DE102006032609A1 - Recovering halogenated hydrocarbons, especially inhalation anaesthetics from sorption filters, involves passing hot water vapour through a hydrophobic active carbon bed and then a hydrophobic zeolite bed - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung halogenierter Kohlenwasserstoffe, insbesondere von Inhalationsanästhetika und einen Filter dazu.The Invention relates to a process for the recovery of halogenated hydrocarbons, in particular inhalation anesthetics and a filter on it.
Stand der TechnikState of the art
Sorptionsprozesse werden häufig zur Trennung, Reinigung und Trocknung von Gasen angewendet. Für mit niedrigsiedenden halogenierten Kohlenwasserstoffen (HKW) beladene Abluft ergeben sich dabei Anforderungen, die von ökologischen Forderungen diktiert werden.sorption become common used for separation, purification and drying of gases. For low-boiling halogenated hydrocarbons (HKW) requirements that dictate environmental demands become.
Häufig in
der medizinischen Praxis verwendete leicht verdampfbare Anästhetika
wie Enfluran, Isofluran, Sevofluran und Desfluran sind mit Fluor
und Chlor substituierte Kohlenwasserstoffe oder Ether, die gewöhnlich während oder
nach der Anästhesie
vollständig
in die Umgebung entlassen werden und Patienten wie medizinisches
Personal schädigen
können.
Außerdem
tragen sie zum "Ozonloch" oder zum "Treibhauseffekt" bei. Eine auf die
Mitgliedstaaten der EU bezogene Abschätzung ergab, dass allein 1995
eine Belastung der Atmosphäre
mit ca. 700 t an Inhalationsanästhetika
auftrat. Diese Menge entspricht einer zusätzlichen Beladung der Umgebung
mit Kohlendioxid von 0.25% [
Einstufige Filteranordnungen.Single-stage filter arrangements.
Reaktiv
wirkende Aktivkohlen sind bereits für die Reinigung von Prozess-
oder Abluft geeignet (
In
Bekannterweise
wurden nach Trennen und Rückgewinnen
von Inhalationsanästhetika
an Aktivkohle- oder Zeolithfiltern weitere Begleitgase lediglich
nachverbrannt (
Zur
Rückgewinnung
von HKW werden hydrophobe zeolithische Molekularsiebe mit enger
Porenverteilung eingesetzt (
Bereits
vorteilhaft werden als Sorbentien den Verfahren angepasste dealuminierte
Zeolithe verwendet (
In
einer
Herkömmliche
Filteranordnungen mit Zeolithen weisen bezüglich Adsorption und Desorption
von Inhalationsanästhetika
unterschiedliche Charakteristiken ihrer Parameter auf, die wesentlich
von den Bedingungen für
Strömung
und Temperatur abhängen.
Um eine Vereinheitlichung der Prozessführung bei der Regeneration
ohne zeitlichen Verzug (Hysterese) zu erreichen, wird beispielsweise
für eine
Filterpatrone eine unterschiedliche Energiezuführung veranlasst, wobei aus
dem Inneren der Patrone die adsorbierten Anästhetika gezielt wieder freigesetzt
werden können
(
In einem eigenen Vorschlag "Filterpatrone zur Rückgewinnung niedrigsiedender halogenierter Kohlenwasserstoffe" wird der Gasdurchtritt im oberen Wandbereich eines einzelnen Filtereinsatzes so ausgestaltet, dass in diesem Bereich eine Pfropfenströmung für die Gase entsteht, wobei eine Vergleichmäßigung der Durchbruchkurven für Inhalationsanästhetika erzielt wird. Die eingesetzten Anästhesiegase weisen somit am oberen Rand des Filtereinsatzes mit den hydrophoben Zeolithen "gute" Durchbruchskurven auf, das heißt mit einer steilen und klar örtlich sowie zeitlich bestimmten Charakteristik des Übergangs, indem sich eine scharfe Grenze zwischen den beladenen und noch unbeladenen Teilen der Zeolithschüttung ausbildet.In its own suggestion "filter cartridge for recovery low-boiling halogenated hydrocarbons "becomes the gas passage in the upper wall portion of a single filter cartridge designed so that In this area, a plug flow for the gases is formed, wherein a homogenization of the breakthrough curves for inhalation anesthetics is achieved. The anesthetic gases used thus have at the top Edge of the filter insert with the hydrophobic zeolites "good" breakthrough curves on, that is with a steep and clear local as well as timed characteristic of the transition, putting a sharp border between the loaded and still unloaded parts of the Zeolithschüttung trains.
Das in der Wirkung komplexe Filtersystem ist unübersichtlich und lässt für seinen zeitlichen Ablauf eine mögliche Ermittlung von Bestwerten nur aufgrund eines langfristigen und empirischen Gewinns an Arbeitserfahrung zu. Problematisch ist besonders eine Anordnung in mehreren Sorbensbetten, wobei insbesondere von in der Medizintechnik handhabbaren Filtern eine steile Charakteristik der Durchbruchkurven mit exakt bestimmbaren Zeiten aufweisen sollen.The in the complex complex filtering system is confusing and leaves for his Timing a possible Determination of best values only on the basis of a long-term and empirical Gain of work experience too. One particular problem is one Arrangement in several sorbent beds, in particular of in the Medical technology manageable filters a steep characteristic of the Breakthrough curves with exactly determinable times should have.
Mehrstufige FilteranordnungenMulti-stage filter arrangements
Es
hat nicht an Versuchen gefehlt, den Beladungsgrad von Sorptionsbetten
bei der gezielten Reinigung von Gasströmen zu erhöhen. In einer
Gemäß einer
Es
ist auch Stand der Technik, dass eine Verbesserung in der sorptiven
Trennung durch physikalische Unterschiede, beispielsweise in den
Porengrößen und
durch Veränderungen
an den Sorbensbetten selbst ermöglicht
wird. Bei ungleichen Gaskomponenten, wie sie in der
Prozessführung an HKW-Filtern:Process control on HKW filters:
In bisherigen Filteranordnungen wird die Prozessführung wesentlich durch makroskopisch festlegbare Bedingungen wie nach Geometrie- und Betriebsparametern einigermaßen beherrscht. Die Trennschärfe bei Stofftrennungen durch Sorption wird dagegen notwendig durch mikroskopische Parameter bestimmt. Unterschiede in der Molekülgröße im räumlichen Gitteraufbau der Sorbentien bedingen statische Siebeffekte sowie Versperrungen beim Gitterdurchtritt. Im Unterschied dazu wird der zeitliche Ablauf dieser Trennvorgänge in den zugehörigen Filtern durch eine komplizierte und dynamisch wirkende Kinetik mit ausgeprägten Nichtidealitäten festgelegt.In Previous filter arrangements, the process control is essentially by macroscopic definable conditions such as according to geometry and operating parameters fairly controlled. The selectivity In the case of substance separations by sorption, on the other hand, it is necessary determined microscopic parameters. Differences in molecular size in spatial Lattice structure of the sorbents cause static sieving effects as well as obstructions at the grating passage. In contrast, the timing is these separation processes in the associated Filter through a complicated and dynamically acting kinetics with pronounced Imperfections established.
Verbesserungen
sorptiver Stofftrennungen können
durch Änderungen
der Prozessführung
vorgesehen werden. In einer Monographie "
Zeolithe besitzen bereits hohe Beladungswerte für halogenierte Kohlenwasserstoffe. Aktivkohlen weisen jedoch bei niedrigen Desorptionstemperaturen einen höheren Stoffumsatz auf und können so die Abluft besser reinigen.zeolites already have high load values for halogenated hydrocarbons. However, activated carbons have low desorption temperatures a higher one Substance turnover and can to clean the exhaust air better.
Bei der Bestimmung von Durchbruchzeiten an Filteranordnungen aus Durchbruchkurven ergibt sich, dass bei Desorption eines Filters mit einem Zeolithen kürzere Zeiten des Durchbruchs bei steilem Verlauf der Kurven eingestellt werden. Dagegen werden unter Verwendung von Molekularsiebkohlen längere Durchbruchzeiten bei flachem Verlauf der Durchbruchskurven beobachtet. Die einzelnen statischen wie dynamischen Einflussgrößen sind bei Filtern für HKW und Inhalationsanästhetika nur schwer voneinander abtrennbar und können deshalb kaum unabhängig voneinander untersucht werden. Deshalb ist es schwierig, die einzelnen Vorteile einer Verwendung unterschiedlich wirksamer Sorbentien ohne Optimierung zu nutzen. Es ist deshalb ein dringliches Anliegen, die zweckmäßig gemeinsame Verschaltung mindestens zweier Sorbensbetten einer Filteranordnung festzulegen.at the determination of breakthrough times on filter assemblies of breakthrough curves it follows that when desorbing a filter with a zeolite shorter Times of breakthrough set with steep curves become. In contrast, using molecular sieve coals longer Breakthrough times observed with flat course of breakthrough curves. The individual static and dynamic parameters are with filters for HKW and inhalation anesthetics difficult to separate from each other and therefore can hardly independently to be examined. That is why it is difficult to get the individual benefits a use of different effective sorbents without optimization to use. It is therefore an urgent matter, the purposefully common Interconnection of at least two sorbent beds of a filter arrangement set.
Es wurde noch nicht gefunden, dass eine Kombination hydrophober Zeolithe mit Aktivkohlen einer Bestwertermittlung von Anteilen in mindestens zweier Sorptionsbetten von Filtern für Inhalationsanästhetika zweckdienlich ist.It has not yet been found that a combination of hydrophobic zeolites with activated carbons of a best value determination of shares in at least two sorption beds of filters for inhalation anesthetics is.
Aufgabe der Erfindung:Object of the invention:
Es ist Aufgabe, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem die im Stand der Technik beschriebenen Nachteile beseitigt werden können.It The task is to develop a procedure in which the in the state of Technique described disadvantages can be eliminated.
Charakteristik der spezifischen Lösung:Characteristic of the specific solution:
Die Aufgabe wurde gemäß den Merkmalen der Patentansprüche gelöst. Erfindungsgemäß wurde ein Verfahren bereitgestellt, bei dem für eine zweistufige Filteranordnung eine räumlich getrennten Sorption unterschiedlich sorbierbarer Stoffmengen durch zeitliche Einflüsse begründet wird.The Task became according to the characteristics of the claims solved. According to the invention was a method is provided, wherein for a two-stage filter arrangement a spatially Separate sorption of different absorbable amounts of substance temporal influences justified becomes.
Damit wird erreicht, dass ein erstes Sorptionsbett mit einer hydrophoben Molekularsiebkohlekohle vor ein zweites Sorptionsbett mit einem hydrophoben Zeolithen in Reihe (hintereinander) verschaltet werden. Beide stellen jeweils eine Prozess-Stufe dar und werden vom Sorptiv räumlich aufeinanderfolgend durchströmt. Bude Stufen weisen einen gemeinsamen Durchsatzparameter für das Trägergas, vor allem für Luft wie auch bei der Regeneration für das Regenerationsmittel Wasserdampf auf. Diese Prozessgrößen sind naturgemäß vom Gasdruck und von der Temperatur sowie vom Gasmengenstrom des Trägergases abhängig. Die Filteranordnung kann in einer Produktions- oder Gasreinigungsanlage kontinuierlich wirken oder auch als regenerierbare und zweckmäßig evakuierbare Filterpatrone ausgestaltet sein. Es wird eine Sorption aus dem Trägergas, insbesondere eine Desorption in das Trägergas und eine Destillation mit Sattdampf miteinander kombiniert. Dabei werden unter Normaldruck die Temperaturen für die Regenerierung bis zu 10°C abgesenkt sowie die Sorbentien wie die Sorbate thermisch geschont. Es ist möglich, durch eine Druckabsenkung infolge Anlegens eines Vakuums die Temperaturen für die Regene rierung zusätzlich abzusenken. Die Geschwindigkeiten der Expirationsgase bei der Durchströmung der aufeinanderfolgenden Stufen betragen 0,2–0,3 m/s, die auf den Strömungsquerschnitt bezogenen Dampfgeschwindigkeiten bei der Regeneration- bis zu 0,4 m3/(m2h), ohne dass die Durchbruchkurven nennenswert verformt werden. Die ungünstige Durchbruchkurven des Kohlefilterbettes wird durch das zusätzliche Zeolithbett in der Filteranordnung in eine günstige umgewandelt.This ensures that a first sorption bed with a hydrophobic molecular sieve charcoal before a second sorption bed with a hydrophobic zeolite in series (one behind the other) are connected. Both represent each a process stage and are flowed through by the Sorptiv spatially successive. Bude stages have a common throughput parameter for the carrier gas, especially for air as well as in the regeneration of the regenerant water vapor. These process variables are naturally dependent on the gas pressure and on the temperature and on the gas flow rate of the carrier gas. The filter assembly may be continuous in a production or gas purification plant or may be configured as a regenerable and suitably evacuated filter cartridge. It becomes a sorption from the carrier gas, in particular a desorption in the carrier gas and a distillation with saturated steam combined. Under normal pressure, the temperatures for regeneration are lowered by up to 10 ° C and the sorbents and sorbates are thermally protected. It is possible to additionally lower the temperatures for the regeneration by lowering the pressure as a result of applying a vacuum. The velocities of the expiratory gases in the flow through the successive stages are 0.2-0.3 m / s, the regeneration-related vapor velocities during regeneration up to 0.4 m 3 / (m 2 h), without the breakthrough curves be significantly deformed. The unfavorable breakthrough curves of the carbon filter bed is converted into a favorable by the additional zeolite bed in the filter assembly.
Es werden Zeolithe mit einer inneren Oberfläche von vorzugsweise 800–1000 m2/g, mit einem mittleren Porendurchmesser von ca. 0,8 nm verwendet. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von dealuminierten Zeolithen und derjenigen vom Faujasittyp. Als Molekularsiebkohlen kommen Stoffe mit inneren Oberflächen von vorzugsweise 1000–1400 m2/g und mit einem mittleren Porendurchmesser von 0,5 bis 1 nm in Frage.Zeolites with an inner surface of preferably 800-1000 m 2 / g, with an average pore diameter of about 0.8 nm are used. Particularly advantageous is the use of dealuminated zeolites and those of the faujasite type. As molecular sieve coals are substances having inner surfaces of preferably 1000-1400 m 2 / g and with an average pore diameter of 0.5 to 1 nm in question.
Die Erfindung wird an Beispielen mit zwei Tabellen näher erläutert, ohne dass die Erfindung auf diese Beispiele beschränkt wird. Die einzige zugehörige Figur zeigt: Filteranordnung mit zwei Sorptionsbetten und charakteristischen Durchbruchkurven und dazu folgende Optimierungsprozedur:The The invention is illustrated by examples with two tables, without the invention limited to these examples becomes. The only one associated Figure shows: Filter arrangement with two sorption beds and characteristic Breakthrough curves and the following optimization procedure:
Optimierung: Optimization:
Ausführungsbeispieleembodiments
Beispiel 1:Example 1:
Ein
Inhalationsanästhetikum
durchströmt
unter milden Bedingungen von 20°C–30°C und unter
Normaldruck einen kombinierten Filter, der ein Aktivkohlebett und
ein Bett aus einem Zeolithen aufweist. Die auf die Filterbetten
querschnittsbezogenen Strömungsgeschwindigkeiten
werden mit ca. 0,05 m/s gemäß Tabelle 1
so eingestellt, dass innerhalb der beiden Stufen nahezu ein Sorptionsgleichgewicht
zwischen den Sorbentien und dem Anästhetikum besteht. Tabelle 1: Optimierte Parameter einer
zweistufigen Sorption
Beispiel 2:Example 2:
Es werden jeweils 50 g Sorbens vorgelegt und mit Sevofluran durchströmt, das zu 1,5% Luft bei 28°C enthalten ist. Gemäß Tabelle 2 wurden für Molekularsiebkohlen und Zeolithe bestimmt:
- – maximale Beladungen qmax;
- – mittlere Durchbruchzeiten tB mit der Basis von 5% des Durchbruchbeginns und 95% des Durchbruchendes,
- – mittlere zeitliche Halbwertsbreiten ΔtB für die Durchbruchszeiten,
- – relative zeitliche Halbwertsbreiten ΔtB/tB dazu
- – die Massenübergangszone MTZ = 2·wB·ΔtB, bezogen auf die Bettlängen Z; bei denen die auf den Strömungsquerschnitt bezogenen Geschwindigkeiten WB = 0,2 m/s sind
- – und der qualitative Verlauf der Durchbruchkurven.
- - maximum loads q max ;
- - average breakthrough times t B with the base of 5% of breakthrough start and 95% of breakthrough end,
- Mean time width half widths Δt B for the breakthrough times,
- - relative temporal half-widths Δt B / t B to this
- - The mass transfer zone MTZ = 2 · w B · Δt B , based on the bed lengths Z; in which the related to the flow cross-section speeds W B = 0.2 m / s
- - and the qualitative course of breakthrough curves.
Die Molekularsiebkohlen besitzen Vorzüge aufgrund ihrer hohen Kapazität, die Zeolithe aufgrund ihrer steileren Durchbruchskurven.The Molecular sieves have advantages because of their high capacity, the zeolites due to their steeper breakthrough curves.
Indices
- B
- auf Sorbensbett bezogen
- i
- Stufenzahl
- max
- größtmöglichst
- T
- total; gesamt
- 0
- Stufeneingang
- 1
- 1. Stufe
- 2
- 2. Stufe
- B
- based on sorbent bed
- i
- number of stages
- Max
- greatest possible extent
- T
- total; total
- 0
- stage input
- 1
- 1st stage
- 2
- 2nd stage
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