zersetzung bis 99 % ergeben.Series of tests were conducted with dichlorodifluoromethane as one of the most stable, industrially produced freons. The measurements showed a decomposition of up to 99% under reaction conditions of T = 450 ° C and a contact time of 0.5 seconds.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind auf der Oberfläche des Katalysators zusätzlich Schwefelverbindungen in Form von Sulfaten S0 und/oder Sulfiten S03 eingebracht. Sie sorgen dafür, daß die Erzeugung von Brönstedt-Zentren gefördert wird und sie verstärken aufgrund ihrer exponierten Lage an der Oberfläche die ablaufenden Reaktionen, so daß im Ergebnis bessere Umsätze erfolgen und eine höhere Ausbeute eintritt. Weiterhin wird eine Verlängerung der Standzeit erreicht. Hierbei sind Schwefelverbindungen mit einem Schwefelgehalt von 3 bis 10 Atom-%, insbesondere 7 bis 8 Atom-% als besonders bevorzugt anzusehen.In a preferred embodiment, sulfur compounds in the form of sulfates S0 and / or sulfites S0 3 are additionally introduced on the surface of the catalyst. They ensure that the production of Brönstedt centers is promoted and, because of their exposed position on the surface, they intensify the reactions taking place, so that as a result better conversions occur and a higher yield occurs. An extension of the service life is also achieved. Here, sulfur compounds with a sulfur content of 3 to 10 atom%, in particular 7 to 8 atom%, are to be regarded as particularly preferred.
Voraussetzung für das Ablaufen der katalytischen Reaktion ist das Vorhandensein von Brönstedt-Zentren, wobei unerheblich ist, ob die Brönstedt- Zentren permanent vorhanden sind oder sich - gegebenenfalls vorübergehend - unter den Reaktionsbedingungen erst ausbilden. Eine der möglichen Maßnahmen der Erzeugung unter Reaktionsbedingungen besteht darin, Lewis- Zentren vorzugsweise an der Oberfläche des Katalysators vorzusehen. In Gegenwart von Wasser erzeugen die Lewis-Zentren in der gewünschten Weise die Brönstedt-Zentren, die ausschließlich für die katalytische Zersetzung verantwortlich sind.The prerequisite for the catalytic reaction to take place is the presence of Brönstedt centers, it being irrelevant whether the Brönstedt centers are permanently present or - if necessary temporarily - only develop under the reaction conditions. One of the possible measures for generation under reaction conditions is to provide Lewis centers, preferably on the surface of the catalyst. In the presence of water, the Lewis centers produce the Brönstedt centers in the desired manner, which are solely responsible for the catalytic decomposition.
Unter reaktionskinetischen Gesichtspunkten gilt, daß die Oberfläche des Katalysators so groß wie möglich gewählt werden sollte, da so die Reaktionszeiten am geringsten werden. Experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, daß zufriedenstellende Reaktionsgeschwindigkeiten dann erste eintreten, wenn die Oberfläche gemessen nach BET-Verfahren zwischen 120 und 180 m2/g liegt. Zum BET-Verfahren wird auf den Beitrag im Journal American Chemical Society (J. Am. Chem. Soc. 60 (1938,309)) hingewiesen.From the point of view of reaction kinetics, the surface area of the catalyst should be chosen to be as large as possible, since the Response times are the lowest. Experimental investigations have shown that satisfactory reaction rates first occur when the surface measured by the BET method is between 120 and 180 m 2 / g. Regarding the BET process, reference is made to the article in the Journal American Chemical Society (J. Am. Chem. Soc. 60 (1938,309)).
Besonders bevorzugt sind Brönstedt-Zentren, die zur Charakterisierung ihrer Stärke zuvor adsorbiertes Ammoniak erst oberhalb 350° C wieder desorbieren. Es liegen dann mittelstarke acide Brönstedt-Zentren vor, die sich durch die temperaturprogrammierte Desorption TPD des Ammoniaks nachweisen lassen.Brönstedt centers which desorb previously adsorbed ammonia above 350 ° C. to characterize their strength are particularly preferred. There are then medium-strong acidic Brönstedt centers, which can be detected by the temperature-programmed desorption TPD of the ammonia.
Nicht zuletzt zur Erzielung einer möglichst großen Oberfläche sollte der Katalysator von poröser Struktur sein. Der Durchmesser der Poren ist ein optimaler Kompromiß einerseits zwischen einem großen Radius der Poren, der erforderlich ist, um ein frühzeitiges Zusetzen der Poren und damit eine kurze Standdauer zu verhindern und zum anderen ein kleiner Porendurchmesser, der erlaubt, eine höhere Porendichte pro Flächeneinheit und somit auch eine höhere Oberfläche zu erreichen. Die optimale Lösung dieser widerstreitenden Gesichtspunkte führt dazu, daß die Poren im Bereich zwischen Mesoporen und Mikroporen angesiedelt sind, also einen Porenradius aufweisen, der in seiner häufigsten Verteilung im Bereich zwischen 1 ,9 und 5 nm, vorzugsweise 1 ,9 bis 3 nm liegt.Last but not least, in order to achieve the largest possible surface area, the catalyst should have a porous structure. The diameter of the pores is an optimal compromise, on the one hand, between a large radius of the pores, which is necessary to prevent the pores from clogging early and thus a short service life, and, on the other hand, a small pore diameter, which allows a higher pore density per unit area and thus also to achieve a higher surface. The optimal solution of these conflicting points of view leads to the fact that the pores are located in the area between mesopores and micropores, that is to say they have a pore radius which, in its most common distribution, is in the range between 1.9 and 5 nm, preferably 1.9 to 3 nm.
Die Spaltung der Halogenkohlenwasserstoffe in Kohlendioxid sowie die entsprechenden Haiogenwasserstoffe erlaubt die Gewinnung wertvoller Säuren. So läßt sich aus Fluorwasserstoff unter dem Einfluß von Wasser Flußsäure und aus Chlorwasserstoff Salzsäure und somit wirtschaftlich interessante Produkte gewinnen.The splitting of the halogenated hydrocarbons into carbon dioxide and the corresponding halogenated hydrocarbons allow the extraction of valuable acids. Thus, hydrofluoric acid can be obtained from hydrogen fluoride under the influence of water and hydrochloric acid from hydrochloric acid and thus economically interesting products.
Der entscheidende Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in niedrigen Verfahrenskosten, die sich auf ein Abgehen von den im Stande der Technik notwendigen hohen Zersetzungstemperaturen gründen, da die Zersetzungsreaktion katalytisch eingeleitet wird.The decisive advantage of the method according to the invention consists in low procedural costs, which are based on a departure from the state of the art Technically necessary high decomposition temperatures establish, since the decomposition reaction is initiated catalytically.
Modifikationen, bei denen das Zirkonoxid kubisch oder röntgenamorph vorliegt, sind besonders aktiv und aus diesem Grunde zu bevorzugen.Modifications in which the zirconium oxide is cubic or X-ray amorphous are particularly active and should therefore be preferred.
Im folgenden werden Verfahren zur Herstellung des Katalysators zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben. Hierzu wird ein homogenisiertes Gemenge aus festem Zirkoniumoxid-Hydrat und festem (NH )2S04 nach einem mehrstufigen Calcinierungsprogramm bis 600 °C behandelt. Das Masseverhältnis von Zirkoniumoxid-Hydrat zu Ammoniumsulfat kann zwischen 50/50 bis 95/05 variieren, liegt aber vorteilhafterweise im Bereich 75/25 bis 90/10 Masse-%. Als Sulfatquelle dient Schwefelsäure, deren Menge zwischen 2 bis 20, vorzugsweise 2 bis 4 Masse-% variiert. Die Sulfatierung mit SF4 erfolgt in der Weise, daß das Übergangsmetalloxid-Hydrat bei Temperaturen zwischen 120 und 180 °C, vorzugsweise zwischen 140 und 160 °C, für 30 - 90 Minuten mittels gasförmigem Schwefeltetrafluorid behandelt wird.Processes for the preparation of the catalyst for use in the process according to the invention are described below. For this purpose, a homogenized mixture of solid zirconium oxide hydrate and solid (NH) 2 S0 4 is treated according to a multi-stage calcination program up to 600 ° C. The mass ratio of zirconium oxide hydrate to ammonium sulfate can vary between 50/50 to 95/05, but is advantageously in the range 75/25 to 90/10 mass%. Sulfuric acid serves as the sulfate source, the amount of which varies between 2 to 20, preferably 2 to 4,% by mass. The sulfation with SF 4 takes place in such a way that the transition metal oxide hydrate is treated at temperatures between 120 and 180 ° C., preferably between 140 and 160 ° C., for 30-90 minutes using gaseous sulfur tetrafluoride.
Das durch die Behandlung mit Sulfaten gebildete sulfatierte Oxid ist kristallin und kann röntgendiffraktometrisch nachgewiesen werden.The sulfated oxide formed by treatment with sulfates is crystalline and can be detected by X-ray diffraction.
Anhand den nachstehend im einzelnen erläuterten Beispielen wird die Herstellung des zum erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Katalysators beschrieben:The preparation of the catalyst used for the process according to the invention is described using the examples explained in detail below:
Beispiel 1 Herstellung eines Zirkonium-Katalysators mit SF4 als SulfatquelleExample 1 Preparation of a zirconium catalyst with SF 4 as the sulfate source
In einer wässrigen Ammoniaklösung wird Zirkonylchlorid-Hydrat solange hydrolysiert, bis ein pH von 8 erreicht ist. Der ausfallende Niederschlag wird abgetrennt, mit Wasser chlorfrei gewaschen und für 6 bis 10 Stunden bei Temperaturen zwischen 90 und 120 °C calciniert. Das so erhaltene Zirkonoxid- Hydrat wird bei Temperaturen zwischen 120 und 180 °C, vorzugsweise zwischen 140 und 160 °C, für 30 bis 90 Minuten mittels gasförmigem Schwefeltetrafluorid behandelt. Anschließend wird zur Entfernung des absorbierten SF4 eine Spülung mittels inertgas durchgeführt. Das entstandene dunkelrote bis schwarze Produkt wird anschließend zur Erzeugung der besonderen katalytischen Eigenschaften einem Temperaturprogramm unterzogen. Hierzu wird das Material zunächst für 90 Minuten bei 150 °C getempert; anschließend erfolgt ein kontinuierliches Aufheizen über 45 Minuten bis zu Temperaturen zwischen 550 und 650 °C, vorzugsweise 590 bis 610 °C. Bei dieser Temperatur wird das Material isotherm für 3 Stunden belassen und anschließend innerhalb 60 Minuten auf 110 °C abgekühlt. Hierbei hat das Material seine hohe Aktivität erreicht.Zirconyl chloride hydrate is hydrolyzed in an aqueous ammonia solution until a pH of 8 is reached. The precipitate is separated off, washed chlorine-free with water and added for 6 to 10 hours Calcined temperatures between 90 and 120 ° C. The zirconium oxide hydrate thus obtained is treated at temperatures between 120 and 180 ° C, preferably between 140 and 160 ° C, for 30 to 90 minutes using gaseous sulfur tetrafluoride. A purging is then carried out using inert gas to remove the absorbed SF 4 . The resulting dark red to black product is then subjected to a temperature program to generate the special catalytic properties. For this purpose, the material is first annealed at 150 ° C for 90 minutes; This is followed by continuous heating over 45 minutes to temperatures between 550 and 650 ° C, preferably 590 to 610 ° C. The material is left isothermal at this temperature for 3 hours and then cooled to 110 ° C. within 60 minutes. Here the material has reached its high activity.
Beispiel 2:Example 2:
Herstellung eines Zirkoniumkatalysators mit festem Ammoniumsulfat alsPreparation of a zirconium catalyst with solid ammonium sulfate as
SulfatquelleSource of sulfate
Dem durch Hydrolyse von Zirkonyichlorid gewonnenen, bereits bei 110 °C calcinierten Zirkoniumoxid-Hydrat wird festes Ammoniumsulfat zugegeben. DasSolid ammonium sulfate is added to the zirconium oxide hydrate obtained by hydrolysis of zirconium chloride and already calcined at 110 ° C. The
Masseverhältnis von Zirkoniumoxid-Hydrat zu Ammoniumsulfat kann zwischenMass ratio of zirconium oxide hydrate to ammonium sulfate can be between
50/50 bis 95/05 variieren, liegt aber vorteilhafterweise im Bereich 25/75 bis50/50 to 95/05 vary, but is advantageously in the range 25/75 to
90/10 Masse-%. Nach intensivem Vermischen beider Komponenten wird das90/10 mass%. After intensive mixing of both components, it will
Gemisch ebenfalls einem Temperprogramm unterworfen. Dazu wird zunächst für 90 Minuten das Rekationsgemisch isotherm bei 150 °C belassen. Danach wird innerhalb von 45 Minuten die Temperatur auf 400 bis 600 °C, vorzugsweise auf 480 bis 520 °C erhöht und das Reaktionsgemisch bei dieser Temperatur fürMixture also subjected to an annealing program. For this purpose, the reaction mixture is initially left isothermal at 150 ° C. for 90 minutes. Thereafter, the temperature is raised to 400 to 600 ° C., preferably to 480 to 520 ° C. within 45 minutes and the reaction mixture at this temperature for
180 Minuten gehalten. Anschließend erfolgt eine Abkühlung auf 110 °C innerhalb von 60 Minuten. Der hierbei erhaltene Feststoff besitzt die volle katalytische Aktivität. Beispiel 3:Held for 180 minutes. It is then cooled to 110 ° C within 60 minutes. The solid obtained in this way has full catalytic activity. Example 3:
Herstellung eines geträgerten Zirkoniumkatalysators mit festemManufacture of a supported zirconium catalyst with a solid
Ammoniumsulfat als SulfatquelleAmmonium sulfate as a source of sulfate
Einer wässrigen Lösung von Zirkonylchlorid wird Aktivkohle zugegeben, bis diese Körner mit der Lösung beladen sind. Anschließend wird die Aktivkohle mit Zirkonylchloridbeladung bei pH = 8, wie unter Beispiel 1 beschrieben, hydrolysiert, bei 110 °C calciniert und abschließend festes Ammoniumsulfat zugegeben. Das Masseverhältnis von Zirkoniumoxid-Hydrat zu Ammoniumsulfat kann zwischen 50/50 bis 95/05 variieren, liegt aber vorteilhafterweise im Bereich 75/25 bis 90/10 Masse-%. Der Gehalt an Zirkonium, bezogen auf die Aktivkohlekomponente, kann zwischen 1 und 30 Masse-% liegen, vorteilhafterweise jedoch im Bereich von 2 bis 8 Masse-%. Nach Vermischen beider Komponenten wird das Reaktionsgemisch ebenfalls einem Temperprogramm unterworfen. Dazu wird zunächst das Reaktionsgemisch für 90- Minuten auf 150 °C belassen. Danach wird innerhalb von 45 Minuten die Temperatur auf 400 bis 600 °C, vorzugsweise auf 450 bis 500 °C erhöht und das Reaktionsgemisch bei dieser Temperatur für 180 Minuten gehalten. Anschließend erfolgt innerhalb von 60 Minuten ein Abkühlen auf eine Temperatur von 110 °C. Hierdurch erhält man den gewünschten Katalysator.Activated carbon is added to an aqueous solution of zirconyl chloride until these grains are loaded with the solution. The activated carbon is then hydrolyzed with zirconyl chloride loading at pH = 8, as described in Example 1, calcined at 110 ° C. and finally solid ammonium sulfate is added. The mass ratio of zirconium oxide hydrate to ammonium sulfate can vary between 50/50 to 95/05, but is advantageously in the range 75/25 to 90/10 mass%. The zirconium content, based on the activated carbon component, can be between 1 and 30% by mass, but advantageously in the range from 2 to 8% by mass. After the two components have been mixed, the reaction mixture is also subjected to an annealing program. For this purpose, the reaction mixture is first left at 150 ° C. for 90 minutes. The temperature is then raised to 400 to 600 ° C., preferably to 450 to 500 ° C. within 45 minutes, and the reaction mixture is kept at this temperature for 180 minutes. It is then cooled to a temperature of 110 ° C. within 60 minutes. This gives the desired catalyst.
Beispiel 4: Verwendung des Katalysators für den Abbau von DichlordifluormethanExample 4: Use of the catalyst for the degradation of dichlorodifluoromethane
Die Zersetzung von Dichlordifluormethan erfolgt unter Normaldruckbedingungen in einem kontinuierlich betriebenen Durchflußreaktor, in dem sich der Katalysator befindet. Der Reaktor selbst ist aus korrosionsbeständigem Material und wird mittels eines regelbaren elektrischen Ofens erhitzt. Der gemäß Beispiel 2 hergestellte Katalysator wurde in Form gepreßter Pellets mit einem Teilchendurchmesser von 250 bis 500 μm eingesetzt. Nach einstündiger Calcination des Katalysators bei 500 °C wurde ein konstanter Gasstrom von Dichlordifluormethan und Wasserdampf über den Katalysator bei einer Reaktortemperatur von 480 °C geleitet. Das Verhältnis von Wasser zu Dichlordifluormethan kann in den Grenzen 2 bis 4 variiert werden, sollte aber vorteilhafterweise zwischen 2,1 bis 2,4 liegen. Die Temperatur variiert zwischen 400 und 550 °C, liegt bevorzugt im Bereich zwischen 450 und 500 °C. Die mittlere Verweildauer des Reaktionsgases kann in weiten Grenzen zwischen 0,1 bis 3 Sekunden schwanken, wird jedoch zur Optimierung des Prozesses zwischen 0,2 und 0,5 Sekunden gewählt.The decomposition of dichlorodifluoromethane takes place under normal pressure conditions in a continuously operated flow reactor in which the catalyst is located. The reactor itself is made of corrosion-resistant material and is heated by means of an adjustable electric furnace. The catalyst prepared according to Example 2 was used in the form of pressed pellets with a particle diameter of 250 to 500 μm. After one hour Calcination of the catalyst at 500 ° C, a constant gas flow of dichlorodifluoromethane and water vapor was passed over the catalyst at a reactor temperature of 480 ° C. The ratio of water to dichlorodifluoromethane can be varied within the limits 2 to 4, but should advantageously be between 2.1 and 2.4. The temperature varies between 400 and 550 ° C, is preferably in the range between 450 and 500 ° C. The average residence time of the reaction gas can vary within wide limits between 0.1 and 3 seconds, but is selected between 0.2 and 0.5 seconds to optimize the process.
In der nachfolgenden Tabelle sind die Ergebnisse für unterschiedliche Temperaturen bei gleicher Verweilzeit und gleichem Wasser / Dichlor- difluormethan-Verhältnis angegeben.The following table shows the results for different temperatures with the same residence time and the same water / dichlorodifluoromethane ratio.
Kat. Temp. °C Verweilzeit H20/CFC-12 Rest CFC-12 see Zr02/(NH4)2S0 500 3 2 unter 0,3Temp. ° C residence time H 2 0 / CFC-12 rest CFC-12 see Zr0 2 / (NH 4 ) 2 S0 500 3 2 less than 0.3
Zr02/(NH4)2S04 450 3 2 0Zr0 2 / (NH 4 ) 2 S0 4 450 3 2 0
Zr02/(NH4)2S04 400 3 2 unter 7Zr0 2 / (NH 4 ) 2 S0 4 400 3 2 under 7
Zr02/(NH4)2S04 350 3 2 unter 46Zr0 2 / (NH 4 ) 2 S0 4 350 3 2 under 46
Zr02/7%La02 500 3 2 0Zr0 2 /7% La0 2 500 3 2 0
Aktivkohle/2%Zr02 500 3 2 unter 14 Activated carbon / 2% Zr0 2 500 3 2 under 14
Beispiel 5: Zersetzung von Dichlordifluormethan mit Hilfe des erfindungsgemäßenExample 5: Decomposition of dichlorodifluoromethane with the aid of the invention
KatalysatorsCatalyst
Im folgenden sind die Versuchsergebnisse für die Zersetzung von CFC-11 bei den entsprechenden Katalysatoren, Temperaturen, Verweilzeiten und Gemischen angegeben.The test results for the decomposition of CFC-11 are given below with the corresponding catalysts, temperatures, residence times and mixtures.
Kat. Temp. °C Verweilzeit H20/CFC-11 Rest CFC-11 see.Temp. ° C dwell time H 2 0 / CFC-11 rest CFC-11 see.
Zr02/(NH4)2S04 500 0,5 2 unter 1Zr0 2 / (NH 4 ) 2 S0 4 500 0.5 2 under 1
Zr02/(NH4)2S04 450 0,5 2 unter 0,5Zr0 2 / (NH 4 ) 2 S0 4 450 0.5 2 less than 0.5
Aktivkohle/2%Zr02 500 0,7 2 unter 2Activated carbon / 2% Zr0 2 500 0.7 2 under 2
Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Diese zeigt in:Further features, details, advantages and effects of the invention are described in more detail with reference to the drawing. This shows in:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anlage zum Abbau von gasförmigen Halogenkohlenwasserstoffen, sowieFig. 1 shows an inventive plant for the degradation of gaseous halogenated hydrocarbons, and
Fig. 2 eine andere Ausführungsform der Erfindung zum Abbau flüssiger HalogenkohlenwasserstoffeFig. 2 shows another embodiment of the invention for the degradation of liquid halogenated hydrocarbons
Bei der Anlage 1 nach Fig. 1 wird das abzubauende Halogen- kohlenwasserstoffgas in einer ersten Stufe 2 von Staubpartikeln gereinigt und vorgewärmt. Sodann wird dem Gas Wasser 3 beigegeben 4. Entsprechend der mit Pfeilen 5 gekennzeichneten Hauptrichtung gelangt das Gas-Wasser- Gemisch über eine Heizstufe 6 zum Durchflußreaktor 7, in dessen Inneren sich der Katalysator 8 befindet. Mit Hilfe einer Temperiereinrichtung wird die gewünschte Reaktionstemperatur gehalten. Aufgrund der Eigenschaften des Katalysators erfolgt eine Zerlegung in Halogenwasserstoffe und Kohlendioxid. Eine geregelte Abkühlung 9 stellt eine Gastemperatur von weniger als 600° C sicher. Anschließend wird in einem Gaswäscher 10, bspw. durch Zugabe von Calciumlauge, Calciumchlorid und Calciumfluorid ausgewaschen, so daß reine Luft den Gaswäscher 10 verlassen kann, deren Reinheitsgrad mit einer Meßeinrichtung 11 überprüft werden kann.In plant 1 according to FIG. 1, the halogenated hydrocarbon gas to be mined is cleaned of dust particles and preheated in a first stage 2. Water 3 is then added to the gas 4. In accordance with the main direction indicated by arrows 5, the gas-water mixture passes through a heating stage 6 to the flow-through reactor 7, in the interior of which the catalyst 8 is located. The desired reaction temperature is maintained using a temperature control device. Due to the properties of the catalyst, it is broken down into hydrogen halide and carbon dioxide. Controlled cooling 9 ensures a gas temperature of less than 600 ° C. It is then washed out in a gas scrubber 10, for example by adding calcium hydroxide, calcium chloride and calcium fluoride, so that pure air can leave the gas scrubber 10, the degree of purity of which can be checked with a measuring device 11.
Bei der Ausführungsform 12 nach Fig. 2 wird im Unterschied zu der vorangehend beschriebenen Anlage flüssiger Halogenkohlenwasserstoff 13 gespaltet. Dieses flüssige FCKW wird durch Vermischung 14 mit Luft in den gasförmigen Aggregatzustand überführt, vorgeheizt 15 und anschließend mit Wasser 16 angereichert 17. Der weitere Verfahrensablauf entspricht dem nach Fig. 1. In the embodiment 12 according to FIG. 2, in contrast to the system described above, liquid halogenated hydrocarbon 13 is split. This liquid CFC is converted into the gaseous state by mixing 14 with air, preheated 15 and then enriched with water 16. The further process sequence corresponds to that according to FIG. 1.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT CLAIMS
1. Verfahren zum Abbau gasförmiger und/oder flüssiger Halogenkohlenwasserstoffe, insbesondere Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), mit folgenden Verfahrensschritten: a) Beigabe von Wasser zum Halogenkohlenwasserstoff in dem 2 bis 5- fachen, vorzugsweise etwa 3,5-fachen des stöchiometrischem Verhältnisses zu den Halogenen, b) Erhitzung auf mindestens 400° C, vorzugsweise 400 bis 550° C, c) Anwendung eines Katalysators folgender Zusammensetzung: aa) Saures Zikoniumoxid, das bis zu 5% Hafniumoxid enthält, bb) an der Oberfläche befinden sich Brönstedtzentren oder bilden sich während der Reaktionen, d) hinreichende Verweilzeit zur Erzielung des gewünschten Reaktions- umfangs.1. A process for breaking down gaseous and / or liquid halogenated hydrocarbons, in particular chlorofluorocarbons (CFCs), with the following process steps: a) adding water to the halogenated hydrocarbon in 2 to 5 times, preferably about 3.5 times the stoichiometric ratio to the halogens , b) heating to at least 400 ° C, preferably 400 to 550 ° C, c) application of a catalyst of the following composition: aa) acidic zonium oxide, which contains up to 5% hafnium oxide, bb) on the surface there are Brönstedt centers or form during the reactions, d) sufficient residence time to achieve the desired scope of the reaction.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die katalytisch aktive Komponente auf geeignetes großflächiges Material aufgebracht wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the catalytically active component is applied to a suitable large-area material.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zr02 kubisch oder in röntgenamorpher Form vorliegt.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Zr0 2 is cubic or in X-ray amorphous form.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche porös ist und der häufigste Radius zwischen 1 ,9 und 5 nm, vorzugsweise 1 ,9 - 3 nm liegt.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the surface is porous and the most frequent radius is between 1, 9 and 5 nm, preferably 1, 9 - 3 nm.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Katalysators nach dem BET-Verfahren zwischen 120 und 180 m2/g oder darüber liegt. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the surface of the catalyst according to the BET method is between 120 and 180 m 2 / g or above.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator in der Oberfläche zusätzliche Schwefelverbindungen in Form von Sulfaten und/oder Sulfiten aufweist.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the catalyst has additional sulfur compounds in the form of sulfates and / or sulfites in the surface.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichet durch einen Schwefelgehalt von 3 - 10 At -%, vorzugsweise 7 - 8 At - %.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized by a sulfur content of 3 - 10 at%, preferably 7 - 8 at%.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Gegenwart von Wasser Brönstedtzentren erzeugende Lewiszentren vorhanden sind.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that Lewis centers producing Brönstedt centers are present in the presence of water.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brönstedtzentren des Katalysators adsorbiertes Ammoniak erst oberhalb 350° C desorbieren.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the Brönstedt centers of the catalyst adsorb ammonia only above 350 ° C.
10. Herstellung eines Katalysators zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein homogenisiertes Gemenge aus festem Zirkoniumoxid-Hydrat und einer Sulfatkomponente nach einem mehrstufigen Calcinierungsprogramm thermisch behandelt wird, die bis zu einer Temperatur von 600° C erfolgt.10. Preparation of a catalyst for use in a process according to one of claims 1 to 9, characterized in that a homogenized mixture of solid zirconium oxide hydrate and a sulfate component is thermally treated according to a multi-stage calcination program, which up to a temperature of 600 ° C. he follows.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Massenverhältnis von Zirkoniumoxid-Hydrat zu Ammoniumsulfat zwischen 50/50 bis 95/05 variiert und vorteilhafterweise im Bereich 75/25 bis 90/10 Masse-% liegt.11. The method according to claim 10, characterized in that the mass ratio of zirconium oxide hydrate to ammonium sulfate varies between 50/50 to 95/05 and is advantageously in the range 75/25 to 90/10 mass%.
12. Herstellung des Katalysators für ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß festem Zirkoniumoxid- Hydrat Schwefelsäure als Sulfatquelle beigegeben wird, die zwischen 2 bis 20, vorzugsweise zwischen 2 und 4 Masse-% variiert. 12. Preparation of the catalyst for a process according to one of claims 1 to 9, characterized in that solid zirconium hydrate is added sulfuric acid as a sulfate source, which varies between 2 to 20, preferably between 2 and 4% by mass.
13. Herstellung eines Katalysators zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß festes Zirkoniumoxid-Hydrat zur Sulfatierung bei Temperaturen zwischen 120 und 180° C, vorzugsweise zwischen 140 und 160° C für 30 bis 90 Minuten mit gasförmigem Schwefeltetrafluorid behandelt oder zur Reaktion gebracht wird.13. Preparation of a catalyst for use in a process according to one of claims 1 to 9, characterized in that solid zirconium oxide hydrate for sulfation at temperatures between 120 and 180 ° C, preferably between 140 and 160 ° C for 30 to 90 minutes with gaseous sulfur tetrafluoride is treated or reacted.
14. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizungsstufe zur Erwärmung des Halogenkohlenwasserstoffs ebenso wie eine Zuführstation für Wasser eingangsseitig vorgeschaltet ist, ein Durchflußreaktor mit Heizung und einem Katalysator sich anschließt und ausgangsseitig ein Kühlaggregat angeschlossen ist.14. Plant for performing the method according to one of claims 1 to 10, characterized in that a heating stage for heating the halogenated hydrocarbon as well as a feed station for water is connected upstream, a flow reactor with heating and a catalyst is connected and a cooling unit is connected on the output side .
15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein alkalischer Gaswäscher nachgeschaltet wird, in dem organische Salze, insbesondere15. Plant according to claim 14, characterized in that an alkaline gas scrubber is connected downstream, in which organic salts, in particular
BaF2, BeF2, KF, NaF, LiF, MgF2, CaF2, FeCI3, NaCI, MgCI2, CaCI2 als Wertstoffe gewonnen werden. BaF 2 , BeF 2 , KF, NaF, LiF, MgF 2 , CaF 2 , FeCI 3 , NaCI, MgCI 2 , CaCI 2 can be obtained as valuable substances.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2399662A1 (en) * 2010-06-28 2011-12-28 Honeywell International, Inc. Pyrolysis methods, catalysts, and apparatuses for treating and/or detecting contaminated gases

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0259105A2 (en) * 1986-09-03 1988-03-09 The British Petroleum Company p.l.c. Proton catalysed reactions
EP0485787A1 (en) * 1990-10-26 1992-05-20 Tosoh Corporation Treatment equipment of exhaust gas containing organic halogen compounds
EP0520543A1 (en) * 1991-06-28 1992-12-30 ENIRICERCHE S.p.A. Superacidic catalyst and process for preparing it
US5283041A (en) * 1992-08-13 1994-02-01 Engelhard Corporation Catalytic incineration of organic compounds
EP0715888A2 (en) * 1994-12-07 1996-06-12 Basf Aktiengesellschaft Catalyst for carrying out reactions catalyzed by Lewis acids

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0259105A2 (en) * 1986-09-03 1988-03-09 The British Petroleum Company p.l.c. Proton catalysed reactions
EP0485787A1 (en) * 1990-10-26 1992-05-20 Tosoh Corporation Treatment equipment of exhaust gas containing organic halogen compounds
EP0520543A1 (en) * 1991-06-28 1992-12-30 ENIRICERCHE S.p.A. Superacidic catalyst and process for preparing it
US5283041A (en) * 1992-08-13 1994-02-01 Engelhard Corporation Catalytic incineration of organic compounds
EP0715888A2 (en) * 1994-12-07 1996-06-12 Basf Aktiengesellschaft Catalyst for carrying out reactions catalyzed by Lewis acids

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2399662A1 (en) * 2010-06-28 2011-12-28 Honeywell International, Inc. Pyrolysis methods, catalysts, and apparatuses for treating and/or detecting contaminated gases

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