DE19609947A1 - Siliciumreicher Zeolith - Google Patents
Siliciumreicher ZeolithInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen siliciumreichen Zeolithen, das
Verfahren zu seiner Herstellung und das Verfahren zum
Entfernen von Quecksilber aus Gasen, insbesondere aus
Erdgasen, Spaltgasen und/oder Abgasen von
Verbrennungsanlagen.
Quecksilber ist ein Metall, das wegen seiner besonderen
physikalischen Eigenschaften bei thermischen Prozessen,
insbesondere bei der Verbrennung von Abfall, in die
Gasphase überführt wird und somit in die Umwelt gelangen
kann.
Bei dem Prozeß der Müllverbrennung liegt das Quecksilber in
dem unbehandelten Abgas zum Teil als elementares Metall,
überwiegend aber als zweiwertiges Chlorid vor. Bei
Kohlekraftwerken wird von einer Emission von bis 60% des
Quecksilbers in elementarer Form berichtet. Dieser hohe
Anteil an metallischem Quecksilber kann auf einen Anteil
von 2 bis 12% im Rahmen der Entfernung von NOx gesenkt
werden. Eine vollständige Entfernung des metallischen
Quecksilbers kann nur in einer separaten Reinigungsstufe
erfolgen, weil die chemischen Bedingungen in dem Abgas so
gestaltet sind, daß Quecksilberverbindungen, wie zum
Beispiel Chloride, disproportionieren. Das dabei
entstehende metallische Quecksilber verdampft sofort und
kann dann nicht mehr ohne eine weitere Reinigungsstufe
abgeschieden werden.
Es liegen somit in dem Abgas Quecksilberverbindungen und
metallisches Quecksilber nebeneinander vor, die
unterschiedliche Probleme bei der Abtrennung aus dem Abgas
bereiten.
Es ist bekannt, Quecksilber aus Gasen zu entfernen, indem
man Zeolithe, die Silberionen enthalten, einsetzt (US-A
4,874,525). Diese Zeolithe haben den Nachteil, daß sie das
Quecksilber überwiegend physikalisch adsorbieren, wobei der
ebenfalls adsorbierte Wasserdampf die Adsorption von
Quecksilber beeinträchtigt (siehe US-A 4,101,631, Spalte 1,
Zeile 45).
Es ist aus demselben Dokument US-A 4,101,631 bekannt,
Quecksilberdampf selektiv aus Wasserdampf enthaltendem Gas
zu entfernen, indem man das Gas mit einem Zeolithen, der
Schwefel enthält, in Kontakt bringt. Als Zeolith wird dabei
ein Zeolith X oder Y eingesetzt, der ein SiO₂/Al₂O₃-
Verhältnis von 2 bis 20 aufweisen kann (US-A 4,101,631).
Die bei dem bekannten Verfahren gemäß dem Dokument US-A
4,101,631 eingesetzten Zeolithe sind handelsübliche
hydrophile Zeolithe mit einem relativ hohen
Aluminiumgehalt. Im Laufe der Beaufschlagung mit dem
Quecksilber enthaltenden Gas, das auch Sauerstoff enthält,
wird aus den darin ebenfalls enthaltenden Bestandteilen SO₂
und H₂O Schwefelsäure gebildet. Diese Schwefelsäure wird in
den Poren des Zeolithen eingelagert und setzt sich mit dem
Aluminium des Zeolithen zu Aluminiumsulfat um. Durch diesen
Vorgang wird das Kristallgitter des Zeolithen allmählich
zerstört, und der Zeolithformkörper zerfällt. Zumindest
aber führt die gebildete Schwefelsäure zum Versotten des
Adsorbens.
Das Dokument EP-A 0 638 351 beschreibt ein Verfahren zum
Entfernen von metallischem und ionogenem Quecksilber aus
einem Wasserdampf und SO₂ enthaltenden Abgas, wobei man das
Abgas bei Temperaturen im Bereich von 20 bis 120°C mit
einem mit Schwefel imprägnierten, körnigen, hydrophoben
Zeolithen vom Typ X oder Y in Kontakt bringt. Der
hydrophobe Zeolith ist ein dealuminierter Zeolith mit einem
Atomverhältnis Silicium : Aluminium von 20 : 1 bis 300 : 1.
Das bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß die
eingesetzten Zeolithe bei einer Temperatur von 500 bis
1000°C regeneriert werden und dabei die
Schwefelimprägnierung verlieren. Sie müssen vor dem Einsatz
erneut mit Schwefel imprägniert werden (EP-A 0 638 351,
Seite 2, Zeile 44).
Es besteht somit die Aufgabe, ein Verfahren zur Entfernung
von Quecksilber aus Gasen zu entwickeln, bei dem das
Adsorbens eine hohe Standzeit und eine einfache
Regenerierungsmöglichkeit aufweist.
Gegenstand der Erfindung ist ein siliciumreicher Zeolith,
welcher gekennzeichnet ist durch ein Verhältnis SiO₂/Al₂O₃
zwischen 30 und 1000 und eine Imprägnierung mit den
Metallen Kupfer und/oder Silber.
Der Zeolith kann ein Zeolith vom Strukturtyp FAU, MFI oder
MOR sein. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der
Zeolith ein Formkörper mit einem Bindemittelgehalt von 5
bis 50 Gewichtsprozent sein. Der Metallgehalt des
imprägnierten Zeolithen kann zwischen 0,1 und 20 Gew.-%
betragen. Die Metalle Kupfer und/oder Silber können sowohl
in elementarer als auch in ionischer Form auf dem Zeolithen
vorliegen.
Ein weiterer Gegenstand ist ein Verfahren zur Herstellung des
siliciumreichen Zeolithen, welches dadurch gekennzeichnet
ist, daß man den Zeolithen mit einem Verhältnis SiO₂/Al₂O₃
zwischen 30 und 1000 mittels einer wäßrigen Lösung von
Kupfer und/oder Silber imprägniert.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum
Entfernen von Quecksilber aus Gasen, insbesondere aus
Erdgas, Spaltgas und/oder Abgas, welches dadurch
gekennzeichnet ist, daß man das Gas über einen
siliciumreichen Zeolithen mit einem SiO₂/Al₂O₃-Verhältnis
zwischen 30 und 1000, der mit den Metallen Kupfer und/oder
Silber imprägniert ist, führt.
Die eingesetzten Zeolithe können vom Strukturtyp FAU, MFI
oder MOR sein. Definition und Beschreibung dieser
Strukturtypen finden sich in
W.M. Meier, D.H. Olson: Atlas of Zeolite Structures, 3rd revised ed., Butterworth-Heinemann, London 1992.
W.M. Meier, D.H. Olson: Atlas of Zeolite Structures, 3rd revised ed., Butterworth-Heinemann, London 1992.
Die Herstellung aluminiumarmer, hydrophober Zeolithe, die
diesen Strukturtypen zuzurechnen sind, ist in der Literatur
beschrieben:
Typ Faujasit (FAU):
J. Scherzer in T.E. Whyte, Jr., R.A.
Dalla Betta, R.T.K. Baker (eds):
Catalytic Materials (ACS Symposium
Series 248), American Chemical Society,
Washington, D.C. 1984, p. 157;
US-Patentschrift 5,316,993.
Typ ZSM-5 (MFI):
P.A. Jacobs, J.A. Martens: Synthesis of
High-Silica Aluminosilicate Zeolites
(Stud. Surf. Sci. Catal. 33), Elsevier,
Amsterdam 1987.
Typ Mordenit (MOR):
N.Y. Chen, J. Phys. Chem 80 (1976)
60-64;
M.M. Olken, J.M. Garces in R. von
Ballmoos, J.B. Higgins, M.M.J. Treacy
(eds.): Proceedings from the Ninth
International Zeolite Conference,
Butterworth-Heinemann, Boston 1993,
p. 559.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann als
Zeolith ein dealuminierter Zeolith Y als geformter Körper
eingesetzt werden, wie er in der US-A 5,316,993 beschrieben
wird. Das Verhältnis SiO₂/Al₂O₃ kann bevorzugt 50 bis 1000
und insbesondere 100 bis 300 betragen.
Der Zeolith kann als Formkörper mit einem Bindemittelgehalt
von 5 bis 50% eingesetzt werden.
Als Bindemittel können SiO₂, Aluminiumoxide, Clay-
Mineralien, wie Bentonite, Kaoline, Sepiolite oder
Attapulgite sowie alle in dem Dokument US-A 5,316,993
genannten Bindemittel eingesetzt werden.
Die Imprägnierung mit Kupfer und/oder Silber kann nach den
üblichen Methoden mit Salzen der Metalle vorgenommen
werden. Derartige Methoden sind beschrieben beispielsweise
in
J. Haber, J. H. Block, B. Delmon, Pure & Appl. Chem., 67, (1995), 1257-1306.
J. Haber, J. H. Block, B. Delmon, Pure & Appl. Chem., 67, (1995), 1257-1306.
Der Metallgehalt der imprägnierten Zeolith-Formkörper kann
zwischen 0,1 und 20 Prozent, bevorzugt zwischen 1 und 10
Massenprozent betragen. Nach der Imprägnierung können die
Metalle entweder im ionischen Zustand belassen oder mittels
bekannter Verfahrensweisen, beispielsweise durch Erhitzen
unter Formiergas, Wasserstoff oder Formaldehyd teilweise
oder vollständig zu den Elementen reduziert werden.
Dementsprechend können die Metalle sowohl in elementarer
als auch ionischer Form auf dem zeolithischen Träger
vorliegen, wobei auch beide Metalle gleichzeitig Verwendung
finden können.
Das Gas kann eine relative Luftfeuchte zwischen 5 und 90
Prozent aufweisen und SO₂ und/oder HCl in Mengen zwischen
0,1 und 1000 mg/Nm³ enthalten.
Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann
man die mit Quecksilber und/oder seinen Verbindungen
kontaminierten Gase bei einer Raumgeschwindigkeit von 1000-10000 h-1
und Temperaturen zwischen 65 und 100°C durch
eine Festbettschüttung, die aus Formkörpern eines Zeolithen
mit einem Verhältnis von SiO₂/Al₂O₃ zwischen 20 und 1000
besteht, leiten. Die Zeolithe sind dabei vorher mit den
Metallen Kupfer und/oder Silber imprägniert worden. Bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren kann bei Gasen mit einer
Quecksilber-Eingangskonzentration bis zu 500 µg Hg/Nm³
durch die Adsorbtion ein maximaler Wert von 50 µg Hg/Nm³ in
dem behandelten Gas sicher eingehalten werden. Dabei kann
das zu entfernende Quecksilber sowohl in ionischer als auch
in elementarer Form in dem Gas vorliegen. Beide Formen
können durch das erfindungsgemäße Verfahren adsorbiert
werden.
Die Regenerierung von mit Quecksilber beladenem Zeolith
kann beispielsweise gemäß dem in der DE-A 43 02 166
beschriebenen Verfahren durchgeführt werden. Die Silber
bzw. Kupferimprägnierung wird dabei nicht entfernt.
Die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der
Entfernung von Quecksilber aus Gasen ist überraschend, weil
in der deutschen Offenlegungsschrift DE-A 41 40 969
zeolithische Träger aufgrund ihrer Porenstruktur als
anfällig für unspezifische Adsorptionserscheinungen, die
sich hemmend auf die Quecksilberabscheidung auswirken,
bezeichnet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber dem Verfahren
gemäß US-A 4,874,525 den Vorteil, daß ein wesentlich
größerer Wasseranteil in dem Abgas verkraftet werden kann.
So kann bei Abgasen aus Müllverbrennungsanlagen bei 80°C
eine relative Luftfeuchtigkeit von 70 bis 90 Vol.-% gegeben
sein. Dabei entspricht 1 Vol.-% einem Wassergehalt von
10.000 ppm. Dadurch , daß kein Wasser adsorbiert wird, kann
sich auch keine schädliche Schwefelsäure bilden, wenn das
Abgas SO₂ enthält.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß ein wesentlich höherer Hg-Gehalt in dem
Abgas verarbeitet werden kann. So wird gemäß US-A 4,874,525
ein Quecksilbergehalt von 14 ppb (= 14 µg/Nm³) auf 10 pp
trillion gesenkt.
Erfindungsgemäß kann dagegen der Quecksilbergehalt 300 bis
360 Mikrogramm Hg/Nm³ (µg/Nm³) sowohl an metallischem als
auch an ionischem Quecksilber betragen.
Gegenüber dem Dokument EP-A 0 638 351 ergibt sich ein
wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens durch
die Tatsache, daß Schwefel bei den Adsorptionstemperaturen
von dem Zeolithen absublimiert. So ist aus Gmelin bekannt,
daß Schwefel bei 93°C eine 20.000-fach höhere Sublimation
als bei 23°C aufweist. Silber weist dagegen einen
Siedepunkt von ∼ 2.170°C auf. Eine Sublimation findet
unter den Bedingungen der Adsorption nicht statt.
Es werden 980 g Extrudate des dealuminierten Y-Zeolithen
mit SiO₂/Al₂O₃ = 200 (Vollzylinder mit einem Durchmesser von
4 mm und einer Länge von ca. 6 mm; Anteil des Bindemittels:
10 Prozent) gemäß Beispiel 5 der US-Patentschrift 5,316,993
verwendet. Diese Extrudate werden in eine rotierende
Imprägniertrommel gegeben. Innerhalb von 2 min werden 700
ml einer wäßrigen Lösung von AgNO₃ (AgNO₃-Gehalt: 31,5 g)
hinzugefügt. Der Imprägniervorgang ist nach ca. 10 min
beendet, wenn die Extrudate die AgNO₃-Lösung vollständig
aufgesaugt haben. Die imprägnierten Extrudate werden bei
120°C 18 Stunden im Trockenschrank getrocknet und
anschließend in einem Ofen bei 400°C 3 h lang bei 400°C
unter Formiergas (5 Vol.-% Wasserstoff, 95 Vol.-%
Stickstoff; 30 l/min) calciniert. Der Silbergehalt der
Extrudate beträgt 2 Prozent. Das Silber liegt nach der
Calcinierung in metallischer Form vor.
Das Abgas einer Müllverbrennungsanlage, das zusätzlich mit
Quecksilber beaufschlagt wird, wird über ein mit
zylindrischen und gemäß Beispiel 1 silberdotierten
DAY-Zeolithen gefüllten Festbett unter folgenden Bedingungen
geleitet. Die Adsorptionsleistung wird unter den folgenden
Bedingungen ermittelt:
Raumgeschwindigkeit:|6000 h-1 | |
Abgaskonzentration: | 360-390 Mikrogramm Hg/Nm³ |
Verhältnis Hg⁰/Hgionisch: | 1 : 1 |
Reingaskonzentration: | 11 Mikrogramm Hg/Nm³ (Grenzwert gem. 17 BlmSchV = 50 Mikrogramm Hg/Nm³) |
Festbettemperatur: | 80°C |
Spezifische innere Oberfläche des DAY-Zeolithen: | 700 m²/g |
Porendurchmesser des DAY-Zeolithen: | 0,74 nm |
Die Bestimmung der Quecksilberkonzentrationen im Abgas und
im Reingas erfolgt durch Atomabsorptions-Spektroskopie nach
der Kaltdampftechnik bei der für Quecksilber spezifischen
Wellenlänge von 253,7 nm.
Das Abgas einer Müllverbrennungsanlage, das zusätzlich mit
Quecksilber beaufschlagt wird, wird über ein mit einem
zylindrischen, schwefeldotierten DAY-Zeolithen gefüllten
Festbett geleitet. Die Adsorptionsleistung wird unter
folgenden Bedingungen ermittelt:
Raumgeschwindigkeit:|6000 h-1 | |
Abgaskonzentration: | 214-266 Mikrogramm Hg/Nm³ |
Verhältnis Hg⁰/Hgionisch: | 1 : 1 |
Reingaskonzentration: | 97-109 Mikrogramm Hgionisch/Nm³ (Grenzwert gem. 17. BlmSchV = 50 Mikrogramm Hg/Nm³) |
Festbettemperatur: | 80°C |
Spezifische innere Oberfläche des DAY-Zeolithen: | 700 m²/g |
Porendurchmesser des DAY-Zeolithen: | 0,74 nm |
Die Bestimmung der Quecksilberkonzentrationen im Abgas und
im Reingas erfolgt durch Atomabsorptions-Spektroskopie nach
der Kaltdampftechnik bei der für Quecksilber spezifischen
Wellenlänge von 253,7 nm.
Das Abgas einer Müllverbrennungsanlage, das zusätzlich mit
Quecksilber beaufschlagt wird, wird über ein mit einem
zylindrischen schwefeldotierten DAY-Zeolithen gefüllten
Festbett geleitet. Die Adsorptionsleistung wird unter
folgenden Bedingungen ermittelt:
Raumgeschwindigkeit:|6000 h-1 | |
Abgaskonzentration: | 400-488 Mikrogramm Hg/Nm³ |
Verhältnis Hg⁰/Hgionisch: | 1 : 1 |
Reingaskonzentration: | 365-387 Mikrogramm Hg/Nm³ (Grenzwert gem. 17. BlmSchV = 50 Mikrogramm Hg/Nm³) |
Festbettemperatur: | 90°C |
Spezifische innere Oberfläche des DAY-Zeolithen: | 700 m²/g |
Porendurchmesser des DAY-Zeolithen: | 0,74 nm |
Anmerkung: Die schlechten Adsorptionsleistungen in diesem
Beispiel sind u. a. auf die beobachtete
Desublimation des Schwefels zurückzuführen.
Die Bestimmung der Quecksilberkonzentrationen im Abgas und
im Reingas erfolgt durch Atomabsorptions-Spektroskopie nach
der Kaltdampftechnik bei der für Quecksilber spezifischen
Wellenlänge von 253,7 nm.
Die Gegenüberstellung der Beispiele zeigt, daß das
erfindungsgemäße Verfahren eine deutlich bessere
Adsorptionsleistung aufweist.
Claims (12)
1. Siliciumreicher Zeolith, gekennzeichnet durch ein
Verhältnis SiO₂/Al₂O₃ zwischen 30 und 1000 und eine
Imprägnierung mit den Metallen Kupfer und/oder Silber.
2. Zeolith nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zeolith ein Zeolith vom Strukturtyp FAU, MFT oder
MOR ist.
3. Zeolith nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Zeolith als Formkörper mit
einem Bindemittelgehalt von 5 bis 50 Prozent
ausgebildet ist.
4. Zeolith nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Metallgehalt der imprägnierten
Zeolith-Formkörper zwischen 0,1 und 20 Gewichtsprozent,
bevorzugt zwischen 1 und 10 Gewichtsprozent, beträgt.
5. Zeolith nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Metalle Kupfer und/oder Silber
sowohl in elementarer als auch in ionischer Form auf
dem Zeolithen vorliegen.
6. Verfahren zur Herstellung des siliciumreichen Zeolithen
gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den
Zeolithen mit einem Verhältnis SiO₂/Al₂O₃ zwischen 30
und 1000 mittels einer wäßrigen Lösung von Kupfer
und/oder Silbersalzen imprägniert.
7. Verfahren zum Entfernen von Quecksilber aus Gasen,
insbesondere aus Erdgas, Spaltgas und/oder Abgas,
dadurch gekennzeichnet, daß man das Gas über einen
siliciumreichen Zeolithen mit einem SiO₂/Al₂O₃-
Verhältnis zwischen 30 und 1000, der mit den Metallen
Kupfer und/oder Silber imprägniert ist, führt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zeolith ein Zeolith vom Strukturtyp FAU, MFI oder
MOR ist.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß man den Zeolith als Formkörper mit
einem Bindemittelgehalt von 5 bis 50 Prozent einsetzt.
10. Verfahren nach den Ansprüche 7 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der Metallgehalt der imprägnierten
Zeolith-Formkörper zwischen 0,1 und 20 Massenprozent,
bevorzugt zwischen 1 und 10 Massenprozent, beträgt.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Metalle Kupfer und/oder Silber
sowohl in elementarer als auch in ionischer Form auf
dem Zeolithen vorliegen.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gas eine relative Luftfeuchte
zwischen 5 und 90 Prozent aufweist und SO₂ und/oder HCl
in Mengen zwischen 0,1 und 1000 mg/Nm³ enthält.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19609947A DE19609947A1 (de) | 1995-11-22 | 1996-03-14 | Siliciumreicher Zeolith |
EP96116974A EP0775518A3 (de) | 1995-11-22 | 1996-10-23 | Siliciumreicher Zeolith |
JP8307960A JPH09169519A (ja) | 1995-11-22 | 1996-11-19 | ケイ素に富むゼオライト、その製法及び気体から水銀を除去する方法 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19543469 | 1995-11-22 | ||
DE19609947A DE19609947A1 (de) | 1995-11-22 | 1996-03-14 | Siliciumreicher Zeolith |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE19609947A1 true DE19609947A1 (de) | 1997-05-28 |
Family
ID=7778073
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19609947A Withdrawn DE19609947A1 (de) | 1995-11-22 | 1996-03-14 | Siliciumreicher Zeolith |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19609947A1 (de) |
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CN111715202A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-09-29 | 沈阳三聚凯特催化剂有限公司 | 一种多孔材料及其制备方法和应用 |
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1996
- 1996-03-14 DE DE19609947A patent/DE19609947A1/de not_active Withdrawn
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