NO884610L

NO884610L - PROCEDURE FOR THE RECOVERY OF VOLATILE COMPOUNDS FROM AN ATMOSPHERE.

Info

Publication number: NO884610L
Application number: NO884610A
Authority: NO
Inventors: Karl-Erik Ungerholm
Original assignee: Utilex Ingf
Priority date: 1987-02-27
Filing date: 1988-10-17
Publication date: 1988-10-17
Also published as: DK564588A; NO884610D0; DK564588D0

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for gjenvinning av flyktige forbindelser forskjellig fra vann fra den atmosfære som evakueres fra rom, i hvilke materialer som inneholder flyktige forbindelser fremstilles, håndteres, oppbevares eller anvendes. Disse flyktige forbindelser har tiltrukket seg mye oppmerksomhet som en sjenanse for omgivelsene og som en trussel mot miljøet. Dessuten fore-ligger det en interesse for gjenvinning og gjenbruk av disse forbindelser. Oppfinnelsen er særlig henført til løsemidler og dispersjonsbærere for lakk, trykksverte, klebemiddel, plaster og rengjørings- og ekstraheringsvæsker. Disse forbindelser består vanligvis av hydrokarboner eller halogene hydrokarboner, men oppfinnelsen dekker også andre flyktige forbindelser, f.eks.karbondisulfid. The present invention relates to a method for the recovery of volatile compounds other than water from the atmosphere evacuated from rooms in which materials containing volatile compounds are produced, handled, stored or used. These volatile compounds have attracted much attention as a nuisance to the environment and as a threat to the environment. Furthermore, there is an interest in recycling and reusing these compounds. The invention is particularly related to solvents and dispersion carriers for varnishes, printing inks, adhesives, plasters and cleaning and extraction liquids. These compounds usually consist of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons, but the invention also covers other volatile compounds, e.g. carbon disulphide.

Fordampning av løsemidler skjer blant annet ved tilvirking, håndtering, lagring og ved bruk av lakk. Utslipp av løse-middeldamper ved maling og lakkering er blitt gitt mye oppmerksomhet. Slik lakkering utføres i sprøytebokser eller kammere som blir gjennomløpt av store mengder ventilerings-luft, hvilke fjerner hovedandelen av løsemidlene fra lakken. Ettersom lakkering utføres ved romtemperatur må den evakuerte luft erstattes med et tilsvarende volum av ny luft, hvilke under den kaldere del av året må oppvarmes til romtemperaturen. Behovet for forvarming kan reduseres ved å resirkulere deler av luften, men derved forøkes innholdet av løsemidler i luften og det er ingen reduksjon av det totale utslipp. Evaporation of solvents occurs, among other things, during manufacture, handling, storage and when using varnish. Emissions of solvent vapors during painting and varnishing have been given a lot of attention. Such painting is carried out in spray boxes or chambers that are passed through by large amounts of ventilation air, which removes the main part of the solvents from the paint. As painting is carried out at room temperature, the evacuated air must be replaced with a corresponding volume of new air, which during the colder part of the year must be heated to room temperature. The need for preheating can be reduced by recycling parts of the air, but this increases the content of solvents in the air and there is no reduction in the total emissions.

Den evakuerte atmosfære inneholder vanligvis forholdsvis små mengder av flyktige forbindelser i en stor luftmengde og ingen effektiv og pålitelig metode for rengjøring av slike utslipp er funnet. Det har vært gjort forsøk med forbrenning av de flyktige forbindelser i sandlag eller absorbsjon i organiske og uorganiske absorbsjonsmaterialer. Det har også vært foreslått å kondensere de flyktige forbindelser, men med dårlig resultater fordi fuktigheten i atmosfæren forstyrrer prosessen. I europeisk patent nr. 124997 har det vært foreslått å gjenvinne løsemiddeldamp 1 atmosfæren evakuert fra en plast-herdeovn. Atmosfæren som for det meste består av nitrogen avkjøles med flytende nitrogen og etter gjenopp-varming returneres til ovnen. På denne måte unngås nesten fullstendig innføring av vanndamp, som ellers ville fryse og være tilbøyelig til å tilstoppe rørsystemet eller andre rørledninger. The evacuated atmosphere usually contains relatively small amounts of volatile compounds in a large volume of air and no efficient and reliable method for cleaning such emissions has been found. Experiments have been carried out with combustion of the volatile compounds in sand layers or absorption in organic and inorganic absorption materials. It has also been proposed to condense the volatile compounds, but with poor results because the humidity in the atmosphere interferes with the process. In European patent no. 124997 it has been proposed to recover solvent vapor 1 the atmosphere evacuated from a plastic curing oven. The atmosphere, which mostly consists of nitrogen, is cooled with liquid nitrogen and, after reheating, is returned to the furnace. In this way, the introduction of water vapor is almost completely avoided, which would otherwise freeze and tend to clog the pipe system or other pipelines.

I europeisk patent nr. 71907 avkjøles atmosfæren evakuert fra tørr-renseanlegg ved en varmepumpe til en temperatur ved hvilke både løsemidler og vannet kan fjernes som væsker. For å frigjøre atmosfæren fra flyktige forbindelser i en akseptabel grad, er det imidlertid nødvendig å avkjøle atmosfæren til en temperatur ved hvilke den normale luft-fuktighet vil danne is som tilstopper utstyret. In European patent no. 71907, the atmosphere evacuated from dry cleaning plants is cooled by a heat pump to a temperature at which both solvents and the water can be removed as liquids. To rid the atmosphere of volatile compounds to an acceptable degree, however, it is necessary to cool the atmosphere to a temperature at which the normal humidity will form ice that clogs the equipment.

Ifølge oppfinnelsen vil en atmosfære som inneholder flyktige forbindelser først bli fjernet for vanndamp og deretter avkjølt for kondensering av de flyktige forbindelser forskjellig fra vann. Kondensatet gjenvinnes. Den foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å rense en evakuert atmosfære for flyktige forbindelser til enhver ønsket grad i ethvert spesielt tilfelle. Ettersom oppfinnelsen er basert på avkjøling og kondensering av flyktige forbindelser avhenger restene av slike forbindelser i den endelige utslupne atmosfære av de angjeldende forbindelser ved den slutttemp-eratur som er blitt valgt. According to the invention, an atmosphere containing volatile compounds will first be removed for water vapor and then cooled for condensation of the volatile compounds different from water. The condensate is recovered. The present invention makes it possible to purify an evacuated atmosphere of volatile compounds to any desired degree in any particular case. As the invention is based on the cooling and condensation of volatile compounds, the residues of such compounds in the final released atmosphere depend on the compounds in question at the final temperature that has been chosen.

Oppfinnelsen innbefatter fortrinnsvis et første trinn i hvilke atmosfæren blir fjernet for vanndamp ved adsorbsjon på et medium med en spesiell evne til å adsorbere vann og svært liten evne til å adsorbere andre forbindelser. Slike adsorbenter er vel kjent innenfor teknikken og er f.eks. beskrevet i US patent 3078635, som omtaler en molekylær sikt bestående av en spesielt sammensatt zeolitt. Dette første trinn utføres ved romtemperaturen, hvilke betraktelig reduserer faren for at det adsorberende medium vil bli sammenblandet med de flyktige forbindelser. Adsorbentet blir deretter regenerert med varmluft og brukt på nytt. I et andre trinn avkjøles atmosfæren ved en varmepumpe fortrinnsvis av den type i hvilke et gassformig medium komprimeres og avkjøles til kondensering, hvoretter det kondenserte medium ved fordampning genererer kulde. Slike varmepumper gjør det mulig å avkjøle atmosfæren til en temperatur på -30 til -40°C uten å benytte ekstreme trykk. De flyktige forbindelser kondensert i dette trinn fjernes. The invention preferably includes a first step in which the atmosphere is removed for water vapor by adsorption on a medium with a special ability to adsorb water and very little ability to adsorb other compounds. Such adsorbents are well known in the art and are e.g. described in US patent 3078635, which mentions a molecular sieve consisting of a specially composed zeolite. This first step is carried out at room temperature, which considerably reduces the risk that the adsorbent medium will be mixed with the volatile compounds. The adsorbent is then regenerated with hot air and used again. In a second step, the atmosphere is cooled by a heat pump, preferably of the type in which a gaseous medium is compressed and cooled to condensation, after which the condensed medium generates cold by evaporation. Such heat pumps make it possible to cool the atmosphere to a temperature of -30 to -40°C without using extreme pressures. The volatile compounds condensed in this step are removed.

I et tredje trinn avkjøles atmosfæren ytterligere inntil resten av de flyktige forbindelser er kondensert. Kondensatet fjernes. Avkjølingen i det tredje trinn kan iverksettes ved komprimering av tørr gass, f.eks. en liten andel av atmosfæren fra det første trinn, avkjøling av den komprimerte gass og deretter la denne ekspandere, fortrinnsvis i atmosfæren i det tredje trinn. Denne atmosfære er før dette avkjølt ved å varmeveksle den med atmosfæren som forlater det tredje trinn. In a third step, the atmosphere is further cooled until the rest of the volatile compounds are condensed. The condensate is removed. The cooling in the third stage can be implemented by compressing dry gas, e.g. a small proportion of the atmosphere from the first stage, cooling the compressed gas and then allowing it to expand, preferably in the atmosphere of the third stage. This atmosphere is previously cooled by exchanging heat with the atmosphere leaving the third stage.

De flyktige forbindelser som har kondensert i det andre og tredje trinn blir separert, og f.eks. lakkløsemidler kan gjenvinnes så rene at de kan brukes Igjen. Oppfinnelsen gir en stor frihet til å velge temperaturer. Oppfinnelsen gjør det også mulig å gjenvinne varmeinnholdet i den evakuerte atmosfære og å benytte den for oppvarmingsformål. Bruken av et andre trinn med en konvensjonell varmepumpe som arbeider med et kondenseringmedium og et tredje trinn som benytter et lite kjølemaskinerI har vist seg å være en svært fordelaktig kombinasjon med hensyn til det utstyr som trengs og dets rehabilitering. The volatile compounds that have condensed in the second and third stages are separated, and e.g. varnish solvents can be recovered so clean that they can be used Again. The invention provides a great deal of freedom in choosing temperatures. The invention also makes it possible to recover the heat content of the evacuated atmosphere and to use it for heating purposes. The use of a second stage with a conventional heat pump working with a condensing medium and a third stage using a small refrigeration machine has proven to be a very advantageous combination in terms of the equipment needed and its rehabilitation.

Figuren er en skjematisk fremstilling av en foretrukket fremgangsmåte for utøvelse av oppfinnelsen. Evakuert atmosfære som inneholder flyktige forbindelser i et første trinn passerer innretninger 4,5 for å frata dem vanndamp, i et andre trinn 12 avkjøles den ved en varmepumpe og i et tredje trinn 24 avkjøles den ytterligere til kondensasjon av resten av de flyktige forbindelser. Kondensatene fjernes ved 18,21. The figure is a schematic representation of a preferred method for practicing the invention. Evacuated atmosphere containing volatile compounds in a first stage passes devices 4,5 to deprive them of water vapor, in a second stage 12 it is cooled by a heat pump and in a third stage 24 it is further cooled to condense the rest of the volatile compounds. The condensates are removed at 18.21.

En utførelsesmåte for oppfinnelsen vil bli beskrevet med henvisning til figuren. An embodiment of the invention will be described with reference to the figure.

Atmosfæren, evakuert fra et rom hvor flyktige forbindelser blir fordampet og som er av romtemperatur, f.eks. 18 til 20°C, blir først ledet til et filter 2 for fjerning av faststoffer og flytende forurensninger, f.eks. lakkrester og støv. Atmosfæren blir deretter blåst 3 gjennom innretninger som utgjør de ulike trinn i oppfinnelsen. The atmosphere, evacuated from a room where volatile compounds are evaporated and which is of room temperature, e.g. 18 to 20°C, is first led to a filter 2 for the removal of solids and liquid contaminants, e.g. varnish residues and dust. The atmosphere is then blown 3 through devices that make up the various steps of the invention.

Det første trinn har det formål å fjerne så mye vanndamp fra atmosfæren som mulig slik at ingen vanskeligheter som skyldes Isdannelse kan oppstå i de senere trinn. Vanndampen blir hensiktsmessig fjernet ved adsorbsjon i sjikt 4,5 fyllt med en adsorbent som fortrinnsvis adsorberer vanndamp. Kunstige ziolitter, ofte kalt polykylære, sikter kan hensiktsmessig benyttes for dette formål. Disse sikter kan tilvirkes med selektiv evne til å adsorbere visse stoffer, f.eks. vanndamp. I dette tilfellet kan det eventuelt være av interesse også å adsorbere karbondioksyd dersom dette er ønskelig for å kjøle ned til en svært lav temperatur i det tredje trinn. Adsorb-sjonen av flyktige forbindelser kan holdes svært lav med det rette valg av adsorbentmateriale. The first stage has the purpose of removing as much water vapor from the atmosphere as possible so that no difficulties due to ice formation can arise in the later stages. The water vapor is appropriately removed by adsorption in layer 4.5 filled with an adsorbent which preferentially adsorbs water vapor. Artificial zeolites, often called polychilar sieves, can be suitably used for this purpose. These sieves can be manufactured with selective ability to adsorb certain substances, e.g. water vapor. In this case, it may also be of interest to adsorb carbon dioxide if this is desired in order to cool down to a very low temperature in the third stage. The adsorption of volatile compounds can be kept very low with the right choice of adsorbent material.

Sjiktene er forbundet alternerende med ventiler 6,7,8,9 og blir regenerert innimellom med varmluft 25 som tilsluttes med ventilene 26,27,28,29. Atmosfæren frigjort for vanndamp ledes gjennom et rør 10 til en første kjøleanordning 12 i hvilke det andre trinn i samsvar med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen utføres. I kjøleanordningen avkjøles atmosfæren ved en varmepumpe 11,13,14,16. I denne komprimeres et egnet kjølemiddel i kompressoren 13, avkjøles og kondenserer 14 og etter trykkreduksjon 16 fordampes 11 ved den innkommende atmosfære som inneholder fordampede løsemidler som således blir avkjølt. Som kjølemiddel i varmepumper anvendes for tiden vanligvis fluorhydrokarboner. Med f.eks. CHCLF2 (CFC22, Freon22) kan atmosfæren avkjøles til -30 til -40°C. En andel av de flyktige forbindelser kondenseres og adskiller 17 og tappes 18. For kondensering 14 av kjølemiddelet avkjøles det 15 med vann eller eventuelt luft som således blir oppvarmet og kan benyttes for oppvarmingsformål. F.eks. kan den Innkommende nye luft for ventilering oppvarmes av det produserte varmvann. The layers are connected alternately with valves 6,7,8,9 and are regenerated in between with hot air 25 which is connected with valves 26,27,28,29. The atmosphere freed of water vapor is led through a pipe 10 to a first cooling device 12 in which the second step in accordance with the method according to the invention is carried out. In the cooling device, the atmosphere is cooled by a heat pump 11,13,14,16. In this, a suitable refrigerant is compressed in the compressor 13, cooled and condensed 14 and after pressure reduction 16, 11 is evaporated by the incoming atmosphere which contains evaporated solvents which are thus cooled. Currently, fluorohydrocarbons are usually used as coolants in heat pumps. With e.g. CHCLF2 (CFC22, Freon22) the atmosphere can be cooled to -30 to -40°C. A proportion of the volatile compounds are condensed and separated 17 and drained 18. For condensation 14 of the refrigerant, it is cooled 15 with water or possibly air which is thus heated and can be used for heating purposes. E.g. the Incoming new air for ventilation can be heated by the produced hot water.

For å iverksette det tredje trinn i samsvar med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ledes den avkjølte atmosfære fra fordamperen 11 og separatoren 17 til den ansluttende kjøling 19 hvor temperaturen videre senkes for å oppnå en tilfred-stillende kondensering av det gjenværende av de flyktige forbindelser. Disse gjøres flytende på den indre overflate av kjølere 19 og tappes 21. Den utgående atmosfære fra den siste kjøler 19 varmeveksler 22 med den inngående atmosfære. To implement the third step in accordance with the method according to the invention, the cooled atmosphere is led from the evaporator 11 and the separator 17 to the adjacent cooling 19 where the temperature is further lowered to achieve a satisfactory condensation of the remainder of the volatile compounds. These are liquefied on the inner surface of coolers 19 and drained 21. The outgoing atmosphere from the last cooler 19 exchanges heat 22 with the incoming atmosphere.

Ytterligere avkjøling 20 utføres med en egnet metode. I samsvar med en metode komprimeres tørr gass, f.eks. en andel 30 av den vannfrie atmosfære fra det første trinn, avkjøles ved varmeveksling med den utgående atmosfære fra det tredje trinn og innføres etter ekspansjon i kjøleren 19. Further cooling 20 is carried out by a suitable method. In accordance with one method, dry gas is compressed, e.g. a portion 30 of the anhydrous atmosphere from the first stage is cooled by heat exchange with the outgoing atmosphere from the third stage and introduced after expansion into the cooler 19.

En annen fremgangsmåte for avkjøling er å benytte et ytre kjølemiddel, f.eks. flytende nitrogen, dersom det er tilgjengelig ved en rimelig kostnad. Another method for cooling is to use an external coolant, e.g. liquid nitrogen, if available at a reasonable cost.

Hele kjøleanordningen 24 ifølge trinn 3 er hensiktsmessig isolert fra omgivelsene. På denne måte kan kjølemaskineriet i det tredje trinn dimensjoneres for kun kondensering av de flyktige forbindelser og for fjerning av varme som passerer Isolasjonen. The entire cooling device 24 according to step 3 is appropriately isolated from the surroundings. In this way, the cooling machinery in the third stage can be dimensioned to only condense the volatile compounds and to remove heat that passes through the insulation.

Den utgående atmosfære 23 kan på sommertid f.eks. benyttes for avkjøling av frisk ventilasjonsluft. Selv om bruken av flyktige forbindelser i det aktuelle rom stoppes kan utstyret for utøvelse av oppfinnelsen fullstendig eller delvis bli benyttet for varmegjenvinning av den utadgående luft eller fra frisk omgivende luft og således produsere varme for nyttige formål. The outgoing atmosphere 23 can in summer time e.g. used for cooling fresh ventilation air. Even if the use of volatile compounds in the room in question is stopped, the equipment for practicing the invention can be fully or partially used for heat recovery from the outgoing air or from fresh ambient air and thus produce heat for useful purposes.

Som et eksempel på industriell anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er det valgt sprøytelakkering av kjøretøykarosserier. Spray painting of vehicle bodies has been chosen as an example of industrial application of the method according to the invention.

Luftstrømmen evakuert fra en typisk lakkboks for kjøretøy-karosserier beløper seg til omkring 200000 m<3>/h og har et innhold av løsemidler som utgår fra lakken på omkring 0,25 g/m<3>. Ved en temperatur på 20°C og en relativ fuktighet på 60$ er vanninnholdet omkring 10 g/m<3>. Luften blåses etter å ha passert et filter 1 gjennom en av de vannadsorberende sjikt 4,5. Så snart som spor av vann viser seg i luften som forlater sjiktet, blåses luften gjennom det andre sjikt og det første sjikt regenereres. The air stream evacuated from a typical paint box for vehicle bodies amounts to about 200,000 m<3>/h and has a content of solvents emanating from the paint of about 0.25 g/m<3>. At a temperature of 20°C and a relative humidity of 60$, the water content is around 10 g/m<3>. The air is blown after passing a filter 1 through one of the water absorbent layers 4,5. As soon as traces of water appear in the air leaving the layer, the air is blown through the second layer and the first layer is regenerated.

Luften passerer deretter trinn 2 i hvilke det avkjøles til The air then passes through stage 2 in which it is cooled

-40°C. Kun en liten mengde av løsemidler vil kondensere.-40°C. Only a small amount of solvents will condense.

I det tredje trinn avkjøles luften til -70°C. I dette trinn vil mesteparten av løsemidlene kondensere og trekkes ut. In the third stage, the air is cooled to -70°C. In this step, most of the solvents will condense and be extracted.

Ved å sirkulere mesteparten av luften evakuert fra sprøyte-boksen kan luftmengden reduseres. F.eks. dersom luften resirkuleres 10 ganger kan luftstrømmen til utstyret reduseres med 20000 m<3>/t og dets innehold av løsemidler forøkes til 25 g/m<3>. I dette tilfellet vil mesteparten av løsemiddelet kondensere i det andre trinn og resten i det tredje trinn. By circulating most of the air evacuated from the spray box, the amount of air can be reduced. E.g. if the air is recycled 10 times, the air flow to the equipment can be reduced by 20,000 m<3>/h and its solvent content increased to 25 g/m<3>. In this case, most of the solvent will condense in the second step and the rest in the third step.

Fra en typisk sprøyteboks kan 50 kg løsemidler oppsamles på denne måte. F.eks. vil ved 6000 timers driftstid pr. år 300000 kg løsemidler gjenvinnes fra ventilasjonsluften. From a typical spray can, 50 kg of solvents can be collected in this way. E.g. will at 6,000 hours of operating time per year 300,000 kg of solvents are recovered from the ventilation air.

Claims

1. Method for recovering volatile compounds from the atmosphere by condensation, characterized in that an atmosphere (1) containing volatile compounds is first released (4,5) for water vapor and then cooled (12,24) for condensation of the volatile components different from water, after which the condensed compounds are removed (18,21) from the atmosphere.

2. Method according to claim 1, characterized in that it includes a first step (4,5) in which the atmosphere is freed of water vapor by adsorption, a second step (12) in which it is cooled with a heat pump (11,13,14) to a temperature of -30 to -40"C, and a third step (24) In which the atmosphere is further cooled and the volatile compounds are finally condensed.

3. Method according to claim 2, characterized in that the atmosphere is freed of water in the first step by adsorption with molecular sieves (4,5).

4. Method according to claim 2, characterized in that the atmosphere in the third stage is cooled by expanding a compressed cooled dry gas in said atmosphere.

5 . Method According to claim 2, characterized in that the atmosphere in the third stage is cooled with a refrigerant supplied from outside.