DE2422988A1 - Verfahren zur zersetzung von halogenkohlenwasserstoffen - Google Patents
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Description
1A-674 11. Mai 1974
MITSUBISHI CHEMICAL INDUSTRIES LTD., Tokyo , Japan
Verfahren zur Zersetzung von Halogenkohlenwasserstoffen
Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Zersetzung von Halogenkohlenwasserstoffen.
In letzter Zeit wird die Behandlung von Abgas durch Oxydations-"behandlung
zur Verhinderung von Umweltverschmutzung intensiv untersucht. Es ist bekannt, daß die katalytische-Oxydation
unter Verwendung von Edelmetallkatalysatoren, wie z. B. Platin oder Palladium oder unter Verwendung von Oxydkatalysatoren,
wie Vanadium-,(hrom-, Mangan-r, Eisen-, Kobalt-, Nickel-, Kupfer-,
Molybdän- oder Wolframoxyd äußerst wirksam zur Behandlung von Kohlenmonoxyd oder Kohlenwasserstoffe enthaltendem Abgas ist.
Es ist jedoch bisher noch kein industrielles Verfahren bekannt, um Abgase, welche Halogenkohlenwasserstoffe enthalten, katalytisch
zu oxydieren. Dies liegt daran, daß die herkömmlichen Oxydationskatalysatoren durch Halogen- oder Schwefelverbindungen
leicht vergiftet werden.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur hochwirksamen Zersetzung von Halogenkohlenwasserstoffen durch '
Oxydation in Gegenwart eines Katalysators mit großer katalytischer
Aktivität während einer langen Lebensdauer zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelös-t, daß man
Halogenkohlenwasserstoffe mit vorzugsweise 1-10 Kohlenstoffen
sowie' molekularem Sauerstoff bei erhöhter Temperatur
mit einem Chromoxydkatalysator und/oder einem Katalysator
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aus sit Platin beladenem Boehmit kontaktiert. Wenn ein Chromoxydkatalysator verwendet wird, so ist das Verfahren am wirksamsten
mit Gasen durchführbar, welche Halogenkohlenwasserstoffe mit 1-6 Kohlenstoffatomen aufweisen.
Der Halogenkohlenwasserstoff wird zu Kohlendioxyd, WaBser, Halogenwasserstoff und freiem Halogen zersetzt. Die erfindungsgemäß
verwendeten Katalysatoren werden durch Halogenverbindungen niclit vergiftet und sie behalten ihre hochkatalytisehe
Aktivität selbst nach sehr langem Einsatz zur Oxydationszersetzung von Halogenkohlenwasserstoffen bei. Dieses Verhalten
der erfindungsgemäß gewählten Katalysatoren war unvorhersehbar.
Insbesondere können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der oxydativen Zersetzung Gase behandelt werden, welche Halogenkohlenwasserstoffe
mit vorzugsweise 1-10 Kohlenstoffatomen enthalten, z. B. gesättigte Halogenkohlenwasserstoffe,
wie Methylchlorid, Äthylchlorid, Dichlormethan, Dichloräthane;
ungesättigte Halogenkohlenwasserstoffe, wie Chloräthylen, Dicnloräthylene; aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Chlorbenzol
oder dergleichen.
Das Gas kann noch weitere oxydierbare Verbindungen zusammen mit den Halogenkohlenwasserstoffen enthalten, und diese oxydierbaren
Verbindungen können zur gleichen Zeit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zersetzt werden. Der bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren verwendete Katalysator besteht aus einem Chromoxydkatalysator und/oder einem mit Platin beladenen
Boehmit. Zunächst soll der Chromoxydkatalysator erläutert werden. Der Chromoxydkatalysator kann hergestellt werden,
indem man eine beliebige Chromverbindung einsetzt, wie z. B. Chromnitrat, Chromchlorid, Chromhydroxyd, Chromanhydrid.
Das Chromoxyd kann zur Beladung eines Trägers verwendet werden. Als Träger kommen z. B. Aluminiumoxyd, Siliciumoxyd, Silicium-.oxyd-Aluminiumoxyd,
Mullit, Cordierit oder dgl. in Frage. Die feilchen des TrägermaterJals können kugelförmige Gestalt
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lia"ben oder zylindrische Gestalt oder Wabengestalt oder, dgl.
Ein Träger mit Wabenform hat vorzugsweise eine Länge von 50 - 500 mm und insbesondere von 100 - 400 mm und eine
Porösität von 0 - 90 % und insbesondere 10 - 70 $. Sphärische
öder zylindirsche Trägermaterialien haben vorzugsweise eine Länge oder einen Durchmesser von 0,5 - 20 mm und insbesondere
von 1 - 10 mm und eine Porösität von 0,5 - 70 i°.
Das Chromoxyd kann durch thermische Zersetzung der Chromverbindung
und Calcinierung unter Ausbildung des Chromoxydkatalysators hergestellt werden. Es ist möglich, dieses Oxyd zu
Körpern geeigneter Form zu formen. Wenn ein Trägermaterial verwendet wird, so kann der mit Chromoxyd beladene Träger hergestellt
werden, indem man die Chromverbindung in herkömmlicher Weise, wie z. B. durch Imprägnieren oder Färben oder dgl.
auf dem Träger aufbringt. Danach wird die Chromverbindung auf dem Träger thermisch zersetzt und calciniert. Die Menge an
Chromoxyd auf dem Träger kann im Bereich von 0,5 - 80 Gew.-%
und vorzugsweise 3 - 50 Gew.-^ liegen.
Im folgenden soll der aus mit Platin beladenem Boehmit bestehende Katalysator beschrieben werden. Das Trägermaterial
Boehmit kann auf einem anderen Trägermaterial aufgebracht sein. Dies heißt, daß die Oberfläche des Trägers für die
Beladung mit Platin aus Boehmit bestehen soll. Die anderen Bereiche des Trägermaterial müssen jedoch nicht aus Boehmit
bestehen. Das Trägermaterial kann hergestellt werden, indem man ein anderes Trägermaterial mit Boehmit beschichtet.
Die Gestalt des Trägermaterials kann kugelförmig, zylindrisch oder wagenförmig oder dgl. sein. Das Platin kann in herkömmlicher
Weise auf das Trägermaterial aufgebracht werden« Hierzu wird das Trägermaterial in eine wässrige Lösung einer Platinverbindung,
wie Chlorplatinsäure oder dgl. eingetaucht und dann unter Verwendung von Wasserstoff, Hydrazin, Formalin,
Natriumborhydrid oder.dgl. reduziert, und zwar mit oder ohne
Trocknung und Calcinierzung. Die Menge an Platin, mit dem
das Trägermaterial beladen ist, liegt vorzugsweise im Bereich
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von 0,03 - 5 Gew.-$. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können
der Chromoxydkatalysator und der aus mit Platin Geladenen Boehmit "bestehende Katalysator kombiniert sein. Wenn "beide
Katalysatoren gemischt werden und in ein Katalysatorbett gefüllt werden, so bedarf es einer relativ komplizierten
Operation, um das Platin aus dem Katalysatorabfall abzutrennen und zurückzugewinnen. Demgemäß ist es bevorzugt, eine Reihe von
Katalyeatorbetten, welche diese beiden Katalysatoren getrennt
enthalten. Bei dieser Ausffihrungsform ist es bevorzugt, das mit- dem Chromoxydkatalysator gefüllte Katalysatorbett am
Anfang anzuordnen und das mit dem aus mit Platin beladenem Boehmit bestehenden Katalysator gefüllte Katalysatorbett
am Ende anzuordnen. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Halogenkohlenwasserstoff in einem Gas wirksam oxydiert
und zersetzt werden, indem man das Gas, welches die Halogenkohlenwasserstoff und molekularen Sauerstoffe enthält, bei
erhöhter Temperatur mit dem Katalysator kontaktiert. Bei
dieser Arbeitsweise kann der Druck bei Atmosphärendruck oder darüber oder darunter liegen. Die Temperatur des Katalysatorbetts
liegt vorzugsweise bei 200 - 500 0G, da die katalytische
Aktivität bei höheren Temperaturen verringert wird und da bei niedrigerer Temperatur eine ausreichende Reaktionsgeschwindigkeit
schwer zu erzielen ist. Das Halogenkohlenwasserstoff enthaltende Gas kann andere oxydierbare Verbindungen
enthalten, wie Wasserstoff, Kohlenmonoxyd, Kohlenwasserstoffe
oder dergleichen. Die Konzentration der oxydierbaren Verbindung wird vorzugsweise je nach der Reaktionswärme bestimmt,
durch welche das Katalysatorbett auf einer gewünschten Temperatur gehalten wird. Wenn die Konzentration der oxydierbaren
Verbindung zu gering ist, so muß das Gas vor der Reaktion aufgeheizt werden. Wenn andererseits die Konzentration der
oxydierbaren Verbindung zu hoch ist, so muß Reaktionswärme durch Kühlung mit einem in das Katalysatorbett eingesetzten
Kühlrohr abgeführt werden. Demgemäß ist es bevorzugt, die Konzentration der oxydierbaren Verbindung im Bereich von 10 10
000 ppm einzustellen, falls Chromoxyd als Katalysator verwendet wird und andererseits im Bereich von 10 - 50 000 ppm
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im Falle von mit Platin Geladenem Boehmit als Katalysator.
Die Raumgeschwindigkeit des Gases liegt vorzugsweise im Bereich von 5 000 - 300 000 h und kann je nach der Konzentration
der oxydierbaren Verbindungen am Einlaes oder Auslass
eingestellt werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausfiihrungsbeispielen
näher erläutert.
In einen Reaktor mit einem Durchmesser von 20 mm und einer
3
Höhe von 300 mm werden 5-20 cm des folgenden Katalysators gefüllt. Luft, welche jeweils 500 ppm Äthylen und Halogenkohlenwasserstoff gemäß Tabelle 1 enthält wird durch den Reaktor geleitet. Die Reaktionsbedingungen sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Dabei findet die Reaktion statt. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 zusammengestellt. Während dieser Reaktion wird selbst nach 10 Tagen gerechnet vom Beginn der Reaktion keine Änderung der katalytisehen Aktivität festgestellt.
Höhe von 300 mm werden 5-20 cm des folgenden Katalysators gefüllt. Luft, welche jeweils 500 ppm Äthylen und Halogenkohlenwasserstoff gemäß Tabelle 1 enthält wird durch den Reaktor geleitet. Die Reaktionsbedingungen sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Dabei findet die Reaktion statt. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 zusammengestellt. Während dieser Reaktion wird selbst nach 10 Tagen gerechnet vom Beginn der Reaktion keine Änderung der katalytisehen Aktivität festgestellt.
y -Aluminiumoxyd (Durchmesser 4 mm und Länge 4 mm) wird als
Trägermaterial verwendet und in eine wässrige Lösung von Chromsäure mit einer Konzentration von 252 g/l (Cr2O-) eingetaucht
und das Trägermaterial wird herausgenommen und bei 100 0C während einem halben Tag getrocknet und bei 400 0C
während 2 h an Luft calciniert, wobei man den Katalysator erhält, bei dem T-Aluminiumoxyd als Trägermaterial mit
Chromoxyd in einer Menge von etwa 5 Gew.-$,berechnet als Cr,
beladen ist.
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- 6 Herstellung dea Katalysators 2:
Das gleiche Tf-Aluminiumoxyd wird in eine wässrige Lösung
von Chromnitrat mit einer Konzentration von 1000 g/l eingetaucht und das Trägermateial wird herausgenommen und mit einer
wässrigen ^-Ammoniaklösung behandelt« Das Produkt wird gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Katalysators 1 getrocknet
und calciniert. Man erhält auf diese Weise den Katalysator 2.
Ein Siliciumoxyd-Aluminiumoxyd-Trägermaterial (Durchmesser
4 mm; Länge 4 mm) "bestehend aus 30 $> Aluminiumoxyd und 70 %
Siliciumoxyd wird in eine wässrige Lösung von Chromsäure mit einer Konzentration von 500 g/l eingetaucht und gemäß dem Verfahren
zur Herstellung des Katalysators 1 behandelt. Dabei erhält man den Katalysator 3, bei dem ein Siliciumoxyd-Aluminiumoxyd-Trägermaterial
mit Chromoxyd beladen ist, und zwar mit einer Menge von 10 Gw.-#, berechnet als Cr.
Katalysator Halogenkohlen- Reaktionsbedin- Zersetzungswasserstoff gungen grad ($)
Raumge- Temp. Halogen- Ithyschwin-/Ocy
kohlen- len digk. 4 } wasser-
(h "Ί) stoff
4Ϊ
Mgthylchlotid 40 000 400 63 60
1 ChTörbenzol bO 000 350 98 69
sasssasaassaonasaasssaaasaassssaasasssaaBSsaaaaassasaasasa==:
2 Dichlormethan 40 000 350 55 58
5 Chloräthylen 80 000 350 31 55_
3 Chloräthylen 40 000 400" 75 79~~
In ein Reaktionegefäß mit einem Durchmesser von 20 mm und
einer Höhe von 300 mm werden 5-20 cnr des nachstehenden Katalysators eingefüllt. Luft enthaltend 500 ppm Äthylen
und Methylchlorid wird durch den Reaktor bei 400 0C und einer
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Raumgesehwindigkeit von 40 000 h"~ hindurchgeführt, wo "bei
die Reaktion stattfindet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
Es wird jeweils ein Katalysator nach der Methode des Beispiels zur Herstellung des Katalysators 1 bereitet, wobei jedoch
jeweils eine wässrige Lösung eines Nitrats eingesetzt wird, nämlich Kobaltnitrat für den Katalysator 4, Eisennitrat für
den Katalysator 5, Mangannitrat für den Katalysator 6,
Kupfernitrat für den Katalysator 7 und Mckelnitrat für den
Katalysator 8. Jeder Katalysator enthält Metalloxyd auf dem Trägermaterial mit einer Menge von 5 Gew.-5^, berechnet als
Metall.
Herstellung des Katalysators
Si
Der Esfcalysator wird nach der Methode des Beispiels zur Herstellung
des Katalysators 1 bereitet, wobei jedoch eine wässrige Lösung verwendet wird, welche durch Auflösung von Vanadium-(V)-oxyd
in Oxalsäure anstelle einer wässrigen Chromsäurelösung
eingesetzt wird.
Der Katalysator wird gemäß der Methode des Beispiels zur Herstellung
des Katalysators 1 bereitet, wobei man eine wässrige Lösung von Ammoniummolybdat anstelle der wässrigen Lösung von
Chromsäure einsetzt.
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_8_
Metall | Tabelle 2 | Äthylen | |
27 | |||
Katalysator | Co | Zersetzungsgrad (' | 12 |
Pe | Methylchlorid | 26 | |
Katalysator 4 | Mn | 35 | 30 |
Katalysator 5 | Cu | 30 | 3 |
Katalysator 6 | Ui | 27 | 15 |
Katalysator 7 | V | 25 | 1 |
Katalysator 8 | Mo | 19 | |
Katalysator 9 | 12 | ||
Katalysator 10 | 6 | ||
Beispiel 2 | |||
Eine wässrige Lösung von Eatriumhydroxyd wird zu einer wässrigen
Lösung von Aluminiumnitrat gegeben, wobei ein amorphes Gel ausfällt. Dieses Produkt wird bei etwa 200 0C in einem
Autoklaven behandelt, wobei Boehmit erhalten wird (mit einem Teil Gel). Dieses Produkt wird zu Kugeln mit einem Durchmesser
von etwa 6 mm geformt. Dabei erhält man einen sphärischen Träger. Ferner wird das Boehmit-Produkt mit Wasser unter Bildung
einer Aufschlämmung geknetet. Sodann wird ein wabenförmiger
Träger aus α-Aluminiumoxyd in die Aufschlämmung eingetaucht»um
die Oberfläche des α-Aluminiumoxydträgers mit Boehmit
zu beschichten und danach wird das Produkt bei 300 0C calciniert,
wobei ein wabenförmiges mit Boehmit beschichtetes Trägermaterial erhalten wird. Diese beiden Trägermäerialien
werden in eine wässrige Lösung von 27 g/l Chlorplatinsäure eingetaucht und das Produkt wird entnommen, getrocknet und
dann bei 200 0C während 1 h unter Wasserstoffgas redu-ziert,
wobei man einen mit 0,3 Gew.-fo Platin beladenen Katalysator
erhält. Luft mit einem Gehalt von 500 ppm Äthylen und Methylchlorid wird über ein mit Katalysator gefülltes Bett geleitet.
Auf dem sphärischen Boehmit-Trägermaterial befinden sich 0,3
Gew.-io Platin. Die Temperatur beträgt etwa 400 0C und die
Raumgeschwindigkeit 39 000 h~1.
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Die Reaktionsdauer nach Beginn der Reaktion und die Zer— setzungsgrade von Methylchlorid und Äthylen sind in Tabelle 3
zusammengestellt.
5 | 10 | 30 | 50 | 100 | |
Dauer (h) | 80 92 |
79 92 |
79 92 |
79 92 |
79 92 |
Zersetzungsgrad (<?o) Methylchlorid Äthylchlorid |
|||||
Beispiel 3 | |||||
Die oxydative Zersetzung gemäß Beispiel 2 wird wiederholt, wobei jedoch ein Katalysator mit 0,3 Gew.-% Platin verwendet
wird. Dabei wird ein mit Boehmit beschichtetes wabenförmiges
Trägermaterial eingesetzt, welches mit dem Platin beladen ist
und Äthylchlorid anstelle des Methylchlorids enthaltenden Luft wird behandelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengestellt.
Dauer (h) 5 20 50 100 200
Äthylchlorid 93 93 93 93 93
Äthylen 96 96 96 96 96
Ein sphärisches Boehmit-Trägermaterial wird in eine wässrige
Lösung von Chlorplatinsäure eingetaucht und das Produkt wird entnommen und getrocknet und mit einer wässrigen Lösung von
2 $> NaBH^ reduziert«, Dabei wird ein Katalysator bestehend aus
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einem mit 0,3 Gew.-$ Platin beladenen Trägermaterial erhalten.
Die luft gemäß Beispiel 2 wird durch das mit dem Katalysator gefällte Katalysatorbett geleitet, und zwar bei einer Temperatur
von 380 0C und einer Raumgeschwindigkeit von 50 000 h .
Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 zusammengestellt.
Dauer (h) | 3 . | 10 | 50 |
Zersetzungsgrad X$) | |||
Methylchlorid Äthylen |
55 87 |
55 87 |
55 . 87 |
7ergleich3beispiel 2
Die oxydative Zersetzung gemäß Beispiel 2 wird wiederholt,
wobei jedoch ein Katalysator eingesetzt wird, welcher durch Beladung eines handeisüblichen Y"-Aluminiumoxyd-Trägermaterials
mit Chlorplatinsäure beladen wurde (0,3 Gew.-^ Pt).und dann mit
Wasserstoff reduziert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle zusammengestellt.
- Tabelle 6
Dauer (h) | 3 | 5 | 10 |
ZersetzTings«rad (%) | |||
Methylchlorid Äthylen |
55 87 |
52 85 |
48 83 |
Es wird ein Katalysator hergestellt, indem man ein wabenförmiges
a-Alumlniumo:xydträgermaterial mit 0,3 Gew,-#, berechnet
als Pt, Chlorplatinsäure belädt und das Produkt mit Vasaerstoff reduziert. Die oxydative Zersetzung gemäß Beispiel 3 j
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wird wiederholt, wobei jedoch der vorstehende Katalysator eingesetzt wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 zusammengestellt.
Dauer (h) 3 5 10 20"
Äthylchlorid 60 62 53 45
Äthylen 98 98 96 93
Ein Katalysator wird hergestellt, indem man ein wabenförmiges Mullit-Trägermaterial (3 Al2O5. 2 SiO2) mit Ghlorplatinsäure
belädt (0,3 Gew.-^ Pt) und dann mit Wasserstoff reduziert.
Die oxydative Zersetzung gemäß Beispiel 2 wird wiederholt, wobei dieser Katalysator eingesetzt wird. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 8 zusammengestellt.
Dauer (h) | 3 | 5 |
Zersetzungsgrad ($) | ||
Methylchlorid Äthylen |
3 73 |
0 70 |
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Claims (15)
1. Verfahren zur Zersetzung eines Halogenkohlenwasserstoffs,
dadurch gekennzeichnet, daß man ein den Halogenkohlenwasserstoff mit vorzugsweise 1-10 Kohlenstoffatomen sowie
molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas mit einem Katalysator kontaktiert, welcher aus einem Chromoxydkatalysator und/oder
einem mit Platin beladenen Boehmitkatalysator "besteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator ein Chromoxydkatalysator eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator ein mit Platin beladener Boehmitkatalysator
eingesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des mit dem Katalysator gefüllten Katalysatorbettes
im Bereich von 200 - 500 0C gewählt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit 0,5 - 80 Gew.-% Chromoxyd
beladenes Trägermaterial als Katalysator eingesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit 3-50 Gew.-^ Chromoxyd
Geladenes Trägermaterial eingesetzt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gas mit 10-10 000 ppm
oxydierbarer Komponenten eingesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Raumgeschwindigkeit des Gases
im Bereich von 5 000 - 300 000 h gewählt wird.
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9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 4 "bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß als Halogenkohlenwasserstoff ein Chlorkohlenwasserstoff eingesetzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß "bei einer Temperatur des Katalysatorbettes im Bereich von
200 - 500 0C gearbeitet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Katalysator mit 0,03 - 5 Gew.-$
Platin auf dem Boehmit-Trägermaterial eingesetzt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3, 10, 11,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Raumgeschwindigkeit des Gases im Bereich von 5 000 - 300 000 h gewählt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 3, 10 - 12,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Gas mit 10-50 000 ppm oxydierbarer Verbindungen eingesetzt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 10 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Halogenkohlenwasserstoff
ein Chlorkohlenwasserstoff ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 10 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Halogenkohlenwasserstoff
ein Chlorkohlenwasserstoff mit 1-2 Kohlenstoffatomen ist.
ÄUS8A9/0 7 96
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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