WO2007134717A1 - Verfahren zur absorption von chlor aus einem chlor- und kohlendioxid enthaltenden gas - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a process for the absorption of chlorine from a gas containing chlorine and carbon dioxide, in particular a process for scrubbing small amounts of chlorine from an exhaust gas stream containing a large excess of carbon dioxide, the scrubbed exhaust gas being discharged directly into the atmosphere can.
  • the exhaust gas is a so-called purge gas of the Deacon process.
  • the gas stream comes from a waste incineration plant (flue gas) in which halogen-containing organic waste is incinerated.
  • the method comprises contacting the flue gas in a gas scrubber containing an aqueous solution of a base and a reducing agent.
  • the gas scrubber is permanently consumed absorption liquid taken, which is replaced by fresh Absorptionsfiüsstechnik.
  • the used removed absorption liquid is continuously analyzed with regard to its residual content of reducing agent and base, and accordingly the amount of replenished reducing agent and base is controlled. According to the low chlorine content in the exhaust gas used from 50 to 200 parts per million parts (by volume), it is considered sufficient to reduce the chlorine content to less than half of the initial value.
  • the method is for virtually complete removal of chlorine in particular from exhaust gases with higher chlorine contents such as are incurred for example in the process according to DE-A-2426056, unsuitable. Because of the amount of reducing agent and base used in the Absorbing liquid is contained to keep as small as possible, trying to keep their stationary concentration in the absorption liquid as small as possible. Although the system described in US-H-1417 provides, in the case of variations in the concentration of halogen in the gas, to vary the concentration of the reducing agent and base. However, this procedure is far too sluggish to prevent, especially in the case of sudden fluctuations in the chlorine gas concentration in the exhaust gas, the penetration of chlorine at the head of the gas scrubber, as a result of which appreciable amounts of chlorine can escape into the environment. On the other hand, if the stationary concentration of reducing agent in the absorption liquid is kept very high, significant amounts of it inevitably enter the wastewater, since fresh absorption liquid must be constantly fed. This is neither desirable from an economic nor ecological point of view.
  • the present invention thus an object of the invention to provide a method for the absorption of chlorine from a chlorine and carbon dioxide enthaitenden gas that needs in relation to the amount of chlorine removed as little reducing agent and base, at the same time, chlorine also from gases with almost completely remove high chlorine content and to effectively prevent penetration of the chlorine at the top of the absorption column even at peaks in the chlorine content.
  • the inventors found that it is possible to achieve this object by a method in which the chlorine is absorbed at least in two stages, wherein the first absorption stage can be operated under virtually complete consumption of the reducing agent.
  • the present invention thus provides a method of absorbing chlorine from a chlorine and carbon dioxide-containing gas, comprising: contacting the chlorine and carbon dioxide-containing gas in a first stage with a first aqueous solution containing one or more bases and containing one or more reducing agents, and, in a second stage, contacting the gas resulting from the first stage with a second aqueous solution containing one or more bases and one or more reducing agents.
  • the process according to the invention may also comprise further chlorine scrubbing stages and other stages.
  • the process according to the invention preferably comprises only the two chlorine removal stages mentioned.
  • the base is selected from the group consisting of: sodium hydroxide, sodium carbonate and sodium bicarbonate (NaHCO 3).
  • the reducing agent is selected from the group consisting of: Natriumulf ⁇ t, hydrogen peroxide, sodium thiosulfate and sodium bisulfite (NaHSOs).
  • the base is sodium hydroxide and the reducing agent is sodium thiosulfate or sodium bisulfite.
  • the reducing agent is sodium thiosulfate. Based on 1 mol of chlorine to be destroyed, smaller amounts of reducing agent and sodium hydroxide solution are required in comparison to NaHSO 3 :
  • the molar ratio of sodium thiosulfate to C12 of the process is set. It is preferable to work as stoichiometrically as possible over the entirety of the two stages in order to use the sodium thiosulphate used as completely as possible or to prevent any sodium thiosulphate from entering the wastewater.
  • the molar ratio of sodium hydroxide to sodium thiosulfate of the process will be set to greater than or equal to 10, more preferably greater than or equal to 12, according to the stoichiometric equation shown above.
  • sodium hydroxide in the wash liquor immediately converts to sodium bicarbonate. Sodium hydroxide is thus fed into the washing liquid, but sodium bicarbonate is present in the washing liquid.
  • Corresponding preferred molar ratios can be derived from the stoichiometric equations for other reducing agents or bases.
  • the pH of the aqueous solutions in the first and / or second stage is greater than 7, more preferably greater than 8.
  • the pH in both stages is greater than 7, more preferably greater than 8.
  • a NaHCCVCO 2 buffer system is formed. Under these conditions, no chlorate formation takes place and the efficiency of chlorine absorption is ensured. Setting a pH of> 7 over the resulting NaHCO 3 / CO 2 buffer system also prevents the formation of sulfur precipitates, which could result from decomposition of the thiosulfate at lower pHs.
  • the inventive method is in contrast to the methods of the prior art also for virtually complete removal of chlorine from high-chlorine gases, such as those in which the concentration of chlorine in the gas mixture used is up to 99.9% by volume.
  • the lower limit of the chlorine concentration is dictated almost exclusively by the corresponding legal limits. This means that removal of the chlorine from waste gases whose chlorine content is already below the legal limits is not economically viable.
  • the chlorine contents of the chlorine and CO2-containing gases used are preferably less than 10% by volume, in particular about 1 to 10% by volume.
  • the process can be used for gases containing chlorine and CO 2, whose concentration of carbon dioxide is up to 99.9% by volume.
  • the content of carbon dioxide in the gas used is about 10 to 80% by volume.
  • the remaining gases of the gas mixture generally include: nitrogen, oxygen and noble gases.
  • the largest proportion of the other gases in the gas mixture used is generally oxygen, that in is generally present in a proportion of 1 to 50 vol .-%. Then follow with smaller proportions of nitrogen and noble gases.
  • the chlorine content of the gas used is preferably reduced to less than 3 mg / m 3, more preferably to less than 1 mg / m 3.
  • the gas used is driven in countercurrent to the aqueous solution.
  • first and / or second stage of the process according to the invention are carried out in a scrubbing tower and / or a jet scrubber.
  • it serves to separate chlorine from a chlorine and carbon dioxide-containing purge gas of a Deacon process.
  • the invention accordingly also relates in particular to a process for the oxidation of hydrogen chloride with oxygen in the presence of at least one catalyst customary for the so-called Deacon process with the formation of chlorine and water, which comprises the separation of the chlorine from the so-called purge gas.
  • the thiosulfate content can generally be lowered virtually to zero in the first stage (minimization of thiosulphate and sodium hydroxide consumption) and only in the second stage the safe chlorine destruction takes place.
  • the attached figure shows a preferred embodiment for carrying out the method according to the invention for removing chlorine from an exhaust gas stream with CO2.
  • the chlorine-containing exhaust gas stream 1 is passed into a first apparatus, which is shown in this drawing as a packed column 12.
  • the packing column 12 contains a packing 11, which may be a structured packing or consists of packing. Typical examples of structured packages are Mellapak, Montz-Pak or Flexipac. Typical representatives of packing are Pall rings, Raschig rings, Berls expeditel or Tellerette rings.
  • a gas distributor 10 may be installed in the packed column, which distributes the exhaust gas stream containing chlorine and CO.sub.2 below the packing uniformly over the cross section of the column.
  • the column is with a scrubbing liquid 9 sprinkles, which can also be applied via a liquid distributor 17 evenly from above to the cross section of the package.
  • the washing liquid is withdrawn in the bottom of the column as a liquid stream 2 and collected in a storage tank 5.
  • the liquid level 4 in the reservoir 5 can be e.g. be set via an overflow line 3.
  • the storage tank 5 is connected to the liquid distributor 17.
  • the liquid circuit in line 6 is maintained with the pump 7.
  • a heat exchanger 8 can be installed in the circulation line 6.
  • Typical types of such apparatus are plate, tube bundle, spiral or block heat exchangers.
  • the fresh scrubbing liquid 28 preferably contains fresh sodium thiosulfate and sodium bicarbonate, mixes with the recirculated liquid and is added as liquid stream 9 to the top of the column 12.
  • the chlorine in the exhaust gas is reacted with the sodium thiosulfate to form chloride.
  • the required thiosulphate converts to sulphate and the bicarbonate to CO2.
  • the scrubbed exhaust gas 18 contains chlorine only in such a low concentration that a discharge directly into the atmosphere is permitted.
  • the washed with thiosulfate and bicarbonate Waschfiüsstechnik 2 is passed into the feed tank 5.
  • a portion of the liquid is now discharged via the overflow line 3 from the storage container 5.
  • the thiosulphate concentration in the storage tank 5 and thus in the overflow line 3 can now be adjusted so that the smallest possible amount of thiosulphate over the overflow line 3 is lost. This ensures an economically and ecologically optimal operation, since thiosulphate on the one hand is an expensive chemical and on the other hand, the wastewater will not burden excessively.
  • the storage tank 5 is filled with fresh scrubbing liquid 28 and then the process is operated without supplying fresh scrubbing liquid until the thiosulphate concentration in the storage tank 5 has dropped to a kl réelleêt value. Thereafter, it is switched to a second filled with fresh washing liquid storage tank and continue the process. Up to this point, the process only leads to a scrubbed exhaust gas stream 18 which can be directly released into the atmosphere if the chlorine content in stream 1 is not subject to any great fluctuations.
  • Washing liquid 28 will not be able to fresh enough in this short time
  • Washing liquid in the reservoir 5 only has a very low thiosulphate content, as an immediate consequence of the washed exhaust stream 18 nor such an amount of chlorine contained that its delivery to the atmosphere is not possible.
  • the second system which is preferably identical in construction, is connected behind the first one.
  • the washed exhaust stream 18 passes into a second column 32. It contains a packing 31, which may also be a structured packing or consists of packing. A gas distributor 30 can also be installed in it, which distributes the exhaust gas flow 18 entering below the packing uniformly over the cross section of the column.
  • the column is sprinkled with a washing liquid 29, which can be applied via a liquid distributor 33 evenly from above onto the cross section of the packing.
  • the washing liquid is withdrawn in the bottom of the column as a liquid stream 22 and collected in a reservoir 23.
  • the liquid level 24 in the reservoir 23 may be e.g. be adjusted via the remplisstechniksausschleusung 28.
  • the fresh sodium thiosulfate solution 19, sodium hydroxide solution 20 and a water stream 21 for dilution are fed into the storage tank 23. Due to the supplied sodium hydroxide solution, the ratio of sodium bicarbonate to sodium carbonate in accordance with the dissociation equilibrium is established in the reservoir 23.
  • a circulation line 25 of the storage tank 23 is connected to the liquid distributor 33.
  • the fluid circuit in line 25 is maintained with the pump 26.
  • a heat exchanger 27 can be installed in the circulation line 25.
  • a portion of the liquid can be withdrawn and fed as a fresh washing liquid 28 in the circulation line 6 of the first column.
  • the remaining liquid 29 is added to the top of the column 32.
  • the sodium carbonate is essentially converted to sodium hydrogencarbonate, and any remaining chlorine is reacted with sodium thiosulfate to form chloride.
  • the thiosulfate used for this converts to sulfate and bicarbonate to COi.
  • the emerging gas stream 34 contains chlorine even with larger fluctuations in the chlorine content in the gas used now only in such a low concentration that a delivery directly into the atmosphere is possible.
  • the gas stream 18 which enters the second column 32 will contain no or only very little chlorine. As a result, hardly any sodium thiosulfate is consumed in the second column 32.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absorption von Chlor aus einem Chlor- und Kohlendioxid-enthaltenden Gas, insbesondere ein Verfahren zum Auswaschen von kleinen Mengen Chlor aus einem Abgasstrom, der einen großen Überschuss Kohlendioxid enthält, wobei das gewaschene Abgas direkt in die Atmosphäre abgegeben werden kann.

Description

Verfahren zur Absorption von Chlor aus einem Chlor- und Kohlendioxid enthaltenden Gas
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absorption von Chlor aus einem Chlor- und Kohlendioxid-enthaltenden Gas, insbesondere ein Verfahren zum Auswaschen von kleinen Mengen Chlor aus einem Abgasstrom, der einen großen Überschuss Kohlendioxid enthält, wobei das gewaschene Abgas direkt in die Atmosphäre abgegeben werden kann. Bevorzugt ist das Abgas ein sogenanntes Purgegas des Deacon-Verfahrens.
Aus der US 3984523 ist ein Verfahren zur Entchlorung von Kohlendioxid und Chlor enthaltenen Gasgemischen durch Überfuhrung des Chlors in alkalicarbonatfreies alkalichloridhaltiges Alkalihypochlorit in mehreren Absorptionsstufen für Chlor durch Zuführung der hierfür notwendigen stöchiometrischen Menge Alkalihydroxid im Gegenstrom über die letzte Absorptionsstufe bekannt.
Aus der EP 0406675A1 ist ein Verfahren zur selektiven Absorption von Chlor aus CO2-haltigem Abgas bekannt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man das Abgas mit einer wäßrigen Lösung wäscht, die 0,1-10 Gew.-% NaHCO3 und 0,01-5 Gew.-% NaHSO3 enthält.
Aus der DE-A-2426056 ist ein Verfahren zur Gewinnung von Chlor aus einem chlorhaltigen Gasgemisch, das außerdem Kohlendioxid als eine Komponente enthält, durch Komprimieren und anschließendes Kühlen des Gemisches bekannt, bei dem ein Abgas am Oberteil einer Rektifizierkolonne gebildet wird, dass einen relativ hohen Chloranteil von etwa 7 bis 9 Vol-% enthält.
Aus der US-H1417 ist ein Verfahren zur Entfernung von Halogengasen aus einem Gasstrom, der Kohlendioxid enthält bekannt. Der Gasstrom entstammt einer Müllverbrennungsanlage (Rauchgas), in der halogenhaltige organische Abfälle verbrannt werden. Das Verfahren umfasst das Inkontaktbringen des Rauchgases in einem Gaswäscher, der eine wässrige Lösung einer Base und eines Reduktionsmittels enthält. Dem Gaswäscher wird permanent verbrauchte Absorptionsflüssigkeit entnommen, die durch frische Absorptionsfiüssigkeit ersetzt wird. Die verbrauchte entnommene Absorptionsflüssigkeit wird hinsichtlich ihres Restgehalts an Reduktionsmittel und Base laufend analysiert und dementsprechend die Menge von nachgefülltem Reduktionsmittel und Base gesteuert. Entsprechend dem geringen Chlorgehalt im eingesetzten Abgas von 50 bis 200 Teilen auf 1 Million Teile (bezogen auf das Volumen) wird es als ausreichend angesehen, den Chlorgehalt auf weniger als die Hälfte des Ausgangswertes zu verringern.
Das Verfahren ist zur praktisch vollständigen Entfernung von Chlor insbesondere aus Abgasen mit höheren Chlorgehalten wie sie beispielsweise im Verfahren gemäß DE-A-2426056 anfallen, ungeeignet. Denn um die Menge an Reduktionsmittel und Base, die in der verbrauchten Absorptionsflüssigkeit enthalten ist, möglichst klein zu halten, versucht man deren stationäre Konzentration in der Absorptionsflüssigkeit möglichst klein zu halten. Das in der US-H-1417 beschriebene System sieht zwar vor im Falle von Schwankungen der Halogenkonzentration im Gas, die Konzentration des Reduktionsmittels und Base zu variieren. Diese Vorgehensweise ist jedoch viel zu träge, um damit insbesondere bei plötzlichen Schwankungen der Chlorgaskonzentration im Abgas ein Durchschlagen von Chlor am Kopf des Gaswäschers zu verhindern, wodurch nennenswerte Chlormengen in die Umgebung gelangen können. Hält man demgegenüber die stationäre Konzentration an Reduktionsmittel in der Absorptionsflüssigkeit sehr hoch, gelangen signifikante Mengen davon zwangsläufig in das Abwasser, da frische Absorptionsflüssigkeit ständig zugeführt werden muss. Dies ist weder unter ökonomischen noch ökologischen Gesichtspunkten erwünscht.
Der vorliegenden Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Absorption von Chlor aus einem Chior- und Kohiendioxid-enthaitenden Gas bereitzustellen, dass im Verhältnis zur entfernten Chlormenge möglichst wenig Reduktionsmittel und Base benötigt, gleichzeitig in der Lage ist, Chlor auch aus Gasen mit hohem Chlorgehalt praktisch vollständig zu entfernen und auch bei Spitzen im Chlorgehalt ein Durchschlagen des Chlors am Kopf der Absorptionskolonne wirksam zu verhindern. Die Erfinder fanden, dass es möglich ist diese Aufgabe durch ein Verfahren zu lösen, bei dem das Chlor mindestens zweistufig absorbiert wird, wobei die erste Absorptionsstufe unter praktisch vollständigem Verbrauch des Reduktionsmittel betrieben werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt somit ein Verfahren zur Absorption von Chlor aus einem Chlor- und Kohiendioxid-enthaitenden Gas bereit, dass umfasst: Inkontaktbringen des Chlor- und Kohiendioxid-enthaitenden Gases in einer ersten Stufe mit einer ersten wässrigen Lösung, die ein oder mehrere Basen und ein oder mehrere Reduktionsmittel enthält, und, in einer zweiten Stufe, das Inkontaktbringen des aus der ersten Stufe resultierenden Gases mit einer zweiten wässrigen Lösung, die ein oder mehrere Basen und ein oder mehrere Reduktionsmittel enthält.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann gegebenenfalls auch weitere Chlorwäschestufen und sonstige Stufen umfassen. Bevorzugt umfasst das erfϊndungsgemäße Verfahren jedoch lediglich die genannten beiden Chlorentfernungsstufen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Base ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus: Natriumhydroxid, Natriumcarbonat und Natriumhydrogencarbonat (NaHCO3). In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform des erfϊndungsgemäßen Verfahrens wird das Reduktionsmittel ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus: Natriumsulfϊt, Wasserstoffperoxid, Natriumthiosulfat und Natriumbisulfit (NaHSOs).
Besonders bevorzugt ist die Base Natriumhydroxid und das Reduktionsmittel ist Natriumthiosulfat oder Natriumbisulfit.
Am meisten bevorzugt ist das Reduktionsmittel Natriumthiosulfat. Bezogen auf 1 mol zu vernichtenden Chlors werden im Vergleich zu NaHSO3 geringere Mengen Reduktionsmittel und Natronlauge benötigt:
Reduktion mit NaHSO3 Na2S2O3
Mol Reduktionsmittel 1 0,25
Mol NaOH 3 2,5
d.h. mit Natriumthiosulfat resultiert ein spezifisch geringerer Verbrauch an Reduktionsmittel und von NaOH pro mol Chlor. Das bedeutet auch, dass bei gleicher molarer Konzentration der Komponenten die Na2S2θ3-Variante das höhere Chlorvernichtungspotential pro kg Lösung hat, was wichtig ist um Chlorspitzen abzufangen.
Für das System Natriumhydrogencarbonat/Natriumthiosulfat sind die im erfindungsgemäßen Verfahren stattfindenden Reaktionen wie folgt:
Zunächst reagiert die Natronlauge mit dem im Überschuss vorhandenen CO2 zu NaHCO3:
CO2 + NaOH => NaHCO3
Anschließend wird Chlor mit Natriumthiosulfat umgesetzt unter Verbrauch von NaHCO3 und Freisetzung von CO2:
4 Cl2 + 10 NaHCO3 + Na2S2O3 => 2 Na2SO4 + 8 NaCl + 10 CO2 + 5 H2O
Das Saldo der beiden Reaktionsgleichungen ergibt:
4 Cl2 + 10 NaOH + Na2S2O3 =ϊ 2 Na2SO4 + 8 NaCI + 5 H2O
Entsprechend der vorstehenden stöchiometrischen Gleichung der beim erfindungsgemäßen
Verfahren ablaufenden Reaktion zur Entfernung des Chlors aus dem eingesetzten Gas wird das molare Verhältnis von Natriumthiosulfat zu C12 des Verfahrens auf größer oder gleich 0,25 eingestellt wird. Bevorzugt arbeitet man über die Gesamtheit der beiden Stufen möglichst stöchiometrisch um das eingesetzte Natriumthiosulfat möglichst vollständig zu verbrauchen bzw. um kein Natriumthiosulfat in das Abwasser gelangen zu lassen.
Analog wird bei Verwendung von Natriumhydroxid als Base das molare Verhältnis von Natriumhydroxid zu Natriumthiosulfat des Verfahrens entsprechend der vorstehend gezeigten stöchiometrischen Gleichung auf größer oder gleich 10, bevorzugter größer oder gleich 12 eingestellt wird.
Im Zusammenhang mit der Verwendung mit Natriumhydroxid als Base, ist darauf hinzuweisen, dass sich das Natriumhydroxid in der Waschflüssigkeit sofort in Natriumhydrogencarbonat umwandelt. Es wird also Natriumhydroxid in die Waschflüssigkeit eingespeist, in der Waschflüssigkeit liegt jedoch Natriumhydrogencarbonat vor.
Entsprechende bevorzugte molare Verhältnisse lassen sich aus den stöchiometrischen Gleichungen für andere Reduktionsmittel bzw. Basen ableiten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der pH- Wert der wässrigen Lösungen in der ersten und/oder zweiten Stufe größer als 7, bevorzugter größer als 8. Bevorzugt ist der pH- Wert in beiden Stufen größer als 7 bevorzugter größer als 8. Wird bei niedrigeren pH- Werten als 7 gearbeitet, so besteht das Risiko von Nebenreaktionen. Bei den genannten pH- Werten bildet sich ein NaHCCVCO2 Puffersystem aus. Unter diesen Bedingungen findet keine Chloratbildung statt und die Effizienz der Chlorabsorption ist gewährleistet. Die Einstellung eines pH-Werts von > 7 über das sich einstellende NaHCO3/CO2-Puffersystem verhindert auch die Bildung von Schwefel- Ausfällungen, die bei niedrigren pH-Werten durch Zersetzung des Thiosulfats entstehen könnten.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich im Gegensatz zu den Verfahren aus dem Stand der Technik auch zur praktisch vollständigen Entfernung von Chlor aus hochchlorhaltigen Gasen, wie etwa solchen, worin die Konzentration von Chlor im eingesetzten Gasgemisch bis zu 99,9 Vol-% beträgt. Die untere Grenze der Chorkonzentration wird praktisch ausschließlich durch die entsprechenden gesetzlichen Grenzwerte vorgegeben. Das bedeutet, dass eine Entfernung des Chlors aus Abgasen, deren Chlorgehalt bereits unterhalb der gesetzlichen Grenzwerte liegt, wirtschaftlich nicht sinnvoll ist. In der Praxis liegen die Chlorgehalte der eingesetzten Chlor- und CO2 -haltigen Gase bevorzugt bei weniger als 10 Vol.-%, insbesondere bei etwa 1 bis 10 Vol.-%.
Ebenso kann das Verfahren bei Chlor- und CO2-haltigen Gasen verwendet werden, deren Konzentration von Kohlendioxid bis zu 99,9 Vol-% liegt. Bevorzugt liegt der Gehalt des Kohlendioxids im eingesetzten Gas bei etwa 10 bis 80 Volumen-%. Die restlichen Gase des Gasgemischs umfassen im Allgemeinen: Stickstoff, Sauerstoff und Edelgase. Den größten Anteil der weiteren Gase im eingesetzten Gasgemisch bildet im allgemeinen Sauerstoff, dass im allgemeinen in einem Anteil von 1 bis 50 Vol.-% vorliegt. Dann folgen mit geringeren Mengenanteilen Stickstoff sowie Edelgase.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Chlorgehalt des eingesetzten Gases bevorzugt auf weniger als 3 mg/m3, noch bevorzugter auf weniger als 1 mg/m3 reduziert.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfmdungsgemäßen Verfahrens wird das eingesetzte Gas im Gegenstrom zur wässrigen Lösung gefahren.
Weiterhin werden die erste und/oder zweite Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Waschturm und/oder einem Strahlgaswäscher durchgeführt.
hi einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dient es zur Abtrennung von Chlor aus einem Chlor- und Kohlendioxid-enthaltenden Purgegas eines Deacon-Verfahrens.
Die Erfindung betrifft demnach insbesondere auch ein Verfahren zur Oxidation von Chlorwasserstoff mit Sauerstoff in Gegenwart mindestens eines für das sogenannten Deacon- Verfahren üblichen Katalysator unter Bildung von Chlor und Wasser, dass zur Abtrennung des Chlors aus dem sogenannten Purgegas umfasst:
Inkontaktbringen eines Chlor- und Kohlendioxid-haltigen Abgasstroms in einer ersten Stufe mit einer ersten wässrigen Lösung, die ein oder mehrere Basen und ein oder mehrere Reduktionsmittel enthält, und, in einer zweiten Stufe, das Inkontaktbringen des aus der ersten Stufe resultierenden Gases mit einer zweiten wässrigen Lösung, die ein oder mehrere Basen und ein oder mehrere Reduktionsmittel enthält.
Durch die erfindungsgemäße mindestens zweistufige Chlorwäsche insbesondere mit Gegenstromführung von Gas- und Flüssigkeitphase kann im Allgemeinen in der ersten Stufe der Thiosulfatgehalt praktisch bis auf Null abgesenkt werden (Minimierung von Thiosulfat- und Natronlaugeverbrauch) und erst in der zweiten Stufe die sichere Chlorvernichtung stattfindet.
Die beigefügte Abbildung zeigt eine bevorzugte Ausführungsform zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Entfernung von Chlor aus einem Abgasstrom mit CO2.
Der chlorhaltige Abgasstrom 1 wird in einen ersten Apparat geführt, der in dieser Zeichnung als Packungskolonne 12 dargestellt ist. Die Packungskolonne 12 enthält eine Packung 11, die eine strukturierte Packung sein kann oder aus Füllkörpern besteht. Typische Beispiele strukturierter Packungen sind Mellapak, Montz-Pak oder Flexipac. Typische Vertreter von Füllkörpern sind Pallringe, Raschigringe, Berlsättel oder auch Tellerette-Ringe. In der Packungskolonne kann ein Gasverteiler 10 installiert sein, der den unterhalb der Packung eintretenden Chlor- und CO2- haltigen Abgasstrom gleichmäßig über den Querschnitt der Kolonne verteilt. Die Kolonne wird mit einer Waschflüssigkeit 9 berieselt, die über einen Flüssigkeitsverteiler 17 ebenfalls gleichmäßig von oben auf den Querschnitt der Packung aufgegeben werden kann.
Die Waschflüssigkeit wird im Sumpf der Kolonne als Flüssigkeitsstrom 2 abgezogen und in einem Vorlagebehälter 5 aufgefangen. Der Flüssigkeitsstand 4 im Vorlagebehälter 5 kann z.B. über eine Überlaufleitung 3 eingestellt werden.
Über eine Kreislaufleitung 6 ist der Vorlagebehälter 5 mit dem Flüssigkeitsverteiler 17 verbunden. Der Flüssigkeits-Kreislauf in Leitung 6 wird mit der Pumpe 7 aufrechterhalten.
Um die Temperatur des Flüssigkeits-Kreislaufs einstellen zu können, kann ein Wärmeübertrager 8 in der Kreislaufleitung 6 installiert werden. Typische Bauarten eines solchen Apparates sind Platten-, Rohrbündel-, Spiral- oder Block- Wärmeübertrager.
Hinter dem Wärmeübertrager 8 kann frische Waschfiüssigkeit 28 in die Kreislaufleirung 6 eingespeist werden. Die frische Waschflüssigkeit 28 enthält bevorzugt frisches Natriumthiosulfat und Natriumhydrogencarbonat, vermischt sich mit der im Kreis geführten Flüssigkeit und wird als Flüssigkeitsstrom 9 auf den Kopf der Kolonne 12 gegeben. In der Kolonne wird das Chlor im Abgas mit dem Natriumthiosulfat zu Chlorid umgesetzt. Das dabei benötigte Thiosulfat wandelt sich in Sulfat und das Hydrogencarbonat in CO2 um. Das gewaschene Abgas 18 enthält Chlor nur noch in einer so geringen Konzentration, dass eine Abgabe direkt in die Atmosphäre gestattet ist.
Die an Thiosulfat und Hydrogencarbonat abgereicherte Waschfiüssigkeit 2 wird in den Vorlagebehälter 5 geleitet. Im Fall der Zuführung frischer Waschflüssigkeit 28 wird nun ein Teil der Flüssigkeit über die Überlaufleitung 3 aus dem Vorlagebehälter 5 ausgeschleust. Durch eine gezielte, auf den zu waschenden Abgasstrom abgestimmte Dosierung der Menge an frischer Waschflüssigkeit 28 kann nun die Thiosulfatkonzentration im Vorlagebehälter 5 und damit in der Überlaufleitung 3 so eingestellt werden, dass die kleinstmögliche Thiosulfat-Menge über die Überlaufleitung 3 verloren geht. Dadurch wird ein ökonomisch und ökologisch optimaler Betrieb gewährleistet, da Thiosulfat einerseits eine teuere Chemikalie ist und andererseits auch das Abwasser nicht übermäßig belasten wird.
Eine andere Möglichkeit, diesen optimalen Betrieb zu gewährleisten, besteht darin, dass der Vorlagebehälter 5 mit frischer Waschflüssigkeit 28 gefüllt wird und danach der Prozess ohne Zufuhr frischer Waschflüssigkeit solange betrieben wird, bis die Thiosulfatkonzentration im Vorlagebehälter 5 auf einen kl einstmöglichen Wert abgesunken ist. Danach wird auf einen zweiten mit frischer Waschflüssigkeit gefüllten Vorlagebehälter umgeschaltet und der Prozess weiterbetrieben. Bis hierhin führt das Verfahren nur dann zu einem direkt in die Atmosphäre abgebbaren gewaschenen Abgasstrom 18, wenn der Chlorgehalt in Strom 1 keinen großen Schwankungen unterliegt.
Im Falle des An- oder Abfahrens der Anlage, aus der der chlorhaltige Abgasstrom 1 stammt, kann es jedoch zu solchen größeren Schwankungen kommen. Wenn sich nun z.B. der Chlorgehalt in
Strom 1 in kürzester Zeit stark vergrößert, wird die Dosiervorrichtung für die frische
Waschflüssigkeit 28 nicht in der Lage sein, in dieser kurzen Zeit genügend frische
Waschflüssigkeit bereitzustellen, um den vergrößerten Chlorstrom zu waschen. Da auch die
Waschflüssigkeit im Vorlagebehälter 5 nur einen sehr geringen Thiosulfatgehalt aufweist, wird als unmittelbare Folge der gewaschene Abgasstrom 18 noch eine solche Menge an Chlor enthalten, dass seine Abgabe in die Atmosphäre nicht möglich ist.
Aus diesem Grund wird nun erfindungsgemäß die zweite, in ihrem Aufbau bevorzugt identische Anlage hinter die erste geschaltet.
Der gewaschene Abgasstrom 18 gelangt in eine zweite Kolonne 32. Sie enthält eine Packung 31 , die ebenfalls eine strukturierte Packung sein kann oder aus Füllkörpern besteht. Auch in ihr kann ein Gasverteiler 30 installiert sein, der den unterhalb der Packung eintretenden Abgasstrom 18 gleichmäßig über den Querschnitt der Kolonne verteilt. Die Kolonne wird mit einer Waschflüssigkeit 29 berieselt, die über einen Flüssigkeitsverteiler 33 gleichmäßig von oben auf den Querschnitt der Packung aufgegeben werden kann.
Die Waschflüssigkeit wird im Sumpf der Kolonne als Flüssigkeitsstrom 22 abgezogen und in einem Vorlagebehälter 23 aufgefangen. Der Flüssigkeitsstand 24 im Vorlagebehälter 23 kann z.B. über die Flüssigkeitsausschleusung 28 eingestellt werden. In den Vorlagebehälter 23 werden nun beispielsweise die frische Natriumthiosulfatlösung 19, Natronlauge 20 und ein Wasserstrom 21 zur Verdünnung eingespeist. Aufgrund der zugeführten Natronlauge stellt sich im Vorlagebehälter 23 das Verhältnis Natriumhydrogencarbonat zu Natriumcarbonat gemäß des Dissoziationsgleichgewichts ein.
Über eine Kreislaufleitung 25 ist der Vorlagebehälter 23 mit dem Flüssigkeitsverteiler 33 verbunden. Der Flüssigkeits-Kreislauf in Leitung 25 wird mit der Pumpe 26 aufrechterhalten.
Um die Temperatur des Flüssigkeits-Kreislaufs einstellen zu können, kann ein Wärmeübertrager 27 in der Kreislaufleitung 25 installiert werden.
Hinter dem Wärmeübertrager 27 kann ein Teil der Flüssigkeit abgezogen und als frische Waschflüssigkeit 28 in die Kreislaufleitung 6 der ersten Kolonne eingespeist werden. Die verbleibende Flüssigkeit 29 wird auf den Kopf der Kolonne 32 gegeben. In der Kolonne wird wegen des CO2 im Gasstrom 18 das Natriumcarbonat im Wesentlichen zu Natriumhydrogencarbonat umgewandelt und noch vorhandenes Chlor mit Natriumthiosulfat zu Chlorid umgesetzt. Das dazu verwendete Thiosulfat wandelt sich in Sulfat und Hydrogencarbonat in COi um. Der austretende Gasstrom 34 enthält Chlor auch bei größeren Schwankungen des Chlorgehaltes im eingesetzten Gas nun nur noch in einer so geringen Konzentration, dass eine Abgabe direkt in die Atmosphäre möglich ist.
Im Fall des Betriebs der ersten Kolonne 12 mit einem in seiner Zusammensetzung nicht stark schwankenden Abgasstrom 1 , wird der Gasstrom 18, der in die zweite Kolonne 32 gelangt, kein oder nur sehr wenig Chlor enthalten. Infolgedessen wird in der zweiten Kolonne 32 auch kaum Natriumthiosulfat verbraucht .
Daher stellt sich ein relativ hoher Gehalt an Natriumthiosulfat im Vorlagebehälter 23, der Kolonne 32 und der Kreislauflεitung 25 ein. Durch eine entsprechende Bemessung des Flüssigkeitsinhalts im Vorlagebehälter 23, der Kolonne 32 und der Kreislaufleitung 25 kann nun soviel Natriumthiosulfat vorgehalten werden, dass im Fall einer plötzlichen Erhöhung des Chlorgehalts im Strom 1 immer noch eine sichere Auswaschung des Chlors in der zweiten Kolonne 32 möglich ist:
In diesem Fall würde zwar Chlor in der ersten Kolonne 12 nicht ausgewaschen werden können, da weder dort noch im Vorlagebehälter 5 noch in der Kreislaufleitung 6 die vorgehaltene Menge an Thiosulfat für die Auswaschung ausreicht.
In der zweiten Kolonne 32 in Verbindung mit ihrem Vorlagebehälter 23 und ihrer Kreislaufleitung 25 ist aber genügend Thiosulfat vorhanden, um das Chlor sicher auszuwaschen.
Zusätzlich gewinnt man durch eine ständige Beobachtung z.B. des Thiosulfat- oder des Chlorgehalts im Bereich der ersten Kolonne 12 ausreichend Zeit, um bei einer plötzlichen Erhöhung des Chlorgehalts im Strom 1 bei der zweiten Kolonne 32 rechtzeitig gegenzusteuern.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Absorption von Chlor aus einem mindestens Chlor und Kohlendioxid enthaltenden Gas, das umfasst: Inkontaktbringen des Chlor und Kohlendioxid enthaltenden Gases in einer ersten Stufe mit einer ersten wässrigen Lösung, die ein oder mehrere Basen und ein oder mehrere Reduktionsmittel enthält, und, in einer zweiten Stufe, das Inkontaktbringen des aus der ersten Stufe resultierenden Gases mit einer zweiten wässrigen Lösung, die ein oder mehrere Basen und ein oder mehrere Reduktionsmittel enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Base ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus: Natriumhydroxid, Natriumcarbonat und Natriumhydrogencarbonat (NaHCO3).
3. Verfahren nach Ansprach 1 oder 2, worin das Reduktionsmittel ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus: Natriumsulfit, Wasserstoffperoxid, Natriumthiosulfat und Natriumbisulfit (NaHSO3).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Base Natriumhydroxid und das Reduktionsmittel Natriumthiosulfat oder Natriumbisulfit ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Reduktionsmittel Natriumthiosulfat ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, worin das molare Verhältnis von Natriumthiosulfat zu C12 des Verfahrens auf größer oder gleich 0,25 eingestellt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, worin die Base Natriumhydroxid ist und das molare Verhältnis von Natriumhydroxid zu Natriumthiosulfat des Verfahrens auf größer oder gleich 10, bevorzugt zwischen 10 und 12 eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin pH-Wert der wässrigen Lösungen in der ersten und/oder zweiten Stufe größer als 7, bevorzugt größer als 8 ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin die Konzentration von Chlor im eingesetzten Gasgemisch bis zu 99,9 Vol-% beträgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin die Konzentration von Kohlendioxid im eingesetzten Gasgemisch bis zu 99,9 Vol-% beträgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin neben Chlor und Kohlendioxid mindestens ein weiteres Gas im eingesetzten Gasgemisch vorhanden ist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die besteht aus: Stickstoff, Sauerstoff und Edelgasen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das eingesetzte Gas im Gegenstrom zur wässrigen Lösung gefahren wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, worin die erste und/oder zweite Stufe des Verfahrens in einem Waschturm oder einem Strahlwäscher durchgeführt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, worin das Chlor- und Kohlendioxidenthaltende Gas das Purgegas oder ein Abgas eines Deacon-Verfahrens ist.
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