DE2841565C2 - Verfahren zum Entfernen von Quecksilber aus Gasen - Google Patents
Verfahren zum Entfernen von Quecksilber aus GasenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Quecksilber aus Gasen mit Hilfe von Zeolithen, die
neben Übergangsmetallionen noch in geringen Mengen Silber enthalten.
Wasserstoff, wie er z. B. bei der Chloralkalielektrolyse
anfällt, enthält nach der Reinigung noch ca. 5-30 ppm
Quecksilber. Für bestimmte Anwendungen, wie z. B. Hydrierung von für die menschliche Ernährung
bestimmten Fetten oder Hydrierungen, deren Katalysatoren gegenüber Quecksilber empfindlich sind, ist dieser
Restgehalt an Quecksilber zu hoch. Außerdem ist es unwirtschaftlich, derart große Meng; ι an Quecksilber
nicht wiederzugewinnen. Zur Feinreinigung des Wasserstoffs sind mehrere Verfahren bekannt So lassen sich
beispielsweise die Quecksilberanteile durch Tiefkühlung des Wasserstoffs auf Temperaturen von -40 bis -500C
weitgehend entfernen.
Auch adsorptive Verfahren lassen sich zur Quecksilberentfernung aus den verschiedensten Gasen, wie z. B.
Methan, Luft, Stickstoff, Sauerstoff einsetzen. Eine besonders wichtige Anwendung ist die Entfernung des
Quecksilbers aus Abgasen. Mit Jod bzw. Chlor imprägnierte oder auch mit Kupfer oder Silber beladene
Aktivkohlen sind dafür geeignet Allerdings ist die Regenerierung derartiger Aktivkohlen nur mit großen
Schwierigkeiten verbunden, was ihren breiten technischen Einsatz bisher noch nicht ermöglicht hat
Neben einer Reihe von ähnlichen mit amalgambildenden Metallen imprägnierten Trägermaterialien wie z. B.
Kieselerden, AI2O3, Silikaten oder auch Alumosilikaten
wurden außerdem Zeolithe vorgeschlagen, um Quecksilber aus Gasen zu entfernen.
Ferner wird die Adsorption von dampfförmigem Quecksilber bei hohen Temperaturen an wasserfreien
Molekularsieben beschrieben. Die zeolithischen Molekularsiebe werden hierbei in der Natriumform verwendet (J. Chem. Soc (A) 1967, S. 19).
Der Einsatz von mit Cu, Τε, Hg, Ag, Pd und Au
ausgetauschten Zeolithen zur Adsorption von Quecksilber bei niedrigen Temperaturen und in der nicht
aktivierten Form wird in der DE-OS 24 09 687 beschrieben.
Es ist auch bekannt, die Adsorption von Quecksilber aus Wasserstoff so vorzunehmen, daß das Silber und
Kupfer in metallischer hochdisperser Form im zeolithischen Molekularsieb zum Einsatz kommen (Z. prikl.
chem. 48 [1975] 11, S. 2433).
In der DE-OS 22 03 033 wird die Verwendung von feinverteilten Metallen auf anorganischen Trägern wie
Silikaten oder Alumosilikaten zur Adsorption von dampfförmigem Quecksilber vorgeschlagen.
Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, daß die mit den verschiedenen Metallen versehenen Träger jeweils
deutlich untereinander abgestufte Wirksamkeiten auf
weisen.
So zeigen z. B. die mit Silber in kationischer bzw. in
metallischer Form versehenen Träger die höchste Wirksamkeit bei der Entfernung von Quecksilber aus
Gasen. Derartige Träger sind allerdings sehr teuer bzw.
lassen sich nur mit großem Aufwand regenerieren.
Die mit Kupfersalzen getränkten bzw. ausgetauschten Träger, die eventuell auch reduziert worden sind,
sind zwar kostengünstiger, aber ihre Wirksamkeit ist
auch im Vergleich zu den silberhaltigen Trägern
deutlich geringer.
Es wurde nun ein Verfahren gefunden, das es erlaubt,
Quecksilber aus Gasen zu entfernen und das dadurch gekennzeichnet ist daß zur Adsorption modifizierte
Zeolithe eingesetzt werden, die in der ionenausgetausch
ten Form neben den Übergangsmetallionen wie z.B.
Cu2+, Zn2+, Cd2+ oder auch Ni2+, Pd2+, Au+ noch
zusätzlich kleine Mengen an Ag+ enthalten.
Als Zeolith-Material eignen sich synthetische und natürliche Zeolithe gleichermaßen. Bevorzugt werden
jo Zeolith A, Zeolith L, Zeolith X, Zeolith Y, Chabasit
Erionit Mordenit oder auch Clinophtolith. Ganz besonders bevorzugt wird Zeolith A und Zeolith X bzw.
Zeolith Y eingesetzt Der Anteil an Silber in den Adsorptionsmitteln beträgt von 0,01 bis 5 Gew.-%.
j5 Zeolithe mit Kombinationen von zwei oder mehreren
Übergangsmetallen — neben dem Silber — sind für das erfindungsgemäße Verfahren ebenso gut geeignet
Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, daß die neben Übergangsmetallionen noch kleine Mengen an
■to Silber enthaltenden Zeolithe eine deutlich bessere
Wirkung hinsichtlich der Entfernung des Quecksilbers aus Gasen zeigen als aus der Summe der Einzelkomponenten zu erwarten gewesen wäre.
So lassen sich beispielsweise bei Raumtemperatur mit
einem Zeolith X, bei 8% Cu in Form von Cu2+-Ionen
enthält und der bei 200° C im Stickstoffstrom aktiviert worden ist 30 Liter Gas pro Gramm Zeolith reinigen.
Das Gas, das vor Adsorber-Eintritt eine Quecksilber-Konzentration von 3 mg/m3 aufweist enthält nach
•ι Passieren der Adsorbens-Schüttung nur noch
1,2 · 10"3 mg/m3 (l^y) Quecksilber als Restkonzentration (Schlupf). Wird ein Zeolith X verwendet der 0,5%
Silber in Form von Ag+-Ionen enthält so können damit nur 5 Liter Gas mit einer Quecksilber-Konzentration
6 mg/m3 gereinigt werden. Der Schlupf beträgt hierbei 0£γ Quecksilber.
Wie aus F i g. 1 und F i g. 2, die zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen, ersichtlich ist
werden mit zunehmender Konzentration an Über
gangsmetallionen im ausgetauschten Zeolith die gerei
nigten Gas-Mengen pro Gewichtseinheit Zeolith größer und die Restkonzentrationen im gereinigten Gas
geringer. Die gemäß F i g. 1 und F i g. 2 eingesetzten Adsorptionsmittel entsprechen den Proben gemäß
Tabelle 1. Fig. 1 stellt die Entfernung von Quecksilber aus Wasserstoff dar, während F i g. 2 die Hg-Entfernung
aus einem Luft/Nj/CHrGemisch zeigt Dabei wird auf
der Ordinate die Konzentration beim Austritt in
lO-3mg=)>Hg/m3 Gas und auf der Abszisse die
gereinigte Gasmenge in dmVg Zeolith angegeben. Die Ziffer der Kurven entsprechen den Proben gemäß
Tabelle 1.
Die Wirksamkeit der einzelnen Übergangsmetalle weist deutliche Unterschiede auf. So haben z. B. bei
gleichen Ionenaustauschgrad a. silberausgetauschte
Zeolithe einen
Mol Na3O vor Austausch - Mol Na2O nach Austausch
Mo! Na1O vor Austausch
geringeren Schlupf und eine größere Reinigungskapazität als kupferausgetauschte Zeolithe. Der Austausch- ι ο
grad beträgt im allgemeinen 0,1 bis 1,0.
Wird nun zur Reinigung von quecksilberhaltigen Gasen ein Zeolith verwendet, der neben 5% Cu noch
0,5% Silber enthält, so können bei einer Ausgangskonzentration von 6 mg Hg/m3 jetzt 60 Liter Gas pro
Gramm Zeolith auf eine Restkonzentration von 0,2 γ aufgebracht werden.
Durch die Kombination von beispielsweise Kupfer mit geringeren Mengen an Silber ist es möglich
geworden, fast die hohe Reinigungswirkung der hochausgetauschten Silberzeolithe zu erreichen.
25
Probe 1 Al2O3 mit 15% Cu
Probe 2 Zeolith X mit 2,5% Cu
Probe 3 Zeolith X mit 8% Cu
Probe 4 Zeolith X mit 0,5% Ag
Probe5 Zeolith X mit 10% Ag
Probe 6 Zeolith X mit 5% Cu und 0,1 % Ag
Probe 7 Zeolith X mit 5% Cu und 0,5% Ag J"
Probe 8 Zeolith X mit 6% Cu und 1% Ag
Probe 9 Zeolith X mit 4% Cu und 3% Ag
Alle Zeolith-Proben wurden in granulierter, bindemittelfreier
Form mit einer Korngrößenfraktion von 1 —4 mm verwendet. Die Zeolith-Granulate wurden vor
dem Versuch jeweils mit trockenem Stickstoff bei 200°C 8 Stunden lang aktiviert. Die Herstellung des Zeolithgranulats
erfolgte gemäß DE-AS 11 65 562 und der Ionenaustausch wurde gemäß DE-AS 13 02 402 durchgeführt
Es ist ebenfalls möglich, die Aktivierung des Zeoliths für das erfindungsgemäße Verfahren mit Hilfe von
Wasserstoff bei Temperaturen bis zu 350° C vorzunehmen. Hierbei erhält man naturgemäß die reduzierte
Form der mit Übergangsmetallen ausgetauschten Zeolithe.
Die Adsorption des Quecksilbers erfolgte mit den getrockneten Gasen wie z. B. Wr^erstoff, Luft,
Stickstoff oder auch Methan. Vor ccr Adsorption
wurden die Gase zur definierten Beladung mit Hg erst durch eine mit Quecksilber gefüllte Waschflasche
geleitet und anschließend die mit den ionenausgetauschten Zeolith-Granalien gefüllte Adsorptionssäule geleitet
Die Konzentration an Quecksilber im Gas vor Eintritt in die Adsorptionsapparatur betrug zwischen
2 — 6 mg Hg/m3 Gas. Die Adsorption erfolgte bei Raumtemperatur und die Verweilzeit betrug 5 Sekunden.
Bei der technischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in den üblichen, thermisch
regenerierten AdsöYptionsanlagen gearbeitet werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zur Reinigung von Quecksilberhaltigen Gasen mit Hilfe von Molekularsiebzeolithen, dadurch gekennzeichnet, daß man
das Quecksilber-haltige Gas mit modifizierten Molekularsiebzeolithen, die in der ionenausgetauschten Form neben Übergangsmetallionen zusätzlich
Silber enthalten, in Kontakt bringt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Obergangsmetalle Kupfer, Zink,
Cadmium, Mangan und/oder Nickel vorliegen.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeolithe Silber in
Mengen von 0,01 bis 5 Gew.-% enthalten.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Obergangsmetall und
Silber in reduzierter Form vorliegen.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |