DE3321873A1

DE3321873A1 - Anwendung einer waessrigen hydrotroploesung zur behandlung eines loesemittel enthaltenden luftstroms

Info

Publication number: DE3321873A1
Application number: DE19833321873
Authority: DE
Inventors: David R. 60516 Downers Grove Ill. Cosper; Gretchen L. 60101 Addison Ill. McKay
Original assignee: Nalco Chemical Co
Current assignee: ChampionX LLC
Priority date: 1982-06-21
Filing date: 1983-06-16
Publication date: 1984-01-12
Also published as: BR8303217A; CA1192382A; JPS596901A; US4444573A

Description

Anwendung einer wäßrigen Hydrotroplösung zur Behandlung eines Lösemittel enthaltenden Luftstroms

Die Erfindung betrifft ein Hydrotrop und ein Verfahren zur Anwendung einer wäßrigen hydrotropen Lösung zur Entfernung mindestens eines Teils eines Lösemittels aus einem das Lösemittel enthaltenden Luftstrom. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Anzahl von Hydrotropen und Verfahren der Anwendung wäßriger Lösungen von Hydrotropen, um Lösemitteldampf-Emissionen von Spritzlackierkabinen herabzusetzen.

Große Mengen an Überzugsmitteln, wie Farben, Firnissen und Lacken, werden in der Automobilindustrie, bei der Gerätefertigung und in anderen Industriezweigen eingesetzt, um endgefertigte Produkte zu beschichten. Die meisten dieser

überzugsmittel sind auf Lösemittelbasis aufgebaut. Vielfach werden solche überzugsmittel auf Werkstücke in geschlossenen Bereichen, den sogenannten Spritzlackierkabinen, aufgetragen.

In den Spritzlackierkabinen werden erhebliche Mengen an Luft benutzt (in Form von Luftströmen), um die Kabinen von Farboder Lackteilchen, flüchtigen organischen Lackträgerstoffen, Lösemitteln und dergleichen zu reinigen. Solche Luftströme nehmen wesentliche Mengen an Lackpartikeln, flüchtigen Lösemitteln oder Trägerstoffdämpfen auf, die dann verworfen werden. In der Vergangenheit bestand dieses Verwerfen darin, daß die Dämpfe oder Teilchen an die Atmosphäre entladen wurden. Eine derartige Abgabe flüchtiger organischer Lösemitteldämpfe stellt ein Problem der Umweltverschmutzung und auch ein ernstzunehmendes wirtschaftliches Problem dar, da die verloren gegangenen Materialien ersetzt werden müssen.

Obwohl die Luftströme in Spritzlackierkabinen in konventioneller Weise mit Wasser gewaschen worden sind, agiert Wasser wie ein schlechtes Lösemittel für das flüchtige organische Material und funktioniert unzureichend, wenn es diese Materialien aufnehmen soll. Wenn kleinteiliges Material (in Form von überspritzten Lackfeststoffen) vom Wasser eingeschlossen

wird, neigen die Lackfeststoffe dazu, ihre mitgeführten Lösemittel oder Trägerstoffe festzuhalten. Dies führt zusätzlich zu organischen Lösemitteldämpfen, die an die Atmosphäre entladen werden.

Aufgrund der gegenwärtigen Wirtschaftslage ist eine Modifizierung der existierenden Spritzlackierkabinensysteme, um das Entladen von verflüchtigten Lösemitteln an die Atmosphäre zu eliminieren, teuer und verbietet sich häufig, wenn man die Techniken des Standes der Technik anwendet, wie Absorption mit Kohle, Veraschung und dergl..

Es ist nunmehr gefunden worden, daß durch Zusetzen bestimmter hydrotroper Substanzen zum Waschwasser von Spritzlackierkabinensystemen wesentliche Mengen Lösemittel zurückgewonnen werden können.

Der Begriff "Hydrotrop" bezieht sich hier auf eine Substanz, welche die Eigenschaft besitzt, die wäßrige Löslichkeit einer Reihe ansonsten nur gering wasserlöslicher organischer Chemikalien zu erhöhen. Noch spezieller ist das Hydrotrop der Erfindung eine chemische Substanz, die eine organische Gruppe chemisch gebunden an eine polare Gruppe enthält. Die organische Gruppe kann eine aromatische Gruppe, eine ali-

- 10 -

phatische Gruppe oder eine Kombination derselben sein. Wenn die organische Gruppe eine aliphatische Gruppe ist, kann die Kohlenstoffkettenlänge von etwa C, bis etwa C_1n reichen. Wenn die aliphatischG Gruppe eine Kettenlänge größer als C₁₀ aufweist, wirkt die chemische Substanz als grenzflächenaktives Mittel. Wenn eine solche chemische Substanz zu Wasser gegeben wird, beobachtet man Schaumbildung. Beim Arbeiten mit Spritzlackierkabinen ist eine solche Schaumbildung unerwünscht.

Wenn die organische Gruppe eine aromatische Gruppe ist oder eine Kombination aus aromatischer und aliphatischer Gruppe darstellt, kann die Kettenlänge von etwa C, (dann, wenn

Benzol der aromatische Teil ist) bis etwa C_q reichen. Eine solche Kettenlängenbezeichnung schließt die aromatische Gruppe und die zusätzliche(n) Kohlenwasserstoffgruppe oder Kohlenwasserstoffgruppen ein, die daran chemisch gebunden sind. Wiederum fungiert die chemische Substanz als grenzflächenaktives Mittel bei einer Kettenlänge über C_g.

Die polare Gruppe des Hydrotrops kann ein Carboxylat, ein Phosphat, ein Phosphonat, ein Sulfat oder ein SuIfonat sein, von dc:nen alle in Form oinou Salze:; vorliegen. Die oben beschriebenen polaren Gruppen sind Salze des Natriums (Na),

Ammoniums, Caesiums, Kaliums oder eines anderen Salzes, das stark wasserlöslich ist. Natrium, Ammonium, Caesium und Kalium sind selbstverständlich die kationischen Teile dieser Salze. Ein solches Salz stellt, wenn es chemisch an eine der oben beschriebenen organischen Gruppen gebunden ist, eine chemische Substanz mit überraschenden Eigenschaften dar. Eine Eigenschaft besteht darin, daß die chemische Substanz, wenn sie zu Wasser gegeben wird, die Wasserlöslichkeit gewisser organischer Verbindungen stark erhöht, wie zum Beispiel von Lösemitteln auf Kohlenwasserstoffbasis. Eine andere Eigenschaft ist, daß die chemische Substanz selbst in Wasser stark löslich ist. Die chemischen Substanzen der Erfindung fungieren als hydrotrope Substanzen.

Die Hydrotropen der Erfindung besitzen eine Mindestkohlenstoff kettenlänge-Grenze , denn, wenn die organische Gruppe nicht eine angemessene Zahl an Kohlenstoffatomen aufweist, zeigt die chemische Substanz keine Wirkung bei Erhöhung der Wasserlöslichkeit von organischen Lösemitteln, die normalerweise nicht wasserlöslich sind. Der Schlüssel besteht hier darin, daß die chemische Substanz genügend "organischen Charakter" aufweist. Unter dieser Voraussetzung kann dann die chemische Substanz bewirken, daß ein solches organisches Lösemittel in Wasser gelöst wird. Deshalb schafft eine

Mindestkohlenstoffkettenlänge-Beschränkung bezüglich der organischen Gruppe die chemische Substanz mit den angestrebten Eigenschaften.

Besonders geeignete Hydrotrope sind Natriumhexanoat, Natriumoctanoat, Natriumxylolsulfonat und Natriumcumolsulfonat. Natriumhexanoat ist das Natriumsalz der Hexancarbonsäure. Natriumoctanoat ist das Natriumsalz der Octancarbonsäure.

Das hier für die Zwecke der Erfindung üeschriebene Natriumxylolsulfonat ist im Handel erhältlich von Witco Chemical Corporation, New York, New York. Das hier für die Zwecke der Erfindung beschriebene Natriumcumolsulfonat ist ein im Handel erhältliches sulfoniertes Cumol. Als solches ist es normalerweise in para-Stellung sulfoniert, es kann jedoch auch etwas in meta- oder ortho-Steilung sulfoniertes Cumol enthalten. Das hier beschriebene Natriumcumolsulfonat enthält Cumol, das hauptsächlich in para-Steilung sulfoniert ist.

Generelles Ziel der Erfindung ist eine solche hydrotrope Substanz, die die Wasserlöslichkeit von bestimmten Lacklösemitteln, die normalerweise nicht wasserlöslich sind, bebeutend erhöht. Solche Lacklösemittel sind beispielsweise

Butylacetat, Xylol, Toluol, Methylamylketon, Ethylacetat, Amylacetat und dergl..

Ein weiteres Ziel ist ein Verfahren zur Entfernung mindestens eines Teils eines Lösemittels aus einem das Lösemittel enthaltenden Luftstrom, wie der Luft in Systemen von Spritzlackierkabinen, unter Verwendung eines wirtschaftlichen Absorberfluids zur Entfernung des Lösemittels.

Ein weiteres Ziel ist ein Verfahren zur Rückgewinnung des Lösemittels und ein Verfahren zur Rückgewinnung und Wiederverwendung der hydrotropen Substanz, so daß die oben beschriebenen Probleme der Verschmutzung und Wirtschaftlichkeit behoben werden können.

Zur Erreichung der vorgenannten Ziele schlägt die Erfindung eine hydrotrope Substanz, die aus einem organischen Teil und einem polaren Teil besteht, zur Verwendung beim Entfernen mindestens eines Teils eines Lösemittels aus einem das Lösemittel enthaltenden Luftstrom vor, wobei der Luftstrom in eine Wäschervorrichtung geleitet wird, die eine wirksame Menge der wäßrigen Hydrotroplösung enthält. Die Wäschervorrichtung hält einen ausreichenden Grad an Kontakt zwischen dem Luftstrom und der wäßrigen Hydrotrop-

lösung aufrecht, um einen ersten Wäscherproduktstrom zu erzeugen, der die wäßrige Hydrotroplösung und das Lösemittel enthält.

Die vorstehenden und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind leichter zu verstehen nach dem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung der zur Erläuterung dienenden Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung. Die anliegende Zeichnung (Fig. 1) zeigt in schematischer Darstellung ein Verfahren zur kontinuierlichen Entfernung flüchtiger organischer Substanzen, wie Lösemittel, und zur kontinuierlichen Rückgewinnung und anschließenden Wiederverwendung von hydrotropen Substanzen.

In Fig. 1 ist eine Spritzlackierkabine 11 gezeigt. Eine solche Spritzlackierkabine 11 kann von dem Typ sein, der für das Waschen von Lackfeststoffen oder flüchtigen organischen Lackträgerstoffen oder Lösemitteln, wie oben im wesentlichen beschrieben, ausgerüstet ist, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Die dargestellte Spritzlackierkabine 11 enthält ein Wäschergehäuse 13, einen Wäscherflüssigkeitssumpf 1^ι3 und einen Bereich (im al lcjemei nen mit Ziffer 17 bezeichnet), wo uin Werkstück T¹J lackiert wird. Zum /wecke

der weiteren Erläuterung dieser Spritzlackierkabine 11 wird ein Lösemittel enthaltender Lack aus einer Lackquelle 21 über eine Leitung 23 zu einer Spritzdüse 25 und auf das Werkstück 19 geleitet.

Wenn das Werkstück 19 mit Lack besprüht wird, bewegen sich Luftströme 27, die Lackteilchen und Lacklösemittel aufgenommen haben, von dem Werkstück 19 hinweg. Solche Luftströme müssen von Lackteilchen und Lösemitteln freigewaschen werden; Fig. 1 zeigt ein derartiges Reinigungsverfahren. Bei dem dargestellten Waschverfahren wird eine bestimmte Menge an Wäscherflüssigkeit 29, beispielsweise durch eine Pumpe 31, über eine Leitung 33 und dann über eine Vielzahl von Sprühdüsen 3 5 in mehrere der gewünschten Regionen geleitet (allgemein mit Ziffer 37 bezeichnet), wo ein wirksamer Gas-Flüssigkeits-Kontakt zwischen den Luftströmen 27 und der Wäscherflüssigkeit 29 stattfinden kann (der wiedergegebene Wäscherflüssigkeitssumpf 15 enthält einen Auslaß 38). Um einen gewünschten Fluß der Luftströme 27 zu bewirken, können mehrere Pralleinrichtungen 39 enthalten sein.

Nach Waschen von Lackteilchen und Lacklösemittel aus den Luftströmen 27 kehrt die Wäscherflüssigkeit 29 zu dem Wäscherflüssigkeitssumpf 15 zurück.

Wie Fig. 1 zeigt, ist die Spritzlackierkabine 11 ein teilweise offenes System, bei dem sich ein Volumen an gewaschener bzw. gereiniger Luft 41 aus der Nähe der Spritzlackierkabine 11 fortbewegen kann. Dementsprechend kann sich Frischluft 43 in die Nähe der Spritzlackierkabine bewegen.

Ein Behältnis (Tank)' 45, das Bewegungsmittel 47 enthält, ist in Fig. 1 gezeigt und dient zur Versorgung der Spritzlackierkabine 11 mit einer hydrotropen Substanz zur praktischen Ausführung der Erfindung. Die Quelle 49 für hydrotrope Substanz liefert eine hydrotrope Substanz über eine Leitung 51 in den Tank 45. Eine ausreichende Wassermenge aus einer Quelle 53 für Wasser wird über eine Leitung 55 zum Tank 45 befördert, um eine gewünschte Konzentration einer geeigneten wäßrigen Hydrotroplösung 57 herzustellen. Anschließend wird die wäßrige Hydrotroplösung 57 durch eine Pumpe 59 oder andere Mittel über eine Leitung 61 und dann in die Spritzlackierkabine 11 befördert, wo sie sich mit der Wäscherflüssigkeit 29 mischt. Zum Zwecke der Erläuterung der Anwendung der hydrotropen Substanz der Erfindung ist die Leitung 61 so wiedergegeben, daß sie mit dem Wäscherflüssigkeitssumpf-Auslaß 38 kombiniert ist. Die wäßrige Hydrotroplösung 57 und die Wäscherflüssigkeit 29 mischen

sich somit und werden danach durch eine Pumpe 31 in die Spritzlackierkabine 11 geleitet.

Ein Verfahren zur Anwendung der wäßrigen Hydrotroplösung zur Entfernung mindestens eines Teils eines Lösemittels aus einem das Lösemittel enthaltenden Luftstrom 27 besteht darin, daß der Luftstrom 27 in eine Wäschereinrichtung geleitet wird, hier als jene Wäscherregion innerhalb der Spritzlackierkabine 11 wiedergegeben, in die die Luftströme 27 gerichtet sind. Eine solche Wäscherregion befindet sich nahe bei den Sprühdüsen 35 und ist idealerweise eine der gewünschten Regionen 37.

Die Wäscherflüssigkeit 29 enthält eine wirksame Menge der wäßrigen Hydrotroplösung 57, damit die Lackpartikel und Lösemittel von den Luftströmen 27 wirksam ausgewaschen werden. Wenn die Spritzlackierkabine 11 in kontinuierlicher Weise arbeitet, im wesentlich so wie oben dargelegt, nimmt die Lösemittelkonzentration der Wäscherflüssigkeit 29 kontinuierlich zu. Es wird eventuell notwendig, an Lösemittel reiche Wäscherflüssigkeit 29 aus dem Wäschersystem der Spritzlackierkabine 11 abzuzapfen. Der Luft-Flüssigkeits-Kontakt erzeugt eine gewisse Menge an einem ersten Wäscherprodukt. Dieses erste Wäscherprodukt wird innerhalb einer

"4321873

Leitung 6 5 durch die Pumpe 31 und von der Spritzlackierkabine 11 wegbefördert. Das erste Wäscherprodukt enthält etwas wäßrige Hydrotroplösung 57 und etwas Lösemittel. Bei der praktischen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß dieser kontinuierliche Strom aus erstem Wäscherprodukt in einem Lagerkessel (nicht gezeigt) zur späteren Verwendung gesammelt werden kann. Zu einer solchen späteren Verwendung kann die Rückgewinnung des Lösemittels und die Rückgewinnung und Wiederverwendung der hydrotropen Substanz gehören. Das kontinuierliche Befördern eines Stroms aus erstem Wäscherprodukt von der Hauptmasse der Wäscherflüssigkeit 29 hinweg (über die Leitung 6 5) bietet somit einen Weg zum Abziehen oder Anzapfen von Lösemittel aus dem Wäscherflüssigkeitssumpf 15.

Der Gas-Flüssigkeit-Kontakt zwischen den Luftströmen 27 und der Wäscherflüssigkeit 29 in der gewünschten Region 37 liefert zusätzlich eine gewisse I4enge an zweitem Wäscherprodukt, das hier aus der gewaschenen bzw. gereinigten Luft 41 besteht.

Die oben beschriebene Betriebsweise einer Spritzlackierkabine kann ansatzweise (batchweise), kontinuierlich oder halbkontinu Lorlich orfol'jon . Dor HoLr i ob oinor Spri 1/. 1 acktt?rkabine 11 ist gewöhnlich jedoch von kontinuierlicher oder

semikontinuierlicher Natur. Demgemäß umfaßt ein Verfahren zur kontinuierlichen Rückgewinnung mindestens eines Teils eines Lösemittels aus einem das Lösemittel enthaltenden Luftstrom mehr Verfahrensausrüstungen. Die hinzutretende Verfahrensausrüstung, wie eine Extraktionsvorrichtung und eine Abtriebsvorrichtung, stellen Mittel zur Rückgewinnung des Lösemittels und entsprechende Mittel zur Rückgewinnung und Wiederverwendung der hydrotropen Substanz bereit. Ein solches Verfahren zur Rückgewinnung des Lösemittels und zur Rückgewinnung und anschließenden Wiederverwendung des hydrotropen Materials umfaßt einen dreischrittigen Prozeß.

Im ersten Schritt werden Luftströme 27 (die die Lackpartikel und das Lacklösemittel enthalten) in die Wäscherregion 37 geleitet, während gleichzeitig Wäscherflüssigkeit 29, die eine wirksame Menge der hydrotropen Substanz enthält, zugesetzt wird. Zur gleichen Zeit wird auch ein ausreichender Grad an Luft-Flüssigkeit-Kontakt zwischen den Luftströmen 27 und der Wäscherflüssigkeit 29 aufrechterhalten. Die vielen Düsen 25 liefern einen geeigneten Grad an Luft-Flüssigkeit-Kontakt, Somit wird im ersten Schritt bewirkt, daß ein erster Wäscherproduktstrom erzeugt wird, der die wäßrige hydrotrope Substanz und das Lösemittel enthält, und ein zweiter Wäscherproduktstrom erzeugt wird, der die gewaschene

bzw. gereinigte Luft 41 enthält, wobei diese beiden Wäscherproduktströme auf kontinuierlicher Basis erzeugt werden.

Im zweiten Schritt wird der erste Wäscherproduktstrom in eine kontinuierliche Extraktionsvorrichtung geleitet, mit der eine Extraktion des Lösemittels aus der an Lösemittel reichen Wäscherflüssigkeit ausgeführt werden kann. Eine solche kontinuierliche Extraktionsvorrichtung ist eine Flüssig-Flüssig-Extraktionsvorrichtung, die so arbeitet, daß der erste Wäscherproduktstrom kontinuierlich eingeleitet wird, während man gleichzeitig eine wirksame Menge einer Flüssigkeit hinzugibt, die das Lösemittel aus der an Lösemittel reichen Wäscherflüssigkeit 29 extrahiert. Als Extraktionsmittel bei der praktischen Ausführung der Erfindung geeignete Flüssigkeiten sind in Tab. I mit den Ziffern 1, 2 und 3 genannt. Diese flüssigen Extraktionsmittel werden als organische öle klassifiziert.

Tabelle I

Organisches .Öl
Nr.

klassifiziert als

Gemisch aus aliphatischen und aromatischen Substanzen

eine aliphatische eine aliphatische Substanz Substanz

Dichte

0,907 g/cm³ bei 15⁰C, max.

0,84 6 g/cm³
bei 25⁰C

0,829 bis 0,839 g/cm³ bei 25"C

Flammpunkt	160⁰C,	min.	182	⁰C (36	0°	F)	⁰F)	177°	C	d 00	⁰F)
Stockpunkt	- 18°C	max.	- 9	,5⁰C (	+	15	⁰F)	- 7°	C max.
Viskosität	105 - bei 38	115 SUS^d ⁰C (100⁰F)	89 bei	sus^d 38°C	(1	00	62 - bei	68 SUS 38°C (1

Fußnoten zu Tab. I

a) Ein solches im Handel erhältliches organisches öl, mit physikalischen Eigenschaften ähnlich denen des organischen Öls Nr. 1, wird derzeit von Humble Oil & Refining Company, Houston, Texas, unter der Bezeichnung "Telura" angeboten und wird speziell bezeichnet als Telura 3 23 Process Oil oder R-2336.

b) Ein solches im Handel erhältliches organisches Öl, mit physikalischen Eigenschaften ähnlich denen des organischen Öls Nr. 2, wird derzeit von Humble Oil & Refining Company, Houston, Texas, unter der Bezeichnung "Bayol" angeboten und wird speziell bezeichnet als Bayol 9 2 White Oil.

c) Ein solches im Handel erhältliches organisches öl, mit physikalischen Eigenschaften ähnlich denen des organischen Öls Nr. 3, wird derzeit von Witco Chemical Company, Inc. New York, New York, unter der Bezeichnung "Carnation" angeboten und wird speziell als Carnation NR White Oil bezeichnet.

d) "SUS" ist die Abkürzung für Saybolt Universal Seconds.

Ein geeignetes organisches Öl wird über eine Leitung 73 von einer Quelle 75 für organisches öl in eine geeignete Extraktionsvorrichtung befördert. Die geeignete Extraktionsvorrichtung kann eine Vorrichtung sein, die aus einer Reihe von im Handel erhältlichen Extraktionseinrichtungen ausgewählt wird. Die bevorzugte Extraktionsvorrichtung, in Fig. 1 wiedergegeben, ist ein Flüssig-Flüssig-Extrakter 75. Deshalb ist bei der praktischen Ausführung der Erfindung vorgesehen, wie in Fig. 1 gezeigt, daß die bevorzugte Extraktionsvorrichtung einen kontinuierlichen Strom aus erstem Wäscherprodukt, über die Leitung 65, und gleichzeitig einen kontinuierlichen Strom aus einem geeigneten organischen öl, über die Leitung 73, aufnimmt. Die Extraktionsvorrichtung erzeugt somit, wenn sie in normaler Weise arbeitet, kontinuierlich einen ersten Extrakterproduktstrom, der eine zurückgewonnene Form der wäßrigen Hydrotroplösung enthält, und einen zweiten Extrakterproduktstrom, der das organische Öl und das Lösemittel enthält. Der erste Extrakterproduktstrom ist in Fig. 1 so wiedergegeben, daß er in einer Leitung 77 von dem Flüssig-Flüssig-Extrakter 75 hinwegführt und danach mit der wäßrigen Hydrotroplösung 57 zur eventuellen Wiederverwendung in der Spritzlackierkabine 11 kombiniert wird. Wenn der Flüssig-Flüssig-Extrakter 75 in normaler Weise betrieben wird, erzeugt er einen ersten

Extrakterproduktstrom, aus dem das Lösemittel im wesentlichen entfernt ist. Der zweite Extrakterproduktstrom ist in Fig. 1 so wiedergegeben, daß er, beispielsweise durch eine Pumpe 79 oder andere Mittel, aus dem Flüssig-Flüssig-Extrakter 75 hinweg und über eine Leitung 81 in eine geeignete Abtriebsvorrichtung geführt wird, die zum Abtreiben des organischen Öls aus dem Lösemittel ausgerüstet ist, so daß die Wiederverwendung des zurückgewonnenen organischen Öls im Verfahren ermöglicht wird. Irgendeine der vielen im Handel erhältlichen Abtriebsvorrichtungen kann somit benutzt werden; eine bevorzugte Abtriebsvorrichtung ist eine Wasserdampfabtriebsvorrichtung 83.

Ein dritter Schritt sieht vor, den zweiten Extrakterproduktstrom kontinuierlich in die Wasserdampfabtriebsvorrichtung zu leiten, während gleichzeitig eine ausreichende Menge Wasserdampf (mit vorbestimmter Temperatur und Druck) zugesetzt wird, um einen ersten Abtriebsproduktstrom und einen zweiten Abtriebsproduktstrom zu erzeugen. In Fig. 1 wird der erste Abtriebsproduktstrom, beispielsweise mittels einer Pumpe 85 oder durch andere Mittel, über eine Leitung 87 befördert und anschließend mit organischem öl kombiniert, das in den Flüssig-Flüssig-Extrakter 75 eintritt. Der erste Abtriebsproduktstrom enthält eine zurückgewonnene Form des organischen

Öls. In normaler Weise betrieben, erzeugt somit die Wasserdampf abtriebsvorrichtung 8 3 kontinuierlich einen ersten Abtriebsproduktstrom, aus dem das Lösemittel im wesentlichen entfernt worden ist. Der Normalbetrieb der Wasserdampfabtriebseinrichtung 83 erzeugt demgemäß kontinuierlich einen zweiten Abtriebsproduktstrom, der Wasser und das Lösemittel enthält. Es ist vorgesehen, daß das oben beschriebene Verfahren den Schritt der kontinuierlichen Rückgewinnung mindestens eines Teils des Lösemittels aus dem zweiten Abtriebsproduktstrom einbeziehen kann.

Diese Methode zur Rückgewinnung des Lösemittels und zur Rückgewinnung und Wiederverwendung der hydrotropen Substanz kann das Kondensieren des in dem zweiten Abtriebsproduktstrom vorhandenen Wasserdampfes in einer technisch verfügbaren Kondensiervorrichtung einbeziehen, wodurch ein Kondensatorproduktstrom erzeugt wird, der Wasser und das Lösemittel enthält.

Das organische öl (das als Extraktionsmittel geeignet ist) ist im allgemeinen ein Prozeßöl, das sich vom Erdöl ableitet. Es enthält im allgemeinen ein Gemisch aus aromatischen und aliphatischen Substanzen, besitzt eine Viskosität bei

etwa 10O⁰F (38°C) zwischen etwa 50 und etwa 125 Saybolt-Universalsekunden und einen Siedepunkt über 200⁰C. Das geeignete organische öl kann in einem emulgierten Zustand vorliegen.

Die Erstbewertung von Hydrotropen für die Zwecke der Entfernung von Kohlenwasserstoffdämpfen aus Luft wurden unter statischen Testbedingungen durchgeführt. Bei diesem Test wurde Toluol in einen Luftstrom hinein verdampft, der dann durch die zu bewertende Lösung mittels einer Gaswaschflasche geleitet wurde. Die Toluolkonzentration in der Luft nach dem Waschen wurde über einen Zeitraum von 30 Minuten gemessen und gegenüber einem Kontrolltest bewertet, bei dem Wasser als Waschmedium verwendet wurde. Aus den in Tab. II wiedergegebenen Daten wird ersichtlich, daß die hydrotropen Lösungen das Lösemittel länger zurückhalten, als es das Wasser kann.

In Tab. III wird ein Vergleich von variierenden Konzentrationen des Natriumxylolsulfonats in der Lösung vorgenommen. Man kann feststellen, daß bei den höheren Konzentrationen die Herabsetzung der Emissionen arn größten ist, insbeson-

'l(;t': V/.'ih r'f-ii'l f I * * r ftüh'-n '/.<· i I |<li.i -·:ΐ·ΐι '!'·■; Τ«-:: i;t.

Die Löslichkeit von Toluol in verschiedenen wäßrigen Hydrotroplösungen wurde bewertet. Die in Tab. IV wiedergegebenen Daten zeigen, daß die größte Toluollöslichkeit von einer 33,3%igen Lösung des Natriumoctanoats gezeigt wird. Diese Lösung wurde für die weiteren Tests herangezogen.

Die Fähigkeit einer wäßrigen Natriumoctanoatlösung, flüchtige organische Substanzen aus dem Auswurf einer Spritzlackierkabine zu absorbieren, wurde in einer miniaturisierten Spritzkabine bewertet. Die als Wäschermedium benutzte Hydrotroplösung wurde nach Tab. V hergestellt. Aus den Testparametern und den in Tab. VI wiedergegebenen Daten wird ersichtlich, daß die Anwendung dieser Lösung die Menge an Flüchtigem, die an die Atmosphäre abgegeben wird, um annähernd 70 % reduziert. Dies entspricht einer siebenfachen Erhöhung, verglichen mit einem Test, der nur mit Wasser durchgeführt wird.

Proben der Hydrotroplösung, die in Intervallen während des gesamten Tests in der miniaturisierten Spritzkabine entnommen wurden, wurden hinsichtlich ihres Gehalts an Flüchtigem (VOC) bewertet. Die Ergebnisse sind in Tab. VII wiedergegeben und zeigen, daß die Hydrotroplösung fortgesetzt

Lösemittel absorbierte und keineswegs schon zum Ende des Testlaufs die Grenze ihrer Absorptionskapazität erreichte.

Es ist auch wichtig festzustellen, daß der Lack, nachdem er mit der Hydrotroplösung in Kontakt gekommen ist, dispergiert wird. Die dispergierten Feststoffe wurden durch Filtration leicht entfernt. Um das absorbierte Lösemittel aus der Hydrotroplösung zu entfernen, wurden Flüssig/ Flussig-Extraktionstechniken unter Anwendung von drei Öltypen bewertet. Die Analyse der aus den Extraktionsmethoden resultierenden wäßrigen Phasen zeigt, daß 95 % der absorbierten Flüchtigen entfernt werden können. Die Daten sind in Tab. VIII wiedergegeben. Wenn erst einmal in die Ölphase extrahiert, kann das Lösemittel durch Wasserdampfabtrieb oder Destillation zurückgewonnen werden.

Tabelle II

Statische Testergebnisse

Zeit (min) mg Toluol insgesamt, die ermittelt wurden

Kontrolle

10 36,0

20 63,5

30 70,9

60 76,7

Na-Xylol- sulfonat	Na-Toluol- sulfonat
11,3	18,3
28,9	45,4
42,3	61 ,5
64 ,3	78 ,5

r")

Tabelle III

Prozentuale Herabsetzung von Toluolemissionen bei variierenden Natriumxylolsulfonat-Konzentrationen

Zeit (min)	% Natriumxylolsulfonat	30	40	50	8	60	3
	26,0	53,8	63,	4	70,	5
10	5,8	10,6	39,	7	53,	8
20	0	2,2	21,	4	40,	2
30	0	0	1 ,		18,
60	Tabelle	IV

Löslichkeiten von flüssigem Toluol in verschiedenen wäftrigen Lösungen

zugesetzter Bestandteil

kein

Harnstoff Dimethylharnstoff Na-Salicylat Na-Xylolsulfonat Na-Cumolsulfonat Na-Acetat Na-Propionat Na-Hexanoat (Caproat) Na-Octanoat (Caprylat) Di-Na-Glutarat

% Konzentra tion (w/w) in HjD)^e	L.	3	Löslichkeit von Toluol (ppmf
-	7	< 500
33,	3	890
22,	3	1600
33,	3	1700
33,	3	6200
33,	3	28000
33,	3	77
33,	3	200
33,	3	10400
33,	38000
33,	61

16	,05
55	,00
28	,95

- 30 Fußnoten zu Tab. IV

e) Diese Konzentration in Wasser bezieht sich auf das Gewicht des zugesetzten Bestandteils, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung.

f) Der Ausdruck "Teile je Million (parts per million)" wird mit "ppm" abgekürzt.

Tabelle V Zusammensetzung der Hydrotroplösung Komponente Gew.-%

Natriumhydroxid vom Reagenzgrad (50 % wäßr.) Entionisiertes Wasser
Octancarbonsäure

Die Octancarbonsäure wurde langsam zu dem Gemisch aus Natriumhydroxid und Wasser zugefügt, damit die Wärme abgeleitet werden konnte.

Tabelle VI

Testergebnisse in einer Pilotspritzkabine Hydrotropbewertung

Spritzrate 1,0 g/min

% Flüchtige (Gew.-%) 65 %

Luftgeschwindigkeit 6 0,96 m/min

(200 ft/min)

Kamindurchiaesijer 10,16 cm (4 in)

Luftstromvolumen 17,5 CFM

theoretischer Emissionsspiegel 731 ppm

mittlerer Emissionsspiegel 218 ppm

Emissionsherabsetzung 70,2 %

Kontrolltestlauf

mittlerer Emissionsspiogel 6 50 ppm

Einissionsherabsetzung 9,7 %

Tabelle VII VOC-Gehalte in der Wäscherlauge

Probezeit (min) ermittelter VOC (ppm)

0 angenommen: 0

37 71

71 16

119 42

152 811

171 673

Tabelle VIII Flüssig/Flüssig-Extraktion der Hydrotroplösung

Extraktions-MPLE flüssigkeit Lösemittel, ermittelt in wäßriger Phase

ppm MEK ppm Toluol ppm andere insgesamt

1 keine 28 -t 1 140 168

2 Carnation <1 <1 40.000² 40.000 White Oil

(Witco)

3 Bayol 9 2 <1 <1 40 40 White Oil

(Exxon)

Prozeßöl einer <1 <1 7 7

Viskosität von
100 Sekunden

- 32 Fußnoten zu Tab. VIII

' Die Hydrotroplösung war eine wäßrige 29%ige (w/w) Lösung von Natriumoctanoat

' Wahrscheinlich ist eine Komponente mit niedrigem Molekulargewicht in dem Carnation White Oil vorhanden, die in die Hydrotroplösung extrahiert wird.

In der vorstehenden Beschreibung ist eine hydrotrope Substanz und ein Verfahren zu ihrer Anwendung erläutert und beschrieben worden. Wenngleich die hydrotrope Substanz und ein Verfahren zur Anwendung anhand einer bevorzugten Ausgestaltung erläutert und beschrieben worden sind, ist die Erfindung nicht auf jene Ausgestaltungen beschränkt. Im Gegenteil, für den Fachmann können Alternativen, Änderungen oder Modifikationen beim Lesen der vorstehenden Beschreibung ersichtlich werden. Deshalb sollen solche Alternativen, Änderungen und Modifikationen einen Teil der Erfindung bilden, soweit sie unter das Konzept und den Gegenstand der anliegenden Ansprüche fallen.

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Anwendung einer wäßrigen Hydrotroplösung zur Entfernung mindestens eines Teils eines Lösemittels aus einem das Lösemittel enthaltenden Luftstrom, dadurch gekennzeichnet, daä

der das Lösemittel enthaltende Luftstrom in einen Wäscher (scrubber) geleitet wird, der eine wirksame Menge der wäßrigen Hydrotroplösung enthält, und der das Lösemittel enthaltende Luftstrom mit der wäßrigen Hydrotroplösung kontaktiert wird, wodurch ein erster Wäscherproduktstrom erzeugt wird, der gereinigte Luft enthält, und ein zweiter Wäscherproduktstrom erzeugt wird,

der die wäßrige Hydrotroplösung und das Lösemittel enthält.
2. Verfahren zur Anwendung einer wäßrigen Hydrotroplösung

zur kontinuierlichen Rückgewinnung mindestens eines Teils eines Lösemittels aus einem das Lösemittel enthaltenden Luftstrom, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: (a) kontinuierliches Einleiten des das Lösemittel enthaltenden Luftstroms in einen Wäscher und gleichzeitiges Hinzusetzen der wäßrigen Hydrotroplösung, während zur gleichen Zeit der das Lösemittel enthaltende Luftstrom mit der wäßrigen Hydrotroplösung kontaktiert wird, wodurch kontinuierlich ein erster Wäscherproduktstrom erzeugt wird, der gereinigte Luft enthält, und ein zweiter Wäscherproduktstrom erzeugt wird, der die wäßrige Hydrotroplösung und das Lösemittel en thai tilt)) anschließendes kontinuierliches Einleiten des zweiten Wäscherproduktstroms in einen Extrakter, während zur gleichen Zeit ein organisches Öl hinzugegeüen wird, wodurch ein erster Extrakterproduktstrom erzeugt wird, der eine rückgewonnene Form der wäßrigen Hydrotroplösung enthält, so daß hierdurch das Lösemittel im wesentlichen aus dem ersten Extrak-

terproduktstrom entfernt wird, und ein zweiter Extrakterproduktstrom erzeugt wird, der das organische Öl und das Lösemittel enthält; und

(c) anschließendes kontinuierliches Einleiten des zweiten Extrakterproduktstroms in eine Abtriebsvorrichtung, während zur gleichen Zeit eine genügende Menge Dampf zur Erzeugung eines ersten Abtriebsproduktstroms hinzugegeben wird, der eine rückgewonnene Form des organischen Öls enthält, wobei hierdurch das Lösemittel im wesentlichen aus dem ersten Abtriebsproduktstrom entfernt wird; und ein zweiter Abtriebsproduktstrom erzeugt wird, der das Lösemittel enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Rückgewinnung mindestens eines Teils des Lösemittels aus diesem zweiten Abtriebsproduktstrom einbezogen ist.
4, Verfahren zur Anwendung einer wäßrigen Hydrotroplösung zur kontinuierlichen Herabsetzung einer Lösemitte!dampfemission aus einer Spritzlackierkabine, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

(a) Einleiten eines die Lösemxtteldampfemission enthaltenden Luftstroms in einen Wäscher und gleichzeitiges Hinzusetzen einer wirksamen Menge der wäßrigen Hydro-

troplösung, während der Luftstrom mit der wäßrigen Hydrotroplösung kontaktiert wird, wodurch ein erster Wäscherproduktstrom erzeugt wird, der gereinigte Luft enthält, und ein zweiter Wäscherproduktstrom erzeugt wird, der die wäßrige Hydrotroplösung und das Lösemittel enthält;

(b) anschließendes Einleiten des zweiten Wäscherproduktstroms in einen Flüssig-Flüssig-Extrakter, während zur gleichen Zeit eine wirksame Menge eines organischen Öls hinzugesetzt wird, wodurch ein erster Extrakterproduktstrom erzeugt wird, der eine rückgewonnene Form der wäßrigen Hydrotroplösung enthält, so daß hierdurch das Lösemittel im wesentlichen aus dem ersten Extrakterproduktstrom entfernt wird, und ein zweiter Extrakterproduktstrom erzeugt wird, der das organische Öl und das Lösemittel enthält;

(c) anschließendes Einleiten des zweiten Extrakterproduktstroms in eine Dampfabtriebsvorrichtung, während zur gleichen Zeit eine ausreichende Menge Dampf zur Erzeugung eines ersten Abtriebsproduktstroms hinzugegeben wird, der eine rückgewonnene Form des organischen Öls enthält, so daß das Lösemittel hierdurch im wesentlichen aus dem ersten Abtrieb sproduktijtrom entfernt wird, und ein zweiter

Abtriebsproduktstrom erzeugt wird, der den Dampf und das Lösemittel enthält; und

(d) anschließendes Einleiten des Dampfes des zweiten Abtriebsproduktstroms in einen Kondensator, wodurch ein erster Kondensatorproduktstrom erzeugt wird, der Wasser und das Lösemittel enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Öl eine Dichte bei etwa 15⁰C von etwa 0,907 g/cm³ , einen Flammpunkt nicht unter 160⁰C, einen Stockpunkt nicht über -18⁰C und eine Viskosität bei etwa 100⁰F (38°C) zwischen etwa 105 und etwa 115 Saybolt-Universalsekunden aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Öl eine Dichte bei etwa 25⁰C von etwa 0,846 g/cm³ , einen Flammpunkt von etwa 36O⁰F (182°C), einen Stockpunkt von 15°F (- 9,5°C) und eine Viskosität bei etwa 38⁰C (100⁰F) von etwa 8 9 Saybolt-UniversalSekunden aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Öl eine Dichte bei etwa 25°C zwischen etwa 0,8 29 und etwa 0,839 g/cm³ , einen Flammpunkt nicht

unter 177⁰C, einen Stockpunkt nicht über -7⁰C und eine Viskosität bei etwa 100⁰F (38⁰C) zwischen etwa 6 2 und etwa 68 Saybolt-Universalsekunden aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Öl emulgiert ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrotrope Substanz aus der aus Natriumoctanoat, Natriumhexanoat, Natrxumcumolsulfonat und Natrxumxylolsulfonat bestehenden Gruppe polarer und organischer Substanzen ausgewählt ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösemittel Toluol ist.