PL170161B1 - Sposób usuwania par rozpuszczalników organicznych z powietrza oraz układ instalacji do usuwania par rozpuszczalników organicznych - Google Patents

Abstract

Sposób usuwania par rozpuszczalnikóworganicznych z powietrza polegający na absorpcji par rozpuszczalników, desorpcji 1 spalaniu, znamienny tym, ze pary rozpuszczalników z powietrza absorbuje się w wysokowrzącym rozpuszczalniku organicznym bądź ich mieszaninie, szczególnie w chloro - i/lub nitro- i/lub alkilo- pochodnej węglowodorów aromatycznych i/lub alkoholu i/lub aldehydzie i/lub ketonie i/lub estrze kwasów organicznych i/lub węglowodorach alifatycznych i/lub węglowodorach heterocyklicznych, pochodnych eterowych węglowodorów alifatycznych i aromatycznych, następnie rozpuszczalnik z zawartością zaabsorbowanych par kontaktuje się z gorącym powietrzem o temperaturze 320-450 K w procesie desorpcji, po czym wydesorbowane opary poddaje się spalaniu, a powstałe gazy odlotowe stosuje się korzystnie w procesie desorpcji do ogrzewania składników wejściowych, natomiast oczyszczony w wyniku desorpcji zanieczyszczeń rozpuszczalnik wysokowrzący zawraca się korzystnie do procesu absorpcji. 3 Układ instalacji do usuwania par rozpuszczalników organicznych z powietrza, znamienny tym, ze zawiera kolumnę absorpcyjną (1) połączoną z kolumną desorpcyjną (6) oraz ze spalaczem (9) zwłaszcza spalaczem katalitycznym, który współpracuje z węzłem wymiany ciepła (7) ogrzewającym kolumnę desorpcyjną (6), przy czym kolumna desorpcyjną (6) jest połączona z węzłem absorpcji (1) w sposób umożliwiający powrót oczyszczonego rozpuszczalnika wysokowrzącego oczyszczonego w wyniku desorpcji zanieczyszczeń.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób usuwania z powietrza par rozpuszczalników organicznych towarzyszących różnym procesom przemysłowym, zwłaszcza w syntezie organicznej, oraz układ instalacji do usuwania par rozpuszczalników organicznych.

Do najczęściej spotykanych rozpuszczalników organicznych towarzyszących różnym syntezom należą metanol, etanol, izopropanol, benzen, toluen, ksylen, chlorobenzen, 1,2dichloroetan, czterochlorek węgla, chlorek metylenu, octan etylu, mrówczan etylu, aceton, heksan oraz wiele, wiele innych.

Rozpuszczalniki te mogą występować w środowisku człowieka w ściśle określonych stężeniach, co powoduje konieczność ograniczenia ich emisji do powietrza atmosferycznego.

W przypadku produkcji małotonażowych eliminacja pojawiających się par rozpuszczalników jest utrudniona ze względu na ich okresowe występowanie w bardzo różnych stężeniach, na różnych etapach syntezy chemicznej.

Z powodu toksyczności par tych rozpuszczalników, jak również palności i wybuchowości istnieje konieczność ich usuwania lub znacznego ograniczenia.

Znanych jest wiele metod usuwania par rozpuszczalników organicznych. Jedna z nich polega na absorpcji par rozpuszczalników w wysokowrzącym rozpuszczalniku - oleju, a następnie rozdziale na drodze destylacji bądź rektyfikacji. Inne metody polegają na adsorpcji na węglu aktywnym lub innym adsorbencie, wymrażaniu par, a następnie wykraplaniu w demisterze, wykraplaniu par rozpuszczalnika w strumieniu zimnej wody, a także spalaniu.

Metody oparte o absorpcję, a następnie wyodrębnienie absorbowanych rozpuszczalników na drodze destylacji bądź rektyfikacji, a także metody polegające na adsorpcji, a następnie

170 161 desorpcji zanieczyszczeń, lub polegające na wymazaniu są metodami wysoce energochłonnymi, a tym samym niekorzystnymi z ekonomicznego punktu widzenia .

Znane i stosowane metody mają szereg niedogodności. Metody spalania nie dają możliwości odzyskiwania rozpuszczalników, jak również wnoszą dodatkowe niebezpieczeństwo pożarowe, ze względu na konieczność usytuowania spalacza w pobliżu źródeł emisji.

Metody spalania katalitycznego są szczególnie niekorzystne przy emisjach okresowych, bowiem w spalaniu katalitycznym wymagane jest spełnienie niezbędnych warunków t.z.n. zapewnienie wysokiej temperatury złoża katalitycznego umożliwiającego spalanie. W przypadku braku dopływu zanieczyszczeń przeznaczonych do spalania, spalacz nie pracuje autotermicznie i musi być dogrzewany, co powoduje zwiększenie kosztów.

Niedogodności znanych metod można uniknąć stosując sposób według wynalazku, w którym pary rozpuszczalników z powietrza absorbuje się w wysokowrzącym rozpuszczalniku organicznym bądź ich mieszaninie, szczególnie w chloro- i/lub nitro- i/lub alldlopochodnej węglowodorów aromatycznych i/lub alkoholu i/lub aldehydzie i/lub ketonie i/lub estrze kwasów organicznych i/lub węglowodorów alifatycznych i/lub węglowodorów heterocyklicznych, pochodnych eterowych węglowodorów alifatycznych i aromatycznych, a następnie rozpuszczalnik z zawartością zaabsorbowanych par kontaktuje się z gorącym powietrzem o temperaturze 320-450 K w procesie desorpcji, po czym wydesorbowane opary poddaje się spalaniu, a powstałe gazy odlotowe stosuje się w procesie desorpcji do ogrzewania składników wejściowych. Oczyszczony w wyniku desorpcji z zanieczyszczeń rozpuszczalnik wysokowrzący zawraca się korzystnie do procesu absorpcji.

Układ według wynalazku zawiera kolumnę absorpcyjną połączoną z kolumną desorpcyjną oraz ze spalaczem, zwłaszcza spalaczem katalitycznym, który współpracuj e z węzłem wymiany ciepła ogrzewającym kolumnę desorpcyjną, przy czym kolumna desorpcyjna jest połączona z węzłem absorpcji w sposób umożliwiający powrót oczyszczonego rozpuszczalnika wysokowrzącego, oczyszczonego w wyniku desorpcji zanieczyszczeń. Usuwanie par rozpuszczalników można prowadzić w sposób okresowy lub ciągły.

Nieoczekiwanie w czasie prób i badań okazało się, iż postępując sposobem według wynalazku tj. absorbując pary rozpuszczalników w wysokowrzącym rozpuszczalniku organicznym, a następnie stosując kontrolowaną desorpcję i spalanie, można usuwać z powietrza zarówno bardzo małe ilości szkodliwych par rozpuszczalników jak i bardzo duże ilości rozpuszczalników, których nie można było skierować do spalania z powodu niebezpieczeństwa wybuchu.

Postępowanie takie jest możliwe w wyniku odpowiednio dobranej instalacji, która umożliwia usuwanie szkodliwych składników z powietrza poprawiając tym samym warunki pracy i zwiększając bezpieczeństwo działania instalacji. W sposobie według wynalazku wykorzystuje się tworzącą się na etapie spalania energię cieplną, co umożliwia kontrolną desorpcję oraz autotermiczne prowadzenie procesu niszczenia szkodliwych składników powietrza, tym samym eliminując konieczność zasilania spalacza energią z zewnętrznego źródła ciepła.

Sposób według wynalazku, pozwala na bezpieczne i korzystne usuwanie zanieczyszczeń zawartych w powietrzu w granicach stężeń już od około 0,1 g/m3 aż do stężeń znacznie przekraczających 50% dolnej granicy wybuchowości par rozpuszczalnika w powietrzu niemożliwych do zniszczenia metodą spalania ze względu na niebezpieczeństwo wybuchu.

Ponadto stosując układ według wynalazku istnieje możliwość umieszczenia spalacza w bezpiecznej odległości od źródeł emitujących zanieczyszczenie, co w zdecydowany sposób poprawia bezpieczeństwo pracy ciągu technologicznego. Jednocześnie rozwiązanie to powoduje iż spalacz może pracować w sposób ciągły. Zastosowany w rozwiązaniu układ jest najbardziej optymalny pod względem ekonomicznym, w którym można niszczyć bardzo małe oraz bardzo duże ilości par rozpuszczalników przy emisjach okresowych. Sposób i układ według wynalazku rozwiązuje problem funkcjonowania instalacji, która pozwala ograniczyć emisję szkodliwych zanieczyszczeń z powietrza w sposób najkorzystniejszy pod względem ekonomicznym.

170 161

W sposobie według wynalazku pary rozpuszczalników kieruje się do kolumny absorpcyjnej 1, w której w temperaturze otoczenia zachodzi absorpcja w wysokowrzącym rozpuszczalniku organicznym, po czym absorbent kierowany jest do kolumny desorpcyjnej 6, w której kontaktuje się z powietrzem podawanym przez wentylator 8. Opary z kolumny desorpcyjnej zawierające pary rozpuszczalników kierowane są do spalacza, korzystnie spalacza katalitycznego 9 ulegając spalaniu. Natomiast spaliny o temperaturze około 500 K kierowane są do węzła wymiany ciepła 7, w którym ogrzewają przeponowo lub bezprzeponowo powietrze poddawane desorpcji. Po wydesorbowaniu par rozpuszczalników oczyszczony rozpuszczalnik wysokowrzący kierowany jest ponownie do węzła absorpcji par rozpuszczalników.

Sposób według wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania nie ograniczających stosowanie, w których temperaturę podano w stopniach Kelvina.

Przykład I. Gazy odlotowe w ilości około 2,5 m³/s, zawierające około 0,05% par benzenu oraz około 0,02% par toluenu, kieruje się do absorpcyjnej kolumny wypełnionej 1 o średnicy 1,5 m i wysokości warstwy wypełnienia H=5,0 m, w której zachodzi w temperaturze otoczenia absorpcja par rozpuszczalników organicznych w N-dodecylobenzenie podawanym na kolumnę 1 za pomocą pompy 2 ze zbiornika 3 w systemie cyrkulacyjnym z natężeniem przepływu około 0,0015 m³/s. Po osiągnięciu stężenia benzenu i toluenu w N-dodecylobenzenie powyżej 2% absorbent kierowany jest do węzła desorpcji gdzie roztwór ten ze zbiornika 4 za pomocą pompy 5 z natężeniem przepływu około 0,0005 m3/s kierowany jest w układzie cyrkulacyjnym do kolumny desorpcyjnej 6 o średnicy 1,5 m i wysokości H=2,0 m, w której ciecz kontaktuje się z powietrzem o temperaturze około 350 K.

Powietrze w ilości około 1,4 m3/s podawane jest poprzez wymiennik ciepła 7 za pomocą wentylatora 8. Opary z kolumny desorpcyjnej zawierające wydesorbowane pary benzenu i toluenu kierowane są do spalacza katalitycznego 9 gdzie ulegają spaleniu znanym sposobem. Spaliny ze spalacza 9 o temperaturze około 500 K kierowane są do wymiennika ciepła 7 o powierzchni F=300 m3, gdzie ogrzewają powietrze podawane do desorpcji. Po wydesorbowaniu całości rozpuszczalników oczyszczony N-dodecylobenzen kierowany jest z powrotem do węzła absorpcji par rozpuszczalników.

Przykład II. Postępując jak w przykładzie I oczyszcza się gazy odlotowe z par metanolu i chloroformu, a absorbentem jest glikol trójetylenowy.

Przykład III. W przypadku emisji zanieczyszczeń ze źródeł o zróżnicowanej charakterystyce część z nich pracująca w sposób okresowy podłączona jest do układu absorpcji w mieszaninie 1:1 N-dodecylobenzenu i eteru etylowego glikolu trójetylenowego. Ciecz wyczerpaną z procesu absorpcji zawierającą 0,1% heksanu, 1,5% metanolu, 2% octanu etylu, 0,7% acetonu, 0,5% etanolu kieruje się do układu desorpcji. Gazy opuszczające desorber o temperaturze 298 K i natężeniu przepływu 0,064 m/s zawierające 0,6% heksanu, 2,27% metanolu, 1,78% par acetonu, 0,34% octanu etylu, 0,25% etanolu łączy się z gazami odlotowymi pochodzącymi z innego źródła emisji o temperaturze 293 K zawierającymi 0,05% heksanu. Wymieszane strumienie gazów kieruje się do spalacza katalitycznego. Spaliny ze spalacza o temperaturze 483 K rozdzielane są na dwa strumienie, pierwszy w ilości ok. 0,3 m3/s kieruje się do atmosfery, drugi w ilości ok. 0,0225 m3/s łączy się ze strumieniem świeżego powietrza o temp. 285 K w ilości 0,042 m3/s uzyskując po wymieszaniu strumień gazu o temp. 355 K, który kieruje się do desorbera.

W trakcie desorpcji następuje wzbogacenie powietrza w pary rozpuszczalników. Gazy zawierające odpowiednio wysokie stężenia zanieczyszczeń, po połączeniu z gazami odlotowymi z suszarni ponownie kieruje się do spalacza katalitycznego.

170 161

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób usuwania par rozpuszczalników organicznych z powietrza polegający na absorpcji par rozpuszczalników, desorpcji i spalaniu, znamienny tym, że pary rozpuszczalników z powietrza absorbuje się w wysokowrzącym rozpuszczalniku organicznym bądź ich mieszaninie, szczególnie w chloro - i/lub nitro- i/lub alkilo- pochodnej węglowodorów aromatycznych i/lub alkoholu i/lub aldehydzie i/lub ketonie i/lub estrze kwasów organicznych i/lub węglowodorach alifatycznych i/lub węglowodorach heterocyklicznych, pochodnych eterowych węglowodorów alifatycznych i aromatycznych, następnie rozpuszczalnik z zawartością zaabsorbowanych par kontaktuje się z gorącym powietrzem o temperaturze 320-450 K w procesie desorpcji, po czym wydesorbowane opary poddaje się spalaniu, a powstałe gazy odlotowe stosuje się korzystnie w procesie desorpcji do ogrzewania składników wejściowych, natomiast oczyszczony w wyniku desorpcji zanieczyszczeń rozpuszczalnik wysokowrzący zawraca się korzystnie do procesu absorpcji.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że usuwanie par rozpuszczalników organicznych realizuje się metodą ciągłą bądź okresową.
3. 3. Układ instalacji do usuwania par rozpuszczalników organicznych z powietrza, znamienny tym, że zawiera kolumnę absorpcyjną (1) połączoną z kolumną desorpcyjną (6) oraz ze spalaczem (9) zwłaszcza spalaczem katalitycznym, który współpracuje z węzłem wymiany ciepła (7) ogrzewającym kolumnę desorpcyjną (6), przy czym kolumna desorpcyjna (6) jest połączona z węzłem absorpcji (1) w sposób umożliwiający powrót oczyszczonego rozpuszczalnika wysokowrzącego oczyszczonego w wyniku desorpcji zanieczyszczeń.