NL8902897A

NL8902897A - Zuiveren van lucht.

Info

Publication number: NL8902897A
Application number: NL8902897A
Authority: NL
Original assignee: Tno
Priority date: 1989-11-23
Filing date: 1989-11-23
Publication date: 1991-06-17
Also published as: JPH03181310A; EP0430331A1

Description

Zuiveren van lucht.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verwijderen van organische stoffen uit lucht, waarbij de lucht wordt geleid langs één zijde van een membraan - de retentaatzijde - en onder invloed van een drijvende kracht kan permeëren naar de andere zijde van het membraan - de permeaatzijde. Zulke organische stoffen zijn bijvoorbeeld oplosmiddelen, zoals alifatische en aromatische koolwaterstoffen, gechloreerde koolwaterstoffen, freonen en benzinedampen.

Een dergelijke methode is bijvoorbeeld bekend uit het Amerikaanse octrooi no. 4.553.983. Daarin wordt beschreven hoe lucht, verontreinigd met organische stoffen in dampvorm, langs een semipermeabel membraan wordt geleid dat voor de betreffende organische stoffen een permeabiliteit heeft, die veel hoger is dan die voor lucht. Tussen de beide zijden van het membraan is een drukverschil aangebracht, zó dat er voor de te verwijderen component een verschil in partieeldruk bestaat in de richting van de achterzijde, de z.g. permeaatzijde. Dit verschil in partieeldruk is de drijvende kracht voor transport van de te verwijderen component door het membraan heen, in de richting van die permeaatzi jde. In combinatie met de permeabiliteit die groter is voor de te verwijderen verontreiniging dan voor lucht - de verhouding van de permeabiliteiten heet: scheidingsfactor - leidt dit er toe dat de te verwijderen component naar de achterzijde permeëert de gezuiverde lucht, het retentaat, langs de voorzijde verder stroomt. Bij een hoge scheidingsfactor, bijvoorbeeld van meer dan 50, kan het permeaat zodanig hoge concentraties van de verontreiniging bevatten, dat deze via condensatie goed kan worden teruggewonnen.

In het algemeen wordt het hier bedoelde verschil in partieeldruk verkregen door middel van een grote onderdruk, bijvoorbeeld een vacuüm aan de permeaatzijde. Hiervoor is relatief grote apparatuur nodig, zoals een vacuümpomp of een compressor. In veel gevallen, waarin men de hiervóór genoemde methode zou willen toepassen, is het echter door gebrek aan ruimte niet mogelijk om daar waar de verontreiniging uit de lucht wordt afgescheiden - bij de z.g. membraanmodule - ook de terugwinning te doen plaats hebben. Dit is vooral vaak het geval wanneer het gaat om het verwijderen van verontreinigingen uit kleine luchtstromen; in het algemeen wanneer de werkwijze ’op kleine schaal’ wordt toegepast. Een voorbeeld hiervan is het verwijderen en terugwinnen van koolwaterstof dampen uit de lucht, die vrijkomen door verdringing uit een opslagtank bij het vullen met vloeibare koolwaterstoffen, zoals bij het tanken van benzine in een auto bij een tankstation.

In een dergelijk geval lijkt splitsing van de installatie in een terugwinningsdeel - de membraanmodule - en een vacuümdeel op afstand daarvan een oplossing te kunnen bieden. Echter: er zal dan in de te gebruiken leidingen een te grote drukval plaatshebben, w aardoor deze oplossing niet goed realiseerbaar is.

De uitvinding beoogt voor het genoemde probleem een oplossing te geven. De werkwijze volgens de uitvinding vertoont daartoe het kenmerk dat langs de permeaatzijde van het membraan een vloeistof stroomt, die een grote affiniteit heeft tot de te verwijderen stof.

Bij toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding wordt het verschil in partieeldruk als drijvende kracht voor het transport van de te verwijderen stof door het membraan niet door een drukverschil gecreëerd, maar door de zeer lage partieeldruk van de te verwijderen stoffen in de vloei stof fase t.o.v. die in de dampfase (de te verwijderen stof kan oplossen in de achter het membraan stromende vloeistof). De vloei-stofstroom treedt dus als het ware in de plaats van het vacuüm.

Voor het uit lucht verwijderen van een organische component, kan als vloeistof in het bijzonder olie worden gebruikt. De betreffende olie, bijvoorbeeld siliconenolie, die de gewenste affiniteit heeft tot bijvoorbeeld koolwaterstoffen, kan gescheiden van de membraanmodule worden geregenereerd, bijvoorbeeld door verwarmen. Door het - dichte-gasscheidingsmembraan kan de olie niet rechtstreeks in contact met de lucht treden en kan hij die dus niet vervuilen.

Bij het gebruik van zogenaamde composietmembranen (die bestaan uit een microporeuze onderlaag en een selectieve toplaag) dient de uitvoering bij voorkeur zodanig te zijn, dat de vloeistof langs de toplaag stroomt en de lucht langs de onderlaag.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van drie uitvoeringsvoorbeelden van de werkwijze volgens de uitvinding. Uitvoeringsvoorbeeld 1

Uit een luchtstroom van 40 liter per uur, verontreinigd met 10¾ (volumeprocenten) hexaan, moest de hexaan worden verwijderd. De luchtstroom werd daartoe geleid door een membraanmodule, bestaande uit 100 holle, microporeuze vezels met een binnendiameter van 0,6 mm en een buitendiameter van 1 mm en aan de buitenkant een dunne - ca 10 pm-laag van polydimethyl siloxaan (PDMS). Het totale membraanoppervlak per module bedroeg ca 470 cm2. Om de vezels heen werd siliconenolie geleid met een moleculair gewicht van 500 D. De stroomsnelheid van de olie door de module bedroeg ongeveer 0,4 liter/uur.

Het resultaat was, dat in de uitstromende lucht nog ca 1 vol.%, of minder hexaan aanwezig was.

Uitvoerinctsvoorbeeld 2

Door dezelfde membraanmodule als gebruikt in uitvoeringsvoorbeeld 1, werd om de vezels een parafinische olie met een viscositeit van ongeveer 75 mPa.s geleid. De doorstroomsnelheid van de olie door de module bedroeg ongeveer 0,6 liter/uur. Door de vezels werd een luchtstroom van 60 liter/uur, verontreinigd met 10 vol.% hexaan, geleid.

Het resultaat was dat in de uitstromende lucht 1 vol.% of minder hexaan aanwezig was.

Uitvoeringsvoorbeeld 3

Zie uitvoeringsvoorbeeld 2, maar nu toegepast op een luchtstroom van 60 liter/uur, bevattende 10 vol.% 1.1.1-trichloorethaan.

Het resultaat was, dat meer dan 90% van de 1.1.1-trichloorethaan verwijderd was.

Ter verdere toelichting van de uitvinding dient de tekening, waarin schematisch wordt aangegeven hoe de bekende werkwijze werd uitgevoerd - Fig. 1; en hoe de werkwijze volgens de uitvinding wordt uitgevoerd - Fig. 2.

In Fig. 1 is 1 de verontreinigde luchtstroom, die wordt geleid in de membraanmodule 2, aan de retentaatzijde 3 van het membraan 4. Door de drijvende kracht, veroorzaakt door het drukverschil 5 tussen reten-taatzijde 3 en permeaatzijde 6, gaat de verontreiniging uit de luchtstroom 1 door het membraan 4 heen naar de permeaatzi jde 6 en wordt daarvandaan afgevoerd 7 om eventueel te worden teruggewonnen. De gezuiverde luchtstroom 8 stroomt uit de module.

Fig. 2 toont hoe eenzelfde luchtstroom 1 in de module 2 stroomt langs de retentaatzijde 3 van het membraan 4. Langs de permeaatzijde 6 stroomt nu echter conform de werkwijze volgens de uitvinding, een stroom siliconenolie, die een grote affiniteit heeft tot de uit de lucht te verwijderen stof. Deze oliestroom komt in de plaats van het drukverschil 5 en zorgt voor de drijvende kracht die de te verwijderen stof door het membraan leidt. Van rechts naar links in de tekening neemt de concentratie van de te verwijderen stof in de olie toe en met de verontreiniging erin, stroomt de olie - 10 - uit de module 2. De gezuiverde lucht 8 verlaat de module aan de retentaatzijde 3.

In de praktijk kan voor de uitvoering van deze werkwijze zowel van een module met vlakke membranen gebruik worden gemaakt, alsook van een module met zogenaamde holle vezels.

Claims

1. Werkwijze voor het verwijderen van organische stoffen uit lucht, waarbij de lucht wordt geleid langs één zijde van een membraan- de retentaatzijde - en onder invloed van een drijvende kracht kan permeëren naar de andere zijde van het membraan - de permeaatzijde, met liet kenmerk dat langs de permeaatzijde van het membraan een vloeistof stroomt, die een grote affiniteit heeft tot de te verwijderen stof.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de vloeistof olie is.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk dat de olie een siliconenolie is.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, waarbij het membraan een composietmembraan is, met een microporeuze onderlaag en een selectieve toplaag, met het kenmerk dat de vloeistof stroomt langs de toplaag en de lucht langs de onderlaag.