DE4132218A1 - Verfahren und vorrichtung zur reinigung und rueckfuehrung von gasen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur reinigung und rueckfuehrung von gasen

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reini­ gung und Rückführung von Gasen, die einer Anlage, vor­ zugsweise einer Anlage zur Metallpulver-Herstellung oder einer Anlage zur Kompaktierung von Metallpulver, unter erhöhtem Druck zugeführt werden und diese Anlage mit niedrigerem Druck wieder verlassen, indem das Gas in einem Kreislauf geführt wird, in welchem sich Filter zur mechanischen und/oder chemischen Reinigung der Gase und Mittel zur Druckerhöhung des Gases befinden. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.
Aus der europäischen Patentanmeldung 1 67 914 ist eine Anlage zur Metallpulver-Herstellung bekannt, die mit einem Gas Recyclingsystem ausgerüstet ist. Um die gereinigten Gase auf den für die Metallverdüsung erfor­ derlichen Druck (zwischen 8 und 160 bar) zu bringen, ist ein mehrstufiger Kompressor notwendig. Der Aufwand für diese Kompressoreinheit ist in bezug auf Investitions- und Betriebskosten insbesondere dann relativ hoch, wenn die zu reinigenden und zurückzuführenden Gase auf Drücke gebracht werden müssen, die den Wert 40 bar überschrei­ ten.
Eine weitere europäische Patentanmeldung 258 487 be­ schreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung, welches das die Anlage verlassende Betriebsgas nach seiner Reinigung durch Anwendung von flüssigem Stickstoff verflüssigt. Das verflüssigte Gas wird anschließend über eine Hochdruck­ pumpe einem Verdampfer zugeführt, geht in diesem Verdamp­ fer wieder in die Gasphase über und wird zur Anlage zurückgeführt.
Im Betrieb der oben genannten Verfahren und Vorrichtungen hat sich mit Nachteil herausgestellt, daß die für solche Einsatzzwecke üblichen Verdichter zum einen nicht nach vakuumtechnischen Kriterien ausgelegt sind und somit die Gefahr der Sauerstoffaufnahme im Betriebsgas, beispiels­ weise Argon besteht. Zum anderen sind diese Verdichter ein erheblicher Kostenfaktor.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Verdichter sowie auch die Flüssiggaspumpe zum Transport des verflüssigten Betriebsgases aus einem Zwischenbehälter zu umgehen, beziehungsweise zu eliminie­ ren und eine in bezug auf die Investitionskosten weniger aufwendige Lösung zu schaffen.
Diese Lösung der obigen Aufgabe wird dadurch erreicht, daß das verflüssigte Gas in einen verschließbaren Zwi­ schenspeicher überführt wird und in diesem Speicher eine Heizeinrichtung vorgesehen ist, mittels der die Gastempe­ ratur und somit der Gasdruck so weit erhöht wird, bis das flüssige Betriebsgas über die Druckerhöhung in den Flüssiggas-Speicher überführt wird.
Mit Vorteil wird durch das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung eine erhebliche Kosteneinsparung und Vereinfachung der Anlage sowie eine verbesserte Regelbar­ keit des Verdüsungsdrucks erreicht.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines in der einzigen Figur schematisch darge­ stellten Ausführungsbeispieles erläutert werden.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Anlage, der das Betriebsgas unter hohem Druck zuzuführen ist und aus der das Gas mit niedrigerem Druckaustritt, mit 1 bezeichnet. Beispielsweise kann es sich um einen Turm handeln, welcher der Verdüsung flüssiger Metalle zur Herstellung eines Metallpulvers dient, oder um eine isostatische Pulverpresse. Bei der Herstellung von Pulver wird Hochdruckgas (zwischen 8 und 160 bar) über eine Düse, die sich im Turm 1 befindet, eingeleitet. In der Düse wird wird die abtropfende Schmelze mit dem Gas verdüst. Die Schmelzwärme des Metalle wird dabei an das Gas abgegeben. Einzelheiten sind, da Metallverdüsungsan­ lagen dieser Art an sich bekannt sind, nicht dargestellt. Das heiße und mit Metallpulververunreinigungen beladene, den Verdüsungsturm 1 verlassende Gas strömt in ein Filtersystem F, das aus einem Zyklon 2, einem Gaskühler 3, einem Zyklontaschenfilter 4 sowie einem Feinfilter 5 besteht. Die beschriebenen Elemente 2 bis 5 sind den Erfordernissen der jeweiligen Anlage 1 anzupassen.
Wesentlich ist, daß das Betriebsgas, bei Metallverdü­ sungsanlagen vorzugsweise Argon, nach dem Verlassen des Filters 5 staubfrei vorliegt.
Dem Filtersystem schließt sich eine Coldbox C an. Diese besteht aus einem Vorkühler 6, einem Kondensator 7 und einem Zwischenspeicher 8 mit einer elektrischen Heizung 9. In dem Kondensator 7 befindet sich flüssiger Stick­ stoff LN2. Die Höhe des LN2-Flüssigkeitsstandes ist derart geregelt, daß sich der Kondensatoreinsatz 12 unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche befindet. Der Zwischenspeicher 8 für das flüssige Argon ist so dimen­ sioniert, daß die gesamte Argonmenge, die während einer oder auch mehrerer Verdüsungsvorgänge anfällt, im Zwi­ schenspeicher 8 gespeichert werden kann. Der Speicher 8 ist mittels der beiden Ventile 10, 11 absperrbar, so daß durch die elektrische Heizung 9 der Druck im Zwischen­ speicher 8 erhöht werden kann.
Nach dem Öffnen des ausgangsseitigen Ventils 11 gelangt das flüssige Betriebsgas über die Leitung 13 in den Flüssiggasspeicher 14. Nach dem Ende der Überführung des Flüssiggases in den Speicher 14 wird das ausgangsseitige Ventil 11 am Zwischenspeicher 9 geschlossen.
Aus dem Speicher 14 wird das flüssige Betriebsgas mittels der Hochdruckpumpe 16 über die Leitung 15 entnommen, auf das entsprechende Druckniveau gebracht und dem Verdampfer 17 zugeführt. In dem Verdampfer 17 wird das Gas bei hohem Druck in den gasförmigen Zustand überführt und anschlie­ ßend in dem Hochdruckspeicher 18 gespeichert. Aus dem Speicher 18 wird das Gas durch die Leitung 19 nach Bedarf der Anlage 1 wieder zugeführt.
Der Verdüsungsdruck des Betriebsgases im Turm liegt üblicherweise etwa bei Atmosphärendruck, kann aber auch bei höheren Drücken liegen. Der minimale Druck, bevor z. B. Argon fest wird, liegt bei 700 mbar. Es besteht also eine nutzbare Druckdifferenz von min. 300 mbar zur Überbrückung des Druckverlustes über dem Filtersystem F zur Verfügung. Durch Regelung des LN2-Druckes im Kon­ densator 7 kann der Druck im Kondensator 7 stabil auf einen Wert zwischen 750 mbar und Verdüsungsdruck einge­ stellt werden. Der Druck des flüssigen Betriebsgases bis zum Eintritt in die Pumpe 16 liegt zweckmäßigerweise zwischen 1 und 1,5 bar absolut. In der Hochdruckpumpe 16 wird das flüssige Gas auf bis zu 400 bar verdichtet. Vom Hochdruckspeicher 18 wird das Betriebsgas mit vorzugs­ weise 20 bis 25 bar in den Verdüsungsturm 1 eingelassen, wo es auf Atmosphärendruck entspannt.
Bezugszeichenliste
 1 Verdüsungsturm, Anlage
 2 Zyklon
 3 Gaskühler
 4 Zyklontaschenfilter
 5 Feinfilter
 6 Vorkühler
 7 Kondensator
 8 Zwischenspeicher
 9 Heizung
10 Ventil
11 Ventil
12 Kondensatoreinsatz
13 Leitung
14 Flüssiggas-Speicher
15 Leitung
16 Hochdruckpumpe
17 Verdampfer
18 Hochdruck-Speicher
19 Leitung
F Filtersystem
C Coldbox

Claims (4)

1. Verfahren zur Reinigung und Rückführung von Gasen, die einer Anlage (1), zum Beispiel einer Anlage zur Metallpulverherstellung oder zur Kompaktierung von Metallpulver, unter erhöhtem Druck zugeführt werden und diese Anlage (1) mit niedrigerem Druck wieder verlassen, indem das Gas in einen Kreislauf geführt wird, in welchem sich Filter (2 bis 5) zur mechanischen und/oder chemischen Reinigung der Gase befinden, das die Anlage (1) verlassende Betriebsgas nach seiner Reinigung durch Anwendung von flüssigem Stick­ stoff verflüssigt und anschließend in einen Flüssiggas-Speicher (14) überführt wird, das verflüssigte Gas über eine Hochdruckpumpe (16) einem Verdampfer (17) zugeführt wird und das in dem Verdampfer (17) in die Gasphase übergehende Gas zur Anlage (1) zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das verflüssigte Gas in einen verschließbaren Zwischenspeicher (8) überführbar ist, in welchem eine Heizeinrich­ tung (9) vorgesehen ist, mittels dieser die Gastemperatur und somit der Gasdruck in dem Zwischenspeicher (8) so weit erhöhbar ist, bis das flüssige Betriebsgas über die Druckerhöhung in den Flüssiggas-Speicher (14) überführbar ist.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Reinigung und Rückführung von Gasen zu einer Anlage (1), dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zwischenspeicher (8) zwischen einem Kondensator (7) und dem Flüssiggas-Spei­ cher (14) angeordnet ist.
3. Vorrichtung gemäß den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenspei­ cher (8) eingangs- und ausgangsseitig mit je einem Ventil (10,11) versehen ist.
4. Vorrichtung gemäß den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (9) als elektrische Heizeinrichtung ausgeführt ist.
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