DE69014875T2 - Verfahren zur Rückgewinnung von halogenierten Kohlenwasserstoffen. - Google Patents

Verfahren zur Rückgewinnung von halogenierten Kohlenwasserstoffen.

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Description

    Bereich der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Rückgewinnung von halogenierten Kohlenwasserstoffen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Chlorkohlenwasserstoffe (wie Methylenchlorid, 1,1,1- Trichlorethan, Trichlorethylen, Tetrachlorethylen und Tetrachlorkohlenstoff) werden zur Auflösung von Kautschuk und Fettsäuren und als Mittel zur Trockenreinigung und für die Reinigung von Präzisionsmaschinen und -elementen weithin verwendet. Die Chlorkohlenwasserstoffe haben viele Vorteile wie z.B. einen niedrigen Siedepunkt, eine hohe Löslichkeit oder Detergenskraft und Nicht-Brennbarkeit, haben jedoch einige Nachteile bei der Toxizität und Carcinogenität. Sie werden daher unter sehr eingeschränkten Bedingungen verwendet
  • Chlorkohlenwasserstoffe können durch Aktivkohleabsorption wiedergewonnen oder entfernt werden. Die Absorptionsrate ist jedoch schlecht und das Wiedergewinnungsverfahren ist kompliziert.
  • Fluorkohlenwasserstoffe oder Freone, z.B. Trichlormonofluormethan (Freon 11), Trichlorfluorethan (Freon 113) und Dichlordifluormethan (Freon 12) wurden ebenfalls für Sprays, als Kühlmittel, Schäumungsmittel, Lösungsmittel und Reinigungsmittel für ICs oder Präzisionsmaschinen und -elemente verwendet. Die Fluorkohlenwasserstoffe haben einen großen Siedepunktbereich innerhalb von -40 bis +50ºC und eine sehr niedrige Toxizität. Sie haben auch eine hohe Löslichkeit in Öl und organischen Stoffen und weisen daher eine sehr hohe Detergenskraft auf. Sie sind jedoch an der Zerstörung der Ozonschicht und bei negativen Einwirkungen auf die Umwelt beteiligt.
  • US-A-4934149 beschreibt ein Verfahren zur Verringerung von Chlorfluorkohlenwasserstoff-Kühlmittelemissionen aus einem Dampfkompressionskühlsystem oder einer Wärmepumpe durch Kontaktieren des Kühlmittels mit einem Sorbens. Die Abtrennung von Chlorfluorkohlenwasserstoffen von Verunreinigungen, wie beispielsweise sauren Gasen, durch Verwendung eines flüssigen Sorbens wird ebenfalls vorgeschlagen. Im Beispiel wird Chlordifluormethan in N- Methyl-2-pyrrolidon gelöst.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird ein halogenierte Kohlenwasserstoff, der in gasförmiger Form in Luft oder einem Inertgas vorliegt, wiedergewonnen, indem man die gasförmige Mischung mit einer flüssigen aprotischen polaren Verbindung kontaktiert, die ein 1,3-Di(C&sub1;&submin;&sub3;-alkyl)-2-imidazolidinon oder 1,3-Di(C&sub1;&submin;&sub3;- alkyl)hexahydropyrimidin-2-on ist, wobei der halogenierte Kohlenwasserstoff von dieser Verbindung absorbiert wird. Es wurde überraschenderweise gefunden, daß der halogenierte Kohlenwasserstoff durch diese Verbindungen, die per se bekannt sind, in hohem Grade absorbiert und zur Wiedergewinnung effizient desorbiert werden kann.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Aprotische polare Verbindungen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind bekannt. Sie haben vorzugsweise ein Dipolmoment von 3,7 bis 4,8 D, insbesondere 4,0 bis 4,7 D, wie beispielsweise 1,3-Dimethyl-2- imidazolidinon (DMI) oder 1,3-Dimethylhexahydropyrimidin-2- on. Wenn das Dipolmoment außerhalb des obigen Bereichs liegt, werden die Absorptions- und Desorptionsfähigkeiten für den halogenierten Kohlenwasserstoff verringert. Obwohl die vorliegende Erfindung von keiner bestimmten Theorie abhängig ist, wird angenommen, daß das Dipolmoment ein wichtiger Faktor ist.
  • Der wiederzugewinnende halogenierte Kohlenwasserstoff liegt in gasförmiger Form zusammen mit Luft oder einem Inertgas vor. Der halogenierte Kohlenwasserstoff kann in der Form eines den halogenierten Kohlenwasserstoff enthaltenden Abgases vorliegen, das von vielen Industrien produziert wird (z .B. Präzisionsindustrie, Trockenreinigung, mikrolithographische Verfahren etc.). In der vorliegenden Erfindung wird das halogenierte kohlenwasserstoffhaltige Gas mit der aprotischen polaren Verbindung (Flüssigkeit) kontaktiert, im allgemeinen durch Gas-Flüssigkeits- Kontaktierverfahren, die fachbekannt sind. Dies wird gewöhnlich durch eine Absorptionskolonne oder einen Absorptionsturm ausgeführt, die ebenfalls fachbekannt sind.
  • Durch die vorliegende Erfindung kann der halogenierte Kohlenwasserstoff von der aprotisch polaren Verbindung in einem hohen Absorptionsverhältnis absorbiert werden, d.h. mehr als 90 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 95 Gew.-%. Der absorbierte Halogenkohlenwasserstoff kann mit einem sehr hohen Rückgewinnungsverhältnis von mehr als 90 % von der aprotischen polaren Verbindung wiedergewonnen oder desorbiert werden. Der Wiedergewinnungsschritt wird durch Destillation, Eindampfen oder Einbringen von erwärmter Luft oder Stickstoff ausgeführt. Der wiedergewonnene Halogenkohlenwasserstoff und die aprotische polare Verbindung können wiederverwendet werden.
  • Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
  • Beispiel 1 bis 9
  • Ein Testreagenzglas (Innendurchmesser 26 mm; Länge 200 mm) wurde mit einem Gaseinlaßrohr und einem Gasauslaßrohr, die beide bis zum Boden des Testreagenzglases reichten, versehen. 5 ml Halogenkohlenwasserstoff wurden in das Testreagenzglas gegeben und Luft wurde eingeblasen, um eine gasförmige Mischung aus Halogenkohlenwasserstoff und Luft zu bilden. Die Natur des Halogenkohlenwasserstoffs und andere Bedingungen (Temperatur etc.) werden in Tabelle 1 gezeigt.
  • Wie oben beschriebene Testreagenzgläser, die mit einem Gaseinlaßrohr und einem Gasauslaßrohr versehen waren, wurden mit 20 ml DMI (oder im Fall von Beispiel 7 bis 9, 16 ml DMI plus 4 ml N-Methyl-2-pyrrolidon) befüllt. 4 bis 6 Testreagenzgläser wurden mit Teflon -Schläuchen verbunden und bei einer Absorptionstemperatur gehalten, wie sie in Tabelle 1 gezeigt wird.
  • Die gasförmige Mischung wurde in die DMI enthaltenden Testreagenzgläser eingeleitet und durchgeleitet und die Menge des in jedem Testreagenzglas absorbierten Halogenkohlenwasserstoffes wurde durch Gaschromatographie gemessen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 1 Beispiel Nr. Halogenkohlenwasserstoff Verdampfungstemperatur (ºC) Luftdurchflußrate (1/min) Verdamfungszeit (min) Absorptionstemperatur (ºC) Trichlorethan Tetrachlorethan Freon 113 Tabelle 2 Beispiel Nr. Gaskonzentration Absorptionsmenge ml/20 ml Lösungsmittel Absorptionstestreagenzglas Absorbierte Gesamtmenge (%) Spuren
  • Beispiel 10
  • Ein Testreagenzglas, wie in den Beispielen 1 bis 9 beschrieben, wurde mit 5 ml Freon 113 und 20 ml DMI gefüllt und auf 53 ± 1ºC erwärmt. Luft wurde mit 0,5 l/min 60 min lang durchgeleitet. Das erzeugte Gas wurde in 6 Testreagenzgläser mit einem Gehalt von je 20 ml DMI bei 5ºC eingeleitet. Die in dem jeweiligen Testreagenzglas absorbierten Mengen betrugen 1,39, 1,17, 1,06, 0,77, 0,33 und 0,1 /ml/20 ml DMI und die Absorptionsgesamtmenge betrug 97,8 %.
  • Dieses Beispiel zeigt, daß Freon 113 im wesentlichen vollständig aus einer Mischung von Freon 113 und DMI mit einem Gehalt von 20 Vol.-% (27,2 Gew.-%) Freon 113 wiedergewonnen werden konnte, indem man 30 l Luft bei 50ºC durchleitete.
  • Beispiel 11
  • 10 ml Tetrachlorethylen wurden in ein 200 ml Glasgefäß, das mit einem Lufteinlaßrohr und einem Mischgasauslaßrohr versehen war, gegeben. 160 l Luft wurden bei 18ºC während 400 min mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 0,4 l/min durchgeleitet. Tetrachlorethylen war dann vollständig verdampft, was ein Mischgas mit einer Volumenkonzentration von 1,47 Vol.-%, einer Gewichtskonzentration von 7,91 Gew.-% und 15 100 ppm aufwies.
  • Das Mischgas wurde durch 200 ml DMI bei 20,5ºC in einem Absorptionsgefäß durchgeleitet. Das daraus austretende Gas enthielt weniger als 5 ppm Tetrachlorethylen bis 170 min ab Beginn. Dann stieg die Tetrachlorethylen-Konzentration im austretenden Gas linear an und erreichte 70 ppm nach 315 min und 100 ppm nach 400 min (als die Konzentration der absorbierten Flüssigphase 4,75 % betrug). Dementsprechend erreichte das Gesamtabsorptionsverhältnis von Tetrachlorethylen in DMI 96,5 %.
  • Beispiel 12
  • Ein Verdampfer wurde mit 12,8 ml Trichlorethylen bei 0ºC befüllt und dadurch Luft mit einer Durchflußrate von 2 l/min 80 min lang durchgeleitet, was ein Mischgas mit einem Trichlorethylen-Gehalt von 117 mg/l und einem Luftgehalt von 2,0 Vol.-% und 21 800 ppm erzeugte. Das Mischgas wurde dann durch vier Absorptionsgefäße, die in Reihe geschaltet waren und 40 ml DMI enthielten, bei 5ºC durchgeleitet. Die in den vier Testgefäßen absorbierten Trichlorethylenmengen betrugen 9,46 ml, 2,3 ml, 0,34 ml bzw. 0,12 ml. Dementsprechend war die Gesamtabsorptionsrate 95,5 % und die Gaskonzentrationen am Auslaß des jeweiligen Absorptionsgefäßes betrugen 5 700 ppm, 1 770 ppm, 1 200 ppm bzw. 990 ppm.
  • Beispiel 13
  • Ein Dreihalskolben wurde mit einem Tropftrichter, einer Kapillare und einer Rektifiziersäule mit einer Wiedertemperaturfalle (Trockeneis und Aceton) versehen. Der Kolben wurde auf 60ºC erhitzt und eine Mischung von 50 ml Freon 11 und 100 ml DMI wurde im Verlauf von 45 min bei 26,6 kPa (200 mm Hg) zugetropft. Die Mengen von Freon 11 in der Niedertemperaturfalle und dem Absorptionsgefäß betrugen 45,5 ml und 0,2 ml und der Destillationsrückstand enthielt 1,3 ml Freon 11. 47 ml Freon 11 wurden abgefangen, was 94 % entspricht.
  • Beispiel 14
  • Ein 500 ml Dreihalskolben wurde mit einer Kapillare und einer 50 cm Rektifiziersäule versehen, mit der eine Kühlfalle (-20ºC) und eine Niedertemperaturfalle (-70ºC) verbunden wurden. Eine Mischung von 120 g Tetrachlorethylen und 200 g DMI wurde eingeblasen und bei einem reduzierten Druck von 20 kPa (150 mm Hg) destilliert. Der Kolben wurde von 120ºC auf 170ºC erhitzt und die Destillation 1,5 h fortgesetzt. Die Temperatur am oberen Ende der Rektifiziersäule lag innerhalb 50 bis 60ºC von der, bei der Tetrachlorethylen zur Kühlfalle ausdestilliert wurde. Die Kühlfalle enthielt 98 g Tetrachlorethylen und die Niedertemperaturfalle enthielt 11,6 g Tetrachlorethylen. Der Destillationsrückstand enthielt 6,5 g Tetrachlorethylen, was durch Gaschromatographie bestimmt wurde. Das insgesamt absorbierte Tetrachlorethylen betrug 96,8 %.

Claims (4)

1. Verfahren zur Wiedergewinnung eines halogenierten Kohlenwasserstoffs, der in gasförmiger Form in Luft oder einem Inertgas vorliegt, umfassend das Kontaktieren der gasförmigen Mischung mit einer flüssigen aprotisch polaren Verbindung, die ein 1,3-Di(C&sub1;&submin;&sub3;-alkyl)-2- imidazolidinon oder 1,3-Di(C&sub1;&submin;&sub3;- alkyl)hexahydropyrimidin-2-on ist, wobei der halogenierte Kohlenwasserstoff durch diese Verbindung absorbiert wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die aprotisch polare Verbindung ein Dipolmoment von 3,7 bis 4,8 D hat.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die aprotisch polare Verbindung 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon ist.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die aprotisch polare Verbindung 1,3-Dimethylhexahydropyrimidin-2-on ist.
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