廢麻醉氣體的處理方法和設備的製作方法
2023-08-13 08:14:51 3
專利名稱：廢麻醉氣體的處理方法和設備的製作方法
相關申請的交叉參考本申請是按照35U.S.C.§111(a)提出的申請，依據35U.S.C.§119(e)(1)要求2000年10月20日按照35U.S.C.§111(b)申請的US臨時申請60/241 743的申請日權益。
所述廢麻醉氣體排除設備是通過讓壓縮空氣等伴隨所述氣體向室外排放來自患者呼出的廢麻醉氣體。但目前通過所述廢麻醉氣體排除設備從各手術室排出的氣體在不經過任何處理的情況下釋放至大氣中。
從手術室排出的廢麻醉氣體在以下兩方面不同於工廠或焚化設施排放的含氧化亞氮的廢氣
(1)所述廢麻醉氣體中所含氧化亞氮的濃度極高，為3至70％，和(2)所述廢麻醉氣體包含揮發性麻醉氣體。
在揮發性麻醉劑中，據說含氯的揮發性麻醉劑破壞臭氧層。而且，第三次國際全球變暖大會(COP3)上，特別地將氧化亞氮以及二氧化氮、甲烷和含氯氟烴定為因溫室效應引起溫度升高的全球汙染物(所述升溫效應高達二氧化碳的約300倍)。
因此，從全球環境保護的觀點出發，不能用所述廢麻醉氣體排除設備將所述廢麻醉氣體原樣釋放至大氣中，而必須除去所述廢麻醉氣體中所含揮發性麻醉劑和氧化亞氮或使之變得無害。
關於處理所述廢麻醉氣體的傳統方法，(1)一種使廢麻醉氣體中所含氧化亞氮分解的方法描述在JP-B-61-45486(本文所用術語「JP-B」意指「審定的日本專利公報」)、JP-B-61-45487、US 4 259 303(JP-B-61-50650和JP-B-62-27844)中。(2)Arai等提出一種冷卻從而除去廢麻醉氣體中所含揮發性麻醉劑的方法(參見Rinsho Masui(Clinical Anesthesia)，Vol.1，No.1，p98(1977)、Fujita Gakuen Igaku-kai Shi(Journal ofMedical Society of Fujita Educational Institute)，Vol.5，p117(1981))。此外，(3)報導了一種通過鎳鉻合金絲加熱使所述氧化亞氮熱分解的方法，作為在不使用催化劑的情況下處理廢麻醉氣體中所含氧化亞氮的方法(參見Masui(Anesthesia)，No.28，p1242(1979))。
根據使氧化亞氮分解的方法(1)，可使高濃度的氧化亞氮分解但產生5至32ppm的作為氮氧化物的一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)(以下統稱為「NOx」)，因此，產生超過NO2的3ppm(TWA，時間加權平均值)的可允許濃度的NOx仍是問題。此外，反應氣體中存在例如約1至3％的水分時，催化劑的活性可能下降，這也是需要解決的問題。
廢麻醉氣體原樣供給氧化亞氮分解催化劑時，有時導致所述氧化亞氮分解催化劑的比表面積減小而使活性極度降低。其原因尚不清楚，但推測是所述揮發性麻醉劑分解時產生的酸使所述氧化亞氮分解催化劑失活。因此，為保持氧化亞氮分解催化劑的活性，必須除去揮發性麻醉劑，但有效地除去廢麻醉氣體中所含揮發性麻醉劑的方法迄今還不知道。
Arai等提出的冷卻從而除去廢麻醉氣體中所含揮發性麻醉劑的上述方法(2)有盈利能力的問題，因為必須在每個手術室安裝揮發性麻醉氣體排除裝置和用於使所述排除裝置冷卻的冷卻裝置。此外，從位置和衛生方面考慮，在手術室安裝大設備如低溫致冷裝置是不優選的。另外，在處理從各手術室排出的廢麻醉氣體匯集的管道中流出的大量氣體的情況下，帶來不能令人滿意地除去所述揮發性麻醉劑的問題。由於這些原因，此方法不實用。
在不使用催化劑的情況下通過鎳鉻合金絲加熱使氧化亞氮熱分解的上述方法(3)鑑於安全而不優選在醫院使用，因為反應溫度高達900℃，需要中和清洗裝置，而且產生的NOx濃度極高，約0.1％。
迄今還不知道能連續地處理從各手術室排出的廢麻醉氣體中所含較大量的揮發性麻醉劑和氧化亞氮的方法和設備。隨著目前對因氧化亞氮所致全球變曖的關注增加，迫切需要能連續地處理包含揮發性麻醉氣和氧化亞氮的廢麻醉氣體的方法和設備。
在這些情況下完成的本發明是要提供一種用於處理從手術室排出的包含揮發性麻醉劑和氧化亞氮的廢麻醉氣體的方法和設備。
1.一種從手術室排出的包含揮發性麻醉劑和氧化亞氮的廢麻醉氣體的處理方法，包括以下步驟使所述氣體與吸附劑接觸，從而吸附除去所述廢麻醉氣體中所含揮發性麻醉劑，然後使包含氧化亞氮的氣體與用於使所述氧化亞氮分解的催化劑接觸，從而使所述氧化亞氮分解。
2.以上1中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述處理包括以下兩個步驟(1)將從手術室排出的包含揮發性麻醉劑和氧化亞氮的廢麻醉氣體引入吸附柱、使所述氣體與所述吸附柱中填充的吸附劑接觸、從而吸附除去所述廢麻醉氣體中所含揮發性麻醉劑的步驟，和(2)使從步驟(1)中排出的包含氧化亞氮的氣體與催化劑接觸、從而使所述氧化亞氮分解的步驟。
3.以上1中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述處理包括以下兩個步驟(1)將從手術室排出的包含揮發性麻醉劑和氧化亞氮的廢麻醉氣體引入多個並聯連接的吸附柱中的至少一個、使所述氣體與所述吸附柱中填充的吸附劑接觸、從而吸附除去所述廢麻醉氣體中所含揮發性麻醉劑的步驟，和(2)使從步驟(1)中排出的包含氧化亞氮的氣體與催化劑接觸、從而使所述氧化亞氮分解的步驟。
4.以上2或3中所述廢麻醉氣體的處理方法，還包括以下步驟(3)(3)使所述揮發性麻醉劑從已吸附所述揮發性麻醉劑的吸附劑中解吸而使所述吸附劑再生、使所述解吸的揮發性麻醉劑冷卻、和回收所述液化或凍結的揮發性麻醉劑的步驟。
5.以上4中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中通過使所述並聯連接的吸附柱交替地轉換成步驟(1)和步驟(3)同時進行步驟(1)和步驟(3)。
6.以上5中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述在步驟(1)和步驟(3)之間的轉換是通過定序器在控制下進行的。
7.以上4中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述步驟(3)在減壓下進行，將步驟(3)中排出的氣體引入多個並聯連接的吸附柱中的至少一個，與所述吸附柱中填充的吸附劑接觸以通過吸附除去從步驟(3)排出的氣體中所含未回收的揮發性麻醉劑。
8.以上4中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述步驟(3)在引入吹掃氣的同時在減壓下進行，將步驟(3)中排出的氣體引入多個並聯連接的吸附柱中的至少一個，與所述吸附柱中填充的吸附劑接觸以通過吸附除去從步驟(3)排出的包含吹掃氣的氣體中所含未回收的揮發性麻醉劑。
9.以上4中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述步驟(3)中，所述解吸的揮發性麻醉劑的冷卻溫度為-95至10℃。
10.以上1中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述廢麻醉氣體中所含揮發性麻醉劑的濃度為0.1至3％。
11.以上1中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述揮發性麻醉劑是氟代醚化合物。
12.以上1中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述揮發性麻醉劑是2-溴-2-氯-1，1，1-三氟乙烷、1-氯-2，2，2-三氟乙基二氟甲基醚和/或氟甲基2，2，2-三氟-1-(三氟甲基)乙基醚。
13.以上1中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述吸附劑是選自活性炭、沸石、二氧化矽、中孔二氧化矽和氧化鋁的至少一種吸附劑。
14.以上13中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述吸附劑的孔徑大小為5至100埃。
15.以上1中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述廢麻醉氣體中所含氧化亞氮的濃度為3至70％。
16.以上1中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述用於使氧化亞氮分解的催化劑是氧化鋁型催化劑。
17.以上1中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述用於使氧化亞氮分解的催化劑是選自以下催化劑(I)至(III)的至少一種催化劑
(I)包含其上擔載有鋁、鎂和銠的載體的催化劑，(II)包含其上擔載有鎂和銠的氧化鋁載體的催化劑，和(III)包含其上擔載有銠的載體的催化劑，所述載體中有由鎂和至少一部分鋁形成的尖晶石晶體複合氧化物。
18.以上1中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述用於使氧化亞氮分解的催化劑是選自以下催化劑(IV)至(VI)的至少一種催化劑(IV)包含其上擔載有鋁、銠和至少一種選自鋅、鐵和錳的金屬的載體的催化劑，(V)包含其上擔載有銠和至少一種選自鋅、鐵和錳的金屬的氧化鋁載體的催化劑，(VI)包含其上擔載有銠的載體的催化劑，所述載體中有由至少一部分鋁和至少一種選自鋅、鐵和錳的金屬形成的尖晶石晶體複合氧化物。
19.以上1中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述氧化亞氮分解的溫度為200至600℃。
20.以上17至19任一項中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述氧化亞氮分解產生的NOx量為1ppm或更低。
21.以上2或3中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述步驟(2)中，所述氧化亞氮分解之後在從步驟(1)排出的氣體和從步驟(2)中排出的氣體之間進行熱交換。
22.以上19中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中檢測所述氧化亞氮分解後所含氧化亞氮的濃度，並基於所檢測的氧化亞氮濃度控制所述氧化亞氮分解的溫度。
23.一種用於處理從手術室排出的包含揮發性麻醉劑和氧化亞氮的廢麻醉氣體的設備，所述設備包括裝有用於吸附揮發性麻醉劑的吸附劑的吸附柱，用於使被吸附的揮發性麻醉劑從所述吸附劑中解吸而使所述吸附劑再生的減壓裝置，用於使解吸的揮發性麻醉劑冷卻或冷凍的冷卻器，用於回收冷卻或冷凍的揮發性麻醉劑的回收裝置，和裝有用於使所述廢麻醉氣體中所含氧化亞氮分解的催化劑的分解反應器。
24.以上23中所述用於處理廢麻醉氣體的設備，其中所述吸附柱與所述分解反應器相連以將包含揮發性麻醉劑和氧化亞氮的廢麻醉氣體引入裝有吸附劑的吸附柱，然後將所述吸附柱排出的包含氧化亞氮的氣體引入裝有用於使氧化亞氮分解的催化劑的分解反應器。
25.以上23中所述用於處理廢麻醉氣體的設備，其中設有多個吸附柱，所述吸附柱並聯連接。
26.以上23中所述用於處理廢麻醉氣體的設備，包括在使從所述吸附劑中解吸的揮發性麻醉劑冷卻並回收液化或凍結的揮發性麻醉劑之後用於使所述氣體返回吸附柱入口的管線。
27.以上23中所述用於處理廢麻醉氣體的設備，包括向吸附柱中引入吹掃氣的吹掃氣引入管線，和在使從所述吸附劑中解吸的揮發性麻醉劑冷卻並回收液化或凍結的揮發性麻醉劑之後用於使所述包含吹掃氣的氣體返回吸附柱入口的管線。
28.以上23中所述用於處理廢麻醉氣體的設備，包括用於引導能稀釋引入分解反應器的氣體的稀釋氣的泵，和用於將所述稀釋氣引入分解反應器入口的管線。
29.以上23中所述用於處理廢麻醉氣體的設備，包括用於在引入分解反應器的氣體和從分解反應器排出的氣體之間進行熱交換的換熱器。
30.以上29中所述用於處理廢麻醉氣體的設備，其中所述分解反應器和所述換熱器整體地構成，引入分解反應器的氣體和從分解反應器排出的氣體之間的熱交換在所述換熱器內進行。
31.以上23中所述用於處理廢麻醉氣體的設備，包括用於檢測從分解反應器排出的氣體中所含氧化亞氮濃度的氧化亞氮氣體檢測器，和用於基於所述氧化亞氮氣體檢測器測量的氧化亞氮濃度控制分解反應器溫度的溫度控制裝置。
圖2是本發明廢麻醉氣體處理設備之一例的示意圖。
圖3是本發明廢麻醉氣體處理設備之一例的示意圖。
圖4是本發明廢麻醉氣體處理設備之一例的示意圖。
下面描述本發明的包含揮發性麻醉劑和氧化亞氮的廢麻醉氣體的處理方法。
本發明廢麻醉氣體處理方法的特徵在於，使包含揮發性麻醉劑和氧化亞氮的廢麻醉氣體與吸附劑接觸的步驟和使所述氣體與用於使氧化亞氮分解的催化劑接觸的步驟。
本發明廢麻醉氣體處理方法的特徵在於先進行步驟(1)將包含揮發性麻醉劑和氧化亞氮的廢麻醉氣體引入吸附柱，使所述氣體與所述吸附柱中填充的吸附劑接觸，從而吸附除去所述廢麻醉氣體中所含揮發性麻醉劑；然後進行步驟(2)將從步驟(1)中排出的包含氧化亞氮的氣體引入裝有用於使氧化亞氮分解的催化劑的分解反應器，使氧化亞氮與催化劑接觸，從而使所述氧化亞氮分解成氮氣和氧氣。
此外，本發明廢麻醉氣體處理方法的特徵在於以下步驟先進行步驟(1)將包含揮發性麻醉劑和氧化亞氮的廢麻醉氣體引入可通過轉換操作的多個並聯連接的吸附柱中的至少一個，使所述氣體與所述吸附柱中填充的吸附劑接觸，從而吸附除去所述廢麻醉氣體中所含揮發性麻醉劑；然後進行步驟(2)將從步驟(1)中排出的包含氧化亞氮的氣體引入裝有用於使氧化亞氮分解的催化劑的分解反應器，使氧化亞氮與催化劑接觸，從而使所述氧化亞氮分解成氮氣和氧氣。
關於與氧化亞氮混合的揮發性麻醉劑，以前使用氟烷(2-溴-2-氯-1，1，1-三氟乙烷)，但近年來主要使用氟代醚如異氟醚(1-氯-2，2，2-三氟乙基二氟甲基醚)、七氟醚(氟甲基2，2，2-三氟-1-(三氟甲基)乙基醚)、氨氟醚(2-氯-1，1，2-三氟乙基二氟甲基醚)和去氟烷(1，2，2，2-四氟乙基二氟甲基醚)。例如，在向裝有氟代醚型揮發性麻醉劑的麻醉機中供應氧氣，以使揮發性麻醉劑在麻醉氣體中含量為2至3％，並使所述氟代醚型揮發性麻醉劑的蒸氣壓部分與氧化亞氮混合之後，使用這些氟代醚型揮發性麻醉劑。
各組分以例如這樣的量包含在用於手術室的麻醉氣體中氧化亞氮為4L/min，氧氣為2L/min，揮發性麻醉劑佔全部麻醉氣體的2至3％。作為麻醉氣體使用之後所述揮發性麻醉劑佔廢麻醉氣體的0.1至3％。例如，假定揮發性麻醉劑佔廢麻醉氣體的3％且一次手術用8小時，在用七氟醚作為揮發性麻醉劑的情況下，所述揮發性麻醉劑的用量對於氣體形式為每個手術室約90L，對於液體形式為每個手術室約771g。為僅通過吸附至活性炭中除去此七氟醚，根據本發明人的實驗，所述活性炭例如椰殼炭Y-10(Ajinomoto Fine Techno Corp.生產)的用量為約9.3kg。
許多情況下從手術室排出的廢麻醉氣體通過匯集各手術室的管道從醫院中釋放出來。手術同時進行或手術花費較長時間時，必須使用為上述量的許多倍的大量活性炭，為每次手術更換所述活性炭，需要大量的時間和勞動力，因而不利地導致成本巨大。
本發明廢麻醉氣體處理方法中，可用一個吸附柱吸附廢麻醉氣體中所含揮發性麻醉劑。但為連續而且有效地處理廢麻醉氣體，因上述原因希望使用多於一個吸附柱，而且使所述多於一個吸附柱並聯連接。
操作過程中可通過周期性地轉換操作多於一個的並聯連接的吸附柱。所述吸附柱的尺寸和吸附柱中填充的吸附劑量可根據廢麻醉氣體的流量和揮發性麻醉劑的濃度適當選擇，以使所述揮發性麻醉劑不從吸附柱出口流出。為有效地進行揮發性麻醉劑的吸附，所述吸附柱優選這樣操作在吸附劑的吸附作用達到吸附容量的約3/4時將氣流切換至新吸附柱，從而使所述吸附操作連續進行。
可用於本發明廢麻醉氣體處理方法的吸附劑的例子包括沸石、二氧化矽、中孔二氧化矽、氧化鋁和活性炭。可使用選自這些吸附劑的至少一種吸附劑，特別優選活性炭或氧化鋁。在活性炭的情況下，含有少量灰分的活性炭是優選的。灰分含量可優選為1％(質量)或更低、更優選0.5％(質量)或更低、最優選0.2％(質量)或更低。灰分意指活性炭中所含無機組分如SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2和Cr2O3。這些無機組分中，優選鹼金屬和鹼土金屬化合物的含量較少的。如果用包含很多鹼金屬和/或鹼土金屬的活性炭反覆進行揮發性麻醉劑的吸附和解吸處理，可能導致所述揮發性麻醉劑分解。在非活性炭的吸附劑的情況下，同樣優選鹼金屬和鹼土金屬化合物的含量較少的。可能優選低於300ppm、更優選低於100ppm、進一步優選低於50ppm。考慮到所述揮發性麻醉劑的分子大小，所述吸附劑優選有5至100埃、優選7至50埃、更優選7至20埃的孔徑大小。在活性炭的情況下，孔徑大於100埃的活性炭可用作吸附劑。
在所述廢麻醉氣體包含溼氣的情況下，可在所述吸附處理之前使廢麻醉氣體冷卻或與諸如二氧化矽和親水性沸石等吸附劑接觸以除去所述溼氣。
選自上述吸附劑的吸附劑可單獨使用，或者兩種或多種以任意比例組合使用。兩種或多種吸附劑的混合比可根據諸如所述廢麻醉氣體的濃度等條件適當選擇。
所述廢麻醉氣體與吸附劑接觸而從中吸附除去揮發性麻醉劑之後，用使氧化亞氮分解的催化劑使包含氧化亞氮的所得氣體分解成氮氣和氧氣。可使用的使氧化亞氮分解的催化劑的例子包括氧化鋁型催化劑，其中貴金屬擔載在氧化鋁上。可使用選自以下(I)至(III)的至少一種催化劑(I)其中鋁、鎂和銠擔載在載體上的催化劑，(II)其中鎂和銠擔載在氧化鋁載體上的催化劑，和(III)其中銠擔載在載體上的催化劑，所述載體中有由鎂和至少一部分鋁形成的尖晶石晶體複合氧化物。
此外，可使用選自以下(IV)至(VI)的至少一種催化劑(IV)包含其上擔載有鋁、銠和至少一種選自鋅、鐵和錳的金屬的載體的催化劑，(V)包含其上擔載有銠和至少一種選自鋅、鐵和錳的金屬的氧化鋁載體的催化劑，(VI)包含其上擔載有銠的載體的催化劑，所述載體中有由至少一部分鋁和至少一種選自鋅、鐵和錳的金屬形成的尖晶石晶體複合氧化物。
所述氧化亞氮分解時，可產生超過可允許濃度的NOx。在此情況下，為使NOx的量降至1ppm或更低，優選使用選自上述(I)至(VI)的至少一種用於使氧化亞氮分解的催化劑。
裝有氧化亞氮分解催化劑的分解反應器的溫度可設定在200至600℃、優選300至500℃、更優選350至450℃的範圍內。通過將裝有所述催化劑的分解反應器的溫度設定在此溫度範圍內，可有效地使氧化亞氮分解，同時通過使用上述分解催化劑，可使產生的NOx量降至1ppm或更低。如果分解反應器的溫度低於200℃，則不能使氧化亞氮充分分解，而如果溫度超過600℃，則催化劑壽命縮短，而且從安全考慮，也不優選在醫院的設施中使用超過600℃的高溫。
所述廢麻醉氣體中包含3至70％濃度的氧化亞氮。從吸附並因此除去揮發性麻醉劑的廢麻醉氣體排除設備中排出的廢麻醉氣體被連續地引入氧化亞氮分解反應器中。用壓縮空氣伴隨和稀釋引入此反應器中的氣體，不過，其中所含氧化亞氮的濃度有時高達約25％。從所述催化劑的分解能力方面來看，即使所述氣體原樣引入催化劑層也沒有問題。但考慮到所述催化劑的活性和壽命，優選引入催化劑層的氧化亞氮濃度較低。因此，優選將引入氧化亞氮分解反應器的氣體稀釋使氧化亞氮濃度降至10％或更低、更優選5％或更低。
用於稀釋所述含氧化亞氮氣體的氣體無特殊限制，只要所述氣體不影響所述催化劑就可以，可使用例如空氣、氮氣或惰性氣體如氦氣和氬氣。從經濟的觀點出發，優選原樣使用乾燥空氣或大氣。
引入氧化亞氮分解反應器的氣體的溫度接近常溫，被催化劑分解的氣體加熱至200至600℃。本發明處理方法中，在引入分解反應器之前和之後，使氣體通過設置在分解反應器入口和出口處的換熱器以在引入反應器的氣體和從反應器排出的氣體之間進行熱交換，從而可降低加熱能量和冷卻能量，可提高能效。
本發明處理方法中，在從分解反應器排出的分解氣體釋放至大氣中之前檢測氧化亞氮氣體的濃度從而可基於所檢測的濃度控制分解反應器的溫度。監測從分解反應器出口排出的氧化亞氮以檢測氧化亞氮分解催化劑的活性降低，並根據所檢測的氧化亞氮濃度，控制分解反應溫度，例如提高溫度。
在另一實施方案中，本發明廢麻醉氣體處理方法的特徵在於先進行(1)將包含揮發性麻醉劑和氧化亞氮的廢麻醉氣體引入多個並聯連接的吸附柱中的至少一個、使所述氣體與所述吸附柱中填充的吸附劑接觸、從而吸附除去所述廢麻醉氣體中所含揮發性麻醉劑的步驟，然後進行(2)使從步驟(1)中排出的包含氧化亞氮的氣體與催化劑接觸、從而使所述氧化亞氮分解的步驟，最後進行(3)使所述揮發性麻醉劑從已吸附所述揮發性麻醉劑的吸附劑中解吸而使所述吸附劑再生、使所述解吸的揮發性麻醉劑冷卻、和回收所述液化或凍結的揮發性麻醉劑的步驟。
所述吸附除去揮發性麻醉劑的步驟(1)和使揮發性麻醉劑解吸的步驟(3)優選通過使所述並聯連接的吸附柱交替地轉換成步驟(1)和步驟(3)同時進行。在步驟(3)中，用真空泵使已吸附揮發性麻醉劑的吸附劑減壓使被吸附的揮發性麻醉劑解吸，從而可使所述吸附劑再生。即所述揮發性麻醉劑從吸附劑中解吸和回收同時意味著所述吸附劑被再生。所述揮發性麻醉劑解吸後，所述吸附劑可再用作吸附劑用於從廢麻醉氣體中除去揮發性麻醉劑。因此，吸附劑再生過程中通過將所述氣流切換至新吸附柱操作吸附柱時，可在不停止所述處理設備的操作的情況下幾乎同時進行吸附劑的再生和解吸的揮發性麻醉劑的回收。可通過例如用定序器控制電磁閥進行各步驟的切換。
在步驟(3)中，用真空使裝有吸附劑的吸附柱減壓時，可向所述吸附柱中引入吹掃氣，以使被吸附的揮發性麻醉劑解吸，從而可使所述吸附劑再生。所述吹掃氣無特殊限制，但可使用例如空氣、氮氣和惰性氣體。從經濟的觀點出發，優選原樣使用乾燥空氣或大氣。
本發明中，在通過使被吸附劑吸附的揮發性麻醉劑從吸附劑中解吸使吸附劑再生的同時，將解吸的揮發性麻醉劑引入冷卻設備，從而使所述揮發性麻醉劑液化或凍結，然後回收。回收的揮發性麻醉劑可進一步提純，也可通過焚化或與分解劑接觸使之分解。
從吸附劑中解吸並引入冷卻設備的揮發性麻醉劑大多數被液化或凍結，但從冷卻設備中排出的氣體仍包含幾乎與所述冷卻溫度下的蒸氣壓對應的揮發性麻醉劑。這是極微量，但通過將從冷卻設備排出的氣體引入並聯連接的多個吸附柱中的至少一個而使所述氣體與吸附柱中填充的吸附劑接觸，可使從冷卻設備排出的氣體基本上不含有殘留的揮發性麻醉劑。此外，如前面所述，為使揮發性麻醉劑從吸附劑中解吸從而使吸附劑再生，可使用吹掃氣，在此情況下，通過使包含揮發性麻醉劑的氣體冷卻並在所述揮發性麻醉劑液化或凍結然後回收之後將所述氣體引入並聯連接的多個吸附劑至少之一使所述氣體與吸附柱中填充的吸附劑接觸，也可使排出的氣體基本上不含有殘留的揮發性麻醉劑。
使吸附除去揮發性麻醉劑之後的包含氧化亞氮的氣體與氧化亞氮分解催化劑接觸時，可將所述氣體引入裝有上述吸附劑的防護吸附柱。使用所述防護吸附柱即使在所述吸附柱已失去其吸附容量時也可防止揮發性麻醉劑流入氧化亞氮分解催化劑。所述防護柱的數量和容量無特殊限制，可根據操作條件選擇。
用於冷卻從吸附劑中解吸的揮發性麻醉劑的溫度可為-95至10℃，但優選為-90至5℃、更優選-40至5℃、最優選-20至5℃。所述冷卻溫度儘可能低時，揮發性麻醉劑的回收效率被改善，因而，例如可通過將溫度降至揮發性麻醉劑的凝固點進行冷卻，但鑑於致冷機的能力或熱損失，所述溫度優選為至少10℃或更低。
在包含解吸的揮發性麻醉劑的氣體含有溼氣的情況下，可通過冷卻或在所述揮發性麻醉劑冷卻之前用吸附劑使所述氣體脫水。所述揮發性麻醉劑的冷卻溫度控制在上述範圍內能回收揮發性麻醉劑和水分。如前面所述，在冷卻溫度下未回收的揮發性麻醉劑的蒸氣壓部分可通過例如再使所述部分和吹掃氣一起與吸附劑接觸幾乎完全吸附除去。
如果所述揮發性麻醉劑未預先用吸附劑處理而僅通過冷卻除去，則在用七氟醚(氟甲基2，2，2-三氟-1-(三氟甲基)乙基醚)作揮發性麻醉劑的情況下，甚至在冷卻至-90℃之後，七氟醚也以約100ppm的濃度殘留在所述氣體中。雖然瞬時值極小，但如果含有殘餘揮發性麻醉劑的氣體與氧化亞氮分解催化劑反應很長時間，所述殘餘的揮發性麻醉劑也不利地使催化劑活性下降。按本發明廢麻醉氣體處理方法，可通過吸附除去揮發性麻醉劑，因而所述冷卻溫度不必降至低於-95℃的低溫點。這樣，從盈利能力考慮，本發明廢麻醉氣體處理方法也是有利的。
所述揮發性麻醉劑的冷卻方法無特殊限制，例如可採用用變性酒精作致冷劑的乾冰或液氮冷卻法。考慮到易操作性，可使用雙致冷劑冷卻器或專用低溫冷卻器。
下面描述本發明用於處理廢麻醉氣體的設備。
本發明用於處理廢麻醉氣體的設備是用於處理包含揮發性麻醉劑和氧化亞氮的廢麻醉氣體的設備，特徵在於包括裝有用於吸附揮發性麻醉劑的吸附劑的吸附柱，用於使被吸附的揮發性麻醉劑從所述吸附劑中解吸而使所述吸附劑再生的減壓裝置，用於使解吸的揮發性麻醉劑冷卻或冷凍的冷卻器，用於回收冷卻或冷凍的揮發性麻醉劑的回收裝置，和裝有用於使所述廢麻醉氣體中所含氧化亞氮分解的催化劑的分解反應器。
裝有用於吸附揮發性麻醉劑的吸附劑的吸附柱與裝有用於使氧化亞氮分解的催化劑的分解反應器相連，以使所述廢麻醉氣體先引入所述吸附柱，然後將所述吸附柱排出的包含氧化亞氮的氣體引入裝有用於使氧化亞氮分解的催化劑的分解反應器。此外，設置一或多個裝有用於吸附揮發性麻醉劑的吸附劑的吸附柱，在使用多個吸附柱的情況下，它們優選並聯連接，所述氣流可切換以便可轉換操作任意吸附柱。最佳實施方式下面結合附圖描述本發明用於處理廢麻醉氣體的設備。
圖1是本發明廢麻醉氣體處理設備之一例的示意圖，其中從手術室排出的包含揮發性麻醉劑和氧化亞氮的廢麻醉氣體，通過吸附除去揮發性麻醉劑，然後回收，接著使氧化亞氮分解。圖1所示廢麻醉氣體處理設備主要由以下裝置構成處理廢麻醉氣體的步驟中所用裝置，包括裝有用於吸附從而除去所述揮發性麻醉劑的吸附劑的吸附柱1、裝有氧化亞氮分解催化劑的氧化亞氮分解反應器3、換熱器14、用於稀釋所述含氧化亞氮氣體的稀釋氣體引導泵5、流量計4、稀釋氣入口6和用於測量氧化亞氮分解後排出氣中氧化亞氮濃度的氧化亞氮氣體檢測器7；和使被吸附劑吸附的揮發性麻醉劑解吸和回收同時使吸附劑再生的步驟中所用裝置，包括低溫致冷器9、用於使揮發性麻醉劑冷卻的冷卻器2、用於回收所述冷卻的揮發性麻醉劑的回收裝置8和真空泵10。
圖1的廢麻醉氣體處理設備中，設有一個用於吸附揮發性麻醉劑的吸附柱。所述廢麻醉氣體通過閥V6被導入吸附柱1，然後經閥V7進入氧化亞氮分解反應器3。用於吸附處理的時間可根據吸附劑的吸附容量確定。如前面所述，希望在吸附劑的吸附作用達到吸附劑的吸附容量的約3/4時停止所述處理以有效地吸附揮發性麻醉劑。
作為被吸附劑吸附的揮發性麻醉劑的回收方法，可在關閉閥V6停止供應廢麻醉氣體之後進行，例如，通過關閉閥V7，在通過閥V3引入稀釋氣的同時用真空泵使揮發性麻醉劑解吸，將解吸的揮發性麻醉劑引入冷卻器2和回收裝置8以回收所述揮發性麻醉劑。揮發性麻醉劑解吸後所述再生的吸附劑可重複使用。可通過關閉閥V2和V3並打開閥V6和V7再開始所述廢麻醉氣體處理。
圖2示出本發明廢麻醉氣體處理設備的另一例，此設備中，在圖1的廢麻醉氣體處理設備中增加了防護吸附柱16。為吸附柱失去吸附能力的情況而設置的防護吸附柱16的插入位置無特殊限制，只要位於吸附柱1和氧化亞氮分解反應器3之間。
圖3示出本發明廢麻醉氣體處理設備的另一例。圖3所示廢麻醉氣體處理設備主要由以下裝置構成處理廢麻醉氣體的步驟中所用裝置，包括裝有用於吸附除去所述揮發性麻醉劑的吸附劑的兩個吸附柱1、裝有氧化亞氮分解催化劑的氧化亞氮分解反應器3、換熱器14、用於稀釋所述含氧化亞氮氣體的稀釋氣體引導泵5、流量計4、稀釋氣入口6和用於測量氧化亞氮分解後排出氣中氧化亞氮濃度的氧化亞氮氣體檢測器7；和使被吸附劑吸附的揮發性麻醉劑解吸和回收同時使吸附劑再生的步驟中所用裝置，包括低溫致冷器9、用於使揮發性麻醉劑冷卻的冷卻器2、用於回收所述冷卻的揮發性麻醉劑的回收裝置8和真空泵10。
圖3的廢麻醉氣體處理設備中，設置兩個用於吸附揮發性麻醉劑的吸附柱(A)和(B)，並聯連接。通過閥V1完成吸附柱(A)和吸附柱(B)之間的轉換，可通過例如在吸附柱(B)中進行揮發性麻醉劑的解吸和回收使吸附劑再生的同時，吸附柱(A)進行吸附操作使所述處理設備連續運行。
吸附柱中填充的吸附劑可根據廢麻醉氣體中所含揮發性麻醉劑的種類選擇。吸附柱1的兩條路線(A)和(B)中，通過控制閥V1至V4將廢麻醉氣體從例如閥V1的(A)側引入吸附柱(A)，首先吸附從而除去揮發性麻醉劑。通過在吸附柱(A)中吸附除去揮發性麻醉劑的氣體通過閥V4引入裝有氧化亞氮分解催化劑的分解反應器3。在此期間，閥V1的(B)側和閥V4的(B)側關閉。
分解反應器3可通過例如電加熱器被加熱。分解反應器3中填充的催化劑可選自以上例子，如其中貴金屬擔載在氧化鋁上的氧化鋁型催化劑、其中鎂和銠擔載在氧化鋁載體上的催化劑。可通過用稀釋氣引導泵5從稀釋氣入口6吸入大氣同時通過流量計4控制流量稀釋引入分解反應器3的含氧化亞氮氣體。
閥V1和V4用於有吸附柱(A)和(B)的兩個路線的廢麻醉氣體處理步驟中管線的轉換，閥V2和V3用於使揮發性麻醉劑從吸附柱中解吸而使吸附劑再生的步驟。通過預先確定吸附劑在吸附揮發性麻醉劑中的處理能力和根據被處理氣體量在經過預定時間後控制閥V1和V4，可自動地使管線轉換成作為第二路線的吸附柱(B)。所述吸附步驟的管線轉換成(B)側時，優先與之同時地，可通過調節閥V2和V3使已吸附揮發性麻醉劑的吸附柱(A)與真空泵10相連。
通過打開閥V2和關閉閥V3，用真空泵10使吸附柱(A)減壓並將解吸的揮發性麻醉劑通過管線15引入冷卻器2。在冷卻器2中使揮發性麻醉劑冷卻，從而使之液化或凍結，然後用回收裝置8回收。在用真空泵10使吸附柱(A)減壓時，可使用吹掃氣。在使用吹掃氣的情況下，從稀釋氣入口6吸入的大氣通過稀釋氣輸入管線12引入吸附柱(A)，引入量可通過調節閥V2和V3控制。
回收裝置8配有開閉閥V5。這裡，本發明處理設備(如圖3中所示)包括未回收氣體回收管線13以吸附從而除去與冷卻溫度下的蒸氣壓對應的未回收的揮發性麻醉劑。所述揮發性麻醉劑的蒸氣壓部分可通過未回收氣體回收管線13返回閥V1之前，再次與吸附劑接觸。
在分解反應器3中，使氧化亞氮分解成氮氣和氧氣，然後排出。排出的氣體在換熱器14中與引入分解反應器3的氣體換熱，然後通過氧化亞氮氣體檢測器7釋放至大氣中。此時，可通過氧化亞氮氣體檢測器7檢測氧化亞氮的濃度以控制分解反應器3中的反應溫度。通過將本身含有上述氧化亞氮分解催化劑的分解反應器3和換熱器14構造成整體結構並設計成垂直放置的立式裝置，可使設備縮小並降低熱損耗。
圖4示出本發明廢麻醉氣體處理設備的另一例，此設備中，在圖3所示廢麻醉氣體處理設備中增加了防護吸附柱16。為吸附柱失去吸附能力的情況而設置的防護吸附柱16的插入位置無特殊限制，只要位於吸附柱1和氧化亞氮分解反應器3之間。圖3中的設備設置兩個並聯的吸附柱，通過在一個吸附柱失去其吸附能力之前切換至另一吸附柱能長時間穩定運行。安裝防護吸附柱16能使操作更安全。
工業實用性使用本發明廢麻醉氣體處理方法和設備時，可將通過廢麻醉氣體排除設備從醫院手術室排出的廢麻醉氣體中所含揮發性麻醉劑吸附至吸附劑中從而除去，接著可使所述氧化亞氮分解成氮氣和氧氣。用本發明廢麻醉氣體處理方法和設備，可使有可能破壞臭氧層的揮發性麻醉劑或因全球環境保護而受到關注的作為全球變曖氣體的氧化亞氮變得無害，同時防止其釋放至大氣中。此外，本發明處理設備緊湊，因而可安裝在醫院的屋頂或空間較小的醫院設施如機房或管道匯集空間中，此外，由於可連續處理大量廢麻醉氣體，因而該設備是經濟的。
權利要求
1.一種從手術室排出的包含揮發性麻醉劑和氧化亞氮的廢麻醉氣體的處理方法，包括以下步驟使所述氣體與吸附劑接觸，從而吸附除去所述廢麻醉氣體中所含揮發性麻醉劑，然後使包含氧化亞氮的氣體與用於使所述氧化亞氮分解的催化劑接觸，從而使所述氧化亞氮分解。
2.權利要求1中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述處理包括以下兩個步驟(1)將從手術室排出的包含揮發性麻醉劑和氧化亞氮的廢麻醉氣體引入吸附柱、使所述氣體與所述吸附柱中填充的吸附劑接觸、從而吸附除去所述廢麻醉氣體中所含揮發性麻醉劑的步驟，和(2)使從步驟(1)中排出的包含氧化亞氮的氣體與催化劑接觸、從而使所述氧化亞氮分解的步驟。
3.權利要求1中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述處理包括以下兩個步驟(1)將從手術室排出的包含揮發性麻醉劑和氧化亞氮的廢麻醉氣體引入多個並聯連接的吸附柱中的至少一個、使所述氣體與所述吸附柱中填充的吸附劑接觸、從而吸附除去所述廢麻醉氣體中所含揮發性麻醉劑的步驟，和(2)使從步驟(1)中排出的包含氧化亞氮的氣體與催化劑接觸、從而使所述氧化亞氮分解的步驟。
4.權利要求2或3中所述廢麻醉氣體的處理方法，還包括以下步驟(3)(3)使所述揮發性麻醉劑從已吸附所述揮發性麻醉劑的吸附劑中解吸而使所述吸附劑再生、使所述解吸的揮發性麻醉劑冷卻、和回收所述液化或凍結的揮發性麻醉劑的步驟。
5.權利要求4中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中通過使所述並聯連接的吸附柱交替地轉換成步驟(1)和步驟(3)同時進行步驟(1)和步驟(3)。
6.權利要求5中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述在步驟(1)和步驟(3)之間的轉換是通過定序器在控制下進行的。
7.權利要求4中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述步驟(3)在減壓 下進行，將步驟(3)中排出的氣體引入多個並聯連接的吸附柱中的至少一個，與所述吸附柱中填充的吸附劑接觸以通過吸附除去從步驟(3)排出的氣體中所含未回收的揮發性麻醉劑。
8.權利要求4中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述步驟(3)在引入吹掃氣的同時在減壓下進行，將步驟(3)中排出的氣體引入多個並聯連接的吸附柱中的至少一個，與所述吸附柱中填充的吸附劑接觸以通過吸附除去從步驟(3)排出的包含吹掃氣的氣體中所含未回收的揮發性麻醉劑。
9.權利要求4中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述步驟(3)中，所述解吸的揮發性麻醉劑的冷卻溫度為-95至10℃。
10.權利要求1中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述廢麻醉氣體中所含揮發性麻醉劑的濃度為0.1至3％。
11.權利要求1中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述揮發性麻醉劑是氟代醚化合物。
12.權利要求1中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述揮發性麻醉劑是2-溴-2-氯-1，1，1-三氟乙烷、1-氯-2，2，2-三氟乙基二氟甲基醚和/或氟甲基2，2，2-三氟-1-(三氟甲基)乙基醚。
13.權利要求1中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述吸附劑是選自活性炭、沸石、二氧化矽、中孔二氧化矽和氧化鋁的至少一種吸附劑。
14.權利要求13中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述吸附劑的孔徑大小為5至100埃。
15.權利要求1中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述廢麻醉氣體中所含氧化亞氮的濃度為3至70％。
16.權利要求1中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述用於使氧化亞氮分解的催化劑是氧化鋁型催化劑。
17.權利要求1中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述用於使氧化亞氮分解的催化劑是選自以下催化劑(I)至(III)的至少一種催化劑(I)包含其上擔載有鋁、鎂和銠的載體的催化劑，(II)包含其上擔載有鎂和銠的氧化鋁載體的催化劑，和(III)包含其上擔載有銠的載體的催化劑，所述載體中有由鎂和至少一部分鋁形成的尖晶石晶體複合氧化物。
18.權利要求1中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述用於使氧化亞氮分解的催化劑是選自以下催化劑(IV)至(VI)的至少一種催化劑(IV)包含其上擔載有鋁、銠和至少一種選自鋅、鐵和錳的金屬的載體的催化劑，(V)包含其上擔載有銠和至少一種選自鋅、鐵和錳的金屬的氧化鋁載體的催化劑，(VI)包含其上擔載有銠的載體的催化劑，所述載體中有由至少一部分鋁和至少一種選自鋅、鐵和錳的金屬形成的尖晶石晶體複合氧化物。
19.權利要求1中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述氧化亞氮分解的溫度為200至600℃。
20.權利要求17至19任一項中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述氧化亞氮分解產生的NOx量為1ppm或更低。
21.權利要求2或3中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中所述步驟(2)中，所述氧化亞氮分解之後在從步驟(1)排出的氣體和從步驟(2)中排出的氣體之間進行熱交換。
22.權利要求19中所述廢麻醉氣體的處理方法，其中檢測所述氧化亞氮分解後所含氧化亞氮的濃度，並基於所檢測的氧化亞氮濃度控制所述氧化亞氮分解的溫度。
23.一種用於處理從手術室排出的包含揮發性麻醉劑和氧化亞氮的廢麻醉氣體的設備，所述設備包括裝有用於吸附揮發性麻醉劑的吸附劑的吸附柱，用於使被吸附的揮發性麻醉劑從所述吸附劑中解吸而使所述吸附劑再生的減壓裝置，用於使解吸的揮發性麻醉劑冷卻或冷凍的冷卻器，用於回收冷卻或冷凍的揮發性麻醉劑的回收裝置，和裝有用於使所述廢麻醉氣體中所含氧化亞氮分解的催化劑的分解反應器。
24.權利要求23中所述用於處理廢麻醉氣體的設備，其中所述吸附柱與所述分解反應器相連以將包含揮發性麻醉劑和氧化亞氮的廢麻醉氣體引入裝有吸附劑的吸附柱，然後將所述吸附柱排出的包含氧化亞氮的氣體引入裝有用於使氧化亞氮分解的催化劑的分解反應器。
25.權利要求23中所述用於處理廢麻醉氣體的設備，其中設有多個吸附柱，所述吸附柱並聯連接。
26.權利要求23中所述用於處理廢麻醉氣體的設備，包括在使從所述吸附劑中解吸的揮發性麻醉劑冷卻並回收液化或凍結的揮發性麻醉劑之後用於使所述氣體返回吸附柱入口的管線。
27.權利要求23中所述用於處理廢麻醉氣體的設備，包括向吸附柱中引入吹掃氣的吹掃氣引入管線，和在使從所述吸附劑中解吸的揮發性麻醉劑冷卻並回收液化或凍結的揮發性麻醉劑之後用於使所述包含吹掃氣的氣體返回吸附柱入口的管線。
28.權利要求23中所述用於處理廢麻醉氣體的設備，包括用於引導能稀釋引入分解反應器的氣體的稀釋氣的泵，和用於將所述稀釋氣引入分解反應器入口的管線。
29.權利要求23中所述用於處理廢麻醉氣體的設備，包括用於在引入分解反應器的氣體和從分解反應器排出的氣體之間進行熱交換的換熱器。
30.權利要求29中所述用於處理廢麻醉氣體的設備，其中所述分解反應器和所述換熱器整體地構成，引入分解反應器的氣體和從分解反應器排出的氣體之間的熱交換在所述換熱器內進行。
31.權利要求23中所述用於處理廢麻醉氣體的設備，包括用於檢測從分解反應器排出的氣體中所含氧化亞氮濃度的氧化亞氮氣體檢測器，和用於基於所述氧化亞氮氣體檢測器測量的氧化亞氮濃度控制分解反應器溫度的溫度控制裝置。
全文摘要
本發明提供一種從手術室排出的包含揮發性麻醉劑和氧化亞氮的廢麻醉氣體的處理方法和設備，將所述氣體引入裝有吸附劑的吸附柱，其中所述廢麻醉氣體中所含揮發性麻醉劑被吸附從而除去，然後將所述氣體引入裝有氧化亞氮分解催化劑的催化劑層，在其中使氧化亞氮分解成氮氣和氧氣。通過使用本發明廢麻醉氣體處理方法和設備，可使有可能破壞臭氧層的揮發性麻醉劑或作為全球變暖氣體的氧化亞氮變得無害，同時防止其釋放至大氣中。
文檔編號B01J20/18GK1462206SQ01816086
公開日2003年12月17日 申請日期2001年9月27日 優先權日2000年9月27日
發明者堀田雅敏, 岡正和, 古瀬良雄, 跡邊仁志, 茶圓茂廣 申請人:昭和電工株式會社