DE19748513C2 - Verfahren zur adsorptiven Entfernung von Kohlenwasserstoffen aus wässrigen Blausäurelösungen - Google Patents
Verfahren zur adsorptiven Entfernung von Kohlenwasserstoffen aus wässrigen BlausäurelösungenInfo
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Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur adsorptiven
Entfernung von Kohlenwasserstoffen aus wässrigen Blausäurelösungen.
Insbesondere bei der Herstellung von Verbindungen, die als
Vorläufersubstanzen in spezielle Synthesen der Pharma- oder Agrochemie
einfließen, werden Blausäurequalitäten eingesetzt, die aufgrund ihres
Ursprungs Spuren an Kohlenwasserstoffen wie bspw. Benzol enthalten.
Diese Verunreinigungen bilden in den Syntheseverfahren zur Herstellung
der Vorläufersubstanzen aber Nebenprodukte, die die Qualitätskriterien
wie Reinheit oder Ausbeute der eigentliche Produkte negativ beeinflussen
und die vor allem von der verarbeitenden pharma- und/oder
agrochemischen Industrie nicht toleriert werden können.
Eine Nachreinigung der Vorläuferverbindungen ist auf der einen Seite
technisch zu aufwendig und deshalb wirtschaftlich indiskutabel; auf der
anderen Seite hat sich aber die relativ einfachere adsorptive Abtrennung
der Kohlenwasserstoffe aus den einzelnen Zwischenstufen, bspw. mit Hilfe
von Aktivkohle oder Molekularsieben, mit gerade noch vertretbarem
Aufwand in der Praxis als ebenfalls nicht durchführbar erwiesen. Aus dem
Stand der Technik ist allgemein bekannt, daß Aktivkohle effektiv zur
Aufreinigung u. a. von Flüssigkeiten eingesetzt werden kann, die mit
Kohlenwasserstoffen verunreinigt sind. So zählt bspw. die Entfernung von
Benzol aus Wasser zu den routinemäßigen Einsatzvarianten der Aktivkohle.
Der vorliegenden Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
bereitzustellen, mit dem effektiv und kostengünstig Kohlenwasserstoffe auf
relativ einfache Weise adsorptiv aus wässrigen Blausäurelösungen entfernt
werden können.
Gelöst wurde diese Aufgabe mit Hilfe eines Verfahrens, bei dem die
Ausgangslösung bestehend aus 1 bis 50 Gew.-% Blausäure und 2 bis 1000
Gew.-ppm an Kohlenwasserstoffen bei Temperaturen zwischen 2 und 50°C
mit einer Strömungsgeschwindigkeit von maximal 500 m/h durch einen
Feststoffadsorber aus Aktivkohle geleitet wird.
Bei der Durchführung dieses Verfahrens hat sich überraschend gezeigt,
daß der Bedarf an Aktivkohle mit steigendem Verdünnungsgrad der
Blausäure abnimmt, wobei die Kapazität der jeweiligen Aktivkohle umso
größer ist, je stärker die Blausäure mit Wasser verdünnt worden ist. Ebenso
überraschend war, daß die enthaltenen Verunreinigungen an
Kohlenwasserstoffen, vor allem Benzol, selbst aus relativ stark
konzentrierten Lösungen mit Gehalten von bis zu 50 Gew.-% Blausäure
quantitativ entfernt werden können, was in diesem Ausmaß bislang nur von
vergleichbaren Kohlenwasserstoff/Wasser-Systemen bekannt war.
Da die Beladungskapazität der verschiedenen angebotenen
Aktivkohlequalitäten stark von den Konzentrationsverhältnissen in den
einzelnen aufzureinigenden Systemen abhängig ist, eignet sich für das
vorliegende Verfahren erfindungsgemäß insbesondere eine
Ausgangslösung, die bevorzugt 10 bis 40 Gew.-% Blausäure enthält und 10
bis 100 Gew.-ppm des jeweiligen Kohlenwasserstoffanteils.
Als besonders überraschend hat sich bei der praktischen Anwendung des
Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung herausgestellt, dass die
quantitative Aufreinigung der wässrigen Blausäurelösungen nicht auf
bestimmte Kohlenwasserstoffe beschränkt werden muss, sondern dass alle
aliphatischen und/oder aromatischen Kohlenwasserstoffe, die 6 bis 30
Kohlenstoffatome aufweisen, adsorptiv aus den Blausäure-haltigen
Ausgangslösungen entfernt werden können. Dabei ist es völlig
unbedeutend, ob die aliphatischen Kohlenwasserstoffe überwiegend
unverzweigt oder verzweigt vorliegen oder ob die aromatischen
Kohlenwasserstoffe Heteroatome enthalten. Ebenfalls wirken sich etwaige
Substituenten nicht negativ auf das Reinigungsergebnis aus.
Wichtig für den Erfolg des Aktivkohle-Einsatzes kann u. a. natürlich deren
innere Oberfläche sein, die mit den zu entfernenden Verbindungen belegt
wird. Für die Entfernung der vom vorliegenden Verfahren beanspruchten
Kohlenwasserstoffe mit mehr als 6 C-Atomen haben sich demzufolge
Aktivkohlesorten als besonders geeignet erwiesen, die eine innere
Oberfläche von über 50 m2/kg Aktivkohle aufweisen. Zu nennen sind hier
beispielhaft Aktivkohlesorten wie Carbotech W 1-3 der Fa. Carbo-Tech und
Hydraffin UV43 oder Desorex K40 der Fa. Lurgi. Geeignet sind aber auch
alle anderen Aktivkohlesorten, die die beanspruchten Qualitäten aufweisen.
Abgesehen von der Zusammensetzung und den Konzentrationen der
Ausgangslösungen sind für den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens
die Verfahrenstemperatur und die Strömungsgeschwindigkeit, mit der der
Aktivkohle-Adsorber durchströmt wird, von wesentlicher Bedeutung, wobei
Temperaturen von 5 bis 20°C und Strömungsgeschwindigkeiten von 1 bis
400 m/h zu bevorzugen sind.
Für den Reinigungserfolg ist es dagegen überhaupt nicht wesentlich, ob
das Verfahren kontinuierlich oder batch-weise durchgeführt wird. Die
Entscheidung, wie das erfindungsgemäße Verfahren betrieben werden
soll, wird bspw. von den zu reinigenden Mengen an Blausäurelösung oder
vom Standort der Reinigungsanlage abhängen.
Insbesondere beim kontinuierlichen Betrieb des Verfahrens hat es sich im
Hinblick auf die einzusetzende Aktivkohlemenge als äusserst wirtschaftlich
erwiesen, wenn das erfindungsgemäße Verfahren mit Hilfe eines sog.
Wanderbettes, also pseudo-kontinuierlich, durchgeführt wird.
Insgesamt gesehen ist das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung mit
einem relativ geringen technischen Aufwand erfolgreich durchzuführen.
Spezielle Bedingungen können es aber gerechtfertigt erscheinen lassen,
wenn zur Optimierung des Adsorptionsergebnisses der pH-Wert der
Ausgangslösung durch Zudosierung einer mineralischen oder organischen
Säure, bspw. in die Pumpvorlage, bei ca. 4 stabilisiert wird. Ebenfalls zu
empfehlen ist die abschließende Spülung der Adsorberschüttung bspw. mit
Wasser, um etwaige Restmengen an Blausäure zu entfernen, was
insbesondere für die Entsorgung oder Regeneration der Aktivkohle von
Bedeutung sein kann. Diesbezüglich kann auch eine Spülung der
Adsorberschüttung mit einer wässrigen Hypochloritlösung erforderlich
sein.
Insgesamt zeichnet sich das vorliegende Verfahren durch seinen relativ
einfachen verfahrenstechnischer Aufbau und die unkomplizierte
Durchführbarkeit verbunden mit einer überraschend hohen
Reinigungsleistung aus, wobei es vor allem unter wirtschaftlichen
Gesichtspunkten eine preiswerte Alternative zu anderen technisierten
Verfahren darstellt.
Die nachfolgenden Beispiele verdeutlichen diese Vorteile.
Die in Tabelle 1 dargestellten Ergebnisse wurden mit folgender
Verfahrensweise erreicht:
Ein Aktivkohle-Festbettadsorber mit 1 kg Aktivkohle (Carbotech W 1-3;
innere Oberfläche 1000 m2/kg) wurde in einem Reaktionsbehälter
vorgelegt. Unverdünnte Blausäure mit einer Benzolkonzentration von
200 ppm wurde bei einer Temperatur von 10°C und einer
Strömungsgeschwindigkeit von 200 m/h von unten nach oben so lange
durch den Adsorber gepumpt, bis die Aktivkohle vollständig beladen war,
d. h. bis in der Austrittslösung nach dem Adsorber maximal 10% der
Anfangsbelastung bestimmt werden konnten (Vergleichsbeispiel 1). Die
gleiche Blausäure/Benzol-Ausgangsmischung wurde gemäß Erfindung mit
Wasser auf eine 50, 40, 30 und 20 Gew.-%ige Blausäurelösung verdünnt und
wie beschrieben behandelt (Erfindungsbeispiele 2 bis 5).
Die Ergebnisse zeigen, daß aus unverdünnter Blausäure trotz Einsatzes
großer Mengen an Aktivkohle eine nur geringe Menge Benzol adsorptiv
entfernt werden kann (Vergleichsbeispiel 1). Aus wässrigen
Blausäurelösungen dagegen kann mit zunehmender Verdünnung ein sehr
viel größeres Lösungsvolumen Kohlenwasserstoff (Benzol) entfernt werden,
weit mehr als dem eigentlichen Verhältnis der Verdünnung entspricht.
Die benötigte Aktivkohlemenge für verdünntere Blausäurelösungen ist
demzufolge sehr viel geringer als für unverdünnte Blausäure bei
gleichzeitig steigender Beladungskapazität der Aktivkohle.
Claims (9)
1. Verfahren zur adsorptiven Entfernung von Kohlenwasserstoffen aus
wässrigen Blausäurelösungen mit Hilfe von Aktivkohle, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ausgangslösung bestehend aus 1 bis 50
Gew.-% Blausäure und 2 bis 1000 Gew.-ppm an Kohlenwasserstoff bei
Temperaturen zwischen 2 und 50°C mit einer Strömungsgeschwindigkeit
von maximal 500 m/h durch einen Feststoff-Adsorber aus Aktivkohle
geleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ausgangslösung 10 bis 40 Gew.-% Blausäure enthält.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Gehalt an Kohlenwasserstoffen in der Ausgangslösung 10 bis 100
Gew.-ppm Kohlenwasserstoff beträgt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kohlenwasserstoffe aliphatische und/oder aromatische
Verbindungen mit jeweils 6 bis 30 C-Atomen darstellen.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
Aktivkohle mit einer inneren Oberfläche von < 100 m2/kg verwendet
wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Adsorption bei Temperaturen von 5 bis 20°C durchgeführt wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Strömungsgeschwindigkeit 1 bis 400 m/h beträgt.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es
kontinuierlich durchgeführt wird.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Adsorption pseudo-kontinuierlich in einem Wanderbett erfolgt.
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