[0001] Es wird ein Verfahren zur Suspendierung und Eintrag eines Feststoffes in einen Hochdruckprozess beschrieben, wie zum Beispiel von Farbstoffpigmenten in einen Hochdruckprozess, in welchem ein überkritisches Fluid als Prozessmedium verwendet wird und ein Druck von über 150 bar vorliegt. Dabei wird die Suspendierung des Fest¬ stoffes in einem vollständig separierten Suspensionsverfahren bei niedrigem Druck vorgenommen. In diesem Suspensionsverfahren wird der Feststoff in einem nicht¬ kritischen und verflüssigten Gas suspendiert beziehungsweise teilweise gelöst. Dabei beträgt der Druck in diesem Suspensionsverfahren weniger als 90% des kritischen Drucks des verflüssigten Gases. Der Eintrag der Suspension in den Hochdruckprozess erfolgt mittels einer Pumpe.

[0002] Im Stand der Technik sind diverse Verfahren und Vorrichtungen bekannt, mit welchen Feststoffe in einen Hochdruckprozess eingeführt werden können. Üblicher- weise werden die Feststoffe in einer Schleuse, einem Vorlagebehälter oder einer ähnli¬ chen Vorrichtung eingebracht, welche anschließend mit einem Prozessmedium geflutet werden, wobei der Feststoff dann in den Hochdruckprozess mitgerissen wird.

[0003] DE 199 28 405 richtet sich auf ein Verfahren zum Färben eines textilen Sub¬ strates in mindestens einem überkritischen Fluid, wobei ein Dosierverfahren offenbart wird, welches die für die Färbung erforderliche pulverförmige Farbstoffmenge auf eine Vielzahl von Teilmengen aufteilt und jede Farbstoffteilmenge für sich so lange mit dem überkritischen Fluid in Kontakt bringt, bis diese gelöst oder dispergiert ist. Hierzu sieht die offenbarte Vorrichtung einen oszillierenden und zweiseitig gelagerten Kolben vor, welcher quer zum und durch die Prozessleitung des kritischen Fluides geführt ist. Die- ser Kolben nimmt in einer Endstellung in einer ersten Bohrung Feststoff auf und in der anderen Endstellung befindet sich diese erste Bohrung in dem Hauptstrom des kriti¬ schen Fluides, so dass dort der Feststoff aus der Bohrung ausgewaschen wird. Parallel wird am anderen Kolbenende eine zweite Bohrung in umgekehrter Abfolge gefüllt be¬ ziehungsweise geleert.

[0004] Nachteilig an dem in DE 199 28 405 vorgestellten Verfahren und der hierzu offenbarten Vorrichtung ist, dass die Vorrichtung für die selben Drücke ausgelegt und dimensioniert sein muss wie der Hauptprozess. Weiterhin wird in der entleerten und im Hauptstrom befindlichen Bohrung überkritisches Gas eingefangen und in die Befüllpo- sition geführt, so dass hier entweder der selbe oder ein höherer Druck vorliegen muss oder jedesmal eine Entspannung stattfindet, die den schnellen Befüllvorgang behin- dem würde. Weiterhin kritisch ist sicherlich das Überfahren einer Hochdruckdichtung mit den durch den Kolben geführten Bohrungen. Hier sind sicherlich nach kurzen Einsatzzeiten Schädigungen des Dichtungsmaterials und somit Dichtungsprobleme zu erwarten.

[0005] Aus WO 97/13915 ist ein sehr übliches Eintragsverfahren für Feststoffe im ü- berkritischen Prozess beschrieben. Bei diesem Verfahren wird der Farbstoff in einem Farbstoffansatzgefäß bereitgestellt, welches in einem Bypass zum Hauptprozess an¬ geordnet ist. Zum Austrag des Feststoffes werden die entsprechenden Ventile geöffnet und der Feststoff mittels eines Teilvolumenstromes des Hauptprozessfluides mitgeris- sen. Eine gleichbleibende Dosierung oder gezielte Steuerung der Farbstoffzufuhr ist somit nicht möglich, da das Fluid-Feststoff-Gemisch durch das nachströmende Pro- zessfluid verdünnt wird. Weiterhin müssen alle Komponenten dieses im Bypass ange¬ ordneten Verfahrens den Druck- und Temperaturerfordernissen des Hauptprozesses genügen.

[0006] Ein im Vergleich zu dem aus WO 97/13915 bekannten Suspensionsverfahren optimiertes Verfahren ist in US 6,261 ,326 beschrieben. In diesem Verfahren wird im Farbstoff-Absatzgefäß zur Lösung oder Suspendierung des Feststoffes ein Rührwerk angeordnet bzw. mittels einer Pumpe eine Teilmenge im Kreis gepumpt. Wie in der besagten Schrift dargelegt, liegt in diesem Präparationsverfahren ein kritischer oder ein fast kritischer Fluidzustand vor, da dieses Präparationsverfahren aus dem Hauptpro¬ zess, dem Behandlungsverfahren, mit überkritischem Fluid gespeist wird. Wie in den vorgenannten Verfahren, so wohnt auch diesem Präparationsverfahren der Mangel inne, dass es den Hochdruckbedingungen des Hauptprozesses, hier Behandlungsver¬ fahren genannt, genügen muss. Weiterhin muss der Eintrag des Feststoffes, welcher in US 6,261 ,326 nicht dargestellt ist über eine aufwändige Schleuse erfolgen, oder die Feststoff-Vorlagebehälter müssen ebenfalls für den hohen Druck des Behandlungs¬ verfahrens ausgelegt sein.

[0007] Die Aufgabe der Erfindung bestand daher darin, ein Suspensions- und Fest¬ stoffeintragverfahren zur Verfügung zu stellen, welches von dem Kreislauf des Hoch- druckprozesses unabhängig und wirtschaftlicher arbeitet als die Verfahren aus dem Stand der Technik.

[0008] Die Erfindung löst die Aufgabe mittels eines Verfahrens zur Suspendierung und Einleitung eines granulatförmigen, kömigen oder pulverförmigen Feststoffes in einen Hochdruckprozess, in welchem im Wesentlichen ein überkritisches Gas als Prozess- medium vorliegt. Dieses Verfahren stellt dabei eine Suspensionsstufe des Hochdruck- Prozesses dar und wird gebildet aus einem Suspensionsbehälter und einer Vorrichtung zur Flüssigkeitsumwälzung sowie Zu- und Ableitungen.

[0009] Bei der Durchführung des Verfahrens wird in einem ersten Schritt der Suspen¬ sionsbehälter mit einem Feststoff und einem Fluid gefüllt, wobei als Fluid ein verflüs- sigtes Gas eingesetzt wird, welches in einem nicht-kritischen Zustand ist.

[0010] In einem zweiten Schritt wird der Feststoff mittels einer Flüssigkeitsumwälzvor¬ richtung in dem Fluid suspendiert und in Suspension gehalten. Die Flüssigkeitsum¬ wälzvorrichtung ist dabei idealerweise als Rührer oder als eine außerhalb des Suspen¬ sionsbehälters angeordnete Pumpe ausgestaltet, welche über eine Saug- und eine Druckleitung mit dem Suspensionsbehälter verbunden ist und eine Teilmenge der Sus¬ pension kontinuierlich im Kreis fördert.

[0011] Der Druck in der Suspensionsstufe ist dabei vorteilhafterweise kleiner als 90% des kritischen Drucks des eingesetzten Gases und ist idealerweise kleiner als 60 bar. Die Temperatur wird dabei derart eingestellt, dass eine gasförmige Phase über der flüssigen Phase vorliegt.

[0012] In einem letzten Schritt wird die Suspension mittels einer Pumpe in den Hoch- druckprozess gefördert. Somit muss lediglich die Pumpe und die Druckleitung der Pumpe, welche zum beziehungsweise in den Hauptprozess führt, den Anforderungen des Hochdruckprozesses genügen. Alle Verfahrenskomponenten saugseitig der Pum- pe sind lediglich für die deutlich geringeren Anforderungen auszulegen.

[0013] In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das zur Suspendierung eingesetzte Fluid im Wesentlichen mit dem Prozessmedium des Hochdruckprozesses chemisch identisch.

[0014] In einem optimierten Verfahren werden dem Fluid weitere Stoffe beigemischt. Diese Substanzen sind beispielsweise zyklische und kurzkettige azyklische Kohlen¬ wasserstoffe oder kurzkettige Alkohole, Aldehyde oder Ketone sowie H2O und Mi¬ schungen dieser vorgenannten Stoffe.

[0015] Vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Druck im Suspensionsbehälter während der Einleitung der Suspension in der Hochdruckprozess konstant gehalten, indem Gas in gasförmigem Zustand nachgefördert wird.

[0016] Somit ist es in einer idealen Verfahrensvariante möglich, die Einleitung der Suspension in den Hochdruckprozess für den Zeitraum der Entleerung des Behälters kontinuierlich ablaufen zu lassen, wobei der Volumenstrom und damit die Konzentrati¬ on des Feststoffes im Fluid in gleichbleibender Größe oder variabel über die Förder- leistung der Pumpe eingestellt werden kann. Die Konzentration im Suspensionsbehäl¬ ter ist während der Entleerung im Wesentlichen konstant, da das nachgeförderte Gas nicht flüssig vorliegt, sondern gasförmig ist.

[0017] Vorteilhafter Weise ist der Feststoff ein in dem Hochdruckprozess zu lösender Stoff, wie beispielsweise Farbstoffpartikel, Haftvermittler, Bleichmittel, Aromen, Ge¬ ruchsstoffe oder Mischungen daraus. Auch hier ist ein Vorteil der Erfindung darin zu sehen, dass der Feststoff nicht wie im Stand der Technik gelöst, sondern nur suspen¬ diert wird und die spezifische Löslichkeit der jeweiligen Einsatzstoffe nicht in der Sus¬ pensionsstufe eingehalten werden müssen. Vielmehr lösen sich diese Stoffe bei der Einleitung in den großen Volumenstrom des Hauptprozesses aufgrund des hohen Konzentrationsgradienten unmittelbar.

[0018] Daher besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin, dass der Suspensionsstrom bei der Einleitung in den Hochdruckprozess derart eingestellt wird, dass das Verhältnis der Volumenströme von Suspension zum Hochdruckprozessmedi- um kleiner 1 : 50 und idealerweise gleich oder kleiner 1 : 100 ist.

[0019] Der im Verhältnis zum Hauptprozessvolumenstrom sehr geringe Suspensions¬ strom hat einen in der Regel zu vernachlässigenden physikalischen Einfluss auf den Hauptprozess.

[0020] Nachstehend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand von zwei Figuren beziehungsweise Verfahrensbeispielen näher erläutert.

[0021] Fig. 1 zeigt das Suspensionsverfahren mit einer Pumpe als Flüssigkeitsum¬ wälzaggregat und Figur 2 das Verfahren mit einem Rührer ohne externen Umwälz¬ kreislauf.

[0022] Wie in Fig. 1 zu erkennen, wird das Suspensionsverfahren 1 , welches über den Leitungsweg 6 mit dem Hochdruckprozess 4 verbunden ist, im Wesentlichen aus dem Suspensionsbehälter 2 und der Pumpe 3 gebildet. Der Suspensionsbehälter 2 wird über den Leitungsweg 7 mit verflüssigtem Gas und über den Leitungsweg 8 mit dem Feststoff gefüllt. Wie in Fig. 1 angedeutet, bildet sich in dem Suspensionsbehälter 2 ein Flüssigkeitsvolumen 2a und eine Gasvolumen 2b aus. Mittels der Suspensi- onspumpe θ wird über den Leitungsweg 10 ein Teilstrom dem Behälter ent¬ nommen und über den Leitungsweg 11 wieder zurückgeführt.

[0023] Bei der Entleerung des Suspensionsbehälters 2 wird über den Leitungs¬ weg 5 mittels der Pumpe 3 die Suspension über den Leitungsweg 6 in den Hochdruckprozess 4 gefördert. Es ist ersichtlich, dass lediglich die Pumpe 3 und die Druckseite der Pumpe, nämlich der Leitungsweg 6, für die selben Drü¬ cke wie der Hochdruckprozess 4 ausgelegt sein müssen. Die restlichen Kom¬ ponenten des Suspensionsverfahrens müssen lediglich den Anforderungen von Drücken bis zu ca. 60 bar genügen.

[0024] In Fig. 2 ist eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zu erkennen, wo¬ bei in dem Suspensionsbehälter 2 ein Rührer 13 angeordnet ist, mittels wel¬ chem die Suspension erzeugt und stabil gehalten wird.