本发明方法涉及用于净化含有硅酮化合物的且是从制备硅酮的生产过程中获得的过程废气的连续方法。
us4,941,893公开了一种在半导体硅金属的制备中去除气体的方法，其中通过半渗透膜将气体混合物中的氢气和氯化氢从氯硅烷中选择性地分离出来。作为选择性膜，优选使用涂覆有磺化聚砜的聚砜复合膜。
m.ajkar，m.travesset，s.yüce和t.melin的“siloxanremovalfromlandfillanddigestergas-atechnologyoverview”，bioresourcetechnology101，2913-2923(2010)描述了通过各种技术，包括利用膜来将挥发性硅氧烷从填埋气中分离出来。
在2011年hochschuleaachen的论文“membran-basedremovalofvolatilemethylsiloxanes”第68-104页中，marcajhar描述了使用聚二甲基硅氧烷(pdms)膜从生物气体中去除挥发性甲基硅氧烷，约0.15g/m3范围的小量存在的挥发性甲基硅氧烷被从甲烷/二氧化碳气体混合物中分离出来。
本发明的目的在于提供一种净化过程废气的连续方法，所述过程废气含有有机硅化合物并是在生产硅酮中形成的，其中有机硅化合物，特别是硅氧烷可以选择性地甚至较大量地从氮气/氧气混合物中被除去。
该目的通过本发明实现。
本发明提供了一种净化含有有机硅化合物并是在制备硅酮的生产过程中获得的过程废气的连续方法，包括利用膜分离装置将选自于由具有2-18个si原子的线性、环状和支化硅氧烷、三有机硅烷醇及其混合物所组成的组中的硅酮化合物从含有氮和氧的过程废气流中分离出来，所述膜分离装置含有基于硅酮的半渗透膜，其中所述膜相对于氮选择性地渗透有机硅化合物和氧，待分离且含有有机硅化合物、氮和氧的进料气流在所述膜分离装置的入口处被连续地导入，在其中，通过与膜接触而连续地被分离成被耗尽有机硅化合物并离开所述膜分离装置的渗余气体子流，和富集硅酮化合物并离开所述膜分离装置的渗透气体子流。
制备硅酮的生产方法是硅橡胶如htv、rtv和lsr硅橡胶的制备，或硅酮聚合物的制备。这里所形成的过程废气包含选自于由具有2-18个si原子的线性、环状和支化硅氧烷、三有机硅烷醇及其混合物所组成的组中的硅酮化合物。
该过程废气作为进料气体被输送到根据本发明的半渗透膜上。
所述进料气体中存在的有机硅化合物优选是选自以下组中的化合物：
下式的线性硅氧烷：
r3sio(r2sio)nsir3(i)，
其中基团r是相同或不同的，且各自为具有1-12个碳原子，优选1-6个碳原子，更优选为甲基或乙烯基的一价烃基，和
n是0或1-16的整数，
下式的环状硅氧烷
(r2sio)x(ii)，
其中r如上述所定义，和
x是3-18的整数，优选3-6，
下式的三有机硅烷醇
r3sioh(iii)，
其中r如上述所定义，
及其混合物。
根据本发明的废气净化的关键部件是半渗透膜。在硅酮生产中获得的过程废气流作为进料气流被输送到具有半渗透膜的膜分离装置的入口处并与所述膜分离装置中的膜接触。该膜优选为聚辛基甲基硅氧烷复合膜，优选在由聚丙烯腈/聚酯非织造材料构成的多孔载体结构上的聚辛基甲基硅氧烷复合膜(poms)。这种膜可从helmholtz-zentrumgeesthacht，zentrumfürmaterial-undküstenforschunggmbh，max-planck-straβe1，21502geesthacht，germany获得。
所述膜材料能够溶解进料气体中存在的有机硅化合物。优选通过真空泵在膜的渗透侧、即在膜与进料气体与膜接触的那侧相反的一侧上施加低于大气压的压力，以提供溶解在所述膜材料中的化合物迁移驱动力。
所述进料气体优选含有大于或等于95体积％的量的氮，优选含有小于或等于5体积％的量的氧。
在膜的渗透侧施加低于大气压的压力，优选通过真空泵。
渗透气体子流中的压力优选不超过0.15巴，其优点是防止了分离的有机硅化合物与氧的点燃。优选压力为0.02至0.07巴。
该压力可优选通过液环泵来实现。也可以通过适当选择真空单元来实现显著更低的压力。
所述进料气体中的压力优选为至少1巴且不超过16巴，优选1.0-1.5巴的压力。
所述进料气体和本发明工艺过程中的温度优选不超过100℃，优选至少为5℃，更优选30℃至40℃。
所述膜的去除性能可以通过进料气流与渗透气流的压力比来改变。这里，可以适当选择进料侧和渗透侧的压力。进料气流与渗透气体子流的压力比优选至少为7，并且可以高达1600万，优选7-50的压力比，特别优选15-20的压力比。
所得到的渗余气流相应地耗尽了有机硅化合物。所述渗余气流可以作为惰性气体连续再循环到过程中或者连续释放到环境中。
所述渗余气流优选含有比原料气流高的氮含量和低的氧含量。因此，所述渗余气流优选含有95-98体积％的量的氮，并优选含有2-5体积％的量的氧。
所得到的渗透气流相应地富集有机硅化合物。其可以通过相应的措施连续地从所述渗透气流中冷凝出来，优选通过冷凝，如在壳-管式热交换器或板式热交换器或具有连续可清洁表面的热交换器如刮擦冷却器(scratchcoolers)中冷凝。优选收集并利用所获得的冷凝物。取决于配置，相应的过程废气流可以连同所述渗余气流一起或者单独连续地释放到环境中。
所述膜分离装置具有能够自由选择活性膜面积的大小的结构。因此，可以覆盖非常大的浓度范围，特别是在进料气体中高负荷的挥发性有机硅化合物。该负荷可以是几个重量ppm到总共数千克/h。
存在于所述进料气中的有机硅化合物的负荷[g/h]由体积流量[m3/h]和浓度[g/m3]的乘积给出。
根据marcajhar的论文，垃圾填埋气中的挥发性甲基硅氧烷的浓度较低，特别是总体上低于0.15g/m3，所述垃圾填埋气中只有小负荷的挥发性甲基硅氧烷被去除。与其相反，根据本发明的方法，高浓度和负荷的有机硅化合物被从所述过程废气中除去，即可以通过本发明的方法净化来自工业过程的过程废气。
所述进料气体中有机硅化合物的总浓度优选为0.3g/m3至1000g/m3，优选1g/m3至100g/m3。
基于干标准条件(标准条件：压力1.01325巴，温度273.15k，绝对大气湿度为0％)，所述进料气的体积流量优选为10m3/h至2000m3/h，优选30m3/h至500m3/h。
所述进料气体中存在的有机硅化合物的负荷[g/h]总共优选为10g/h至10000g/h，更优选为1000g/h至5000g/h。
该进料气流在与所述膜分离装置中的膜接触之后被分成耗尽的渗余气流和富集的渗透气流，通过适当的措施，如冷凝将所述有机硅化合物从所述渗透气流中分离出来而获得过程废气流。
所述进料气体中的负荷[g/h]，每种情况下都基于各种单独类型的有机硅化合物或基于有机硅化合物的总量，可由进料气体的体积流量[m3/h]和浓度[g/m3]的乘积来计算。同样，在所述渗余气体中的有机硅化合物的负荷[g/h]也可以由所测量的渗余气体的体积流量[m3/h]和浓度[g/m3]来计算。所述膜对有机硅化合物的渗透性，以及因此渗余气体中有机硅化合物负荷的耗尽程度可以如下确定：
η[％]＝[1-(负荷渗余/负荷进料)]x100
对有机硅化合物的渗透性优选为30％至100％，优选50％至100％，特别优选60％至90％。
通过将多个膜分离装置串联，可以进一步优化对进料气体中有机硅化合物的去除性能。在此，将剩余的渗透气流连续地进料到串联连接的另一个膜分离装置处。在那里，再次分离成渗透物和渗余物。
通过实例在图1中对该过程进行了描述。
将在生产硅酮的过程中获得的过程废气作为进料气体1进料到具有半渗透膜6的膜分离装置的入口处。该进料气体在膜6上被分离耗尽有机硅化合物的渗余气体2和富集有机硅化合物的渗透气体3。渗余气体2可以作为惰性气体再循环到过程中或被排放到环境中。在所述膜的渗透侧，优选通过真空泵7施加作为溶解在所述膜材料中的化合物的迁移驱动力的低于大气压的压力。在渗透气体3中以较高浓度存在的有机硅化合物可以优选借助冷凝器8通过冷凝来分离。冷凝物4优选被收集和利用。所产生的过程废气5被单独释放或与所述渗余气一起被释放到环境中。
体积流量的确定：
根据dinen15259使用prandtl管进行差压测量。
探测极限：1m3/s
精度：±10％估计
所述有机硅化合物的确定：
利用排气收集器皿经由毛细管从废气流中整体取样，基于dinen13464的方法，使用gc-fid进行定性和定量分析。检测极限：＜2mg/m3，取决于有机硅化合物的类型
精度：±10％估计
实施例1：
在生产高温交联硅橡胶的过程中连续形成的过程废气作为进料气流1以50m3/h的速率在40℃和1080毫巴的绝对压力下进料至所述膜6处。在所述膜处，将该进料气流分离成40m3/h的渗余气流2和10m3/h的渗透气流3。渗透侧的压力为60毫巴绝对压力。这对应于17.5的压力比。冷凝器8使用-10℃的制冷剂运行。
如表1所示，所述过程废气的重要成分的浓度是用合格的随机样品测量的。相应的负荷可以由其借助测得的体积流量计算。进料气流1在进入所述膜之前取样，所述过程废气5在刮擦冷却器8的下游测量，渗余物2在所述膜的下游测定。
结果总结在表1中。
进料气体：
n2：≥95体积％
o2：≤5体积％
渗余物：
n2：95-98体积％
o2：2-5体积％
有机硅化合物：
si2：六甲基二硅氧烷
m3sioh：三甲基硅烷醇
d3：六甲基环三硅氧烷
d4：八甲基环四硅氧烷
d5：十甲基环五硅氧烷
d6：十一甲基环六硅氧烷
实施例2：
在生产高温交联硅橡胶的过程中连续形成的过程废气作为进料气流1以50m3/h的速率在40℃的温度和1080毫巴的绝对压力下进料至所述膜6处。在所述膜处，将该进料气流分离成40m3/h的渗余气流2和10m3/h的渗透气流3。渗透侧的压力为60毫巴绝对压力。这对应于17.5的压力比。冷凝器8使用-10℃的制冷剂运行。
如表2所示，所述过程废气的重要成分的浓度是用合格的随机样品测量的。相应的负荷可以由其借助测得的体积流量计算。进料气流1在进入所述膜之前取样，过程废气5在刮擦冷却器8的下游测量，渗余物2在所述膜的下游测定。
结果总结在表2中。
进料气体：
n2：≥95体积％
o2：≤5体积％
渗余物：
n2：95-98体积％
o2：2-5体积％
有机硅化合物：见实施例1