Способ отделения воды от разбавленного водного раствора n- метилморфолин-n-оксида, n-метилморфолина, морфолина или их смесей

 

Использование: для отделения воды от разбавленного водного раствора N-метилморфолин-М-оксида, N-метилморфолина, морфолина или их смесей, а также в частном случае авиважа, раствор в установке обратного осмоса пропускают через полунепроницаемую мембрану. Сконцентрированные вещества - морфолин и N-метилморфолин могут быть известным образом превращены в N-метилморфолин-М-оксид. Рекомендуемое давление для проведения процесса 40-42 бар, температура 25-75°С. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 8 01 0 61/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) с! ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К ПАТЕНТУ

1 (21) 4894931/26 (22) 27.03.91 (46) 23.08.93. Бюл. N. 31 (31) А722/90 (32) 28.03.90

, (33) AT ! (71) Ленцинг АГ(AT) ! (72) Штефан Астеггер, Дитер Айхингер, Хай нрих Фирго, Карин Вайнцирл, Бернд Воль-! гинер и Штефан Цикели (AT) l (54) СПОСОБ ОТДЕЛЕНИЯ ВОДЫ ОТ РА3БАВЛЕННОГО ВОДНОГО РАСТВОРА N .M Е Т ИЛ М О P Ф ОЛ И Н-.N-О КСИДА, Изобретение касается способа отделе: ния воды от разбавленного водного раство, ра й-метил морфолин-й-оксида, : N-метилморфолина, морфолина или их сме, сей, а также в частном случае, авиважа. Дру гими словами, разбавленный водный раствор должен быть сконцентрирован.

Цель изобретения — повышение эффек: тивности процесса.

Задачей изобретения является разра: ботка способа. при котором из разбавленного водного раствора NMMO, N-метилморфолина, морфолина или их сме сей, а также в частном случае, авиважа может быть отделена относительно чистая вода, в результате чего раствор будет скон- центрирован. Инвестиционные затраты и производственные расходы при этом процессе должны быть низкими.

Эта задача решается согласно изобретению благодаря тому, что раствор в уста- новке обратного осмоса продавливают через полупроницаемую мембрану под давлением, которое выше осмотического. Мем,. Ж,„, 1836129 А3

N-МЕТИЛМОРФОЛИНА, МОРФОЛИНА

ИЛИ ИХ СМЕСЕЙ (57) Использование: для отделения воды от разбавленного водного раствора N-метилморфолин-N-оксида, N-метилморфолина, морфолина или их смесей, а также в частном случае авиважа, раствор в установке обратного осмоса пропускают через полунепроницаемую мембрану. Сконцентрированные вещества — морфолин и N ìåòèëìîðôîëèí могут быть известным образом превращены в N-метилморфолин-N-оксид. Рекомендуемое давление для проведения процесса 40 — 42 бар, температура 25-750С. 3 з. и. ф-лы, 1 ил. брана удерживает в достаточной степени растворенные вещества.

Наиболее подходящие показатели давления лежат около 40 бар и температуры между 25 и 75 С.

Прошедшая через мембрану вода очень чистая. Она без опасений может быть направлена в канализацию или возвращена в циркуляционный процесс. Благодаря этой возможности, естественнО, экономится свежая вода.

Удержанные мембраной растворенные вещества имеют относительно высокую концентрацию, так как с помощью предлагаемого согласно изобретению способа первоначальная концентрация будет сильно повышена, Поэтому целесообразно, чтобы затем сконцентрированный раствор известным способом был переработан в N.-метилморфолин-N-оксид. Таким образом, расход

NMMO будет понижен и предотвращен ге нагрузка нл окружающую среду, потому что все отделенные или же сконцентрирован1836129 ные вещества после соответствующей переработки могут быть, как NMMO, возвращены в циркуляционный процесс.

Благодаря изобретению впервые создается возможность ведения процесса беэ сточных вод при получении целлюлозных формованных изделий с помощью растворителя NMMO.

Посредством замкнутой циркуляции экономичность процесса может быть значительно повышена, й-метилморфолин может быть окислен в NMMO. Морфолин в заключение отгоняется. Отогнанный морфолин метилируется и в завершение также окисляется в NMMO.

Полученный NMMO возвращается в процесс.

На чертеже показана схема устройства для выполнения изобретения.

Подлежащий разделению выпарной конденсат, который образуется в ходе

NMMO-процесса, как описано выше, и при концентрировании разбавленных растворов, содержащих NMMO, N-метилморфолин, морфолин или их смеси, с помощью подающего насоса 1 через линию 2 подается в циркуляционный сборник или приемник

3.

Жидкость, находящаяся в приемнике 3, с помощью насоса 4, например центробежного насоса, подается в теплообменник 5, где жидкость доводится до определенной температуры. Отсюда она через фильтр 6 поступает к насосу или к нескольким насосам высокого давления 7, которые действуют на нагретую жидкость с достаточно высоким (выше чем осмотическое давление) давлением. Находящаяся под давлением жидкость подается на мембранный модуль

8, через эту мембрану может проходить только почти чистая вода (проникающий продукт). Растворенные вещества (NMMO, N-метилморфолин и морфолин) будут удерживаться (непроникающий продукт). Этот непроникающий продукт через линию 9 направляется обратно в приемник 3 Проникающий продукт непрерывно отводится через линию 10 и может, например, подаваться в приемник этого продукта 12. Из него он может опять возвращаться в процесс в качестве технологической воды.

С помощью вентиля V1 после насоса высокого давления и вентиля V2 после мембранного модуля может быть отрегулирован поток или установлено необходимое давление в системе. Мембранные модули, которые могут быть включены последовательно и/или параллельно, подбираются таким образом, чтобы обеспечить рабочую температуру и давление, а также химическую стойкость..

В зависимости от продукта, эффекта разделения и требуемой концентрации непроникающего продукта установка может работать периодически или же непрерывно, При периодическом процессе выпарной конденсат прокачивается насосом через мембранный модуль 8 и непроходящий через мембрану продукт возвращается опять в приемник 3. Благодаря этому концентрация амина в приемнике 3 увеличивается до . требуемой конечной величины, Полученные таким образом высококонцентрированные растворы будут затем перерабатываться и возвращаться в процесс. Если при достигнутой конечной концентрации в приемник 3 будет подан свежий выпарной конденсат, то при одновременном отводе непроникающего продукта (вентиль V3, линия II) процесс может осуществляться непрерывно.

Таким образом, посредством применения техники обратного осмоса растворенные молекулы будут отделены физически с помощью мембран. Количественное удержание и концентрирование с помощью процесса обратного осмоса происходит благодаря тому, что содержащий примеси выпарной конденсат непрерывно подается в рабочий цикл, при этом одновременно отводится не имеющий аминов, проходящий через мембрану продукт. Полученный таким образом концентрат (непроникающий продукт) может в дальнейшем использоваться, как это описано выше. Тем самым снимаются потери растворителя при NMMO — процессе, и благодаря этому значительно . повышается экономичность данного процесса. Проникающий через мембрану продукт может, без сомнений, отводиться в канализационную систему. Но может быть также и возвращен в производственный процесс, благодаря чему может быть сэкономлена дорогая свежая вода. Желаемый эффект разделения достигается в данном случае без дополнительных химикатов.

Благодаря возврату непроникающего продукта и применению прошедшего через мембрану продукта .вместо свежей воды циркуляция растворителя может быть в полностью замкнутом процессе.

Вследствие выдающихся свойств и черезвычайно экономичного способа производства (возврат химикатов в процесс) процесс обратного осмоса может удовлетворить требования закона о защите воды, а также обеспечить экономичное оформление NMMQ-процесса. Ниже приведены примеры предлагаемого согласно изобретению способа, которые были

1836129

35

45

55 проведены с помощью вышеописанного устройства, Пример 1. 550 л выпарного конденсата с концентрацией аминов 0,07% (отношение N-метилморфолина к морфолину

i составляло 1:1) с помощью подающего насоса 1 через трубопровод 2 подается в приемник 3. Посредством насоса предварительного давления 4 через теплообменник 5, который обеспечивает соблюдение рабочей температуры 30 С, и фильтр

6 осуществляется непрерывное питание насоса высокого давления 7.

С помощью вентилей 1 и 2 устанавливается рабочее давление 40 бар и переток через мембранный модуль 2,5 м /ч. Для этой цели применены витые модули типа

FlLMTEC SW30HR 4040 из полисульфона фирмы "Дау Кемикал" с удерживающей способностью 99,5 для морской воды.

Очищенный проникший через мембрану и родукт непрер ы в но подавался по линии, 10, не прошедший через мембрану продукт через линию 9 возвращался в приемник 3 до тех пор, пока не была достигнута желаемая концентрация. После этого продукт через вентиль 3 продавливался для дальнейшей переработки.

Каждые 10 мин определялся поток проникающего через мембрану продукта и брались пробы для определения концентрации продукта, не прошедшего через мембрану, В начале разделения поток продукта, проникающего через мембрану, составлял 41,1 л/м час и во воемя концентрации понижался до 29,2 n/м ч. Концентрация этого продукта. не проникшего через мембрану, составила 2,1 „-..е. было достигнуто повышение концентрации с коэффициентом 30, Концентрация амина s продукте, проникающем через мембрану, находилась между

0,0004% и 0,0011%, т.е, была достигнута удерживающая способность мембраны по отношению к N-метилморфолину и морфолину от 99.5 до 99,9% относительно концентрации продукта, не прошедшего верез мембрану, 98,6 — 99,5% по отношению к исходной концентрации.

Пример 2. 550 л конденсата (концентрация 0,09%) с помощью насоса предварительного давления 4 через теплообменник

5, который обеспечивает соблюдение температуры 40 С, и фильтр 6 подводятся к насосу высокого давления 7.

При этом устанавливается рабочее давление 40 бар и переток через мембрану 1,25 л/м ч. Для этого применена навитая мембг рана типа ЯМ/ЗОНАМ 4040 (фирма "Дау Кемикал").

Очищенный проникающий через мембрану продукт(концентрация 0,0009- 0.042%) непрерывно отводился по линии 10. э не прошедший через мембрану продукт нахо5 дился в циркуляции до тех пор, пока не была достигнута концентрация 10,3%. Было достигнуто 1l4-кратное концентрирование аминов и тем самым разделительное действие мембраны от 99% до 99.6% по отноше10 нию к продукту, не прошедшему через мембрану, Поток продукта, проникшего через мембрану, составлял вначале 54,8 л/м г ч и понижался с прогрессивным концентрированием до 5,5 л/м ч, 15 Пример 3. С помощью насоса предварительного давления 4 осуществлялась подача 550 л выпарного конденсата (исходная концентрация 0,12 амина, соотношение N-метилморфолина к морфолину

20 составляло 1:1) через теплообменник (рабочая температура 40 С) и посредством насоса высокого давления 7 в мембранный модуль 8 (навитая мембрана типа SW30HR

4040), Переток через мембрану 2,5 м /ч, ра25 бочее давление — 50 бар, Посредством циркуляции достигнута концентрация 11%, непрерывно удаляемый, проходящий через мембрану продукт имел концентрацию аминов между 0,0004 и 0,06%. Тем самым удерживающая способн< сть мембраны составляла 99,5% до 99.7% (по отношению к концентрации продукта, не прошедшего через мембрану). Поток продукта, прошедшего через мембрану, вначале составлял

57,8 л/м ч и уменьшился до 7,5 л/м ч, 2

Достигнутый коэффициент концентрирования аминов составил 92.

Пример 4. С помощью насоса 4 предварительного давления 550 л промывочной воды из последней ступени NMMO — процесса с концентрацией NMMO 0,05% подавалось втеплообменник, который обеспечивает постоянное соблюдение рабочей температуры 40 С, Насос высокого давления обеспечивает рабоче . давление 40 бар, Для концентрирования КММО применена пленочная мембрана фирмы "Дау Кемикал", тип SW30HR 4040. Переток мембраны составляет 2500 л/ч. Не прошедший через мембрану продукт возвращается в приемник 3, а непрерывно удаляемый, прошедший через мембрану продукт каждые 15 мин проверяется.

Конечная концентрация продукта, не прошедшего через мембрану, составила

6,5, в продукте, прошедшем через мембрану, NMM0 не обнаружено. Поток продукта, прошедшего через мембрану во время разделения составлял 59,1 л/и «и 2;l 2 л/м г,, г

1836129

55 мотическое. ч. При этом осуществлено 130-кратное концентрирование аминов, Пример 5. 1400 л сточных вод с исходной концентрацией 0,01% NMMO u

0,02% авиважа (смесь бутил/этилстеарата) с помощью насоса предварительногодавления 4 подавались через теплообменник 5, который служит для обеспечения температуры 30 С, и фильтр 6 в насос высокого давления 7. При этом рабочее давление составляло 40 бар и переток через мембрану установлен 1,25 м /ч, Применялся навитый модуль фирмы "Дау Кемикал". тип SW30HR

4040.

Очищенный, прошедший через мембрану продукт непрерывно отводился по линии

10, продукт, не прошедший мембрану, находился в кругообороте до тех пор, пока не достигалась концентрация NMMO 95 г/л, Это соответствует 930-кратному концентрированию относительно NMMO. До 600-кратного концентрирования в продукте, прошедшем через мембрану, NMMO не бы-ло обнаружено. Авиваж также не был обнаружен в продукте, прошедшем через мембрану, даже при наивысшей концентрации продукта, не прошедшего через мембрану. Удерживающая способность мембраны относительно NMMO составляла

99,89%. Поток продукта, прошедшего через мембрану вначале разделения, составлял

44,4 л/м ч и понизился с увеличением концентрации продукта, не прошедшего мембрану,до 4,9л/м ч.

Пример 6. 550 г выпарного конденсата с концентрацией аминов, равной 0,07 (NMM:M=1:1) с помощью подающего насоса

1 подавали через трубопровод 2 в конденсаторную или приемную емкость 3, С помощью циркуляционного насоса 4 через тэплообменник 5, предназначенный для поддержания точной рабочей температуры (в данном случае 29 С) и фильтр 6 осуществлялось непрерывное питание насоса 7 высокого давления.

С помощью вентилей V1 и V2 устанавливалось рабочее давление, равное 42 бао, и переток через мембрану в объеме 2,3 м /ч.

Применялись модули 8 из полых волокон типа полиамида фирмы Дюпон с удерживающей способностью 98,5% для морской воды.

Очищенный проникающий через мембрану продукт непрерывно отводили по линии 10, не прошедший через мембрану продукт через линию 9 возвращался в приемную емкость 3 до тех пор, пока не было достигнуто желаемое повышение концентрации. Эатем через вентиль V3 продукт пропускался для дальнейшей обработки.

Каждые 10 мин определялся поток проникающего через мембрану продукта и отбирались пробы для определения концентрации продукта, не прошедшего че5 рез мембрану. Поток продукта, проникающего через мембрану, составлял 43 л/м и во время повышения концентрации снизился до 30,8 л/м . Концентрация этого продукта, не проникающего через мембрану, 10 составляла 2.1%, т.е. было достигнуто повышение концентрации аминов с коэффициентом 29. Концентрация аминов в продукте, проникающем через мембрану, составила

0,0004 — 0,0011%, т.е. была достигнута удер15 живающая способность мембраны относительно NMM и М от 99,5 до 99,9 по отношению к концентрации продукта, не прошедшего через мембрану (98,6-99,5% по отношению к исходной концентрации).

20 Пример 7. 550 л конденсата (концентрация 0,09%) с помощью насоса 4 предварительного давления через теплообменник

5, поддерживающий температуру, равную

41 С и фильтр 6 подводился к насосу 7 вы25 сокого давления.

Рабочее давление было отрегулировано до 40 бар, а переток через мембрану до 1,25 л/м ч. Применялась композитная навитая мембрана из полисульфона и поли

30 (эфир/карбамида) типа РЕС-1000 фирмы

ТОРАЙ с удерживающей способностью, равной 99,7 для морской воды.

Очищенный проникающий через мембрану продукт (с концентрацией от 0,009 до

35 0,042 %) непрерывно отводился по линии

10. а не прошедший через мембрану продукт находился в циркуляционном контуре до тех пор, пока не была достигнута концентрация; равная 10,3%. Было достигнуто по40 вышение концентрации до 114-кратной величины и тем самым разделительное дей. ствие мембраны от 99% до 99,6% по отношению к концентрации продукта, не прошедшего через мембрану. Поток продук45 та, проникающего через мембрану, вначале составлял 51,3 л/м ч и снизился с прогрессивным повышением концентрации до 5,2 л/м ч.

Формула изобретения

1. Способ отделения воды от разбавленного водного раствора N-метилморфолин-¹îêcèäà, N-метилморфолина, морфолина или их смесей, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности. отделение воды ведут через полупроницаемую мембрану в установке обратного осмоса под давлением, превышающим ос10

1836129

Составитель Л.Попова

Редактор Q.Ñòåìèíà Техред М.Моргентал Корректор А.Козориз

Заказ 2993 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рэушская наб., 4/5

Производственно-издательский коМбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

2. Способ пои. 1, отл ич а ю щи йс я тем, что процесс ведут под давлением 40-42 бар.

3. Способ по п. 1 иилли и 22, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что процесс ведут при 25-75 С.

4. Способ по пп, 1-3, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что исходный раствор дополнительно содержит авиважные средства.