DE19549271A1

DE19549271A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Narkosegasen

Info

Publication number: DE19549271A1
Application number: DE19549271A
Authority: DE
Inventors: Helmut Prof Dr Stach; Hans-Juergen Dr Bachert; Hartmut Welke
Original assignee: BACHERT HANS JUERGEN DR
Current assignee: BACHERT HANS JUERGEN DR
Priority date: 1995-12-27
Filing date: 1995-12-27
Publication date: 1997-07-03

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor richtung zur Entfernung und Rückgewinnung von Gasen, die in der Anästhesie verwendet werden. Die Vorrichtung verwendet bestimmte mikroporöse Festkörper zur Abtrennung und Zwischenspeicherung der Gase sowie eine thermisch induzierte anschließende Austreibung aus diesen Festkörpern mit anschließender weitgehender Rückge winnung.

Bekannt sind Vorrichtungen, mit deren Hilfe Gasgemische durch ihr Einleiten in definierte chemische Stoffe derart aufgespalten wer den, daß die gewünschte Abtrennung durch vorwiegend chemische Re aktion erfolgt. In dieser Weise entstehen neue Verbindungen, die entweder in der vorliegenden Form entsorgt oder langzeitgelagert werden, aber in den meisten Fällen nur sehr schwer recyclebar sind. Beispiele für absorptive Gasreiniger, die auf dem Prinzip des Durchströmens einer geeigneten chemisch aktiven Flüssigkeit beruhen, sind sogenannte Scrubber, wie sie in der Halbleiter industrie für hochtoxische Prozeßgase Verwendung finden oder auch unterschiedliche Trockenbettabsorber, deren aktive Komponenten für die verschiedensten abzutrennenden Gase optimiert werden kön nen. Alle diese Anlagen weisen den gemeinsamen Nachteil auf, daß sie nicht für eine wirtschaftliche Rückgewinnung der in ihnen sorbierten Gase konzipiert sind.

Es ist ebenfalls allgemein bekannt, daß neben der genannten Ab sorption in geeigneten Flüssigkeiten und Feststoffen, mikroporöse Festkörper wie Zeolithe, Aktivkohle u.ä. bestimmte Stoffe unter Abgabe von Wärmeenergie adsorbieren und bei Aufnahme von Wärme energie desorbieren können. Ähnliche Prozesse laufen auch bei physikalischen Zustandsänderungen (z. B. Eis-Wasser-Dampf) ab.

Der Stand der Technik ist durch eine Vielzahl von Veröffentli chungen zur Sorption der verschiedensten Gase in Flüssigkeiten, festen Absorbern aber auch Zeolithen und anderen mikroporösen Festkörpern gekennzeichnet. So wird in EP-0.145.642 und US- 4.612.174 ein sogenannter Flüssigkeits-Scrubber mit zwei im Ge genstrom arbeitenden Absorbersäulen beschrieben, der Halogene und andere Stoffe praktisch vollständig neutralisiert. Gasmaskenfil ter absorbieren und adsorbieren Schadstoffe bis zum Erreichen ei ner Sättigungsgrenze ebenfalls vollständig, jenseits der, relativ leicht kontrollierbar, die Stoffe praktisch unbeeinflußt durchge lassen werden. Dies bedeutet, daß sich stets ein Sättigungsgrad einstellt, bei dem sich die Sorbentien und die Sorptive im Gleichgewicht befinden. Dieser Punkt ist im wesentlichen von Druck und Temperatur der Komponenten abhängig.

Die technischen, physikalischen und chemischen Voraussetzungen für eine möglichst hohe Sorptionskapazität, verbunden mit einer optimalen Regenerierbarkeit der Sorptionsanlagen, sind ausführ lich in den Veröffentlichungen DE 40 03 668, DE 37 31 688, DE 37 13 346, DE 36 28 858 und DD 2 39 947 beschrieben.

Alle bekannten Anordnungen weisen die Gemeinsamkeit auf, daß ent weder die beim Sorptionsprozeß abgeschiedenen Stoffe dort gebun den bleiben und mit den Sorbentien zusammen, beispielsweise in geeigneten Verbrennungsanlagen, entsorgt oder auch auf chemischem Wege in relativ unschädliche Produkte umgewandelt und anschlie ßend deponiert werden. So sind u. a. Gasmasken der Firma Dräger, Lübeck, mit zumeist aus modifizierter Aktivkohle bestehenden Sor bentien gefüllt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sorption vorwiegend gasförmiger Stoffe, bei spielsweise von Narkosegasen, zur Verfügung zu stellen, die es gestatten, unter Ausnutzung von in geeigneter Weise angepaßten Desorptionsprozessen die Rückgewinnung dieser Stoffe zwecks Ko steneinsparung oder Entlastung der Umwelt zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und die Vorrichtung, wie sie in den Patentansprüchen definiert sind, gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Entfernung und Rückgewinnung von Gasen unterschiedlichen Dampfdrucks aus Gasgemischen, bei dem einzelne Komponenten der Gemische in vorwiegend sorbierenden Stoffen gebunden werden, während andere Komponenten diese passie ren, ist dadurch gekennzeichnet, daß man einerseits

- das sorbierte Gas mittels Erwärmen der sorbierenden Stoffe desorbiert und in einem sich anschließenden Kondensator verflüs sigt sowie lagert und einer Wiederverwendung zuführt, und ande rerseits
- die nicht sorbierten Komponenten des genannten Gasgemisches in einer Vorrichtung unter Ausnutzung ihres jeweiligen temperaturab hängigen Dampfdrucks soweit verdichtet, daß sie verflüssigt, ge lagert und wiederverwendet werden können.

Die sorbierenden Stoffe sind Zeolithe, speziell angepaßt an die jeweils zu adsorbierenden Gase.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des oben ge nannten Verfahrens besteht, mit Bezug auf Fig. 1, aus einem Raum 1, in dem das zu entsorgende Gasgemisch gesammelt wird. Über den Vorverdichter 2 und das Dreiwegeventil 5 ist dieser Raum mit den Sorptionsabscheidern 3; 4 verbundenen. Die Sorptionsabschei der 3; 4 sind mit einer regelbaren Heizung versehen, die es er möglicht, die sorbierten Stoffe, beispielsweise Narkosegase, al ternierend auszutreiben. Durch einen nachfolgenden Kondensator 12 und/oder einen geeigneten Verdichter 8 kann dann nach dem gerade ausgeheizten, d. h. desorbierenden Sorptionsabscheider 4 über die geeignet geschalteten Dreiwegeventile 6; 7 der sorbierte Stoff durch Kondensation im Kondensator 12 bei relativ niedrigen Tempe raturen in der Größenordnung von etwa 20°C abgeschieden und im Kondensatbehälter 13 gesammelt oder über das Ablaßventil 14 zu rückgewonnen werden. Das weitere, nicht resorbierte Gas gelangt über den anderen Sorptionsabscheider 3 und das Ventil 6 in den Verdichter 8, wird dort verflüssigt und kann anschließend im Kon densatbehälter 9 gesammelt und über das Ventil 10 zurückgewonnen werden. In der erläuternden Fig. 1 sind Vorrichtungen zur Tempe raturmessung und Gasmengenregulierung sowie die Steuerelektronik für Ventile, Temperaturen und Druck nicht dargestellt.

Die beschriebene Vorrichtung ist insbesondere zur Abtrennung und Wiedergewinnung von Narkosegasen und Lachgas aus Raumluft bzw. Abluftsystemen in der medizinischen Anästhesie vorgesehen. Zu diesem Zweck können die Sorptionsabscheider 3; 4 wechselseitig zur Sorption (Abscheidung) des Narkosegases oder mit Hilfe eines geeigneten Temperatur-Zeit-Zyklus zur Desorption bei Temperaturen bis zu 350°C benutzt werden, wobei das adsorbierte Gas auf an sich bekannte Weise wieder ausgetrieben und bei geöffnetem Ven til 7 im Kondensator 12 kondensiert und im Kondensatbehälter 13 gelagert wird. Nach Unterbrechung der externen Energiezufuhr ist die Vorrichtung bei dann geschlossen Dreiwegeventilen 6; 7 gela den und kann bis auf Umgebungstemperatur abkühlen, wonach dieser Sorptionsabscheider wieder zur Sorption von Narkosegas verwendet und bei Bedarf nunmehr der zweite Sorptionsabscheider desorbiert werden kann.

In einem kontinuierlichen Prozeß ist demnach stets ein Kanal zur Sorption von beispielsweise Narkosegas und zum gleichzeitigen Durchlassen eines Luft-Lachgas-Gemisches geeignet, das anschlie ßend soweit verdichtet wird, daß sich das Lachgas verflüssigt und im Kondensatbehälter 9 gesammelt werden kann. Im zweiten Kanal wird das Narkosegas ausgetrieben und durch einfache Temperaturab senkung in einem Kondensator ebenfalls verflüssigt sowie im Kon densatbehälter 13 aufgefangen.

Die beschriebene Vorrichtung kann stationär oder auch mobil, bei spielsweise zur Wiedergewinnung von entweder umweltschädlichen und/oder kostspieligen Gasen verwendet werden.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird an ei nem Beispiel näher erläutert.

Beispiel

Zum Zwecke der Nutzung in Verbindung mit einem Operationsraum wird hier eine stationäre Vorrichtung beschrieben. Unter der An nahme, daß während einer Operation etwa 0,1 kg Narkosegas und 2 kg Lachgas in einer Luftmenge von 100 kg gelöst vorliegen, er folgt zunächst im Vorverdichter 2 eine Druckerhöhung um etwa 1 Bar, so daß das Gasgemisch durch Rohrleitungen relativ geringen Querschnitts mit Hilfe des Dreiwegeventils 5 auf die Sorptionsab scheider 3; 4 verteilt werden kann. Unter der Annahme, daß der Sorptionsabscheider 3 für das enthaltene Narkosegas aufnahmefähig ist, wird es dort vollständig sorbiert, während Lachgas und Luft den Sorptionsabscheider unbeeinflußt passieren. Entsprechende Schaltungen der Ventile 6; 7 (in Fig. 1 durch gefüllte Markierung dargestellt) bewirken, daß das Luft-Lachgas-Gemisch in den Ver dichter 8 gelangt und dort auf beispielsweise 30 Bar verdichtet wird. Die nachfolgende Abkühlung auf etwa Zimmertemperatur läßt das Lachgas verflüssigen, so daß es im Kondensatbehälter 9 gesammelt und einer späteren Wiederverwendung über das Ablaßven til 10 zugeführt werden kann. Das Druckregelventil 19 stellt den erforderlichen Verflüssigungsdruck ein und läßt gleichzeitig die Luft entweichen.

Unter der Annahme, daß sich im Sorptionsabscheider 4 sorbiertes Narkosegas befindet, kann zeitlich parallel oder auch versetzt dieser Behälter auf beispielsweise 100°C bis 200°C erwärmt wer den. Dabei wird das Narkosegas ausgetrieben, anschließend bei in geeigneter Weise geöffnetem Dreiwegeventil 7 im nachfolgenden Kondensator 12 bei Temperaturen um 20°C wieder verflüssigt und seinerseits im Kondensatbehälter 13 gesammelt, um für eine späte re Wiederverwendung über das Ablaßventil 14 zur Verfügung zu ste hen.

Eine optimierte technische Anordnung unter Verwendung dieses Prinzips benötigt eine Menge an Sorptionsmittel von etwa 1 kg, wenn zunächst etwa 0,1 kg Narkosegas sorbiert werden sollen, um sie dann einer Rückgewinnung zuführen zu können. Geeignete Sorp tionsmittel sind vornehmlich mikro- und makroporöse Festkörper, insbesondere Zeolithe, die durch geeignete Synthese- bzw. Modifi zierungsbedingungen der selektiven Abtrennung von Gasen und Dämp fen aus einem Gemisch angepaßt sind.

Bezugszeichenliste

1 Raum
2 Vorverdichter
3 Sorptionsabscheider
4 Sorptionsabscheider
5 Dreiwegeventil
6 Dreiwegeventil
7 Dreiwegeventil
8 Verdichter
9 Kondensatbehälter
10 Ablaßventil
11 Leitung
12 Kondensator
13 Kondensatbehälter
14 Ablaßventil
15 Leitung
16 Leitung
17 Leitung
18 Leitung
19 Druckregelventil

Claims

1. Verfahren zur Entfernung und Rückgewinnung von Gasen unter schiedlichen Dampfdrucks aus Gasgemischen, bei dem einzelne Kom ponenten der Gemische oberhalb einer stoffspezifischen Temperatur in vorwiegend sorbierenden Stoffen gebunden werden, während ande re Komponenten diese passieren, dadurch gekennzeichnet, daß man

- das sorbierte Gas mittels Erwärmen der sorbierenden Stoffe de sorbiert und in einem anschließenden Kondensator verflüssigt so wie lagert, gegebenenfalls reinigt und einer Wiederverwendung zu führt, und
- einen Teil der nicht sorbierten Komponenten des genannten Gas gemisches in einer Vorrichtung unter Ausnutzung ihres jeweiligen temperaturabhängigen Dampfdrucks soweit verdichtet, daß es ver flüssigt, gelagert, ebenfalls gereinigt und wiederverwendet wer den kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sorbierenden Stoffe besonders an die jeweils zu adsorbierenden Gase angepaßte spezielle mikro- bzw. mesoporöse Festkörper, bei spielsweise Zeolithe, sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mikro- bzw. mesoporösen Festkörper Zeolithe, modifizierte Zeolithe, Alumophosphate, modifizierte Alumophosphate, Alumosi likate, Silikate und andere sind, hydrophoben und organophilen Charakter besitzen, ein geringes oder kein elektrostatisches Feld in den Poren und Hohlräumen aufweisen und einen einheitlichen Po rendurchmesser besitzen, der durch die Synthese- bzw. Modifizie rungsbedingungen dem Moleküldurchmesser der zu sorbierenden Gase angepaßt werden kann und in seinen Abmessungen dem Gasmolekül durchmesser entspricht bzw. größer als dieser ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Raum (1) zur Sammlung des zu entsorgenden Gasgemisches besteht, der über einen Vorverdichter (2) und ein Dreiwegeventil (5) mittels der Leitun gen (15; 16) mit den mit Heizvorrichtungen ausgestatteten Sorp tionsabscheidern (3; 4) verbunden ist, wobei sich an den Sorp tionsabscheider (3) über ein Dreiwegeventil (6) und die Leitung (11) ein Kondensator (12) und/oder über die Leitung (17) ein Ver dichter (8) sowie ein weiteres Dreiwegeventil (7) anschließen, das seinerseits mit dem Sorptionsabscheider (4) und über eine Leitung (18) mit dem Kondensator (12) und dem Dreiwegeventil (6) in Verbindung steht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verdichter (8) und dem Kondensator (12) jeweils Kondensatbehälter (9; 13) mit den entsprechenden Ablaßventilen (10; 14) nachgeord net sind und ein Druckregelventil (19) vorgesehen ist, das die weder adsorbierten noch kondensierten Komponenten des Gasgemi sches, insbesondere Luft, in die Umwelt abläßt.