DE2844167C2 - Verfahren zur Erzeugung einer Stickstoff-Schutzgasatmosphäre in einer Ofenkammer und Schutzgasindustrieofen zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Erzeugung einer Stickstoff-Schutzgasatmosphäre in einer Ofenkammer und Schutzgasindustrieofen zur Durchführung dieses VerfahrensInfo
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Description
nämlich beispielsweise durch COrEntfernung aus Verbrennungsabgasen
oder durch adsorptive Abtrennung des Sauerstoffs der Luft In beiden Fällen wird zur Desorption
des Adsorptionsmittels einfach die zur Evakuierung der Ofen- oder Schleusenkammer vorhandene
Vakuumpumpe benutzt und damit auf zusätzliche Desorptionseinrichtungen, wie eine eigene Desorptionspumpe
und zusätzlich taktweise einschaltbare Adsorptionsmittelbehälter, verzichtet
Trockenes Abgas steht bei brennstoffbeheizten Industrieöfen im Überschuß zur Verfügung, was im gleichen
Maße naturgemäß für Luft gilt
Ein zur Durchfühning des neuen Verfahrens eingerichteter
Schutzgasindustrieofen der eingangs genannten Art ist gemäß weiterer Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß an die Ofenkammer oder die Schleusenkammer ein mit dem Ausgangsgasgemisch gespeister
Adsorber angeschlossen ist, der in an sich bekannter Weise ein für die neben dem Stickstoff in dem Ausgangsgasgemisch
enthaltenen Gasbestandteile spezifisches Adsorptionsmittel enthält und daß der Adsorber
über ein Steuerventil mit der zur Evakuierung der Ofenkammer oder der Schleusenkammer dienenden Unterdruckquelle
verbunden ist und daß die in dem Adsorber abgetrennten Gasbestandteile unmittelbar durch die
Unterdruckquelle, unter Regeneration des Adsorptionsmittels, desorbierbar und absaugbar sind.
In einer einfachen Ausführungsform kann dabei der - Adsorber zwischen der Ofenkammer oder der Schleusenkammer
und einem Flutventil in der Ausgangsgasgemischzuleitung liegen.
Wenn als Ausgangsgasgemisch Luft verwendet wird und damit ein Sauerstoffadsorber zum Einsatz kommt,
ist es vorteilhaft, wenn die Anordnung derart getroffen ist, daß die Unterdruckquelle mit der Ofenkammer oder
der Schleusenkammer über eine zu dem Adsorber parallelliegende, ventilgesteuerte Leitung zusätzlich verbunden
ist, über die die Luft aus der Ofenkammer bzw. der Schleusenkammer absaugbar ist.
Bei diesem Schutzgasindustrieofen besteht der zusätzliche
Aufwand zur Flutung der Ofenkammer oder der Schleusenkammer mit Stickstoff lediglich aus dem
praktisch wartungsfreien Adsorber und der etwas größeren Dimensionierung der ais Unterdruckquelle dienenden
Vakuumpumpe. Da die Vakuumpumpe gleichzeitig zur Desorption des Adsorbers benutzt wird, erübrigen
sich zusätzliche eigene Einrichtungen zur Regeneration des Adsorptionsmittels.
Der Adsorber kann auf der Stickstoff sei te im übrigen
über eine ventilgesteuerte Leitung mit einem Stickstoff-Vorratsbehälter
verbunden sein, womit ein Teil des Stickstoffes abgezweigt und in dem Speicherbehälter
gespeichert werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, u. a. die Leckverluste des Ofens während der Metallbehandlung
zu decken.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt
F i g. 1 einen Schutzgasindustrieofen gemäß der Erfindung, in einer ersten Ausführungsform, im axialen
Schnitt, in einer Seitenansicht und in schematischer Darstellung und
Fig.2 einen Schutzgasindustrieofen gemäß der Erfindung,
in einer zweiten Ausführungsform, im axialen Schnitt, in einer Seitenansicht und in schematischer Darstellung.
Der in Pig. \ dargestellte Industrieofen weist eint
evakuierbire OFenkarrmer 1 auf, in die nach Abnahme
eines Deckels 2 eine Charge 3 eingebracht werden kann.
An die Ofenkammer f ist ein Adsorber 4 angeschlossen,
der mit einem regenerierbaren Adsorptionsmittel gefüllt ist und in den über eine ein Steuerventil 6 enthaltende
Zuleitung 5 ein trockenes Ausgangsgasgemisch von Verbrennungsabgas (N2/CO2) einspeisbar ist Der Adsorber
4 ist außerdem über eine ein Ventil 7 enthaltende Leitung 8 an eine Unterdruckquelle in Gestalt einer
Vakuumpumpe 9 angeschlossen, die derart ausgelegt ist, daß sie die Ofenkammer 1 evakuieren kann.
ίο Bei der Verwendung von Verbrennungsabgas als
Ausgangsgasgemisch wird in dem Adsorber 4 ein zur CO2-Adsorption geeignetes Adsorptionsmittel, beispielsweise
in Gestalt eines sogenannten Molekularsiebes, verwendet.
Der Betrieb des Ofens geschieht in der Weise, daß nach dem Einbringen der Charge 3 in die Ofenkammer 1
und deren Evakuierung durch die Vakuumpumpe 9 das Ventil 7 geschlossen und das Steuerventil 5 geöffnet
werden, worauf über die Zufuhrleitung 5 beispielsweise trockenes Verbrennungsabgas, das aus der Verbrennung
von fossilen Brennstoffen vier Kohlenwasserstoffverbindungen herrührt eingeleitet wird. Dieses
Ausgar.gsgasgemisch durchströmt den Adsorber 4, in dem der CO2-Bestandteil zurückgehalten wird so daß
über die Anschlußieitung 10 schließlich trockener Stickstoff i:>
die Ofenkammer 1 einströmt und diese flutet
Bei der Wärmebehandlung der nächstfolgenden Charge 3 wird bei geschlossenem Steuerventil 6 und
geöffnetem Ventil 7 die Ofenkammer 1 durch die Vakuumpumpe 9, wie bereits erläutert, evakuiert. Dabei wird
gleichzeitig in dem Adsorber 4 ein Unterdruck erzeugt, was zur Folge hat, daß der von der vorherigen Wärmebehandlung
dort adsorbierte CO2-Antei! desorbiert und über die Vakuumpumpe 9 abgesaugt wird. Damit steht
für die anschließende Flutung der Ofenkammer 1 mit Stickstoff wieder ein voll regenerierter Adsorber 4 zur
Verfügung. Die Flutung der Ofenkammer 1 wird dadurch eingeleitet, daß das Ventil 7 geschlossen und das
Steuerventil 6 geöffnet wird, womit die gleichzeitig erfolgende Evakuierung der Ofenkammer 1 und die Desorbierung
des Adsorbers 4 beendet und die Verbrennungsabgaszufuhr zu dem Adsorber 4 wieder eingeschaltet
wird.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 ist der Ofenkammer 1 eine Schleusenkammer Ii vorgeschaltet in die nach Öffnen der Tür 2 eine Charge 3 einführbar ist, während die in der Schleusenkammer 11 befindliche Charge 3 vorher in die Ofenkammer 1 eingebracht worden ist, wie dies bei solchen Schleusenöfen an sich bekanntist.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 ist der Ofenkammer 1 eine Schleusenkammer Ii vorgeschaltet in die nach Öffnen der Tür 2 eine Charge 3 einführbar ist, während die in der Schleusenkammer 11 befindliche Charge 3 vorher in die Ofenkammer 1 eingebracht worden ist, wie dies bei solchen Schleusenöfen an sich bekanntist.
Der Adsorber 4 ist über die Leitung 10 mit der Schleusenkammer 11 verbunden; er ist ähnlich wie bei
der Ausführungsform nach F i g. 1 über das Steuerventil 5 &\. die Zufuhrleitung 5 für das Ausgangsgasgemisch
und über das Ventil 7 und die Leitung 8 an die Unterdruckpumpe 9 angeschlossen.
Parallel zu dem Adsorber 4 liegt eine ein Ventil 13 enthaltende Leitung 12, während von der Leitung 10
strömungsaufwärts von einem Ventil 14 eine durch ein Ventil 15 gesteuerte Leitung 16 abzweigt, die zu einem
Vorratsbehälter 17 führt. Über einen Druckregler 18 ist die Leitung 16 sodann an die Ofenkammer 1 angeschlossen.
Es sei zunächst angenommen, daß der Adsorber 4 ein zur Adsorption voi Sauerstoff geeignetes Adsorptionsmittel (beispielsweise ein sogenanntes Kohlenstoff-Molekularsieb) enthalte und über die Zufuhrleitung 5 als Ausgangsgasgemisch Luft zugeführt werden.
Es sei zunächst angenommen, daß der Adsorber 4 ein zur Adsorption voi Sauerstoff geeignetes Adsorptionsmittel (beispielsweise ein sogenanntes Kohlenstoff-Molekularsieb) enthalte und über die Zufuhrleitung 5 als Ausgangsgasgemisch Luft zugeführt werden.
Nach dem Einbringen einer neuen Charge 3 in die Schleusenkammer 11 wird die wieder verschlossene
Schleusenkammer 11 bei geöffneten Ventilen 7,13 und
geschlossenen Ventilen 6,15,14 durch die Vakuumpumpe
9 evakuiert, wobei die Luft über die Leitung 12 aus der Schleusenkammer 11 abgesaugt wird. Nach Abschluß
der Evakuierung werden die Ventile 13, 7 geschlossen und die Ventile 6,14,15 geöffnet, womit Luft
in den Adsorber 4 eintreten kann. An dem Adsorptionsmittel des Adsorbers 4 wird der Luftsauerstoff zurückgehalten;
der verbleibende Stickstoff 10 strömt über die Leitung 10 in die Schleusenkammer 11 ein und zu einem
Teil über die Leitung 16 in den Speicherbehälter 17, sowie über den Druckregler 18 in die Ofenkammer ein.
Nach dem Fluten der Schleusenkammer U werden die Ventile 6,15 geschlossen, während das Ventil 7 geöffnet
wird. Damit kann die Vakuumpumpe 9 nunmehr in dem Adsorber 4 den zur Desorption des dort zurückgehaltenen
Sauerstoffs erforderlichen Unterdruck erzeugen und den desorbierten Sauerstoff abführen. Gleichzeitig
deckt der in dem Speicherbehälter 17 enthaltene Stickstoffvorrat in der Ofenkammer 1 während der Wärmebehandlung
der dort befindlichen Charge 3 etwa auftretende Stickstoffverluste.
Nach beendeter Desorption steht die Anlage in der bereits erläuterten Weise zur erneuten Evakuierung der
Schleusenkammer 11 für die nächstfolgende Charge 3 zur Verfügung, während der Adsorber 4 für die nachfolgende
Stickstofferzeugung in Bereitschaft steht.
Wird als Ausgangsgasgemisch anstelle von Luft Verbrennungsabgas (N2/CO2) verwendet, so kann die Leitung
12 mit dem Ventil 13 entfalien, weil dann während des Evakuierens die aus der Schleusenkammer 11 abgesaugte
Luft durch den Adsorber 4 strömen kann. Enthält der Adsorber 4 aber, wie dies bei einem Ausgangsgasgemisch
in Gestalt von Luft erforderlich ist, ein Sauerstoff-
Schleusenkammer 11 bei der Evakuierung abgesaugte Luft über die Leitung 12 an dem Adsorber 4 vorbeigeleitet
werden, um eine Beladung des Adsorptionsmittels mit dem Luftsauerstoff während dieses Evakuierungsvorganges zu vermeiden. Die Evakuierung der Schleusenkammer
11 und die Regenerierung des Adsorbers 4 erfolgen deshalb bei Verwendung von Luft als Ausgangsgasgemisch
nicht gleichzeitig sondern nacheinander. In jedem Falle wird aber die Unterdruckquelle in
Gestalt der Vakuumpumpe 9 sowohl zur Evakuierung als auch zur Desorption des Adsorbers 4 verwendet
Der Speicherbehälter 17 kann naturgemäß in entsprechender Weise auch bei der Ausführungsform nach
F i g. 1 Verwendung finden. Im übrigen liegt ein Vorteil der nacheinander erfolgenden Evakuierung und Desorption
auch bei der Verwendung von Verbrennungsabgas als Ausgangsgasgemisch darin, daß auf diese Weise
ein Einspülen von Feuchtigkeit in die Schleusenkammer
11 bzw. die Ofenkammer 1 verhindert werden kann.
An einem CO^spezifischen Adsorptionsmittel wird nämlich meist auch H2O zurückgehalten. Bei der Ausführungsform
nach F i g. 1 mit gleichzeitiger Evakuierung und Regnerierung wird die Feuchtigkeit der Ofenkammerluft
auf der Stickstoffseite adsorbiert und beim Fluten wieder in die Ofenkammer 1 eingespült, was gelegentlich
unerwünscht ist.
Aüsführdngsbeispiei:
Bei einem Schutzgasindustrieofen der Ausfühningsform
nach F i g. 1 beträgt der geometrische Inhalt der Ofenkammer 1 I m3.
Als Ausgangsgasgemisch wird Verbrennungsabgas aus der stöchiometrischen Verbrennung von Erdgas mit
Luft mit anschließender Wasserabscheidung durch Kühlung auf Raumtemperatur benutzt. Die Zusammensetzung
des Ausgangsgasgemisches ist: 88% N2, 12% CO2(Gewichtsprozent).
Für das Fluten des von der Ofenkammer 1 umschlossenen Raumes von 1 m3 mit Stickstoff müssen
0,27 kg CO2 abgeschieden werden.
Als Adsorptionsmittel wird in dem Adsorber 4 ein zeolythisches Molekularsieb verwendet, das statisch
mehr als 10 Gewichtsprozent CO2 aufnimmt.
Die Auslegung enthält ausreichende Reserven auch zur Deckung von Leckverlusten während der Behandlungszeit.
Für das Evakuieren der Ofenkammer 3 nach dem Chargieren und das gleichzeitige Desorpieren des Moiekuiarsiebes
ist eine Vakuumpumpe 9 mit iOOm3 pro
Stunde Saugleistung vorgesehen mit der dieser Vorgang in ca. 20 Min. abgeschlossen werden kann.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Verfahren zur Erzeugung einer Stickstoff- die Wärmebehandlung von Metallteilen. Außerdem be-Schutzgasatmosphäre
in einer mittels einer Unter- 5 zieht sich die Erfindung auf einen Schuthgasindustriedruckquelle
evakuierbaren Ofenkammer für die ofen zur Durchführung dieses Verfahrens, mit einer zur
Wärmebehandlung von Metallteilen, dadurch Evakuierung der Ofenkammer oder der Schleusenkamgekennzeichnet,
daß einem stickstoffhaltigen mer dienenden Unterdruckquelle.
Ausgangsgasgemisch in an sich bekannter Weise bei Die Wärmebehandlung von Metallteilen wird in Induder Durchleitung durch ein Adsorptionsmittel die io strieöfen zunehmend unter Schutzgas — in der Regel neben dem Stickstoff vorhandenen Gasbestandteile Stickstoff — vorgenommen, um Zunderverluste und adsorptiv entzogen werden und die vorher evakuier- Oberflächenveränderungen am Behandlungsgut zu verte Ofenkammer oder eine Schleusenkammer mit meiden. Der Atmosphärenwechsel von Luft zu Stickdem so gewonnenen Stickstoff geflutet wird, und stoff wird entweder durch Spülen oder, wirtschaftlicher, daß anschließend das Adsorptionsmittel unmittelbar 15 durch Evakuieren und anschließendes Fluten mit Stickdurch die zur Evakuierung der Ofenkammer dienen- stoff der Ofenkammer oder einer Schleusenkammer de Unterdruckquelle unter Entfernung der abge- ausgeführt Dazu wird der Stickstoff einem Vorratstank trennten Gasbestandteile durch Unterdruckdesorp- entnommen oder von einem Stickstofferzeuger gelietion regeneriert wird. fert
Ausgangsgasgemisch in an sich bekannter Weise bei Die Wärmebehandlung von Metallteilen wird in Induder Durchleitung durch ein Adsorptionsmittel die io strieöfen zunehmend unter Schutzgas — in der Regel neben dem Stickstoff vorhandenen Gasbestandteile Stickstoff — vorgenommen, um Zunderverluste und adsorptiv entzogen werden und die vorher evakuier- Oberflächenveränderungen am Behandlungsgut zu verte Ofenkammer oder eine Schleusenkammer mit meiden. Der Atmosphärenwechsel von Luft zu Stickdem so gewonnenen Stickstoff geflutet wird, und stoff wird entweder durch Spülen oder, wirtschaftlicher, daß anschließend das Adsorptionsmittel unmittelbar 15 durch Evakuieren und anschließendes Fluten mit Stickdurch die zur Evakuierung der Ofenkammer dienen- stoff der Ofenkammer oder einer Schleusenkammer de Unterdruckquelle unter Entfernung der abge- ausgeführt Dazu wird der Stickstoff einem Vorratstank trennten Gasbestandteile durch Unterdruckdesorp- entnommen oder von einem Stickstofferzeuger gelietion regeneriert wird. fert
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 20 Der apparative Aufwand für einen Stickstofferzeuger
zeichnet, daß als Ausgangsgasgemisch Luft verwen- ist erheblich, wobei noch die Wartungs- und Unterhaldet
wird. tungskosten hinzutreten. Die Bereitstellung von bspw.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- durch Luftzerlegung gewonnenem Stickstoff in Druckzeichnet,
daß als Ausgangsgasgemisch aus der Ver- flaschen oder Flüssiggastanks (DE-OS 24 02 266) ist in
brennung von Kohle und/oder Kohlenwasserstoffen 25 dieser Hinsicht einfacher, aber meist teurer; auch beinherrührendes
Verbrennungsabgas verwendet wird. haltet sie wegen des Antransportes ein gewisses Versor-
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- gungsrisiko.
zeichnet, daß das Adsorptionsmittel gleichzeitig mit Außer durch Luftzerlegung ist es bekannt (GWF-
der Evakuierung der Ofenkammer oder der Schleu- Gas/ Erdgas 116 (1975) H. 9; Dechema Monographie 68
senkammerdesorbiertwird. 30 (1972) 225—238), Stizkstoff in der Weise zu gewinnen,
5. Schutzgasmdustrieofen zur Durchführung des daß Luft durch ein Adsorptionsmittel (zeolitische Mole-Verfahrens
nach einem der vn hergehenden An- kularsiebe) durchgeleitet und dabei die neben dem
spräche, mit einer zur Evak-iierung der Ofenkammer Stickstoff vorhandenen Gasbestandteile adsorptiv ent-
oder der Schleusenkammer diene1 Jen Unterdruck- zogen werden. Das mit den ausgeschiedenen Gasen bequelle,
dadurch gekennzeichnet, daß an die Ofen- 35 ladene Adsorptionsmittel muß periodisch desorbiert
kammer (1) oder die Schleusenkammer (11) ein mit werden, wozu bei diesen großtechnischen Verfahren ein
dem Ausgangsgasgemisch gespeister Adsorber (4) ganz erheblicher Aufwand erforderlich ist Regelmäßig
angeschlossen ist, der in an sich bekannter Weise ein wurden zu diesem Zwecke zwei Adsorptionsmittelbefür
die neben dem Stickstoff in dem Ausgangsgasge- hälter verwendet, die taktweise adsorbieren und desormisch
enthaltenen Gasbestandteile spezifisches Ad- 40 biert wurden.
sorptionsmittel enthält und daß der Adsorber (4) Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen
über ein Steuerventil (7) mit der zur Evakuierung Weg zu weisen, der es gestattet, die zum Atmosphären-
der Ofenkammer (1) oder der Schleusenkammer (11) wechsel benötigte Stickstoffmenge mit geringem appa-
dienenden Unterdruckquelle (9) verbunden ist und rativem Aufwand preisgünstig im Bereiche des Indu-
daß die in dem Adsorber (4) abgetrennten Gasbe- 45 strieofens selbst zu erzeugen.
standteile unmittelbar durch die Unterdruckquelle Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem erfindungs-
(9), unter Regeneration des Adsorptionsmittels, de- gemäßen Verfahren derart vorgegangen, daß einem
sorbierbar und absaugbar sind. stickstoffhaltigen Ausgangsgasgemisch bei der Durch-
6. Industrieofen nach Anspruch 5, dadurch ge- leitung durch ein Adsorptionsmittel die neben dem
kennzeichnet, daß der Adsorber (4) zwischen der 50 Stickstoff vorhandenen Gasbestand teile adsorptiv ent-Ofenkammer
(1) oder der Schleusenkammer (11) zogen und die vorher evakuierte Ofenkammer oder eine
und einem Flutventil (6) in der Ausgangsgasgemisch- Schleusenkammer mit dem so gewonnenen Stickstoff
zuleitung (5) liegt. geflutet wird und daß anschließend das Adsorptionsmit-
7. Industrieofen nach Anspruch 5 oder 6, dadurch tel unmittelbar durch die zur Evakuierung der Ofengekennzeichnet,
daß die Unterdruckquelle (9) mit 55 kammer dienende Unterdruckquelle unter Entfernung
der Ofenkammer (1) oder der Schleusenkammer (11) der abgetrennten Gasbestandteile durch Unterdruckdeüber
eine zu dem Adsorber (4) parallelliegende, ven- sorption regeneriert wird.
tilgesteuerte Leitung (12) zusätzlich verbunden ist, Dabei kann als Ausgangsgasgemisch Luft (N2/O2)
über die die Luft aus der Ofenkammer (1) bzw. der oder aus der Verbrennung von Kohle und/oder Kohlen-Schleusenkammer
(11) absaugbaF ist. 60 Wasserstoffen herrührendes Verbrennungsabgas
8. Industrieofen nach einem der Ansprüche 5 bis 7, (N2ZCO2) verwendet werden. Besonders einfache Verdadurch
gekennzeichnet, daß der Adsorber (4) auf hältnisse ergeben sich, wenn das Adsorptionsmittel
der Stickstoffseite über eine ventilgesteuerte Lei- gleichzeitig mit der Evakuierung der Ofenkammer oder
tung (16) mit einem Stickstoffvorratsbehälter (17) der Schleusenkammer desorbiert wird.
verbunden ist. 65 Das neue Verfahren geht von der Erkenntnis aus, daß
für die hier infragekommenden Mengen der Stickstoff
in einfacher Weise aus ohnehin zur Verfügung stehenden Ausgangsgasgemischen gewonnen werden kann,
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|---|---|---|---|
| DE2844167A DE2844167C2 (de) | 1978-10-10 | 1978-10-10 | Verfahren zur Erzeugung einer Stickstoff-Schutzgasatmosphäre in einer Ofenkammer und Schutzgasindustrieofen zur Durchführung dieses Verfahrens |
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