Способ отделения воды от разбавленного водного раствора N-метилморфолин-N-оксида, N-метилморфолина, морфолина или их смесей Советский патент 1993 года по МПК B01D61/02 

Изобретение касается способа отделения воды от разбавленного водного раствораМ-метилморфолин-М-оксида, N-метилморфолина, морфолина или их смесей, а также в частном случае, авиважа. Другими словами, разбавленный водный раствор должен быть сконцентрирован.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса.

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

Эта задача решается согласно изобретению благодаря тому, что раствор в установке обратного осмоса продавливают через полупроницаемую мембрану под давлением, которое выше.осмотического. Мембрана 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-метилмор- фолин-Н-оксид. Таким образом, расход NMMO будет понижен и предотвращена нагрузка на окружающую среду, потому что все отделенные или же сконцентрирован5

Ё

00

со

Os

Ю О

GJ

ные вещества после соответствующей переработки могут быть, как NMMO, возвращены в циркуляционный процесс.

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

Посредством замкнутой циркуляции экономичность процесса может быть значительно повышена.

N-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 центробеж ного насоса, подается в теплообменник 5, где жидкость доводится до определенной температуры. Отсюда она через фильтр б 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 темпера0

туру и давление, а также химическую стойкость..

В зависимости от продукта, эффекта разделения и требуемой концентрации не- проникающего 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 чрезвычайно экономичного способа производства (возврат химикатов в процесс) процесс обратного осмоса может удовлетворить требования закона о защите воды, а также обеспечить экономичное оформление NMMO-процесса. Ниже приведены примеры предлагаемого согласно изо- бретению способа, которые были

5

0

5

0

5

0

5

проведены с помощью вышеописанного устройства,

П ри м е р 1. 550л выпарного конденсата с концентрацией аминов 0,07% (отношение N-метилморфолинэ к морфолину 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 б 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 FILMTEC SW30HR 4040 из полисульфона фирмы Дау Кемика л с удерживающей способностью 99,5% для морской воды.

Очищенный проникший через мембрану продукт непрерывно 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 бра: лись 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 время концентрации понижался до 29,2 л/м ч. Концентрация этого продукта, не проникшего через мембрану, составила 2,1%, т.е. было достигнуто повышение концентрации с коэффициентом 30,

Концентрация амина в 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 мерез мембрану, 98.6-99,5% по отношению к исходной концентрации.

П р и м е р 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/м2 ч. Для этого применена навитая мембрана типа SW30HR 4040 (фирма Дау Кеми- кал).

Очищенный проникающий через мембрану продукт(концентрация 0,0009- 0.042%) непрерывно отводился по линии 10, а не прошедший через мембрану продукт нахо- 5 дился в циркуляции до тех пор, пока не была достигнута концентрация 10,3%. Было достигнуто 114-кратное концентрирование аминов и тем самым разделительное действие мембраны от 99% до 99.6% по отноше- 0 нию к продукту, не прошедшему через мембрану. Поток продукта, проникшего через мембрану, составлял вначале 54,8 л/м ч и понижался с прогрессивным концентрированием до 5,5 л/м ч.

5 Пример 3. С помощью насоса предварительного давления 4 осуществлялась подача 550 л выпарного конденсата (исходная концентрация 0,12% амина, соотношение N-мет.илморфолина к морфолину

0 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 м3/ч, ра5 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 удер0 живающая способж сть мембраны составляла 99,5% до 99,7% (по отношению к концентрации продукта, не прошедшего через мембрану). Поток продукта, прошедшего через мембрану, вначале составлял

5 57,8 л/м ч и уменьшился до 7,5 л/м ч, Достигнутый коэффициент концентрирования аминов составил 92.

П р и м е р 4. С помощью насоса 4 предварительного давления 550 л промы0 вочной воды из последней ступени NMMO - процесса с концентрацией NMMO 0,05% подавалось в теплообменник, который обеспечивает постоянное соблюдение рабочей температуры 40°С. Насос высокого давле5 ния обеспечивает рабочее давление 40 бар. Для концентрирования NMMO применена пленочная мембрана фирмы Дау Кемикал, тип SW30HR 4040. Переток мембраны составляет 2500 л/ч. Не прошедший через

0 мембрану продукт возвращается в приемник 3, а непрерывно удаляемый, прошедший через мембрану продукт каждые 15 мин проверяется.

5Конечная концентрация продукта, не

прошедшего через мембрану, составила 6,5%, в продукте, прошедшем через мембрану, NMMO не обнаружено. Поток продукта, прошедшего через мембрану во время разделения составлял 59,1 л/м2чи24.2 л/м2

ч. При этом осуществлено 130-кратное концентрирование аминов.

П р и м е р 5. 1400 л сточных вод с исходной концентрацией 0,01% NMMO и 0,02% авиважа (смесь бутил/этилстеарата) с помощью насоса предварительного давления 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 м3/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-крат- ного концентрирования в продукте, прошедшем мерез мембрану, NMMO не было 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 4,9 л/м ч.

П р и м е р б. 550 г выпарного конденсата с концентрацией аминов, равной 0,07 % (NMM:M 1:1)c помощью подающего насоса 1 подавали через трубопровод 2 в конденсаторную или приемную емкость 3, С помощью циркуляционного насоса 4 через теплообменник 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 бар, 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. Затем 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 через мембрану. Поток продукта, проникающего через мембрану, составлял 43 л/м2 и во время повышения концентрации снизился до 30,8 л/м2. Концентрация этого продукта, не проникающего через мембрану,

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 удерживающая 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).

Пример. 550 л конденсата (концентрация 0,09%) с помощью насоса 4 предварительного давления через теплообменник 5, поддерживающий температуру, равную 4.1°С и фильтр 6 подводился к насосу 7 высокого давления.

Рабочее давление было отрегулировано до 40 бар, а переток через мембрану до 1,25 л/м2 ч. Применялась композитная навитая мембрана из полисульфона и поли

(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

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 повышение концентрации до 114-кратной величины и тем самым разделительное действие мембраны от 99% до 99,6% по отношению к концентрации продукта, не прошедшего через мембрану. Поток продукта, проникающего через мембрану, вначале составлял 51,3 л/м2 ч и снизился с прогрес- сивным повышением концентрации до 5,2

л/м2 ч.

50

Формула и зо бретения

1. Способ отделения воды от разбавленного водного раствора N-метилморфолин- -N-оксида, N-метилморфолина, морфолина 55 или их смесей, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, отделение воды ведут через полупроницаемую мембрану в установке обратного осмоса под давлением, превышающим осмотическое.

2.Способ по п. 1,отличающийся ем, что процесс ведут под давлением 40-42

ар-,

3.Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что процесс ведут при 25-75°С.

С

4. Способ по пп. 1-3. отличэющий- с я тем, что исходный раствор дополнительно содержит авиважные средства.

Использование: для отделения воды от разбавленного водного раствора N-метил- морфолин-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.