專(zhuān)利名稱(chēng)：從空氣中回收有機(jī)物蒸汽的改進(jìn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從有機(jī)物蒸汽與空氣的混合物中回收有機(jī)物蒸汽的改進(jìn)方法，其中的有機(jī)物蒸汽存在量是在所謂的“窗口濃度”范圍，亦即對(duì)于常規(guī)的碳吸附來(lái)講濃度太高，而對(duì)于壓縮-冷凝回收方法來(lái)講濃度又太低的情況。更具體講，本發(fā)明是利用一種半透膜裝置將有機(jī)物蒸汽和空氣的進(jìn)料流分離，成為少含蒸汽的物料流，然后用碳吸附法處理，以及富含蒸汽的物料流，然后送去壓縮和冷凝。
工業(yè)界業(yè)已公知，在化學(xué)加工中、在生產(chǎn)制造品中、在清潔業(yè)務(wù)中以及其他應(yīng)用中使用有機(jī)溶劑如烴類(lèi)、鹵代烴、含氧烴等等，都要有空氣與有機(jī)物蒸汽的混合物的副產(chǎn)物或廢物料流產(chǎn)生。一向以來(lái)，這些廢的有機(jī)物蒸汽/空氣物料流不是排到大氣中，便是在火囪中燒掉。然而，目前的排放標(biāo)準(zhǔn)由于考慮到“溫室”效應(yīng)問(wèn)題、同溫層臭氧耗竭以及一般性健康要求和回收有價(jià)值物料的經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題，要求從廢棄的有機(jī)物蒸汽和空氣的混合物中回收有機(jī)溶劑。
一般，空氣中所含的具體溶劑及其濃度取決于所實(shí)施的具體過(guò)程或應(yīng)用。當(dāng)該有機(jī)溶劑是高沸點(diǎn)液體時(shí)，可以借助冷卻使之冷凝成液體而可高效地回收。但是，當(dāng)該有機(jī)溶劑是低沸點(diǎn)液體時(shí)，有兩種傳統(tǒng)的回收方法。已知當(dāng)空氣中有機(jī)物蒸汽含量高時(shí)，可以用壓縮-冷凝法經(jīng)濟(jì)地回收，而當(dāng)空氣中含量低時(shí)，可以用碳吸附法經(jīng)濟(jì)地回收。
傳統(tǒng)方法中的困難在于，有一類(lèi)“窗口濃度”使得上述兩方法都不適用，這個(gè)濃度一般是有機(jī)物蒸汽含量6-30%(體積)。當(dāng)濃度太低時(shí)，壓縮-冷凝法效率不佳，因?yàn)殡S著所回收溶劑量減少而使壓縮費(fèi)用大增，同時(shí)使未冷凝蒸汽排放量增大，使該方法昂貴至不合理程度。另方面，采用碳吸附時(shí)若濃度太高，則由于吸附放熱使吸附床升溫，因之使吸附效率下降，有時(shí)還會(huì)引致自燃。此外，蒸汽濃度高使碳吸附塔的再生頻繁，也增加成本。目前，如果遇到的是“窗口濃度”范圍的低沸點(diǎn)有機(jī)物蒸汽與空氣的混合物，必須先稀釋此混合物，然后用吸附法回收有機(jī)物質(zhì)。
US 4553983披露一種從空氣進(jìn)料流中回收有機(jī)物蒸汽的方法，空氣中有機(jī)物蒸汽含量不大于20000ppm(體積)，即2%(體積)，其中使用一種半透膜，其滲透選擇性為有機(jī)物蒸汽優(yōu)先至少50，滲透率為至少3×10-7厘米3(標(biāo)準(zhǔn)條件)·厘米/厘米2·秒2·厘米Hg2，同時(shí)在滲透物一側(cè)用部分真空，這樣使?jié)B透物富含有機(jī)物蒸汽。類(lèi)此，在D.L.Roberts等的文章“Recovery of Freon Gases with Silicone Rubber Membrane”(Ind.Eng.Chem.，Process Design Dev.，1986，25，pp 971-973)，披露了應(yīng)用半透膜從空氣混合物中回收氟碳烴和氯氟碳烴。在US 4316364和US 4417451中，披露了一種致冷劑監(jiān)控系統(tǒng)，其中應(yīng)用了滲透選擇性是空氣優(yōu)先于致冷劑的膜。
本發(fā)明提供從有機(jī)物蒸汽與空氣的混合物中回收有機(jī)物蒸汽的改進(jìn)方法，具體是處理有機(jī)物蒸汽濃度在所謂“窗口濃度”范圍的混合物(亦即，該濃度對(duì)于用碳吸附法高效回收是太高，而對(duì)于用壓縮-冷凝法高效回收是太低的情況)。按本發(fā)明的改進(jìn)方法，包括同時(shí)使用膜分離系統(tǒng)和常規(guī)式碳吸附系統(tǒng)以及常規(guī)式壓縮-冷凝系統(tǒng)，成為綜合式回收裝置。
按本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，應(yīng)用兩級(jí)膜分離系統(tǒng)，在第一級(jí)的進(jìn)料側(cè)得到的流出物其中的有機(jī)物蒸汽含量已充分降低，于是可以用常規(guī)碳吸附法繼續(xù)處理。然后把第一級(jí)得到的滲透物送到膜分離系統(tǒng)的第二級(jí)的進(jìn)料一側(cè)，于是在第二級(jí)的滲透物得到進(jìn)一步富含有機(jī)物蒸汽的物料流，然后將之用常規(guī)壓縮-冷凝法處理。將第二級(jí)的進(jìn)料側(cè)流出物再循環(huán)至第一級(jí)的進(jìn)料側(cè)。此方法特別適用于在制造各種泡沫塑料產(chǎn)品或類(lèi)似情況中，回收發(fā)散到空氣中的氯氟烴、氫氯氟烴以及氫氟烴的蒸汽。在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，兩級(jí)膜分離系統(tǒng)的第一級(jí)的進(jìn)料側(cè)流出物富含有機(jī)物蒸汽，將之送到壓縮-冷凝分離裝置，同時(shí)第二級(jí)的滲透物中已接近于除盡有機(jī)物蒸汽，因而可送去碳吸附法處理。此外，按本發(fā)明，還提供應(yīng)用多個(gè)碳吸附床并且將來(lái)自由一個(gè)原地物料再生的吸附床的流出物送回去的再生-再循環(huán)步驟，用以進(jìn)一步減少鹵代烴的發(fā)散量。
因此，本發(fā)明提供一種從有機(jī)物蒸汽與空氣的進(jìn)料流中分離并回收有機(jī)物蒸汽的方法，該進(jìn)料流中的有機(jī)物蒸汽含量處于“窗口濃度”范圍，亦即對(duì)于常規(guī)碳吸附法濃度太高，對(duì)于高效壓縮-冷凝回收濃度又太低的范圍，該方法包括以下步驟(a)提供一個(gè)從空氣中分離有機(jī)物蒸汽的半透膜裝置，該裝置有進(jìn)料側(cè)和滲透物側(cè)，其中所述半透膜裝置的特征在于具有有機(jī)物蒸汽相對(duì)于空氣是優(yōu)先通過(guò)，或空氣相對(duì)于有機(jī)物蒸氣優(yōu)先通過(guò)的選擇性為至少是10，并且按滲透物氣體的滲透率為大于1×10-7厘米3(標(biāo)準(zhǔn))·厘米·厘米-2·厘米Hg-1·秒-1;
(b)將有機(jī)物蒸汽含量為“窗口濃度”范圍的有機(jī)物蒸汽與空氣的進(jìn)料流通過(guò)該半透膜裝置的進(jìn)料側(cè)，使得該有機(jī)物蒸汽或者空氣，但不是兩者，優(yōu)先通過(guò)該膜，形成一個(gè)少含有機(jī)物蒸汽的空氣流和一個(gè)富含有機(jī)物蒸汽的物料流，前者的特征為有機(jī)物蒸汽濃度低于所述“窗口濃度”范圍，后者的特征為有機(jī)物蒸汽濃度高于所述“窗口濃度”范圍;
(c)將步驟(b)所產(chǎn)生的少含有機(jī)物蒸汽的空氣流進(jìn)行碳吸附，從而由其中分離并回收有機(jī)物蒸汽;
(d)將步驟(b)所產(chǎn)生的富含有機(jī)物蒸汽的物料流進(jìn)行壓縮-冷凝，從而由其中分離并回收有機(jī)物蒸汽。
本發(fā)明的目的是提供一種從有機(jī)物蒸汽與空氣的混合物中回收低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑蒸汽的高效而經(jīng)濟(jì)的改進(jìn)方法，該混合物中有機(jī)物蒸汽濃度對(duì)于用壓縮-冷凝方法高效地回收是太低，而對(duì)于用碳吸附法高效回收又是太高。本發(fā)有目的還包括提供一種從上述蒸汽-空氣混合物中回收低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑蒸汽的高效方法，此方法采用一個(gè)半透膜分離工序，與此同時(shí)還采用一個(gè)常規(guī)式碳吸附系統(tǒng)和一個(gè)常規(guī)式壓縮-冷凝系統(tǒng)。本發(fā)明的目的還包括提供一種膜-碳吸附-壓縮冷凝蒸汽回收綜合系統(tǒng)，此系統(tǒng)可從氯氟烴與空氣的混合物中回收氯氟烴，特別是在工業(yè)中制造泡沫塑料、纖維、薄膜等時(shí)應(yīng)用發(fā)泡劑的場(chǎng)合。由本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)及附圖
即可顯見(jiàn)地明了如何達(dá)到本發(fā)明的目的。
說(shuō)明書(shū)附圖闡明按本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的回收有機(jī)物蒸汽的典型改進(jìn)方法示意流程圖。
按本發(fā)明從有機(jī)物蒸汽-空氣混合物中回收有機(jī)物蒸汽的改進(jìn)方法，該方法與已知的回收有機(jī)物蒸汽的方法有何不同，應(yīng)用本發(fā)明的改進(jìn)方法與先有技術(shù)比較有何優(yōu)點(diǎn)，以及本發(fā)明在何等情況可提供這些優(yōu)點(diǎn)，這些都可以通過(guò)參閱附圖得到圓滿(mǎn)解釋和了解。
附圖中的示意流程圖表示出本發(fā)明一個(gè)具體方案的基本組件和級(jí)段。圖中，將一個(gè)進(jìn)料流(即處于“窗口濃度”范圍的鹵代烴-空氣混合物)經(jīng)由管路12連續(xù)送入兩級(jí)半透膜裝置的第一段10。該氣體流進(jìn)入第一級(jí)膜分離器10的進(jìn)料側(cè)，但在送入之前先與經(jīng)由管路16，來(lái)自第二膜分離器14的進(jìn)料側(cè)的循環(huán)氣流連續(xù)混合。在分離器10中(在此實(shí)施方案的具體情況下)，利用鼓風(fēng)機(jī)20經(jīng)由管路18連續(xù)取出富含有機(jī)物蒸汽的滲透物，同時(shí)經(jīng)由管路22從其進(jìn)料側(cè)取出少含有機(jī)物蒸汽的物料流，并將之送至(在此實(shí)施方案的具體情況下)兩個(gè)相同的碳吸附裝置24之一，用以回收有機(jī)物蒸汽。然后將來(lái)自第一級(jí)膜分離器10的滲透物經(jīng)由管路26送至第二級(jí)分離器14的進(jìn)料側(cè)。通過(guò)分離器14，其滲透物中進(jìn)一步富集有機(jī)物蒸汽，并且利用真空鼓風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)30將滲透物經(jīng)由管路28而取出，再經(jīng)由管路32送至冷凝-分離器34。從膜分離器14的進(jìn)料側(cè)流出的物料中，有機(jī)物蒸汽的濃度與原始進(jìn)料的濃度基本上一樣，并如前述將之送回并與原始進(jìn)料混合。
在如附圖的方案進(jìn)行操作時(shí)，從冷凝-分離器34的底部連續(xù)取出液態(tài)的鹵代徑，同時(shí)在吸附器24內(nèi)有鹵代烴被吸附。從吸附器24和冷凝-分離器34可以排放出除盡鹵代烴的空氣。由于碳吸附床的容量有一定限度，還要準(zhǔn)備一個(gè)吸附裝置36以便能連續(xù)操作。一個(gè)床在吸附時(shí)，另一個(gè)床可以再生。圖中所示36的再生方式是將吸附器24排出的空氣流一部分通過(guò)加熱器38，然后經(jīng)由管路40而送入吸附器36。于是將鹵代烴從正在再生的吸附器36中排出，將之送回至總流程中的適當(dāng)部分，進(jìn)一步分離和回收鹵代烴。如附圖所示，再循環(huán)的富含鹵代烴的再生氣體是經(jīng)由管路42送至進(jìn)料流中，然后一起進(jìn)入第一膜分離裝置10。應(yīng)說(shuō)明的是，根據(jù)此循環(huán)管路中鹵代烴濃度的不同，可以將之送至總流程中其他適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)，包括第一膜裝置10的滲透物側(cè)，或甚致在鹵代烴濃度夠高時(shí)，可以直接送至壓縮-冷凝裝置。還應(yīng)說(shuō)明的是，在此工藝流程中還可加入其他閥門(mén)、管道以及熱交換器等等(這些在圖中未示出)，按本技術(shù)領(lǐng)域所公知，進(jìn)而完成按本發(fā)明的吸附裝置、再生以及再循環(huán)的切換操作。
還應(yīng)說(shuō)明，附圖所示的具體兩級(jí)方案最適于進(jìn)料流濃度按所謂“窗口濃度”是相對(duì)較稀的情況，換言之，進(jìn)料流濃度是足夠稀，以致用單級(jí)膜分離即可將有機(jī)物蒸汽濃度降低到適宜于以碳吸附法進(jìn)一步除盡有機(jī)物蒸汽的程度。因此從原則上講，按本發(fā)明的方法適用于采用單級(jí)膜裝置、一系列或一個(gè)序列膜裝置并在最后的級(jí)包括再循環(huán)路線的情況。在每一方案中，其基本要點(diǎn)是利用該半透膜裝置，雖然它本身不能達(dá)到分離和回收有機(jī)物蒸汽的目的，但能夠同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)富含有機(jī)物蒸汽和一個(gè)少含有機(jī)物蒸汽的物料流，而后者無(wú)需外加稀釋即可進(jìn)一步用常規(guī)碳吸附法處理，而前者可由壓縮-冷凝法處理，借以回收該有機(jī)物。還應(yīng)進(jìn)一步說(shuō)明，該附圖所示的具體方案所使用的半透膜是有機(jī)物蒸汽相對(duì)于空氣是優(yōu)先選擇通過(guò)的那種。當(dāng)使用空氣相對(duì)于有機(jī)物蒸汽是優(yōu)先選擇通過(guò)的半透膜時(shí)，則碳吸附裝置24和壓縮-冷凝裝30和34應(yīng)當(dāng)對(duì)調(diào)位置。
按本發(fā)明的回收有機(jī)溶劑蒸汽的改進(jìn)方法其優(yōu)點(diǎn)甚多并且是顯著的。首先，本方法為濃度在“窗口濃度”范圍的進(jìn)料流回收溶劑蒸汽提供了高效和技術(shù)便利的方法，而不需過(guò)度稀釋、過(guò)大的吸附塔、頻繁再生、以及使現(xiàn)有吸附塔的能力負(fù)荷達(dá)其極限，或迫使壓縮-冷凝設(shè)備在不現(xiàn)實(shí)和低效條件下操作，并包括可能使進(jìn)一步的排放損失過(guò)大。由于不需進(jìn)一步稀釋而可產(chǎn)生適于常規(guī)碳吸附的少含有機(jī)物蒸汽的物料流，給定吸附塔的總能力可以達(dá)到最佳值，并且由于蒸汽濃度高帶來(lái)的危險(xiǎn)(過(guò)度放熱，局部熱點(diǎn)以及自燃)也大大減少。同時(shí)，由于產(chǎn)生富含有機(jī)物蒸汽的物料流，使得用于分離和回收有機(jī)溶劑的壓縮-冷凝步驟可以進(jìn)一步最優(yōu)化。
能體現(xiàn)本發(fā)明上述優(yōu)點(diǎn)和益處的具體進(jìn)料流一般是任何低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑與空氣或類(lèi)似載氣的混合物，其中有機(jī)物蒸汽的濃度是在“窗口濃度”范圍。對(duì)于本發(fā)明的目的，所述有機(jī)物蒸汽將包括但不限于，例如低沸點(diǎn)烴、鹵代烴、含氧烴等等。本發(fā)明被認(rèn)為特別適用于在工業(yè)清洗過(guò)程和在許多塑料制造和制品制造過(guò)程中常用的鹵代烴的回收。更具體講，包括工業(yè)上常用的已知氯代的和(或)氟代的烴、氯氟烴以及氫氯氟烴。
一般，當(dāng)該有機(jī)溶劑是較高沸點(diǎn)的液體，其回收比較簡(jiǎn)單(即，冷卻使之冷凝而可高效回收)。否則，當(dāng)該有機(jī)溶劑是較低沸點(diǎn)的液體，例如沸點(diǎn)低于約40℃并且在常溫有大部分溶劑是處于蒸汽狀態(tài)，用簡(jiǎn)單的冷凝法已不夠用。目前，有兩種傳統(tǒng)的回收低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑的方法，即通過(guò)壓縮-冷凝或者應(yīng)用一種吸附劑。不利的是，對(duì)于多種有機(jī)物蒸汽與空氣的混合物而言，對(duì)于采用碳吸附法其有機(jī)物蒸汽濃度有一個(gè)上限;而對(duì)于采用壓縮-冷凝法進(jìn)行高效回收又有一個(gè)濃度下限。在此情況下就出現(xiàn)“窗口濃度”范圍，亦即空氣或載氣中有機(jī)物蒸汽濃度對(duì)于常規(guī)的碳吸附法是太高，而對(duì)于用壓縮-冷凝法高效回收又是太低的濃度范圍。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明，所謂“窗口濃度”范圍的具體數(shù)值將因具體的有機(jī)物蒸汽和載氣以及所用操作條件而有所變化。因此，一般對(duì)本發(fā)明目的而言，“窗口濃度”范圍可以考慮為用常規(guī)手段不能高效地處理的濃度范圍來(lái)定義。
然而，可有另一方式定義，所述“窗口濃度”范圍可以從一種正面的角度來(lái)解釋?zhuān)嗉纯紤]為能夠用本發(fā)明的改進(jìn)方法處理而得到有利結(jié)果的濃度范圍。在很大程度上這些觀點(diǎn)是同義的，但后一定義趨向于擴(kuò)大特定的定量濃度范圍。
因此，例如當(dāng)溶劑-空氣混合物中溶劑蒸汽濃度足夠高時(shí)，例如約30%(體積)，可以用壓縮-冷凝法高效地回收，即將該溶劑-空氣混合物壓縮并冷卻，使溶劑蒸汽冷凝成為液態(tài)溶劑。然后可以分出液體溶劑，貯存并供應(yīng)用。當(dāng)溶劑-空氣混合物中溶劑的濃度低時(shí)，例如約6%(體積)或更低，可以用碳吸附法高效回收，即將溶劑-空氣混合物與活性炭接觸。一般這在吸附塔中進(jìn)行，使溶劑優(yōu)先吸附到碳上，使除盡溶劑的空氣排至大氣中。當(dāng)吸附塔中的碳飽和了溶劑，將空氣-溶劑物料流引至另一吸附塔。然后可用多種方法回收吸附在碳上的溶劑，例如升高溫度或向塔中通入水蒸汽。
然而，當(dāng)溶劑-空氣混合物中低沸點(diǎn)溶劑濃度是6%至30%(體積)之間，則用上述兩種回收方法效率不高，并且不經(jīng)濟(jì)。本發(fā)明提供改進(jìn)的溶劑回收方法，適用在溶劑-空氣混合物中的低沸點(diǎn)溶劑的濃度范圍對(duì)于用壓縮-冷凝法或碳吸附法回收都不現(xiàn)實(shí)和不經(jīng)濟(jì)的情況。從原則上講，本發(fā)明提供處理上述“窗口濃度”范圍的溶劑-空氣混合物的方法，得到兩種溶劑-空氣混合物，一種的溶劑濃度足夠高而可以用壓縮-冷凝法高效地回收，另一種的溶劑濃度足夠低而可以用碳吸附法高效地回收。
應(yīng)用于本發(fā)明的半透膜裝置一般可以是本領(lǐng)域已知的任何此類(lèi)裝置，例如可包括但不限于薄層半透膜、繞成螺旋的膜、空心纖維半透膜等等。對(duì)于用于將有機(jī)物蒸汽-空氣混合物分離成為富含蒸汽組分和少含蒸汽組分的半透膜而言，對(duì)于有機(jī)物蒸汽和空氣(即氧和氮)的滲透速率應(yīng)有不同。對(duì)于本發(fā)明目的，有機(jī)物蒸汽通過(guò)膜的滲透速率對(duì)空氣(通常按氮來(lái)測(cè)定)滲透速率之比應(yīng)為至少10。優(yōu)選此選擇性(或分離因數(shù))應(yīng)為100或甚致高達(dá)10000，并且有機(jī)物蒸汽的實(shí)際絕對(duì)滲透速率一般為至少1×10-7厘米3(標(biāo)準(zhǔn)條件)·厘米·厘米-2·厘米Hg-1·秒-1，或更大。一般，該膜是一種彈性聚合物膜，按本領(lǐng)域已知一般是天然橡膠、聚異戊二烯、聚丁烯、聚丁二烯、聚硅氧烷橡膠、氯丁橡膠等等。優(yōu)選，對(duì)于氯氟烴和氫氟烴與空氣分離而言，在鹵代烴優(yōu)先通過(guò)的情況，可使用二甲基聚硅氧烷橡膠制的膜。當(dāng)空氣優(yōu)先通過(guò)的情況，如本技術(shù)領(lǐng)域已知，可用的膜材料包括玻璃、陶瓷、聚合物塑料、膜和彈性體、天然產(chǎn)物如纖維素和橡膠，以及多孔性金屬或金屬膜，如不銹鋼、鈀、鉑和冷軋鋼。
來(lái)自膜分離裝置的進(jìn)料側(cè)的少含有機(jī)物蒸汽的物料流可以用本技術(shù)領(lǐng)域已知的任何吸附塔技術(shù)來(lái)處理，以回收有機(jī)溶劑。優(yōu)選采用碳吸附，但對(duì)于本發(fā)明目的而言，其他基于分子篩或吸附介質(zhì)的常規(guī)吸附裝置也應(yīng)視作為碳吸附法的等效方法。一般，此等系統(tǒng)包括多個(gè)單獨(dú)的吸附塔，按本領(lǐng)域一般已知方式，其中一個(gè)正在選擇吸附從膜裝置透過(guò)的排出物流中的有機(jī)物蒸汽時(shí)，另一個(gè)則正在汽提出有機(jī)溶劑并得到再生，以供下一次吸附蒸汽。
來(lái)自膜分離裝置的富含有機(jī)物蒸汽的滲透物流，可以用本領(lǐng)域已知的任何常規(guī)壓縮-冷凝方法處理。一般的方法包括壓縮，然后是冷凝和(或)熱交換，用以回收液體的冷凝物。所回收的液態(tài)有機(jī)溶劑以及由碳吸附法回收的溶劑可送至貯罐或再循環(huán)至使用此溶劑并產(chǎn)生該有機(jī)物蒸汽-空氣混合物的加工過(guò)程中。
有一個(gè)實(shí)例可產(chǎn)生有機(jī)物蒸汽-空氣混合物，其中有機(jī)溶劑濃度在約10-25%(體積)范圍，即前述的“窗口濃度”范圍，這就是連續(xù)纖維、紡粘聚乙烯織物片的生產(chǎn)，該產(chǎn)品例如可用于建造房屋。在這種閃蒸-擠出方法中，使用一種氯氟烴作為加工溶劑，具體就是一氟三氯甲烷(CFCl3，CFC-11，沸點(diǎn)23.8℃)。此溶劑特別適用，因?yàn)樗蓭?lái)某些加工優(yōu)點(diǎn)，使成品有更優(yōu)品質(zhì)。然而，此溶劑相當(dāng)昂貴，并且被認(rèn)為是引致同溫層臭氧枯竭的。因此有兩方面因素促使人們(經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù))要以經(jīng)濟(jì)的方式盡量回收此溶劑。
在此方法中，將聚乙烯與一氟三氯甲烷在混合槽中充分混合并加熱，制成聚乙烯在CFC-11中的溶液。將此溶液閃蒸-擠出到置于一個(gè)小室中的運(yùn)動(dòng)中的連續(xù)帶上，使CFC-11迅速汽化。借助于熱和輥壓力使連續(xù)纖維聚乙烯墊層發(fā)生粘結(jié)，得到所要的紡粘片料。已汽化的CFC-11已與空氣混合而存在于該小室中，其濃度約為10-25%(體積)。由于在空氣-CFC-11混合物中CFC-11的濃度對(duì)于壓縮-冷凝法高效回收是太低，而對(duì)于用碳吸附法回收又太高，于是必須向混合物中加入空氣使CFC-11濃度降至7%(體積)以下才能用碳吸附法回收。由于加入了空氣，于是可以采用碳吸附法回收溶劑，但同時(shí)需對(duì)付這樣的問(wèn)題(1)需處理更大體積的溶劑-空氣混合物;(2)若為了減輕(1)帶來(lái)的問(wèn)題而少用空氣，由于吸附塔溫度上升(由于吸附熱)而使吸附效率下降，而在某些情況下溫度可上升到很高而引致塔內(nèi)火災(zāi);(3)由于全部溶劑都是通過(guò)碳吸附來(lái)回收，由于吸附塔飽和了CFC-11而需要頻繁地切換吸附塔進(jìn)行再生CFC-11，將CFC-11解吸，不可避免地要把一定量的CFC-11損失到大氣中。采用本發(fā)明的方法后，CFC-11幾乎可以完全回收后再利用，而損失到大氣中的CFC-11的量大為減少。
以下實(shí)例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的具體實(shí)施方案。除另指明者外，所有氣相組分的百分含量均為體積%。
實(shí)例1在工業(yè)上制造聚乙烯片料的工藝過(guò)程中實(shí)施本發(fā)明的改進(jìn)方法。該工藝包括將聚乙烯料粒與一種氯氟烴(CFC-11)充分混合，在壓力下加熱并混合此混合物，然后將此聚乙烯在CFC-11中的溶液閃蒸-擠出到一個(gè)小室中的連續(xù)運(yùn)動(dòng)的帶上，小室中為常壓的空氣。在此條件下，沸點(diǎn)僅23.8℃的CFC-11迅速汽化而離開(kāi)傳送帶上的聚乙烯片料。在51次操作中測(cè)定離開(kāi)該小室的CFC-11-空氣混合物，平均為含CFC-11 17.9%(從10%至29%范圍)。在以前，將此CFC-11-空氣混合物與外加的空氣混合，使CFC-11濃度下降至百分之幾，于是CFC-11可以用碳吸附法回收。在實(shí)施本發(fā)明方法時(shí)，使CFC-11-空氣混合物與半透膜裝置接觸。所用的半透膜是二甲基硅氧烷的彈性聚合物，則將膜加入到繞成螺旋的膜的型件中。該裝置在操作時(shí)是保持滲透物一側(cè)的蒸汽壓低于進(jìn)料側(cè)的蒸汽壓，這是供助于在滲透物側(cè)接上真空泵而達(dá)到的。在這51次操作中，向滲透裝置的進(jìn)料平均含CFC-11 17.9%，分成為平均73.82% CFC-11的富含CFC-11的組分(實(shí)際范圍從50%至近于100%)，以及平均含6.8% CFC-11的少含CFC-11的組分(實(shí)際范圍3.3-12.0%)。73.8%表示富集倍數(shù)為4.1倍，于是可以用通常的壓縮-冷凝法從其中高效回收CFC-11。少含CFC-11的組分(平均6.8%)很容易用碳吸附塔處理。
實(shí)例2從連續(xù)接受紡粘、無(wú)規(guī)織造的聚乙烯織物的傳送帶所在的小室中連續(xù)取出一個(gè)CFC-11進(jìn)料流，將之送入如附圖所示的膜-碳吸附-壓縮冷凝綜合系統(tǒng)中。進(jìn)料流為1000標(biāo)準(zhǔn)立英尺/分鐘，平均含12% CFC-11。在將之送入使用硅聚合物半透膜的繞成螺旋的膜裝置的第一級(jí)之前，與來(lái)自膜裝置第二級(jí)進(jìn)料側(cè)的流量71.3標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/分的含CFC-11 12%的再循環(huán)物料流合并。用真空鼓風(fēng)機(jī)從膜裝置第一級(jí)抽出含60% CFC-11的滲透物流，將之送入膜裝置第二級(jí)，流量為169.1標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/分。繞成螺旋的硅聚合物膜裝置第二級(jí)與第二臺(tái)真空鼓風(fēng)機(jī)聯(lián)用，抽出含CFC-11 95%的滲透物流，流量97.8標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/分，而前面已述的含CFC-11 12%的進(jìn)流側(cè)流出物(流量71.3標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/分)再循環(huán)至第一級(jí)的入料端。從第二級(jí)抽出的滲透物流送入常規(guī)式壓縮-冷凝工序，回收CFC-11。第一級(jí)進(jìn)料側(cè)含3% CFC-11的流出物流(流量902.2標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/分)則送至常規(guī)式碳吸附裝置，回收CFC-11。
經(jīng)過(guò)以比較具體的實(shí)例對(duì)本發(fā)明加以說(shuō)明和例證之后，應(yīng)可明了，本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)并非限于此，而是相當(dāng)于權(quán)利要求的文字內(nèi)容及其等效內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種從含有機(jī)物蒸汽和空氣的進(jìn)料流中分離并回收有機(jī)物蒸汽的方法，該進(jìn)料流中的有機(jī)物蒸汽含量是處于“窗口濃度”范圍，亦即對(duì)于常規(guī)式碳吸附法是濃度太高，而對(duì)于用壓縮-冷凝法高效回收是濃度太低，所述方法的步驟為(a)提供一個(gè)從空氣中分離有機(jī)物蒸汽的半透膜裝置，該裝置有進(jìn)料側(cè)和滲透物側(cè)，其中所述半透膜裝置的特征在于具有有機(jī)物蒸汽相對(duì)于空氣是優(yōu)先通過(guò)，或空氣相對(duì)于有機(jī)物蒸氣優(yōu)先通過(guò)的選擇性為至少是10，并且按滲透物氣體的滲透率為大于1×10-7厘米3(標(biāo)準(zhǔn))·厘米·厘米-2·厘米Hg-1·秒-1；(b)將有機(jī)物蒸汽含量為“窗口濃度”范圍即約6%至約30%(體積)的有機(jī)物蒸汽與空氣的進(jìn)料流通過(guò)該半透膜裝置的進(jìn)料側(cè)，使得該有機(jī)物蒸汽或者空氣，但不是兩者，優(yōu)先通過(guò)該膜，形成一個(gè)少含有機(jī)物蒸汽的空氣流和一個(gè)富含有機(jī)物蒸汽的物料流，前者的特征在于有機(jī)物蒸汽濃度低于所述“窗口濃度”范圍，后者的特征在于有機(jī)物蒸汽濃度高于所述“窗口濃度”范圍；(c)將步驟(b)所產(chǎn)生的少含有機(jī)物蒸汽的空氣流進(jìn)行碳吸附，從而由其中分離并回收有機(jī)物蒸汽；(d)將步驟(b)所產(chǎn)生的富含有機(jī)物蒸汽的物料流進(jìn)行壓縮-冷凝，從而由其中分離并回收有機(jī)物蒸汽。
2.按權(quán)利要求1的方法，其中所述半透膜裝置包括分開(kāi)的第一級(jí)和第二級(jí)半透膜裝置，其中每一級(jí)有進(jìn)料側(cè)和滲透物側(cè)，每一級(jí)的滲透物側(cè)分別提供真空條件，并且其中所述有機(jī)物蒸汽與空氣進(jìn)料流送入第一級(jí)半透膜裝置的進(jìn)料側(cè)，從第一級(jí)半透膜裝置進(jìn)料側(cè)出來(lái)的物料流送去碳吸附或壓縮-冷凝裝置，從第一級(jí)半透膜裝置出來(lái)的滲透物送入第二級(jí)半透膜裝置的進(jìn)料側(cè)，從第二級(jí)半透膜裝置的進(jìn)料側(cè)出來(lái)的有機(jī)物蒸汽與空氣物料流則再循環(huán)送入進(jìn)入第一級(jí)半透膜裝置進(jìn)料側(cè)的所述進(jìn)料流之中，從第二級(jí)半透膜裝置出來(lái)的滲透物流則送至壓縮-冷凝或碳吸附裝置。
3.按權(quán)利要求1的方法，其中所述半透膜裝置許可有機(jī)物蒸汽相對(duì)于空氣優(yōu)先選擇通過(guò)，并且從半透膜裝置進(jìn)料側(cè)出來(lái)的少含有機(jī)物蒸汽的空氣流的特征在于其有機(jī)物蒸汽濃度是低于所述“窗口濃度”范圍，并將之送去碳吸附;來(lái)自半透膜裝置的富含有機(jī)物蒸汽的滲透物流的特征在于其有機(jī)物蒸汽濃度是高于所述“窗口濃度”范圍，并將之送去壓縮-冷凝。
4.按權(quán)利要求1的方法，其中所述半透膜裝置許可空氣相對(duì)于有機(jī)物蒸汽優(yōu)先選擇通過(guò)，并且從半透膜裝置進(jìn)料側(cè)出來(lái)的富含有機(jī)物蒸汽的物料流的特征在于其有機(jī)物蒸汽濃度是高于所述“窗口濃度”范圍，并將之送去壓縮-冷凝;來(lái)自半透膜裝置的少含有機(jī)物蒸汽的滲透物流的特征在于其有機(jī)物蒸汽濃度是低于所述“窗口濃度”范圍，并將之送去碳吸附。
5.按權(quán)利要求2的方法，其中所述半透膜裝置許可有機(jī)物蒸汽相對(duì)于空氣優(yōu)先選擇通過(guò)，并且從第一半透膜裝置進(jìn)料側(cè)出來(lái)的少含有機(jī)物蒸汽的空氣流的特征在于其有機(jī)物蒸汽濃度是低于所述“窗口濃度”范圍，并將之送去碳吸附;來(lái)自第二半透膜裝置的富含有機(jī)物蒸汽的滲透物流的特征在于其有機(jī)物蒸汽濃度是高于所述“窗口濃度”范圍，并將之送去壓縮-冷凝。
6.按權(quán)利要求2的方法，其中所述半透膜裝置許可空氣相對(duì)于有機(jī)物蒸汽優(yōu)先選擇通過(guò)，并且從第一半透膜裝置進(jìn)料側(cè)出來(lái)的富含有機(jī)物蒸汽的物料流的特征在于其有機(jī)物蒸汽濃度是高于所述“窗口濃度”范圍，并將之送去壓縮-冷凝;來(lái)自第二半透膜裝置的少含有機(jī)物蒸汽的滲透物流的特征在于其有機(jī)物蒸汽濃度是低于所述“窗口濃度”范圍，并將之送去碳吸附。
7.按權(quán)利要求1的方法，其中所述有機(jī)物蒸汽和空氣進(jìn)料流包含一種鹵代烴。
8.按權(quán)利要求2的方法，其中所述有機(jī)物蒸汽和空氣進(jìn)料流包含一種鹵代烴。
9.按權(quán)利要求5的方法，其中所述有機(jī)物蒸汽和空氣進(jìn)料流包含一種鹵代烴。
10.按權(quán)利要求1的方法，其中所述將少含有機(jī)物蒸汽的空氣流送去碳吸附的步驟是應(yīng)用至少兩套碳吸附裝置，其中當(dāng)一套裝置被用于吸附有機(jī)物蒸汽時(shí)，至少另一套裝置是處于再生階段，再生步驟包括(a)將至少一部分從吸附有機(jī)物蒸汽的碳吸附裝置流出的物料通過(guò)所述處于再生階段的另一吸附裝置，該裝置采用足夠高的溫度而從該碳吸附裝中除掉被吸附的有機(jī)物蒸汽;(b)將從再生過(guò)程中的另一碳吸附裝置的流出物再循環(huán)至所述半透膜裝置的進(jìn)料側(cè)或滲透物側(cè)，進(jìn)一步分離并回收有機(jī)物蒸汽。
11.按權(quán)利要求2的方法，其中所述將少含有機(jī)物蒸汽的空氣流送去碳吸附的步驟是應(yīng)用至少兩套碳吸附裝置，其中當(dāng)一套裝置被用于吸附有機(jī)物蒸汽時(shí)，至少另一套裝置是處于再生階段，再生步驟包括(a)將至少一部分從吸附有機(jī)物蒸汽的碳吸附裝置流出的物料通過(guò)所述處于再生階段的另一吸附裝置，該裝置采用足夠高的溫度而從該碳吸附裝中除掉被吸附的有機(jī)物蒸汽;(b)將從再生過(guò)程中的另一碳吸附裝置的流出物再循環(huán)至所述半透膜裝置的進(jìn)料側(cè)或滲透物側(cè)，進(jìn)一步分離并回收有機(jī)物蒸汽。
全文摘要
一種從有機(jī)物如氯氟烴蒸汽與空氣的進(jìn)料流中分離并回收有機(jī)物蒸汽的方法，其中的有機(jī)物蒸汽在“窗口濃度”范圍，即對(duì)于常規(guī)碳吸附法是濃度太高，而對(duì)于壓縮-冷凝法高效回收是濃度太低。將該有機(jī)物蒸汽和空氣進(jìn)料流通過(guò)半透膜裝置的進(jìn)料側(cè)，于是從該膜裝置出來(lái)的少含有機(jī)物蒸汽的物料流可以用碳吸附法處理，從膜裝置出來(lái)的富含有機(jī)物蒸汽的物料流可以用常規(guī)壓縮-冷凝法處理。
文檔編號(hào)B01DGK1068752SQ91104898
公開(kāi)日1993年2月10日 申請(qǐng)日期1991年7月13日 優(yōu)先權(quán)日1991年6月28日
發(fā)明者李功興 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司