DE4320629C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Rückgewinnung von Lösungsmitteln aus Abluft - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Lösungsmitteln aus Abluft.

Stand der Technik

Bei der Konfektionierung von pharmazeutischen Produkten fallen beispiels­ weise beim Granulieren, Trocknen und Beschichten erhebliche Mengen von Lö­ sungsmitteln in den Abluftströmen der entsprechenden Apparate an. Bisher wurden diese Lösungsmittel durch verschiedene Verfahren, wie z. B. Kondensa­ tion oder Auswaschen aus den Abluftströmen entfernt und durch Verbrennen, biologischen Abbau oder Verwendung für nichtpharmazeutische technische Pro­ zesse, bei denen nur geringe Reinheitsanforderungen bestehen, außerhalb der Pharmabetriebe entsorgt.

Zur Reinigung lösungsmittelhaltiger Abluft unter gleichzeitiger Rückgewin­ nung der Lösungsmittel werden je nach Schadstoff und den spezifischen Rand­ bedingungen verschiedener Industriezweige unterschiedliche Verfahren einge­ setzt. Für die Abscheidung von Lösungsmitteln aus Abluft sind bei diesen Prozessen Kondensation, Adsorption, Gaspermeation und Absorption üblich.

Nachteilig an Kondensationsverfahren bzw. Kaltwäschen sind u. a. die erfor­ derlichen tiefen Betriebstemperaturen (z. B. -40 bis -60°C). Zur Vermeidung des Einfrierens von Wärmetauscherflächen ist eine aufwendige Vorabscheidung von Wasser, z. B. an Molekularsieben, notwendig. Außerdem besteht die Gefahr der Bildung von Nebeln (Aerosole),die separat abgeschieden werden müssen.

Bei dem bekannten Verfahren der Adsorption an Aktivkohle in Festbetten und Regeneration mit Wasserdampf entsteht ein sehr verdünntes Vorprodukt, des­ sen Aufarbeitung einen hohen technischen Aufwand erfordert. Bei der Regene­ ration mit Heißluft oder Inertgasen ist zur Aufkonzentrierung eine Tief­ kühlkondensation mit den bereits erwähnten Nachteilen erforderlich.

Bei den bekannten Absorptionsverfahren besteht wie bei der Adsorption und Regeneration mit Wasserdampf das Problem der sehr großen Verdünnung. Bei einer nachfolgenden Rektifikation besteht das Problem, daß es nur sehr schwer zu vermeiden ist, daß in das Kopfprodukt Wirkstoffspuren gelangen. Außerdem ist bekannt, daß sich auf den Einbauten der Absorptionskolonnen Mikroorganismen ansiedeln können, die in die Rektifizierkolonnen und damit auch in das Endprodukt verschleppt werden können.

Bei dem bekannten Verfahren der Gaspermeation durch eine Membran besteht die Schwierigkeit, die Lösungsmittel so weitgehend zu entfernen, daß die Vorschriften bezüglich der maximal zulässigen Schadstoffwerte erfüllt wer­ den. Außerdem ist auch bei diesen Verfahren auf der Sekundärseite der Mem­ bran eine nachteilige Tiefkühlkondensation unter Vakuumbedingungen erfor­ derlich.

Beschreibung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird in der Zurverfügungstellung ei­ nes Verfahrens gesehen, durch das es möglich ist, Lösungsmittel aus Ablüf­ ten zurückzugewinnen und zu einer Qualität aufzuarbeiten, die ihren Wieder­ einsatz in der pharmazeutischen Produktion ermöglicht. Die wiedergewonnenen Lösungsmittel sollen den hohen Anforderungen nach den Monographien des Deutschen Arzneibuches Ausgabe 9 (DAB 9) und den Pharmakopöen anderer Län­ der bezüglich der Restgehalte an Wirkstoffen aus der Produktion oder an an­ deren Fremdsubstanzen und auch bezüglich der mikrobiologischen Eigenschaf­ ten gerecht werden.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens, das an den weitgehend instationären Betrieb von Trocknern und Granulatoren angepaßt ist, d. h. auch bei stark schwankenden Lösungsmittel­ beladungen, unterschiedlichen Wasserdampfgehalten sowie Feinststaubanteilen aus verschiedenen Produktansätzen die Lösungsmittel in gleichbleibender Qualität liefert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist insbesondere die Angabe eines Ver­ fahrens, das vor allem zur Rückgewinnung von in der pharmazeutischen Pro­ duktion üblichen Lösungsmitteln, wie z. B. Ethanol, Isopropanol, Aceton und Methylenchlorid und deren Gemischen geeignet ist.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in der Schaffung eines Verfahrens, das die Vernichtung von nicht mehr brauchbaren Lösungsmitteln vermeiden hilft und damit zur Schonung der Resourcen und zum Umweltschutz beiträgt.

Ein weiteres Ziel wird in der Einsparung von Kosten gesehen.

Es wurde nun festgestellt, daß sich überraschenderweise diese Aufgaben lö­ sen und die genannten Ziele dadurch erreichen lassen, daß bei Verfahren zur Rückgewinnung von Lösungsmitteln aus Abluft unter Einbeziehung einer Mem­ branpervaporation als Trennschnitt die Abluft in einer schwerflüchtigen or­ ganischen Flüssigkeit absorbiert wird, die einer Membranpervaporation un­ terworfen wird.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Rückgewinnung von Lö­ sungsmitteln aus Abluft, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Abluft in einer schwerflüchtigen organischen Flüssigkeit absorbiert und diese einer Membranpervaporation unterwirft.

Bei der Membranpervaporation erfolgt eine Verdampfung durch eine Membran. Dieses Verfahren ist an sich lange bekannt, hat aber nur in wenigen Fällen zu einer technischen Anwendung geführt. Beispielsweise wurde dieses Verfah­ ren als zur Entalkoholisierung von Bier oder zur Absolutierung von Alkohol geeignet beschrieben.

In der EP-A-0423949 wird ein Verfahren zur Trennung von bei chemischen Syn­ thesen anfallenden Gemischen von Alkoholen mit Ethern, Aldehyden, Ketonen und Estern durch Membranpervaporation beschrieben. Die EP-A-0385119 offen­ bart ein Verfahren zur Abtrennung von wenig wasserlöslichen organischen Verbindungen aus Wasser, bei dem zwei parallel laufende Pervaporations­ schritte vorgesehen sind. Die EP-A-0380424 betrifft ein Verfahren zur Kon­ zentration von wäßrigen Flüssigkeitsgemischen, die flüchtige organische Komponenten und Zucker enthaften, mit Hilfe der Membranpervaporation. In der DE-A-38 40 576 wird ein Verfahren zur Abtrennung von Bestandteilen aus einem Fluidgemisch durch Kombination einer Membranpervaporation mit einer invers selektiven Lösungsmembran-Diffusion angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird so durchgeführt, daß in einer ersten Stufe die in der belasteten Abluft enthaltenen organischen Lösungsmittel in eine schwerflüchtige organische Waschflüssigkeit eingebracht werden. Die beladene Waschflüssigkeit wird anschließend erhitzt und durch eine lösungs­ mittelselektive porenfreie Membran teilweise verdampft (Pervaporation). Das Beladen der Waschflüssigkeit erfolgt vorzugsweise durch Absorption. Diese Absorption wird erfindungsgemäß vorzugsweise in üblichen Absorptionskolon­ nen durchgeführt.

Weitere Gegenstände ergeben sich aus den Ansprüchen.

Als schwerflüchtige organische Waschflüssigkeit im Absorber kommen insbe­ sondere Glycolether und Siliconöle in Frage, wobei Glycolether besonders bevorzugt sind. Die Reinigung bzw. Auftrennung der durch Pervaporation aus der Waschflüssigkeit gewonnenen Lösungsmittel bzw. Lösungsmittelgemische kann durch Rektifikation und/oder durch ein- oder mehrstufige Kondensation bei verschiedenen Drücken erfolgen.

Ein weiterer Gegenstand des erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Trennschritt der Membranpervaporation eine ein- oder mehrstufige Kondensation bei verschiedenen Drücken anschließt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können aus Ablüften organische Lö­ sungsmittel in einer Reinheit gewonnen werden, die ihre Rückführung selbst in pharmazeutische Produktionsverfahren erlaubt. Die wiedergewonnenen Lö­ sungsmittel sind frei von verschleppten Wirkstoffen wie auch von ver­ schleppten Keimen. Besonders hervorzuheben ist auch die Anwendung relativ niedriger Betriebstemperaturen, die zum einen eine Verwendung von Abwärme auf mittlerem Temperaturniveau zur Beheizung erlaubt und sich zum anderen auf die Stabilität und die Lebensdauer der organischen Waschflüssigkeit po­ sitiv auswirkt.

In einer konkreten Ausführungsform wird die beladene Abluft zunächst in ei­ ner Kolonne auf die Absorptionstemperatur abgekühlt, wobei ein Teil des in der Abluft befindlichen Wasserdampfes auskondensiert. Die Kühlung erfolgt vorteilhaft in einer Füllkörperschüttung, was einen sehr effektiven Wärme­ austausch auch bei geringen Temperaturdifferenzen gewährleistet. Die Wärme­ abfuhr aus dem Primärkühlkreislauf kann beispielsweise in einem Wärmeaus­ tauscher mit Sole von etwa 7°C erfolgen. Auf diese Weise erhält man eine Absorptionstemperatur von etwa 10°C, was hohe Waschflüssigkeitsbeladungen und einen geringen Waschflüssigkeitsumlauf ermöglicht. Das Kondensat aus der Kühlstufe wird zusammen mit der im Absorptionsteil beladenen Waschflüs­ sigkeit in einen Zwischenstapeltank befördert. Von dort wird die aufberei­ tete Flüssigkeit in die Pervaporationsanlage gepumpt. Diese besteht aus einer oder mehreren hintereinander geschalteten Einheiten gleicher oder un­ terschiedlicher Bauart, die jeweils eine innere Flüssigkeitszirkulation be­ sitzen. In diesem Zirkulationskreislauf wird der Flüssigkeit die Wärmemenge zugeführt, die zum Verdampfen des Pervaporats erforderlich ist. Durch die innere Zirkulation vermeidet man einen zu starken Temperatur- und damit Permeatflußabfall in den Modulen. Durch einen Niveauschalter bzw. eine ein­ fache und robuste Niveauregelung, die ein Regelventil steuert, wird der Re­ tentatstrom aus der Einheit ausgetragen. Die zirkulierende Flüssigkeitsmen­ ge wird durch eine Blende im Kreislauf fest eingestellt. Das Permeat wird gasförmig in eine Rektifikationsanlage und/oder in eine ein- oder mehrstu­ fige Kondensationsanlage eingespeist und dort aufgetrennt. Der Rücklauf aus der Kondensationsanlage hat in etwa die Zusammensetzung der in die Pervapo­ rationseinheit eintretenden Flüssigkeit und kann deshalb vor der Pervapora­ tionseinheit wieder eingespeist wenden. Die Anlagenkonzeption läßt folgende Betriebsarten zu: Teillastbetrieb und Umluftbetrieb mit jeweils zirkulie­ rendem Waschflüssigkeitsstrom, Umluft- und Durchluftbetrieb. Es kann daher die für die jeweils anfallende lösungsmittelhaltige Abluft wirtschaftlich günstigste Betriebsart gefahren werden.

Claims (3)

1. Verfahren zur Rückgewinnung von Lösungsmitteln aus Abluft, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abluft in einer schwerflüchtigen organischen Flüssigkeit absorbiert, und diese einer Membranpervaporation unterwirft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als schwer­ flüchtige organische Flüssigkeit Glycolether einsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man an den Trennschritt der Membranpervaporation eine Rektifikation in einer Verstärkersäule und/oder eine ein- oder mehrstufige Kondensation bei verschiedenen Drücken anschließt.