專利名稱：氣體純化裝置的制作方法
氣體純化裝置 本發(fā)明涉及用于從氣體中分離烴的純化裝置。
當(dāng)氣體被壓縮時(shí)，例如在壓縮空氣的生產(chǎn)過程中，壓縮氣體幾乎不可避免 地被油氣溶膠和油蒸汽污染。例如，潤(rùn)滑劑、油、空氣中包含的人為物質(zhì)、二 氧化硫、 一氧化碳和含氮?dú)怏w會(huì)被引入氣體或壓縮空氣。這些內(nèi)容物可以以氣 體、蒸汽和油氣溶膠的形式存在。
這些污染物對(duì)于許多應(yīng)用是不希望的，甚至是不可接受的。
目前，能產(chǎn)生無需進(jìn)一步處理的不含油的壓縮氣體、特別是不含油的壓縮 空氣的壓縮機(jī)還不為人知。雖然存在能壓縮不含油的氣體或壓縮空氣的壓縮 機(jī)，但是，它們還不能產(chǎn)生不含至少少量例如有機(jī)污染物的壓縮空氣。這是壓 縮機(jī)從周圍空氣中吸入污染物和壓縮機(jī)的軸承座和軸必需要進(jìn)行潤(rùn)滑的結(jié)果， 所以，它們也向周圍空氣排出揮發(fā)性的組分。
為此，通常使用下游過濾裝置，它應(yīng)該確保壓縮空氣的質(zhì)量。然而，眾所 周知，活性炭吸附過濾器的壽命短。
美國(guó)專利第5284629 A號(hào)中描述用于除去壓縮空氣中的壓縮機(jī)油的方法， 其中，壓縮空氣被引導(dǎo)通過一個(gè)容器，由氧化催化劑組成的層位于該容器中。 提到選自鉑、鈀、鎳、鈷、鐵、銠、錳和銅的金屬組分作為催化劑材料。
而且，德國(guó)專利第10008609 Cl號(hào)描述一種類似的方法，其中霍加拉特 (hopcalite)材料被用作氧化催化劑?；艏永厥且环N混合催化劑的術(shù)語(yǔ)，它主 要由二氧化錳和氧化銅(II)組成。而且，它們可以含有其它金屬氧化物，例如 氧化鈷和氧化銀(I)。
霍加拉特在室溫下用(大氣中的)氧氣(02)催化有毒的一氧化碳(CO)氧化 成相對(duì)無害的二氧化碳(C02)。因此，它們被用于防毒面具和其它呼吸器的過 濾物質(zhì)。而且，霍加拉特在升高的溫度(200-500'C)下催化各種有機(jī)化合物的氧 化作用。其成分包含例如60%MnO2 /40% CuO或50% Mn02 / 30 % CuO / 15% CoO禾卩5% Ag20。雖然霍加拉特催化劑用于實(shí)際應(yīng)用中已有數(shù)十年，但是關(guān)于它們的作用 機(jī)理的許多問題仍然公開的。這是由于系統(tǒng)的復(fù)雜性使得難以獲得有關(guān)活性位 點(diǎn)和催化與失活的機(jī)理的信息。在任何情況下，這種材料都能夠除去或分離壓 縮氣體中的油組分和揮發(fā)性有機(jī)化合物，并且不容易受磷、硫、鋅和其它普通
油添加劑的毒化。同樣如德國(guó)專利第10008609號(hào)中所述，該催化劑材料通常 以加熱裝置的方式被加熱以便達(dá)到所需的工作溫度或操作溫度。最佳的工作溫 度是約130-150°C。
已知純化裝置包含配制在容器內(nèi)部并且與催化劑材料接觸的加熱棒。根據(jù) 結(jié)構(gòu)，加熱棒的長(zhǎng)度可以大約與容器的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)并由此或多或少通過全部催化 劑材料；然而，還有一種安排也是已知的，其中，加熱棒僅在小范圍內(nèi)伸入催 化劑材料中。
氣體的高質(zhì)量純化要求全部催化劑材料具有基本上相同的溫度。因?yàn)榇呋?劑材料通常僅具有非常低的導(dǎo)熱性，所以加熱棒的溫度通常在實(shí)際操作溫度以 上。對(duì)于霍加拉特，情況尤其是如此。加熱棒區(qū)域的溫度更高總體導(dǎo)致催化劑 材料中溫度分布不均勻。這繼而會(huì)造成反應(yīng)不均勻，特別是在純化裝置的啟動(dòng) 過程中即熱量能均勻分布之前，情況尤其如此?；蛘呋虺耸褂眉訜岚粢酝?， 己知一類加熱系統(tǒng)，它在提供的氣流進(jìn)入純化裝置之前加熱氣流。然而，這種 情況的缺點(diǎn)是，當(dāng)氣流流經(jīng)容器時(shí)發(fā)生降溫并因此使靠近出口的溫度比容器進(jìn) 口處的溫度更低。這也可以導(dǎo)致不均勻的反應(yīng)。因?yàn)榻禍兀瑲饬魍ǔ１贿^度加 熱，這另外造成較高的能量消耗。當(dāng)啟動(dòng)冷的容器時(shí)，情況尤其如此。
也觀察到，即使是在采用上游加熱系統(tǒng)的情況下，在容器氣體入口區(qū)域中 靠近加熱棒處能形成具有明顯更高溫度的所謂熱點(diǎn)。它們能達(dá)到甚至可能造成 油或催化劑材料自燃或燃燒的溫度。油的燃燒發(fā)生在約250-300'C時(shí)。然而， 必需花一切代價(jià)避免燃燒的危險(xiǎn)性，這是安裝溫度傳感器的原因，所述溫度傳 感器在溫度增加至某一溫度閾值以上時(shí)切斷所述裝置或至少觸發(fā)警報(bào)。
最后，己知純化裝置的另一個(gè)缺點(diǎn)在于，它們不能分離氣流中平均量以上 的烴，因此使它們通過該純化裝置到達(dá)下游裝置。這會(huì)為下游裝置帶來相當(dāng)大 的消極后果；根據(jù)被純化的氣體的用途，這也可能會(huì)危害到人類和動(dòng)物。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種高效的純化裝置，它還滿足尤其是高安全需 要。該純化裝置的生產(chǎn)應(yīng)該有成本效益，并且該裝置應(yīng)該分別確保連續(xù)操作和 烴的安全分離。
根據(jù)本發(fā)明， 一種純化裝置使這個(gè)目的得以實(shí)現(xiàn)，該純化裝置包括適用于 引導(dǎo)氣體通過其中的轉(zhuǎn)化器外殼、設(shè)置在其中的催化劑材料和至少一個(gè)溫度傳 感器，
其中
一通過熱源從轉(zhuǎn)化器外殼的外部加熱所述催化劑材料，
一所述催化劑材料含有純霍加拉特，如果氣體中烴的含量增加，純霍加拉 特會(huì)迅速升溫，
—用溫度傳感器測(cè)定霍加拉特的溫度。
通過轉(zhuǎn)化器外殼從外部加熱催化劑材料的一個(gè)真正的優(yōu)點(diǎn)是可以獲得更 均勻的熱量分布。因?yàn)榫哂邢喈?dāng)大的可用表面積，所以每單位面積將溫度增加 至某一水平所需的熱能可以顯著減少。 一個(gè)特別有利的實(shí)施方式可任選地建議 用電熱帶加熱包裹轉(zhuǎn)化器外殼。在一個(gè)圓柱形的容器中，熱量輸入優(yōu)選發(fā)生在 容器的整個(gè)側(cè)面上?？捎糜趥鳠岬谋砻娣e大的優(yōu)點(diǎn)是，顯著減小局部溫度增加 (熱點(diǎn))的可能性和因此引起的油自燃或燃燒的危險(xiǎn)性。
可以使用任何其它合適的熱源或加熱系統(tǒng)來代替電熱帶加熱；重要的是熱 量輸入發(fā)生在盡可能大的外表面上。使用夾套加熱、加熱套或環(huán)形加熱器也是 可能的。較優(yōu)地，外部加熱還能與容器內(nèi)的加熱組合。在這種情況下，能夠顯 著減小加熱棒(例如在中心沿容器延伸)的功率，繼而減少不可控的溫度上升的 危險(xiǎn)性。
霍加拉特的用途特別適合所述催化劑材料。為了成本的原因，使用涂布霍 加拉特的氧化鋁小球證明有它的價(jià)值。
與普遍的觀點(diǎn)相反，根據(jù)本發(fā)明，使用部分由純霍加拉特組成的催化劑材 料。因?yàn)樵谠黾訜N輸入的情況下，使用純霍加拉特導(dǎo)致容器內(nèi)純霍加拉特材料 區(qū)域中的反應(yīng)溫度急劇上升。這種溫度上升可以用合適的溫度傳感器來指示， 以便通過切斷純化裝置來防止烴類被通過到達(dá)其它裝置或氣體被進(jìn)一步利用。 因此，在發(fā)生故障的情況下，霍加拉特溫度上升充當(dāng)裝置轉(zhuǎn)換和/或載氣明確切斷的信號(hào)或觸發(fā)事件，以便中斷燃燒過程(例如由于缺乏氧氣)。由于溫度上升， 能發(fā)出警報(bào)或能立即切斷純化裝置。當(dāng)使用僅僅涂布的小球時(shí)，這種急劇的溫 度上升的效應(yīng)不會(huì)發(fā)生，因?yàn)榛艏永氐牧枯^小。
或者，可以向催化劑材料中摻合其它物質(zhì)；唯一重要的是，在增加烴輸入
時(shí)它們導(dǎo)致容器內(nèi)反應(yīng)溫度增加。
摻合適當(dāng)?shù)牟牧?優(yōu)選純霍加拉特)可通過在轉(zhuǎn)化器外殼內(nèi)成層排列的方式 發(fā)生。這意味著在流動(dòng)的方向上鋪展在容器的整個(gè)截面上的催化劑材料層由純 霍加拉特形成。但是，或者也可以安排多個(gè)這些層。
向原本不純的催化劑材料中添加純霍加拉特也有意義。使不含霍加拉特成 分的催化劑材料與充足的霍加拉特組分混合也是可能的。
基本上，急劇的溫度上升不僅發(fā)生在球形的催化劑材料中，還發(fā)生于其它 形狀或結(jié)構(gòu)的催化劑材料中。例如，多孔體是可能的，氣體通過它成為純化流。 因此，用任何形式的催化劑材料基本上都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明利用霍加拉特作為溫度 上升指示劑的觀點(diǎn)。
通過以下的附圖描述來進(jìn)一步說明本發(fā)明。其中顯示的示例性的實(shí)施方式 僅僅構(gòu)成實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)可能的變體并起到更好地理解的作用，這是本發(fā)明 不局限于該示例性實(shí)施方式的原因。
在附圖中
圖l:顯示依據(jù)本發(fā)明的純化裝置的透視圖， 圖2:顯示依據(jù)本發(fā)明的純化裝置的功能圖。
根據(jù)

圖1和2，本發(fā)明的純化裝置20通常容納在外殼22中。待純化的氣 體(優(yōu)選壓縮空氣)通過供應(yīng)管24供給，通過出口管26排出。本發(fā)明的純化裝 置20通常安裝在壓縮機(jī)(未顯示)的下游；然而，在使用純化的壓縮空氣的區(qū)域 中直接用作終端設(shè)備也是可能的。純化裝置20可以安裝在任何結(jié)構(gòu)類型的壓 縮機(jī)(活塞式壓縮機(jī)、螺桿壓縮機(jī)等)的下游并運(yùn)行，只要遵守各自的操作條件。 為了獲得高能效，使用能返回逃逸的熱能的熱交換系統(tǒng)。因此，在初始升溫階 段之后，再供給的能量的比例減小。
因此，供應(yīng)管24首先引導(dǎo)待純化的氣體通過熱交換器28，其形狀優(yōu)選為 板式熱交換器。然后，氣體到達(dá)填充了催化劑材料(沒有畫出)的轉(zhuǎn)化器30。在所示的示例性實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)化器30包括圓柱形轉(zhuǎn)化器外殼32，待純化的氣
體沿縱向流經(jīng)該外殼。
例如，霍加拉特(優(yōu)選以直徑為約1-5 mm的小球形式使用)可用作分離烴 的催化劑材料。然而，原則上任何其它形式也是可能的。
根據(jù)本發(fā)明，通過熱源或加熱系統(tǒng)34的方式從外部加熱轉(zhuǎn)化器外殼32和 催化劑材料，直到達(dá)到所需的操作溫度。原則上，可以自由選擇加熱系統(tǒng)34 的類型，然而，使用盤繞轉(zhuǎn)化器外殼32的電熱帶加熱證明是非常合適的。這 種電熱帶加熱包括金屬條，該金屬條被織物或塑性材料包裹并且在電流流經(jīng)它 時(shí)變熱。因此，產(chǎn)生的熱量直接釋放到轉(zhuǎn)化器外殼32的整個(gè)外表面上，然后 到達(dá)催化劑材料。
配備溫度傳感器36，其優(yōu)選位于轉(zhuǎn)化器外殼32的流入和流出區(qū)域并任選 地在轉(zhuǎn)化器外殼32的中心，用于監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)化器外殼內(nèi)部的溫度(具體見圖2)。可 以在純化裝置20的外殼22的外部配備合適的顯示器38，以便顯示測(cè)量結(jié)果。 如果達(dá)到太高的溫度，純化裝置20能夠立即被切斷或發(fā)出警報(bào)信號(hào)。
而且，純化裝置20包括溫度控制裝置40，它也是可從外部觸及的，通過 它可以設(shè)置和控制純化裝置20。
根據(jù)本發(fā)明，可以配備具有純霍加拉特的催化劑材料富集物。轉(zhuǎn)化器外殼 32含有純霍加拉特層，或者將純霍加拉特?fù)胶系酱呋瘎┎牧现胁⑹蛊浠旧暇?勻地分布在轉(zhuǎn)化器外殼32中。如果烴的量增加，那么純霍加拉特導(dǎo)致溫度急 劇上升，這能夠被溫度傳感器36指示。
本發(fā)明的純化裝置利用針對(duì)壓縮氣體特別是壓縮空氣中的烴(潤(rùn)滑劑、油、 空氣中包含的人為物質(zhì)、尤其是二氧化硫、 一氧化碳、含氮?dú)怏w)的完全氧化 特別開發(fā)和優(yōu)化的催化系統(tǒng)運(yùn)行。空氣中包含的物質(zhì)可以以氣體、蒸汽和氣溶 膠的形式存在，在純化裝置中被轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。從壓縮機(jī)進(jìn)入的含油空 氣通常具有比周圍溫度高約IO度的溫度。在熱交換器28中，它被來自轉(zhuǎn)化器 外殼32的熱空氣預(yù)熱至100-13(TC的溫度。然后，它流入轉(zhuǎn)化器外殼32中， 在那里流經(jīng)在約15(TC的設(shè)定操作溫度下的催化劑材料。然后，在轉(zhuǎn)化器外殼 中，空氣中包含的烴通過大氣氧的方式被催化氧化。如果壓縮空氣中的烴濃度一般，所得反應(yīng)熱很小，可忽略。隨后，純化的壓縮空氣在熱交換器28中降
溫至大于入口溫度約10-i5x:的溫度。
本發(fā)明不僅限于所述的示例性實(shí)施方式，而且還包含具有相同效應(yīng)或 直接由本發(fā)明得到的其它實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種用于分離氣體中的烴的純化裝置(20)，該純化裝置包括適用于引導(dǎo)氣體通過其中的轉(zhuǎn)化器外殼(32)、設(shè)置在其中的催化劑材料和至少一個(gè)溫度傳感器(36)，其特征在于，-通過熱源(34)從轉(zhuǎn)化器外殼(32)的外部加熱所述催化劑材料，-所述催化劑材料含有純霍加拉特，如果氣體中烴的含量增加，純霍加拉特會(huì)迅速升溫，-用溫度傳感器(36)測(cè)定霍加拉特的溫度。
2. 如權(quán)利要求l所述的純化裝置，其特征在于，所述熱源(34)由圍繞轉(zhuǎn)化 器外殼(32)的加熱系統(tǒng)形成。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的純化裝置(20)，其特征在于，在轉(zhuǎn)化器外殼(32) 的內(nèi)部另外配置熱源。
4. 如權(quán)利要求3所述的純化裝置(20)，其特征在于，所述內(nèi)部熱源由加熱 棒形成。
5. 如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的純化裝置(20)，其特征在于，全部催化劑材料由霍加拉特形成。
6. 如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的純化裝置(20)，其特征在于，涂布霍加拉特的氧化鋁小球用作催化劑材料。
7. 如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的純化裝置(20)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)化 器外殼(32)包含至少一層由純霍加拉特形成的催化劑材料，它鋪展在所述轉(zhuǎn)化 器外殼(32)內(nèi)部的整個(gè)截面上。
8. 如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的純化裝置(20)，其特征在于，所述轉(zhuǎn) 化器外殼(32)包含摻合霍加拉特的催化劑材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于從氣體中分離烴的純化裝置(20)。它包括適用于引導(dǎo)氣體通過其中的轉(zhuǎn)化器外殼(32)，其中設(shè)置有催化劑材料，通過熱源(34)從轉(zhuǎn)化器外殼(32)的外部加熱該催化劑材料。
文檔編號(hào)B01D53/86GK101622055SQ200780049383
公開日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2007年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月7日
發(fā)明者B·科奇, F·J·帕魯塞爾 申請(qǐng)人:貝科技術(shù)有限公司