DE112004000175T5 - Cyclic membrane separation process - Google Patents
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Abstract
Zyklisches
Gastrennverfahren zum Trennen bevorzugter permeabler Gasbestandteile
von weniger bevorzugt permeablen Gasbestandteilen eines Einsatzgasgemisches
solcher Bestandteile, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
(a)
Bereitstellen eines Membranmoduls, das eine selektiv gasdurchlässige Membran
für die
bevorzugter permeablen Gasbestandteile und für die weniger bevorzugt permeablen Gasbestandteile
aufweist,
(b) gleichzeitiges (i) Zuführen des Einsatzgasgemisches
in das Modul, um das Einsatzgasgemisch mit einer ersten Seite der
Membran in Kontakt zu bringen, (ii) Ausstoßen eines Permeat-Gasgemisches,
das mit den bevorzugter permeablen Gasbestandteilen angereichert
ist, aus dem Modul in Fluidverbindung mit einer zweiten Seite der
Membran und (iii) Abziehen eines Retentat-Gasgemisches, das mit den
weniger bevorzugt permeablen Gasbestandteilen angereichert ist,
aus dem Modul in Fluidverbindung mit der ersten Seite der Membran,
(c)
Anhalten der Zufuhr des Einsatzgasgemisches zur ersten Seite, Anhalten
des Ausstoßens
des Permeat-Gasgemisches und Anhalten des Abziehens des Retentat-Gasgemisches,
(d)
Beschicken des Moduls mit einem Verdünnungsgas,
(e) Anhalten
der Beschickung...A cyclic gas separation process for separating preferred permeable gas constituents from less preferred permeable gas constituents of a feed gas mixture of such constituents, the process comprising the steps of:
(a) providing a membrane module having a selectively gas-permeable membrane for the preferred permeable gas constituents and for the less preferred permeable gas constituents,
(b) simultaneously (i) feeding the feed gas mixture into the module to contact the feed gas mixture with a first side of the membrane; (ii) ejecting a permeate gas mixture enriched with the preferred permeable gas constituents from the module Fluid communication with a second side of the membrane and (iii) withdrawing a retentate gas mixture enriched with the less preferred permeable gas constituents from the module in fluid communication with the first side of the membrane,
(c) stopping the supply of the feed gas mixture to the first side, stopping the ejection of the permeate gas mixture, and stopping the withdrawal of the retentate gas mixture,
(d) charging the module with a diluent gas,
(e) stopping the feed ...
Description
Gebiet der ErfindungTerritory of invention
Diese Erfindung bezieht sich auf ein zyklisches Verfahren, bei dem eine selektiv gasdurchlässige Membran dazu verwendet wird, einen Bestandteil aus einem Gasgemisch abzutrennen. Insbesondere bezieht sie sich auf ein Membran-Trennverfahren, das zur Rückgewinnung flüchtiger organischer Verbindungen nützlich ist, die aus Speichertanks ausgestoßen werden, wobei eine Membran verwendet wird, die ein selektiv gasdurchlässiges Membranpolymer umfasst. Das Verfahren umfasst die wiederholte Kreislaufführung zwischen Fluss und keinem Fluss von Gas durch die Membran.These The invention relates to a cyclic method in which a selectively gas permeable membrane is used to separate a component from a gas mixture. In particular, it relates to a membrane separation process for recovery volatile useful for organic compounds is that expelled from storage tanks, with a membrane is used, which comprises a selectively gas-permeable membrane polymer. The method involves repeated cycling between flow and none Flow of gas through the membrane.
Hintergrund der Erfindungbackground the invention
Flüssige, flüchtige organische Verbindungen („VOC") werden in Tanks gespeichert und aus diesen abgegeben. Ein sehr übliches Beispiel findet sich auf dem Gebiet der Kraftstoffabgabe für Brennkraftmaschinen, wie z. B. Benzin zum Betanken von Kraftfahrzeug- und Flugzeugmotoren. Die Speichertanks haben üblicherweise ein großes Fassungsvermögen, nehmen Großlieferungen von Kraftstoff aus einer Versorgungsquelle auf und geben mehrmals kleinere Mengen ab, z. B. beim Befüllen einzelner Automobiltanks an Tankstellen. Der Gasraum über der Flüssigkeit im Tank wird gelegentlich als „Ullage" des Tanks bezeichnet. Üblicherweise liegt in der Ullage von Kraftstoffspeichertanks eine hohe VOC-Konzentration vor.Liquid, volatile organic Compounds ("VOC") are in tanks stored and submitted from these. A very common example is found in the field of fuel delivery for internal combustion engines, such as z. As gasoline for refueling of motor vehicle and aircraft engines. The storage tanks usually have a big Capacity, take major deliveries of fuel from a supply source and give several times smaller quantities, z. B. when filling individual automobile tanks at petrol stations. The gas space over the liquid in the tank is sometimes referred to as "Ullage" of the tank in the ullage of fuel storage tanks a high VOC concentration in front.
Bevor die Luftverschmutzung durch VOC-Emissionen ein Umweltschutzthema wurde, waren Emissionskontrollen an Speichertanks hauptsächlich darauf gerichtet, Brand- und Explosionsgefahren zu vermeiden. Wenige Kontrollen zielten darauf ab, flüchtige Emissionen, wie z. B. mit der Abgabe von Kraftstoff aus Großspeichertanks und mit dem Speichern des Kraftstoffs in den Tanks verbundene VOC-Emissionen, einzudämmen.Before the air pollution by VOC emissions an environmental protection topic emissions controls on storage tanks were mainly on it directed to avoid fire and explosion hazards. Few controls aimed, fleeting Emissions, such. B. with the delivery of fuel from large storage tanks and VOC emissions associated with storing the fuel in the tanks, curb.
In jüngerer Vergangenheit entwickelte sich ein verstärktes Bewusstsein für die Notwendigkeit, flüchtige Emissionen, die aus der Speicherung und Abgabe von VOC resultieren, zu verringern. Infolgedessen wurden immer höher entwickelte Dampfrückgewinnungssysteme für VOC eingesetzt. Um beispielsweise Emissionen von VOC-Dampf in die Umwelt beim Auftanken von Kraftfahrzeugen und bei anderen Arten von Tankvorgängen zu verringern, haben Kraftstofflieferanten und -händler damit begonnen, an Tankstellen Dampfrückgewinnungssysteme zu installieren. Diese Systeme weisen üblicherweise eine Saugeinrichtung auf, die VOC-Dämpfe und Luft, die beim Kraftstofftransfer an der Zapfpistole vorhanden sind, in die Ullage eines Großspeichertanks zurücksaugt. Das zurückfließende Gasgemisch strömt in den Tankleerraum, der erzeugt wird, wenn die abgegebene Flüssigkeit austritt.In younger In the past, there has been a growing awareness of the need to volatile emissions, that result from the storage and delivery of VOC. As a result, were getting higher developed vapor recovery systems for VOC used. For example, emissions of VOC vapor into the environment when refueling motor vehicles and other types of refueling too Fuel suppliers and distributors have started at petrol stations Vapor recovery systems to install. These systems usually have a suction device on, the VOC vapors and air present during fuel transfer to the fuel nozzle are in the ullage of a large storage tank back sucks. The refluxing gas mixture flows in the tank empty space, which is generated when the discharged liquid exit.
Traditionellerweise hatten Speichertanks nur P/V-Ventile (Druck-Vakuumventile), die den Tank im Bereich eines leichten Über- bzw. Unterdruckes halten sollten, d. h. bei einem Wasserdruck von mehreren Inch. Das zurückfließende Gasgemisch aus Abgabevorgängen sowie andere Faktoren führten dazu, dass sich in der Ullage mit der Zeit Druck aufbaute. Natürlich wurde, wenn der Tankdruck die Obergrenze für das P/V-Ventil überschritt, überschüssiges, VOC-haltiges Gas in die Umgebung ausgestoßen.traditionally, Storage tanks had only P / V valves (pressure-vacuum valves) that covered the tank in the area a slight over- or negative pressure, d. H. at a water pressure of several inches. The refluxing gas mixture from disbursements as well as other factors to the fact that in Ullage pressure built up over time. Of course, if the tank pressure exceeded the upper limit for the P / V valve, excess, VOC-containing gas expelled into the environment.
Gewisse fortgeschrittene Systeme zur Kontrolle der Emission von flüchtigen VOC sollen mit einem leichten Unterdruck in der Ullage des Großspeichertanks arbeiten. Dabei befindet sich der Tank gegenüber der umgebenden Atmosphäre im Vakuum. Diese Systeme bieten den Vorteil, dass gegebenenfalls auftretende Leckagen eher zum Eintreten von Außenluft in die Dampfrückgewinnungssysteme als zum Entweichen von Dampf in die Atmosphäre führen. Zusätzlich zum zuvor erwähnten Gasaufbau trägt Leckluft zum Druckanstieg im Tank bei. Der flüssige Kraftstoff verdampft in die einströmende Frischluft, und die Masse des verdampften Kraftstoffs plus die Masse der Luft innerhalb des festen Ullagevolumens erhöhen den Druck. Damit kann ein Unterdruck nur dann aufrechterhalten werden, wenn von Zeit zu Zeit Gas in die Umgebung ausgestoßen wird. Es ist jedoch notwendig, die VOC vollständig oder teilweise aus dem Abgas abzuziehen. Andernfalls machen die VOC im ausgestoßenen Gas den Zweck des Verschmutzungskontrollsystems zunichte.Certain advanced systems to control the emission of volatile VOCs are designed with a slight negative pressure in the ullage of the bulk storage tank work. The tank is located in a vacuum opposite the surrounding atmosphere. These systems offer the advantage that any occurring Leaks are more likely to enter outside air into the vapor recovery systems as lead to the escape of steam into the atmosphere. In addition to the aforementioned gas construction carries air leakage to increase the pressure in the tank. The liquid fuel evaporates in the inflowing Fresh air, and the mass of vaporized fuel plus the mass The air inside the solid Ullagevolumens increase the pressure. This can be a negative pressure only be maintained if from time to time gas in the Environment expelled becomes. However, it is necessary to completely or partially withdraw the VOC from the Remove exhaust gas. Otherwise, the VOC will be in the gas spouted negate the purpose of the pollution control system.
Es wurden verschiedene Verfahren zum Abziehen von VOC-Emissionen aus Großspeichertanks, die mit Unterdruck arbeiten, vorgeschlagen. Ein Verfahren, das gewerbliche Akzeptanz gewinnt, verwendet eine selektiv gasdurchlässige Membran, um den VOC-Bestandteil von dem nützlichen Luftbestandteil des Ullage-Gemisches abzutrennen. Der Nicht-VOC-Bestandteil, der vorwiegend aus Stickstoff und Sauerstoff besteht, ist vorzugsweise durch die Membran permeabel und wird im Wesentlichen frei vom VOC-Bestanteil in die Atmosphäre ausgestoßen. VOC sind weniger permeabel, passen zu einem Großteil nicht durch die Membran hindurch und werden in den Speichertank zurückgeführt.Various methods have been proposed for extracting VOC emissions from bulk storage tanks operating at reduced pressure. One method that gains commercial acceptance utilizes a selectively gas permeable membrane to separate the VOC component from the useful air component of the ullage mixture. The non-VOC component, which consists predominantly of nitrogen and oxygen is preferably permeable through the membrane and is expelled substantially free from the VOC fraction into the atmosphere. VOCs are less permeable, do not pass much through the membrane, and are returned to the storage tank.
Das Membrantrenn-Dampfrückgewinnungssystem ist zum zyklischen Arbeiten und zur diskontinuierlichen Emission in die Atmosphäre vorgesehen. Emissionen treten nur dann auf, wenn der Tankdruck eine vorgewählte Hochdruckgrenze überschreitet. Zu anderen Zeitpunkten wird der Durchfluss durch die Membran unterbrochen. Beispielsweise fällt der Tankdruck infolge des Ausstoßes von vorwiegend Nicht-VOC-Bestandteilen enthaltendem Gas in die umgebende Atmosphäre unter die Hochdruckgrenze. Bei einer vorgewählten Niederdruckgrenze wird der Ausstoß unterbrochen. Zu diesen Zeitpunkten stagniert der Dampf im Trennmembranmodul und in den Gastransferleitungen, die sich unmittelbar stromaufwärts und stromabwärts des Moduls befinden.The Membrane separation-vapor recovery system is for cyclical working and discontinuous emission into the atmosphere intended. Emissions occur only when the tank pressure is a preselected High pressure limit is exceeded. At other times, the flow through the membrane is interrupted. For example, falls the tank pressure due to the discharge of predominantly non-VOC components containing gas in the surrounding atmosphere below the high pressure limit. At a preselected Low pressure limit, the output is interrupted. At these times the steam stagnates in the separation membrane module and in the gas transfer lines, which are immediately upstream and downstream of the module.
Die Trennmembran läßt zwar selektiv Sauerstoff und Stickstoff durch, weist jedoch VOC-Verbindungen nicht vollständig zurück. Folglich enthält das Gas, das durch die Membran hindurch tritt und in die Umgebung abgezogen wird, etwas VOC-Dampf, wenngleich weniger, als abgezogen würde, wenn die Membran nicht verwendet worden wäre. Es wurde festgestellt, dass ein sehr hochkonzentrierter Strahl von VOC-Dampf zu Beginn eines Entlüftungszyklus, d. h. unmittelbar nachdem der Druckanstieg im Tank einen Fluss durch die Membran einleitet und am Ende einer Stagnationsperiode, das Entlüften beginnt, aus dem Membranmodul austritt. Nach einer Weile verringert sich die VOC-Konzentration im Permeat/Abgas, auf einen erwartungsgemäß gleich bleibenden Wert. Eine signifikante Menge an VOC-Dampf wird bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Gasentlüftungsabschnitt des Zyklus unterbrochen wird, in die Atmosphäre freigesetzt. Dies führt dazu, dass die zeitlich gemittelte Menge an VOC-Verbindungen, die an die Luft abgegeben wird, immer noch inakzeptabel hoch ist.The Although separation membrane leaves selectively oxygen and nitrogen, but has VOC compounds not completely back. Consequently contains the gas that passes through the membrane and into the environment subtracting some VOC vapor, albeit less than withdrawn would, if the membrane was not used. It was determined, that a very highly concentrated stream of VOC vapor at the beginning a venting cycle, d. H. immediately after the pressure increase in the tank through a river initiates the membrane and at the end of a stagnation period, the bleed begins to emerge from the membrane module. Decreased after a while the VOC concentration in the permeate / exhaust gas is expected to be the same lasting value. A significant amount of VOC vapor will reach up to the time at which the gas vent section of the cycle is interrupted, released into the atmosphere. This leads to, that the time-averaged amount of VOC compounds attached to the Air is discharged, is still unacceptably high.
Es ist wünschenswert, die Emissionen von VOC-Verbindungen insgesamt unter den Wert zu verringern, der aus herkömmlichen Kraftstofftank-Dampfrückgewinnungssystemen auf Basis einer Trennmembran her rühren.It is desirable Total emissions of VOC compounds below value reduce that from conventional Fuel tank vapor recovery systems stir on the basis of a separating membrane.
Detaillierte Beschreibungdetailed description
Aus
dem schematischen Fließdiagrammm
von
Moderne,
herkömmliche
Kraftstoffabgabesysteme weisen typischerweise auch eine Dampfeinfangeinrichtung
Die
Ullage des Großspeichertanks
und die Dampftransferleitung
Der
Großspeichertank
ist mit einem Dampfrückgewinnungssystem
Der
Betrieb des Dampfrückgewinnungssystems
Noch
genauer enthält
das Dampfrückgewinnungssystem
eine Dampfentnahmeleitung
Als
Ergebnis der selektiven Permeation hat das Gas in der Permeatkammer
Verfahren
und Vorrichtung gemäß dieser
Erfindung unterscheiden sich von der herkömmlichen Technologie zur Dampfrückgewinnung
von VOC hauptsächlich
dadurch, dass für
zumindest einen Teil des zweiten Abschnitts des zyklischen Prozesses
eine Menge an Verdünnungsgas
in das Membranmodul
Als
vorteilhafte Konsequenz der Einführung
von Verdünnungsgas
in das Membranmodul während
des zweiten Abschnitts jedes Zyklus ist die Menge an VOC, die pro
Zyklus vom Dampfrückgewinnungssystem
in die Umwelt ausgestoßen
wird, verringert. Der genaue Grund für die Verringerung der VOC-Emissionen, die, wie
festgestellt wurde, dann auftritt, wenn Luft während des zweiten Abschnitts
jedes Zyklus gezielt in das Modul eingebracht wird, ist derzeit
noch nicht geklärt.
Ohne sich auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wollen, wird davon
ausgegangen, dass diese Verringerung auf zwei Phänomenen beruht. Erstens sind
während
des Betriebs eines herkömmlichen
Dampfrückgewinnungssystems,
wie es in
Zweitens neigt das Verdünnungsgas dazu, das freie Volumen der selektiv gasdurchlässigen Membran zu spülen. Im Vergleich dazu verursacht beim herkömmlichen Verfahren die Einwirkung der hohen Konzentration von VOC während des zweiten Abschnittes auf die Membran, dass die im Modul vorhandenen VOC einen hohen Anteil des freien Volumens der Membranzusammensetzung einnehmen. Zur Bezeichnung dieses Zustandes wird der Begriff „Plastifizierung" (der Membran) verwendet. Die plastifizierte Membran befindet sich nicht im optimalen Zustand, um selektiv die Nicht-VOC-Bestandteile während des ersten Abschnittes jedes Zyklus durchzulassen. Insbesondere wäre zu erwarten, dass eine mit VOC plastifizierte Membran eine höhere Menge an VOC durchlässt, als eine, die nicht plastifiziert ist. Nach dem neuen Verfahren strömt das Verdünnungsgas an der Membran vorbei oder durch diese hindurch. Dies zieht zumindest einen Teil der VOC aus dem freien Volumen ab und bringt die Membran dadurch in einen besseren Zustand, um die Gasgemischbestandteile während des ersten Abschnittes des nächsten Zyklus selektiv durchzulassen.Secondly the diluent gas tends to purge the free volume of the selectively gas permeable membrane. in the In comparison, the conventional method causes the action the high concentration of VOC during the second section on the membrane that the VOCs present in the module occupy a high proportion of the free volume of the membrane composition. To name In this state, the term "plastification" (membrane) is used. The plasticized membrane is not in optimal condition, to selectively remove the non-VOC ingredients while the first section of each cycle. Especially would be too expect a VOC plasticized membrane to be a higher amount at VOC, as one that is not plasticized. After the new procedure flows the diluent gas past or through the membrane. At least that's what draws remove some of the VOC from the free volume and bring the membrane thereby in a better condition to the gas mixture components while of the first section of the next Cycle through selectively.
Das neue Verfahren und das neue System sind damit dazu eingerichtet, vorzugsweise mindestens etwa 5% der VOC abzuziehen, die andernfalls beim Start des ersten Abschnittes vorhanden wären. Noch bevorzugter beträgt die abgezogene Menge mindestens etwa 10% und besonders bevorzugt mindestens etwa 25%. Die VOC-Emissionen sind geringer als die, die auftreten würden, wenn das Verdünnungsgas während des zweiten Abschnittes nicht zu dem Modul hinzugegeben worden wäre. Die VOC-Emissionen werden vorzugsweise um mehr als 10% verringert.The new procedures and the new system are thus preferably at least about 5% of the VOC, otherwise would be present at the start of the first section. More preferably, the withdrawn Amount at least about 10%, and more preferably at least about 25%. VOC emissions are lower than those that would occur if the diluent gas during the second section would not have been added to the module. The VOC emissions are preferably reduced by more than 10%.
Die
Wirksamkeit des neuen Dampfrückgewinnungssystems
kann anhand
Nun
werden verschiedene Ausführungsformen
des neuen Verfahrens und Systems unter Bezugnahme auf
Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird dem Membranmodul das Verdünnungsgas
an einer Position zugeführt,
die in Fluidverbindung mit der Permeatkammer des Moduls steht. Somit
ist bei einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung das Dampfrückgewinnungssystem so modifiziert,
dass es ein automatisches Abteilventil
Die
Position des Ventils
Es
kommen auch andere Varianten der oben erwähnten Ausführungsform in Betracht. Beispielsweise kann
die Leitung
Bei
einem anderen Aspekt wird das Verdünnungsgas dem Membranmodul
an einer Position in Fluidverbindung mit der Feed-Retentat-Kammer
des Moduls zugeführt.
Beispielsweise würde
Verdünnungsluft durch
die Leitung
Für bessere
Ergebnisse, d. h. niedrigere VOC-Emissionen, sollte das Verdünnungsgas
die Feed-Retentat-Fläche
der Membran
Andere
in Betracht gezogene Varianten sind diejenigen, bei denen die Verdünnungsgas-Zuführleitung an
einer anderen Position in der Modul-Zuführleitung
angeordnet ist. Beispielsweise kann die Leitung
Bei
einer anderen möglichen
Variante kann die Leitung
Wie erwähnt besteht eine Hauptaufgabe des neuen Dampfrückgewinnungssystems darin, verringerte Umweltemissionen von VOC-Dampf zu ermöglichen, während das Dampfsystem in Fluidverbindung mit der Ullage des Speichertanks bei einem Druck unterhalb des Umgebungsluftdrucks betrieben wird. Niedrigere Emissionen treten auf, wenn ein Verdünnungsgas während zumindest eines Teils des zweiten Abschnitts jedes Dampfrückgewinnungs-Betriebszyklus im Membranmodul zugegeben wird. Bestimmte Steuerprotokolle werden in Betracht gezogen, um dies zu erreichen.As mentioned a main task of the new vapor recovery system is to to allow reduced environmental emissions of VOC vapor while the vapor system is in fluid communication with the ullage of the storage tank at a pressure below the ambient air pressure is operated. Lower emissions occur when a diluent gas during at least a portion of the second portion of each vapor recovery operating cycle is added in the membrane module. Certain control protocols will be considered to achieve this.
Gemäß einem
solchen Protokoll wird das Verdünnungsgas
dem Modul zu Zeiten zugeführt,
zu denen der Druck an einer vorgewählten Position im System innerhalb
eines vorbestimmten Druckbereiches liegt. Erneut wird erkannt, dass
der Start des zweiten Abschnitts des Dampfrückgewinnungszyklus durch einen
niedrigen Druck im Dampfbehandlungssystem gekennzeichnet ist. Die
Beschickung des Moduls mit Verdünnungsgas
bewirkt, dass der Systemdruck ansteigt. Dieses Steuerprotokoll sieht
vor, dass das Verdünnungsgas
in das Modul fließt,
bis der Systemdruck auf eine vorbestimmte obere Druckgrenze steigt.
Dieses Protokoll kann auf verschiedene Weisen implementiert werden.
Beispielsweise kann ein elektronischer Drucksensor verwendet werden,
um die Steuerung des Einlasses von Verdünnungsgas auszulösen. Bei
einem anderen repräsentativen
Beispiel kann die Steuerung mechanisch erfolgen, z. B. durch Verwendung
eines P/V-Ventils in Position
Ein
anderes Betriebsprotokoll erfordert die Beschickung mit Verdünnungsgas
während
einer Dauer, die wirksam ist, um eine bestimmte Konzentration an
einer Position im Modul oder einem angeschlossenen Rohrleitungssystem
zu erhalten. Dabei kann ein Sensor für einen VOC-Konzentrationsanalysator
in Fluidverbindung mit der Feed-Retentat-Kammer oder der Permeatkammer
gebracht werden. Der Analysator sollte in der Lage sein, Echtzeitanalysen
der VOC-Konzentration bereitzustellen und ein Signal zur Eingabe
in ein automatisches Steuersystem zu erzeugen. Das Steuersystem
ist dazu eingerichtet, das Ventil
Bei einem anderen Betriebsprotokoll erfolgt die Beschickung mit Verdünnungsgas über einen Zeitraum mit einer vorbestimmten Zeitdauer. Dabei wird das Gasverdünnungs-Zuführventil zu einem Zeitpunkt nach dem Start des zweiten Abschnittes geöffnet, um das Eintreten von Verdünnungsgas in das Modul zu gestatten. Das Ventil bleibt nur für eine vorab gewählte Zeitdauer offen. Nach Ablauf der Zeitbegrenzung wird das Verdünnungsgas-Zuführventil geschlossen. Der Verdünnungsgas-Zuführzeitraum beginnt vorzugsweise gleichzeitig mit dem Einsetzen des zweiten Abschnittes. Die Fließgeschwindigkeit des Verdünnungsgases ist ein anderer Parameter, der eingestellt werden kann, um die Verringerung von VOC-Emissionen zu optimieren. Beispielsweise kann während der vorbestimmten Dauer der Gasbeschickung die Fließgeschwindigkeit bei einem festen Wert gehalten werden. Emissionsergebnisse können für einen oder mehrere aufeinander folgende Zyklen beobachtet werden. Es können entweder die Verdünnungsgas-Fließgeschwindigkeit, die Verdünnungsgas-Zuführdauer oder eine Kombination der Geschwindigkeit und der Dauer in unterschiedlichen Zyklen verändert werden, um festzustellen, welche Einstellungen eine optimale Emissionsleistung bringen. Bei einer anderen in Betracht gezogen Ausführungsform kann die Fließgeschwindigkeit des Verdünnungsgases entsprechend einem vorbestimmten Programm gedrosselt werden. Dabei kann bei geöffnetem Verdünnungsgasventil die Fließgeschwindigkeit erhöht, verringert oder anderweitig für beste Ergebnisse eingestellt werden.at In another operation log, the diluent gas feed is via one Period of a predetermined period of time. In this case, the gas dilution feed valve open at a time after the start of the second section the entry of diluent gas to allow in the module. The valve remains only for one in advance elected Duration open. After expiration of the time limit, the diluent gas supply valve closed. The diluent gas delivery period preferably starts simultaneously with the onset of the second Section. The flow rate of the diluent gas is another parameter that can be adjusted to reduce to optimize VOC emissions. For example, during the predetermined duration of the gas feed the flow rate at a fixed Value to be kept. Emission results may be one or more consecutive following cycles are observed. Either the dilution gas flow rate, the diluent gas delivery time or a combination of speed and duration in different Cycles changed to determine which settings provide optimal emission performance bring. In another embodiment considered can the flow rate of the diluent gas throttled according to a predetermined program. there can open when Dilution gas valve the flow rate elevated, reduced or otherwise for best results are set.
Es versteht sich, dass auch jede Kombination von mehr als einem der zuvor erwähnten Steuerprotokolle implementiert werden kann. Ein mit der Lehre dieser Offenbarung gerüsteter Durchschnittsfachmann ist in der Lage, die Steuervariablen so zu beeinflussen, dass er ohne übermäßigen Versuchsaufwand die niedrigsten VOC-Emissionen erreichen kann.It It is understood that any combination of more than one of previously mentioned Control protocols can be implemented. One with the teaching of this Revelation armored One of ordinary skill in the art will be able to adjust the control variables so affect him without excessive experimentation the lowest VOC emissions can reach.
Das neue Verfahren und das neue System arbeiten mit einem Modul, das eine selektiv gasdurchlässige Membran umfasst. Jede Membranzusammensetzung, die eine gute Selektivität für Bestandteile von Luft gegenüber VOC aufweist, kann verwendet werden. Üblicherweise ist die Membran eine Polymerzusammensetzung. VOC sind bekanntlich Lösungsmittel für zahlreiche Polymere. Daher sollte die Membranzusammensetzung gegenüber VOC inert sein.The new procedures and the new system work with a module that a selectively gas permeable Membrane comprises. Any membrane composition that has good selectivity for constituents from the air VOC can be used. Usually, the membrane a polymer composition. VOCs are known to be solvents for many Polymers. Therefore, the membrane composition versus VOC be inert.
Die
Membran sollte vorzugsweise eine dünne Schicht aus einem selektiv
permeablen, nicht-porösen Polymer
mit einem großen
freien Volumen enthalten. Die nicht-poröse Schicht kann auf ein poröses Substrat, wie
z. B. eine mikroporöse
Hohlfaser, aufgebracht sein. Repräsentative Polymere umfassen
Polytrimethylsilylpropyn, Polypertluoroallylvinylether), Copolymere
von 2,2,4-Trifluor-5-trifluormethoxy-1,3-dioxol und Tetrafluorethylen
(TFE), sowie bestimmte amorphe Copolymere von Perfluor-2,2-dimethyl-1,3-dioxol
(„PDD"). PDD-Copolymere
sind besonders bevorzugt, da sie eine einzigartige Kombination von überlegener
Permeabilität
und Selektivität
für verschiedene
Gasgemische aufweisen. Besonders bevorzugt sind PDD-Copolymere mit
Fluormonomeren, wie z. B. TFE, Vinylidenfluorid, Perfluormethylvinylether,
Hexafluorpropylen, Chlortrifluorethylen und Gemische davon. Gastrennmembranen,
die PDD umfassen, sind in der
Die
Struktur des Membranmoduls ist nicht kritisch. Es können flache,
gefaltete, spiralgewickelte, bandförmig tubuläre Membranen und Hohlfasermembranen
verwendet werden. Hohlfasermembranen sind bevorzugt. Hohlfasermembranen
können
in großen
Zahlen in einem sogenannten Hohlfasermembranmodul zusammengefasst
werden. Die Struktur und das Verfahren für Hohlfasermembranmodule sind
dem Fachmann hinlänglich
bekannt, siehe beispielsweise
Die obige Offenbarung ist weitgehend auf Ausführungsformen dieser Erfindung gerichtet, bei denen die Polymerkomponente der selektiv gasdurchlässigen Membran in einem so genannten glasartigen Polymerzustand verwendet wird. Es ist auf dem Gebiet der physikalischen Chemie der Polymere hinlänglich bekannt, dass amorphe Polymere und amorphe Bereiche kristalliner Polymere Phasenübergängen zweiter Ordnung unterliegen, die durch eine Glasübergangstemperatur („Tg") definiert sind. Bei Temperaturen deutlich unterhalb Tg werden diese Polymere hart, steif und glasartig, wenngleich nicht unbedingt spröde. Die Polymere sind in einem Temperaturbereich nahe Tg lederartig und bei Temperaturen deutlich über Tg gummiartig.The The above disclosure is broadly based on embodiments of this invention directed, in which the polymer component of the selectively gas-permeable membrane in a so-called glassy polymer state. It is well known in the field of physical chemistry of polymers that amorphous polymers and amorphous domains of crystalline polymers phase transitions second Subject to order, which are defined by a glass transition temperature ("Tg"). At temperatures well below Tg, these polymers harden, stiff and glassy, though not necessarily brittle. The Polymers are leathery and in a temperature range near Tg at temperatures well above Tg rubbery.
Die
Leistung der selektiv gasdurchlässigen
Polymermembranen wird dadurch beeinflusst, ob das Polymer glasartig
oder gummiartig ist. Beispielsweise ist die Selektivität zwischen
den atmosphärischen
Gasarten, die üblicherweise
in Umgebungsluft vorhanden sind, d. h. Sauerstoff, Stickstoff, Argon,
Kohlendioxid und dergleichen, und Dampfarten von VOC dergestalt,
dass glasartige selektive Polymere atmosphärische Gasarten gegenüber den
VOC-Arten bevorzugt durchlassen. Umgekehrt sind gummiartige selektive
Polymere bevorzugt für
VOC und weniger bevorzugt für
atmosphärische
Gase permeabel. Die Dampfrückgewinnungssysteme,
die in den
Es
wird in Betracht gezogen, dass das neue Verfahren zur Verringerung
von VOC-Emissionen bei einem Dampfrückgewinnungssystem angewandt
werden kann, das ein gummiartiges Polymer verwendet. Sehr grundsätzlich gesagt,
unterscheidet sich ein solches System von einem System mit glasartiger
Polymermembran dadurch, dass die Retentat-Gaszusammensetzung des
ersteren in die Atmosphäre
ausgestoßen
und die Permeat-Gaszusammensetzung
in die Ullage des Speichertanks zurückgeführt wird. Ein Gasrückgewinnungssystem
dieser Art ist in der
Wie
oben beschrieben, beginnt zu einem geeigneten Zeitpunkt der zweite
Betriebsabschnitt. Die Vakuumpumpe
Das
Verdünnungsgas
sollte so in die Feed-Retentat-Kammer eingeführt werden, dass die Kammer
Die
Feed-Retentat-Kammer
Theoretisch
könnte
man eine Membran aus einem bestimmten amorphen Polymer wählen und
sich für
einen Betrieb bei Temperaturen oberhalb von Tg, bei denen das Polymer
gummiartig ist, oder unterhalb von Tg, bei denen das Polymer glasartig
ist, entscheiden. Dann würde
die geeignete Konfiguration, d. h. entweder die aus
Um
auf das neue Dampfrückgewinnungssystem
zurückzukommen,
bei dem die selektiv gasdurchlässige
Membran ein glasartiges Polymer umfasst, wird nun auf eine zusätzliche
Ausführungsform
der Erfindung eingegangen, die hier zweckmäßigerweise gelegentlich als „Vakuumverfahren" bezeichnet wird.
Diese Ausführungsform
wird anhand
Ein
Hauptunterschied zwischen dem Vakuumverfahren zur Verringerung von
VOC-Emissionen und den zuvor beschriebenen Ausführungsformen besteht darin,
dass der Membran während
des zweiten Abschnitts des Zyklus kein Verdünnungsgas zugeführt wird.
Stattdessen wird der Permeatkammer des Membranmoduls ein erhöhter Sog,
d. h. ein niedriger absoluter Druck, auferlegt, um VOC-Bestandteile
abzuziehen. Allgemein wird das Verfahren in der zuvor beschriebenen
Weise betrieben, wobei jedoch während
des zweiten Zyklus die Ventile
Bei
jeder der oben beschriebenen Betriebsweisen des Vakuumverfahrens
kann man eine Sogerzeugungseinrichtung (Vakuumpumpe oder Einrichtung
BEISPIELEEXAMPLES
Diese Erfindung wird nun anhand von Beispielen bestimmter repräsentativer Ausführungsformen derselben veranschaulicht, wobei alle Teile, Anteile und Prozentangaben, sofern nichts anderes angegeben ist, volumenbezogen sind. Alle Gewichts- und Maßeinheiten, die ursprünglich nicht in SI-Einheiten erhalten wurden, wurden in SI-Einheiten umgewandelt.These Invention will now be described by way of example with particularity embodiments the same, all parts, parts and percentages, unless otherwise indicated, are by volume. All weight and units of measurement, the original not obtained in SI units were converted to SI units.
Beispiele 1 bis 5 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5
Betrieb des Dampfrückgewinnungssystems gemäß einem Protokoll mit festgelegter Dauer.Operation of the vapor recovery system according to one Protocol with fixed duration.
Experimente
wurden vor Ort an einer in Betrieb befindlichen Großtankstelle
unter Verwendung eines Dampfverarbeitungssystems mit der in
In der zuvor beschriebenen Vorrichtung wurde eine Reihe von Dampfrückgewinnungszyklen durchgeführt. Während des zweiten Abschnittes der Testzyklen wurde eine Umgebungsluftzufuhr entweder nicht in das Membranmodul eingelassen, oder auf der Permeatkammer-Seite der Membran in das Modul eingelassen oder auf der Feed-Retentat-Kammerseite des Moduls in das Modul eingelassen. Gegebenenfalls wurde die Luft zu Beginn des zweiten Abschnittes eingelassen. Die Einstellungen der Ventile des Systems während des zweiten Abschnittes waren wie in der nachfolgenden Tabelle I angegeben: Tabelle I In the apparatus described above, a series of vapor recovery cycles were performed. During the second portion of the test cycles, an ambient air supply was either not admitted into the membrane module, or introduced into the module on the permeate chamber side of the membrane, or introduced into the module on the feed-retentate chamber side of the module. Optionally, the air was admitted at the beginning of the second section. The settings of the system valves during the second section were as shown in Table I below: Table I
Während der
Einsatzluftzufuhr wurde eine Gasfördereinrichtung
Die
VOC-Konzentration (VOC %) des aus dem Abluftkamin austretenden Gases
wurde während
des unmittelbar nachfolgenden ersten Abschnittes gemessen. Für jeden
Zyklus wurden drei Konzentrationswerte bestimmt. Diese waren (i)
die anfängliche
VOC-Konzentration zu Beginn eines ersten Abschnittes, d. h. (Punkt A2,
Tabelle II Table II
Die Daten zeigen, dass bei Luftzugabe zum Modul die Höchstkonzentrationen beim neuen Verfahren deutlich niedriger waren (4,7% bis 7,3% gegenüber 9,1% bis 9,5%). Die VOC-Endwerte (die für den stabilen Betriebszustand stehen) waren bei der Erfindung ebenfalls niedriger als die Kontrollen (3,8% bis 4,5% gegenüber 4,9% bis 5,4%). Die P-E-Werte betrugen beim herkömmlichen Verfahren durchweg etwa 4 Prozenteinheiten, während sie bei den Betriebsbeispielen 2,8 Prozenteinheiten nicht überschritten. Im allgemeinen führten längere Zuführzeiten für die Luft zu niedrigeren VOC-Gesamtkonzentrationen von während des Zyklus emittierter Luft. Zwar zeigte Beispiel 2 die Wirksamkeit der Erfindung, aber die VOC-Emissionsverringerung war schon aufgrund der momentanen Dauer der Luftzufuhr nur vorläufig. Von den Ergebnissen aus Beispiel 2 einmal abgesehen, zeigen die Betriebsbeispiele deutlich, dass sowohl die VOC-Höchstemissionen als auch die VOC-Daueremissionen durch die Ausführung dieser Erfindung deutlich verbessert sind.The Data show that with air addition to the module the highest concentrations significantly lower in the new procedure (4.7% to 7.3% compared to 9.1% to 9.5%). The VOC end values (those for the stable operating state are also lower than the controls in the invention (3.8% to 4.5% compared to 4.9% to 5.4%). The P-E values were consistently in the conventional method about 4 percent units while they did not exceed 2.8 percent units in the operating examples. In general led longer admission times for the Air to lower total VOC concentrations from during the cycle of emitted air. Although Example 2 showed the effectiveness invention, but the VOC emission reduction was already due the current duration of the air supply only temporarily. From the results Apart from example 2, the operating examples clearly show that both the VOC peak emissions as well as the sustained VOC emissions by the practice of this invention are improved.
Wenngleich spezifische Formen der Erfindung zur Veranschaulichung in den Zeichnungen gewählt wurden, und die vorstehende Beschreibung mit spezifischen Begriffen zum Zweck der vollständigen und umfassenden Beschreibung dieser Formen der Erfindung für einen Durchschnittsfachmann auf dem entsprechenden Gebiet gegeben wurde, versteht sich doch, dass verschiedene Ergänzungen und Modifikationen, die im wesentlichen äquivalente oder bessere Ergebnisse und/oder Leistung bringen, als unter den Umfang und Gedanken der nachfolgenden Ansprüche fallend betrachtet werden.Although specific forms of the invention for illustrative purposes in the drawings were chosen and the above description with specific terms for Purpose of the complete and comprehensive description of these forms of the invention for a A person of ordinary skill in the relevant field, it goes without saying that various additions and modifications, the essentially equivalent ones or better results and / or performance than under the The scope and spirit of the following claims shall be considered as falling.
ZusammenfassungSummary
Ein zyklisches Verfahren zur Kontrolle von Umweltemissionen flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) aus der Dampfrückgewinnung in Speicher- und Abgabevorgängen für Flüssigkeiten erhält in der Speichertankullage ein Vakuum aufrecht. Im ersten Teil eines zweiteiligen zyklischen Verfahrens wird Ullage-Dampf durch ein Dampfrückgewinnungssystem, in dem VOC mit einer selektiv gasdurchlässigen Membran aus dem entlüfteten Gas abgezogen werden, ausgestoßen. Im zweiten Teil ist die Membran deaktiviert, während der Gasdruck in der Ullage steigt. Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung wird der Membrantrenneinheit während des zweiten Teils des Zyklus Umgebungsluft zugeführt. Gemäß einem anderen Aspekt wird in die Membrantrenneinheit ein Vakuum angesaugt. Die Luftzufuhr oder das Ansaugen eines Vakuums zieht VOC aus der Membraneinheit ab und verringert damit die VOC-Emissionen insgesamt.A cyclic process to control volatile organic compound (VOC) environmental emissions from vapor recovery in liquid storage and dispensing operations maintains a vacuum in the storage tank's tuyere. In the first part of a two-part cyclic process, ullage vapor is passed through a vapor recovery system in which VOC with a selectively gas-permeable membrane from the vented gas are withdrawn, ejected. In the second part, the membrane is deactivated while the gas pressure in the ullage increases. According to one aspect of this invention, ambient air is supplied to the membrane separation unit during the second part of the cycle. In another aspect, a vacuum is drawn into the membrane separation unit. The supply of air or vacuum draws VOC from the membrane unit, thus reducing total VOC emissions.
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Legal Events
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law |
Ref document number: 112004000175 Country of ref document: DE Date of ref document: 20060126 Kind code of ref document: P |
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R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20130910 |