CN101505843B - 用于回收保护气体的改进的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于回收受到有机分解副产物污染的消耗废弃保护气体的回收设备。所述气体回收设备包括压缩机，其具有连接到废弃保护气体供应管线的入口；以及溶剂供给源，其构造成将溶剂供应到所述压缩机处或所述压缩机上游处的气体通道。所述回收设备还包括连接到所述压缩机出口的第一腔室，所述第一腔室构造成接收来自所述压缩机的压缩气体，并且收集包括溶剂和残留或溶解在溶剂中的任意污染物的混合物。

Description

用于回收保护气体的改进的方法和设备

相关申请的交叉参考

本申请涉及于2006年8月23日提交的、标题为“用于回收保护气体的改进的方法和设备(“IMPROVED METHOD AND APPARATUSFOR PROTECTIVE ATMOSPHE RECYCLING”)、序列号为60/839,427的美国临时申请，其全文结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及在热处理过程中受到有机分解副产物污染的废弃保护气体的处理和回收。

背景技术

在热处理或其它热处理过程中使用的保护气体在工业上使用后长期以来都是被丢弃的，其中经受处理的构件涂覆有或带有有机体。实例包括用残留软金属压延油涂覆的分批退火的金属，以及结合有有机粘合剂的金属粉末或纤维的还原和/或烧结。通常处于低压的废气被认为受到压缩后倾向于形成带有污物的沉积物，更不用说另外被提纯和回收。甚至当总杂质极低时所述也是存在的。

本发明的发明人发现这些受到污染的趋势通常是由于在热处理步骤中形成烃环芳烃聚合物造成的。大多数这种类型的化合物在标准条件下形成固体沉积物。这些固体倾向于进一步受热脱氢，最终的倾向是形成称为“清漆”、“焦油”或“焦炭”的一定范围内的粘着固体。当包含有这些化合物的气体混合物受到压缩时，这些更倾向受到污染。出现所述有两个原因。第一，在级间冷却过程中增加混合物的总压力(由于污染物的部分压力增加)使得朝向形成固体的热力学倾向增加。以及第二，在许多压缩循环过程中存在的高温可加速诸如清漆、焦油和焦炭的热分解产物的形成。如果这些在关键的运动部件诸如压缩机阀门中形成，将使得出现异常的机率大大增加。

发明内容

为了致力于克服所述问题，发明人发明了用于回收废气的方法和设备，其有利地降低气体的净消耗。这样，本发明有利地提供了方法和设备，所述方法和设备有利于处理由带有污物的有机分解副产物物质造成污染的气体。

因此，本发明有利地提供了操作应用保护气体的热处理仪器的方法，以便处理包含有机涂层或粘合剂的物质，进而避免在气体循环设备中形成污染的沉积物。

本发明进一步有利地提供了用于在气体回收设备中压缩之前将汽化的分解副产物从废气中移除的方法和设备。

本发明还有利地提供了用于对受到分解副产物污染的废气进行压缩而防止形成污染沉积物的方法和设备，所述分解副产物来自有机涂层或粘合剂。

此外，本发明有利地提供了用于冷却压缩废气(所述气体受到来自有机涂层或粘合剂的分解副产物的污染)而不受到污染的方法和设备。

本发明还有利地提供了用于回收废气(所述气体受到来自有机涂层或粘合剂的分解副产物的污染)的方法，该方法残留副产物而不将其带入环境中。

本发明进一步有利地提供了用于回收废气(所述气体受到来自有机涂层或粘合剂的分解副产物的污染)的方法和设备，所述方法和设备应用至少一个正位移压缩(positive displacement compressor)阶段。

此外，本发明有利地提供了用于回收废气(所述气体受到来自有机涂层或粘合剂的分解副产物的污染)的方法和设备，所述方法和设备应用至少一个润滑油润滑的正位移压缩阶段。

此外，本发明有利地提供了用于回收废气(所述气体受到来自有机涂层或粘合剂的分解副产物的污染)的方法和设备，所述方法和设备应用至少一级润滑油润滑的正位移压缩，其中用于润滑机械传动装置的润滑油保持其原始的润滑性质。

附图说明

当具体参照结合附图对本发明进行描述的下述详细说明时，将更容易明了本发明的更全面的评价和伴随其的优势，其中：

图1示出用于污染气体的压缩系统的示意图；

图2示出根据本发明的带有压缩机润滑剂的压缩系统的示意图；

图3是示出在室温下烃污染物在两种不同的压缩机润滑剂中溶解度的图表；

图4示出根据本发明的压缩系统的示意图，该压缩系统具有置于气体冷却器下方的气体缓冲器；

图5示出根据本发明的压缩系统的示意图，该压缩系统具有成套的气体缓冲设备；以及

图6示出根据本发明的压缩系统的示意图，该压缩系统具有成套的气体缓冲设备，具有用于将废液回收到系统入口、溶剂输入装置以及废液泵送装置的回收。

具体实施方式

此后参照附图对本发明的实施例进行描述。在下面的描述中，具有基本相同功能和配置的构件由相同的附图标记标注，并且仅在必要时进行重复说明。

图1示出引入气流1的压缩系统的示意图，气流1可在热交换器或冷却器2中冷却到所需的吸气温度。然后经冷却的气体到达脉动缓冲容器或腔室3，所述脉动缓冲容器或腔室3使由气体压缩机4的吸气导致的压力波动最小化。压缩机4可以是使用一个或多个往复式活塞、旋转式螺旋浆或桨叶、振荡涡管的正位移或动态压缩机、离心或轴向压缩机或者任意其它类型的压缩机。压缩机4的排出口在进入冷却器8之前连接到脉动缓冲器或腔室7，在运动到最终的容器或腔室9之前在冷却器8中被冷却到所需温度。

经压缩冷却的气体10离开容器9以便使用或进行进一步处理。例如，当在多级往复式活塞压缩机中时，在进行进一步的压缩阶段之前，容器9可起到脉动缓冲器的作用。容器9还可起到液体和/或固体粒子分离容器的作用。为此，容器9可设有内部隔板、过滤器元件、填塞介质、旋风部分或其它装置以便使得微滴分离有效进行。同样地，吸气缓冲容器3也可起到位于压缩机4之前的分离装置的作用。为了将分离的物质从容器3和9中排空，容器3和9设有排出管，所述排出管具有相应的排出阀5和11。排出阀可以是手动阀或自动阀。排出阀还可由液位传感器6和12致动，所述液位传感器6和12可以是任意类型的液位传感器，诸如雷达、电容、导热性、超声、机械漂浮式或光学类型的液位传感器，只要适合所收集的物质即可。代替液位传感器6和12，排出阀5和11可基于定时器、基于压缩机旋转的数目或基于其它装置而自动操作。自动控制的方法不以任何方式限制本发明。

下面的表1示出在0℃下从热处理保护气体中冷凝的污染物的代表性成分。所有这些化合物都是多芳香烃，并且所有这些化合物在室温下都为固体。这些化合物以及其它烃、水蒸汽以及固体可以以大于每百万1000份的浓度存在于入口气流1中。所述浓度可能导致冷却器2和8的快速污染，这导致不希望的用于维修的停工期。即使浓度、温度和压力使得在热交换器1或容器3中不发生污染，在热交换器8和容器9中的较高的总气体压力也会导致形成污染沉积物。同样地，如果产品气体10在随后的压缩阶段(这可能是进行气体的最佳净化所需的)中被压缩，那么随后的压缩阶段会遭受污染。

表1

图2示出根据本发明的可选压缩方案，其中压缩机4提供有经由泵22供应的溶剂21，在该实例中溶剂21为润滑剂。由于目前液体混合物可收集在排出脉动缓冲容器7中，所以容器7设有排出管，该排出管具有排出阀23。排出阀23可以是手动致动或自动致动的(例如通过使用液位开关24或通过其它装置)，如上所述。润滑剂21的添加有利地起到增强压缩机4的密封和抗磨寿命的作用。

本发明人已经确定：有利地可选择润滑剂21的化学成分和添加率，以便将给料流1中的污染物分离成溶剂和残留或溶解在溶剂中的任意污染物的液体混合物，它们可分别收集在腔室7和9中，并且可分别经由阀23和11排出。润滑剂可以与用于润滑压缩机4本身的润滑剂相同。由于溶解的烃、水和固体污染物可改变润滑剂的性质，所以优选的是所采用的润滑剂供应与压缩机机械构件的润滑剂供应相分离。在压缩机中，尤其是正位移压缩机中使用单独的油供给源(supply)是广泛采纳的。例如，已知所有的旋转式叶片、旋转式螺旋浆、振荡涡管、旋转式桨叶以及往复式活塞压缩机以具有用于气体通道的一个润滑剂供给源和用于机械设备的第二供给源操作。

图3示出代表性烃污染物在室温下在两种不同的压缩机润滑剂中的溶解度。诸如萘之类的低熔点污染物在室温润滑剂中具有高于高熔点污染物的较高溶解度。此外，在该实例中，低粘度的润滑剂有利地溶解较高比例的污染物。由于不同的气流可能携带不同的污染物，所以不可能确定优选用于所有情况的润滑剂；但是，显然重要的是确定溶解度，以确保所选的润滑剂具有足够的能力在所关注的温度下溶解所述污染物。图3中所示的所有污染物在100℃下在1g/10mL的浓度水平下完全溶解在两种润滑剂中。因此，在根据本发明的压缩系统内防止局部污染可通过润滑剂和污染物流的相对量、润滑剂和污染物混合物的温度、污染物的局部浓度以及润滑剂的化学成分而实现。

图4示出本发明压缩系统的另一实施例，其中图1和图2的压缩机排出缓冲器7由下缓冲腔室31代替。下缓冲腔室31部分或全部放置在冷却器33下方，冷却器33布置成使得冷凝液体排入缓冲腔室31中。冷却器33与上缓冲腔室32连接，该上缓冲腔室32部分或全部位于缓冲腔室31上方，并且与冷却器33的排出口流体流通。在该实施例中，饱和温度比另外存在于压缩机4排出口中的化合物低的化合物连续排入或回流到下缓冲腔室31中。这本质上降低了缓冲腔室31中的温度，而且还持续从冷却器33和缓冲腔室31的表面清除固体沉积物。这导致收集在缓冲腔室31中的液体混合物中的高饱和温度化合物的总浓度较低，所述化合物通过具有排出阀34的排出管排出，该排出阀34可由液位传感器36或其它装置致动。虽然可以想象在一些情况下没有液体积聚在上缓冲腔室32中，但是假设可以经由具有排出阀35的排出管和液位传感器37提供液体积聚和移除。如图4中所示，该实施例的功能元件可结合到单个的机械组件30中。可选地，所述设备可构造成多个子组件。

图5示出图4中系统的可选实施例，其中缓冲组件30是单个设备。在该实施例中，冷却器33设有管路，该管路具有与下缓冲腔室31流体连通的入口和与上缓冲腔室32流体连通的排出口38。在该实施例中，冷却器33是可移除的U形管束类型的冷却器，该冷却器33具有允许通过阀40并且通过流量指示器41的冷却流体。从上腔室32排出的气体10的温度可有利地用于控制通过阀40的流速。该控制可经由电子控制器或通过机械控制器(诸如温度调节阀)手动或自动完成。缓冲组件30有利地设有微滴聚结装置43，以便防止在气流10中携带液体或固体污染物的残留物。微滴聚结可通过填充床、筒形过滤器或本领域技术人员已知的其它装置。虽然上和下腔室32和31示出具有与图5中相同的直径，但是这些腔室可具有不同的直径。此外可选地，这些腔室各自可设有单独的压力限度，图5示出分离腔室的单个共用压力限度。

前述附图示出本发明的实施例在进给气体1没有受到在冷却器2中存在的压力和温度下形成污染沉积物的物质的污染物的污染时是有利的。图6示出本发明的实施例在冷却器2中或在入口缓冲容器3中可能受到污染的情况下是有利的。在该实施例中，来自阀34和35的冷凝润滑剂和污染物流的混合物被供应到容器3，例如，混合物可在位置50处(如图6中所示)返回到冷却器2的入口，然后混合物行进到容器3，或者可选地混合物可直接返回到容器3，到达将气体1运送到容器3的在容器3上游位置处的管路(容器3位于冷却器2的上游或下游，如果存在所述冷却器的话)，或者到达在容器3下游位置处的管路，这样利用重力将混合物进给到容器3。由于来自阀34和35的液体与润滑剂混合，它们具有比在冷却器2和容器3的低温度和压力特性下会形成沉积物的组分低的低分子量、低饱和温度以及低熔点。因此，这些液体可用于溶解沉积物。如果提供本发明中可想到的气体10的附加压缩阶段，残留在缓冲组件30中的与那些附加压缩阶段相关的液体还可返回到位置50。这些液体的分子量比来自阀35和34的液体分子量低。在压缩的多个阶段内，返回的液体将基本仅仅是润滑剂。

为了将来自容器3的液体混合物丢弃到遥远的桶罐，或者容器3中的气体压力不足以有效流动通过阀5的情况下，提供泵51是有利的。泵51可设有便于连续操作的背压阀52，以便防止液体混合物在泵51中冷却和固化。阀5仍然用于从系统中移除液体，并且如图所示仍然可通过液位传感器6致动。

如果来自阀34和35的混合物不需要回收，或者如果混合物仍难于处理或导致污染，可使用容器3中的端口55注入溶剂。也可在冷却器2上游的注入位置处进行所述溶剂注入。溶剂的使用便于在过高而不能在压缩机润滑剂中稀释的浓度下处理污染物或节约使用压缩机润滑剂。可选地，溶剂注入可用于代替压缩机润滑剂。为了溶解诸如在表1中所示的那些烃污染物，诸如醇、醚、轻质烃、二甲基氯、汽油或柴油的溶剂都可用作溶剂。本发明人预测其它杂质可容易地溶解在其它溶剂中。用于溶解当前污染物的任意溶剂是本发明可以想到的。在本发明的一个实施例中，在溶剂注入位置55的下游但是在与容器3流体连通的位置提供聚结装置56，这样冷凝液体可排入容器3中。这有利地在气体1和通过位置55注入的溶剂之间提供紧密接触，从而最大程度地移除污染物。

在本发明的另一实施例中，冷却器2可以是直接接触的冷却器。对于烃污染物，优选使用直接接触冷却器，该直接接触冷却器使用污染物在其中具有最小溶解度的冷却介质。这种冷却介质的一个实例是水。当使用直接接触水冷却器2时，可容易地分离不能混溶的烃污染物，并且冷却剂可无限期地回收。直接接触冷却器2可与在位置50处注入的回收的润滑剂一起使用，其中润滑剂可重新直接注入容器3，或者没有润滑剂回收。不同的气体组分、压力和温度可使得这些线路中的任意一个是所需的，这样没有本质上为优选的线路。

应该注意的是，在此示出和描述的示例性实施例仅仅是本发明提出的优选实施例，但是并不意味着以任何方式对所附权利要求的范围进行限制。

可以根据上述教导对本发明进行各种改变和变化。因此应该理解的是，在所附权利要求的范围内，可以除此所述具体描述之外的形式实施本发明。

Claims (43)

1.一种用于回收受到有机分解副产物污染的废弃保护气体的回收设备，所述回收设备包括：

压缩机，其具有连接到废弃保护气体供应管线的入口；

溶剂供给源，其构造成将溶剂供应到位于所述压缩机处或所述压缩机上游处的气体通道；以及

连接到所述压缩机出口的第一腔室，所述第一腔室构造成接收来自所述压缩机的压缩气体，并且收集包括溶剂和残留或溶解在溶剂中的任意污染物的混合物，

所述回收设备进一步包括：

连接到所述第一腔室出口的第二腔室，所述第二腔室构造成接收来自所述压缩机的压缩气体，并且收集包括溶剂和残留或溶解在溶剂中的任意污染物的混合物；以及

沿着将所述第二腔室连接到所述第一腔室的管道设置的热交换器，所述热交换器构造成冷却所述管道内的压缩气体，

所述回收设备进一步包括第三腔室，所述第三腔室设置在所述压缩机的上游，并且具有连接到废弃保护气体供应管线的入口；

其中所述第一腔室包括具有排出阀的排出管，所述排出阀构造成从所述第一腔室排出混合物；并且

其中所述排出管构造成将所排出的混合物供应到所述第三腔室。

2.根据权利要求1所述的回收设备，其中所述溶剂供给源构造成将用作溶剂的润滑剂供应到位于所述压缩机处或所述压缩机上游处的所述气体通道。

3.根据权利要求2所述的回收设备，进一步包括构造成将润滑剂供应到所述压缩机的机械构件的机械润滑剂供给源，其中所述机械润滑剂供给源与所述溶剂供给源分离。

4.根据权利要求1所述的回收设备，其中所述第二腔室包括具有排出阀的排出管，所述排出阀构造成从所述第二腔室排出混合物。

5.根据权利要求1所述的回收设备，其中所述第一腔室设置在一操作高度处，该操作高度部分或完全在所述热交换器下方，其中在所述热交换器中冷凝的任意液体可排入所述第一腔室内。

6.根据权利要求5所述的回收设备，其中所述第二腔室设置在一操作高度处，该操作高度部分或完全在所述第一腔室上方。

7.根据权利要求6所述的回收设备，其中所述第一腔室、所述热交换器和所述第二腔室设置在单个壳体组件内。

8.根据权利要求6所述的回收设备，其中所述第一腔室、所述热交换器和所述第二腔室结合成单个设备。

9.根据权利要求8所述的回收设备，其中：

所述单个设备包括：

容器，其具有限定所述第一腔室的下腔室和限定所述第二腔室的上腔室；以及

流动管路，其具有与所述下腔室流体连通的第一开口和与所述上腔室流体连通的第二开口；并且

所述热交换器在所述流动管路内延伸。

10.根据权利要求1所述的回收设备，进一步包括沿着将废弃保护气体供应管线连接到所述第三腔室的所述入口的管道设置的冷却器，所述冷却器构造成冷却所述管道内的废弃保护气体。

11.根据权利要求10所述的回收设备，其中所述排出管构造成将所排出的混合物供应到所述冷却器的气体通道。

12.根据权利要求1所述的回收设备，其中所述排出管构造成将所排出的混合物直接供应到所述第三腔室中。

13.根据权利要求1所述的回收设备，其中所述排出管构造成将所排出的混合物供应到所述第三腔室上游或下游的气体通道。

14.根据权利要求1所述的回收设备，其中：

所述第二腔室包括具有附加排出阀的附加排出管，所述附加排出阀构造成从所述第二腔室排出混合物；并且

所述附加排出管构造成将所排出的混合物供应到所述第三腔室。

15.根据权利要求14所述的回收设备，进一步包括沿着将废弃保护气体供应管线连接到所述第三腔室的所述入口的管道设置的冷却器，所述冷却器构造成冷却所述管道内的废弃保护气体，

其中所述排出管和所述附加排出管构造成将所排出的混合物供应到所述冷却器的气体通道。

16.根据权利要求1所述的回收设备，进一步包括设置在所述压缩机上游并且具有连接到废弃保护气体供应管线的入口的附加腔室。

17.根据权利要求16所述的回收设备，进一步包括沿着将废弃保护气体供应管线连接到所述附加腔室的所述入口的管道设置的冷却器，所述冷却器构造成冷却所述管道内的废弃保护气体。

18.根据权利要求16所述的回收设备，进一步包括构造成将第二溶剂供应到所述附加腔室的第二溶剂供给源。

19.根据权利要求16所述的回收设备，其中：

所述排出管构造成将所排出的混合物供应到所述附加腔室。

20.根据权利要求19所述的回收设备，其中所述排出管构造成将所排出的混合物直接供应到所述附加腔室。

21.根据权利要求19所述的回收设备，其中所述排出管构造成将所排出的混合物供应到所述附加腔室上游或下游的气体通道中。

22.一种回收受到有机分解副产物污染的废弃保护气体的方法，所述方法包括：

接收废弃保护气体；

将溶剂供应到携带废弃保护气体的气体通道；

在将溶剂供应到气体通道处或下游的位置压缩废弃保护气体；以及

将压缩气体接收在第一腔室内，并且将包括溶剂和残留或溶解在溶剂中的任意污染物的混合物收集在第一腔室中，

所述方法进一步包括：

使用热交换器冷却压缩气体；以及

将冷却的压缩气体接收在第二腔室内，并且将包括溶剂和残留或溶解在溶剂中的任意污染物的混合物收集在第二腔室中，

所述方法还包括：

将废弃保护气体接收在第三腔室内，所述第三腔室设置在其压缩上游的位置处；

将第一腔室中收集的混合物供应到第三腔室；以及

将包括溶剂和残留或溶解在溶剂中的任意污染物的混合物收集在第三腔室内。

23.根据权利要求22所述的方法，其中溶剂是压缩机润滑剂。

24.根据权利要求23所述的方法，进一步包括将机械润滑剂供应到所述压缩机的机械构件，其中机械润滑剂供给源与溶剂供给源分离。

25.根据权利要求22所述的方法，其中所述第一腔室设置在一操作高度处，该操作高度部分或完全在所述热交换器下方，其中在所述热交换器中冷凝的任意液体可排入所述第一腔室中。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述第二腔室设置在一操作高度处，该操作高度部分或完全在所述第一腔室上方。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述第一腔室、所述热交换器和所述第二腔室设置在单个壳体组件内。

28.根据权利要求26所述的方法，其中所述第一腔室、所述热交换器和所述第二腔室结合成单个设备。

29.根据权利要求28所述的方法，其中：

所述单个设备包括：

容器，其具有限定所述第一腔室的下腔室和限定所述第二腔室的上腔室；以及

流动管路，其具有与所述下腔室流体连通的第一开口和与所述上腔室流体连通的第二开口；并且

所述热交换器在所述流动管路内延伸。

30.根据权利要求22所述的方法，进一步包括使用冷却器冷却第三腔室上游的废弃保护气体。

31.根据权利要求30所述的方法，其中将收集在第一腔室中的混合物供应到冷却器的气体通道。

32.根据权利要求22所述的方法，其中将收集在第一腔室中的混合物直接供应到第三腔室中。

33.根据权利要求22所述的方法，其中将收集在第一腔室中的混合物供应到第三腔室上游或下游的气体通道中。

34.根据权利要求22所述的方法，进一步包括将收集在第二腔室中的混合物供应到第三腔室。

35.根据权利要求34所述的方法，进一步包括：

使用冷却器冷却第三腔室上游的废弃保护气体；

其中将收集在第一腔室中的混合物和收集在第二腔室中的混合物供应到冷却器的气体通道。

36.根据权利要求22所述的方法，进一步包括将废弃保护气体接收在附加腔室内，所述附加腔室设置在其压缩的上游位置处。

37.根据权利要求36所述的方法，进一步包括使用冷却器冷却附加腔室上游的废弃保护气体。

38.根据权利要求36所述的方法，进一步包括：

将第二溶剂供应到附加腔室；以及

将包括第二溶剂和残留或溶解在第二溶剂中的任意污染物的混合物收集在附加腔室内。

39.根据权利要求36所述的方法，进一步包括：

将收集在第一腔室中的混合物供应到附加腔室；以及

将包括溶剂和残留或溶解在溶剂中的任意污染物的混合物收集在附加腔室内。

40.根据权利要求39所述的方法，其中将收集在第一腔室中的混合物直接供应到附加腔室中。

41.根据权利要求39所述的方法，其中将收集在第一腔室中的混合物供应到附加腔室上游或下游的气体通道中。

42.根据权利要求22所述的方法，其中压缩包括至少一个正位移压缩阶段。

43.根据权利要求22所述的方法，其中压缩包括至少一个润滑油润滑的正位移压缩阶段。

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