Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren
zur Entfernung von kontaminierten Flüssigkeiten und Gasen
aus Ölen. Die kontaminierten Flüssigkeiten haben gewöhnlich
einen hohen Dampfdruck relativ zu dem Öl und können entweder
als eine getrennte flüssige Phase vorhanden sein oder in
dem Öl gelöst sein. Die kontaminierten Gase sind gewöhnlich
in dem Öl gelöst.
Hintergrund der Erfindung
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Öle, die in Berührung mit relativ kleinen Mengen einer
kontaminierten Flüssigkeit, wie Wasser, sind, werden die
Flüssigkeit bis zu ihrer Sättigungsgrenze in dem Öl lösen
und absorbieren. Ein Ubermaß der kontaminierten Flüssigkeit
über die Fertigung hinaus wird in der Bildung einer
getrennten flüssigen Phase innerhalb des Öls resultieren. Wenn die
Flüssigkeit Wasser ist, dann wird der Begriff des freien
Wassers für eine Beschreibung dieser zweiten flüssigen
Phase benutzt.
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Ein Öl, das in Kontakt mit Gasen (unter Einschluß von
Wasserdampf) ist, löst diese Gase generell in
Übereinstimmung mit dem Gesetz von Henry.
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Die gelösten Flüssigkeiten und Gase können beide Probleme
mit Ölen und mit Ausrüstungen in Berührung mit den Ölen
schaffen.
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Die hauptsächliche Verunreinigung in einem Schmiermittel
und in Robbenolen ist Wasser. Wasserstoffsulfid, Sauerstoff,
Kohlenwasserstoffe und andere organische Verbindungen, wie
bspw. Alkohole, Aldehyde und Ketone, können jedoch durch
die Öle gelöst und absorbiert werden und können mit diesen
Ölen auch getrennte Phasen bilden.
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Es existieren verschiedene Mechanismen, durch welche
Verunreinigungen die Schmieröle gegensätzlich beeinflussen. Wenn
die vorstehend angegebenen Verbindung durch Öl absorbiert
werden, dann wird bspw. die Ölviskosität verringert und
gegensatzlich beeinträchtigt und dies beeinträchtigt die
Fähigkeit des Öls bei der Schmierung der Bewegungs- oder
Lagerflächen in Maschineneinrichtungen. Die Veränderung der
Ölviskosität führt normal zu einer Verringerung der Dicke
des schützenden Schmierölfilms auf der Maschinenoberfläche,
sodaß der Kontakt Metall auf Metall vergrößert wird. Dies
führt zu hohen Verschleißraten und einer ungenügenden
Maschinenleistung.
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Zusätzlich zu den Viskositätswirkungen bewirken Wasser und
saure Gase, wie bspw. Wasserstoff, Sulfid und
Wasserstoffcyanid, eine Korrosion der Oberflächen, die sie berühren.
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Die Partikel der Korrosionsprodukte lösen sich von den
Metalloberflächen ab und vergrößern den Verschleiß durch
einen Abrieb der Metallflächen.
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Wasser und flussige Gase können auch eine Erosion der
Metallflächen durch andere Mechanismen bewirken. Diese
Erosion wird an den Metallflächen durch die rasche
Verdampfung bewirkt, die auftreten kann, wenn sich das
Schmieröl, welches die flüchtigen Gase enthält, erwärmt, sobald es
durch die Lager, Zahnräder und andere hoch beanspruchte
Flächen hindurch- und vorbeigeht und eine plötzliche
Verdampfung bewirkt. Die resultierende rasche Erhöhung der
Ölund Gasgeschwindigkeit an den Oberflächen vorbei bewirkt
die Erosion. Diese wird oft als Kavitation bezeichnet.
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Transformatoröle sind meistens durch das Wasser verschmutzt,
welches gewöhnlich als ein Gas eintritt und in dem Öl
absorbiert wird. Das absorbierte Wasser verringert die
dielektrische Konstante des Öls, was zu Störungen innerhalb
des Transformators führt und im Extremfall zu einer
Explosion als Folge eines Lichtbogens und einer Verdampfung der
Transformatorf lüssigkeiten führt.
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Hydrauliköle sind meistens durch das Wasser verschmutzt,
das auch als Wasserdampf normal in die Lagerbehälter
eintreten kann. Dieses gelöste Wasser verursacht gewöhnlich
eine Korrosion innerhalb des Hydrauliksystems.
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Speiseöle, welches normal Pflanzenöle sind, enthalten
gelöstes Wasser. Das Wasser tritt in das Öl während des
Extraktionsprozesses von der Pflanze und während der
Öllagerung ein, wo Wasserdampf aus der Luft in das Öl
kondensiert. Das Öl, gelöstes Wasser und freies Wasser enthalten
alle gelösten Sauerstoff. Das Wasser in dem Öl erlaubt es,
daß der Sauerstoff auf das Öl einwirkt und eine Oxidation
bewirkt und daher ein Ranzigwerden des Öls, wodurch es als
ein Nahrungsmittel verdorben wird. Aus diesem Grund werden
gewöhnlich Antioxidationsmittel den Speiseölen zugesetzt.
Diese Antioxidationsmittel sind chemische Mittel, die zu
einer Blockierung der Oxidationstätigkeit des Sauerstoffs
und/oder des Wassers an oxidierbaren Fraktionen des Öls
neigen. Ohne diese Antioxidationsmittel würden Speiseöle
rasch verderben und werden unbrauchbar für den menschlichen
Verbrauch.
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Wasser ist der hauptsächliche Schadstoff, der aus Ölen zu
entfernen ist, um die vorbeschriebenen Probleme zu
überwinden. Wasser kann in den verschiedenen Kombinationen der
folgenden Formen vorhanden sein:
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Freies Wasser, welches als eine von dem Öl getrennte Phase
vorhanden ist und sich als solches beim Stehen abtrennt.
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Emulgiertes Wasser, welches obwohl als eine getrennte Phase
vorhanden so fein dispergiert ist, daß die Oberf
lächenspannungskräfte nicht genügend groß sind, um ein freies Absetzen
des Wassers beim Stehen zu ermöglichen. Emulgiertes Wasser
kann gewöhnlich durch rein mechanische Mittel nicht
abgetrennt werden.
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Gelöstes Wasser, welches als eine Lösung innerhalb des Öls
vorhanden ist. Es ist ein integrierter Teil der Ölphase und
kann nicht durch mechanische Mittel entfernt werden (also
durch ein Stehen, ein Filtrieren oder ein Zentrifugieren)
Gelöstes Wasser existiert bis zu der Sättigungsgrenze, die
mit dem Typ des Öls unter seiner Temperatur veränderlich
ist. Wenn einmal die Sättigungsgrenze erreicht ist, kann
das Öl kein weiteres gelöstes Wasser aufnehmen, und jeder
Uberschuß des Wassers erscheint als eine getrennte Phase
entweder als freies und/oder emulgiertes Wasser.
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Zusätzlich zu dem Wasser, welches aus der Absorption in das
Öl aus der gasförmigen Phase resultiert, können Öle durch
flüssiges Wasser verunreinigt werden, das in das Ölsystem
leckt, insbesondere in Hydraulik- oder Schmierölsystemen,
wo solche Systeme normal mit Kühlwasser gekühlt werden.
Wasser kann auch in diese Systeme eintreten, wo es aus der
Atmosphäre oberhalb des Öls kondensiert, insbesondere wo
die Öllagerbehälter in enger Nähe von Dampfturbinen oder
Dampfentlüftungen angeordnet sind. Diese Einrichtungen mit
einer groben Verschmutzung erfordern eine umfassende
Wasserentfernung, wenn ein katastrophaler Ausfall des
Schmierungssystems und des Maschinenparks vermieden werden soll,
welchen es schützt.
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Die Kontaminierungsmengen von Wasser können von wenigen
hundert Teilen je Million bis zu vielen tausend Teilen je
Million reichen, und einige Schmiersysteme können periodisch
eine grobe Verunreinigung mit bis zu 10 % Wasser in dem Öl
aufweisen.
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Der erwünschte Anteil von Wasser in dem Öl ist weniger als
der Sattigungsanteil für diese Temperatur. Die meisten
Schmieröle arbeiten bspw. in dem Tempberaturbereich von
30ºC bis 80ºC. Bei 30ºC beträgt ein typischer
Sättigungswasseranteil in dem Öl 100 ppm, während ein typischer
Sättigungswasseranteil bei 80ºC 500 ppm beträgt. Die meisten
Schmieröle ergeben jedoch ein überragendes Verhalten, wenn
die Wasseranteile weniger als 100 Teile je Million in dem
Öl betragen, welches an das Lager oder das Zahnrad
angeliefert wird. Ein Zahl von weniger als 50 ppm in der
Ölversorgung würde sicherstellen, daß sich das Öl in einem Zustand
befindet, wo es kein freies Wasser enthält und die Fähigkeit
besitzen wird, jedes flüssige Wasser zu absorbieren oder
jeden Wasserdampf, der mit dem Öl in Berührung kommt. Bei
diesen niedrigen Anteilen steht das Wasser nicht unmittelbar
zu einer Verursachung von Viskositätsänderungen in dem Öl
zur Verfügung oder zur Verursachung einer Korrosion oder
eines Erosionsschadens.
Stand der Technik
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Die kommerziell verfügbaren Dekontaminationstechniken
umfassen die Coalescers, Zentrifugen und Filter, die
vorgeben, freies Wasser zu entfernen. Die beiden ersten Angaben
können gelöstes oder emulgiertes Wasser nicht entfernen.
Filter, die kommerziell verfügbar sind, können außerdem
einiges Coaleszieren von freiem Wasser für die Entfernung
bewirken, sie können jedoch nicht gelöstes Wasser und
gelöste Gase entfernen und sind auch nur für die Entfernung
von festen Schmutzbelastungen wirksam.
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Vakuumdehydratoren können alle Formen von Wasser und
gelösten Gasen entfernen. Sie sind jedoch komplex, sperrig
und daher teuer. Es ist auch sehr schwierig, sie auf kleine
kompakte Systeme anzuwenden, und sie werden gewöhnlich auch
nur in großen komplexen Systemen als wertvoll angesehen.
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Zusammengefaßt ergibt der Stand der Technik Ausstattungen,
die Beschränkungen bezüglich des Ausmaßes der Entfernung
von Verunreinigungen ergeben, und alle Ausstattungen, mit
Ausnahme der Vakuumdehydratoren, entfernen nur freies
Wasser. Obwohl die Vakuumdehydratoren freies, emulgiertes
und gelöstes Wasser und gelöste Gase entfernen können,
haben sie den Nachteil einer Sperrigkeit, hoher Kosten und
eines niedrigen Wirkungsgrades.
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In dem Australischen Patent No. 71 431/81 wird von der
Shell Company die Lehre vermittelt, daß Robbenöle
regeneriert werden können durch eine Hindurchleiten eines
Inertgases im Gegenstrom zu dem Robbenöl entweder in einer
Bodenkolonne oder in einer Füllkörperkolonne bei einem
vorbestimmten Druck und Temperaturen, die von 20ºC bis
120ºC reichen. In dem US Patent No. 4 146 475 vermittelt
Forseland die Lehre einer Momenterhitzung der flüchtigen
flüßigen Verunreinigungen in Ölen, jedoch vermittelt er
keine Angaben für ein Träger- oder Abtreibgas für die
Entfernung der flüchtigen Komponenten.
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In dem US Patent No. 4 261 838 vermittelt Halleron die
ähnliche Lehre einer Momenterhitzung der
Kontaminierungskomponenten von erhitztem Öl unter einem Vakuum, jedoch
vermittelt er keine positive Abtreibeinrichtung für eine
physikalische Entfernung der flüchtigen Verunreinigungen.
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In dem US Patent No. 3 977 972 vermitteln Bloch und
Calwell die Lehre, daß Robbenöl dekontaminiert und dadurch
gereinigt werden kann durch sein Abtreiben in einer Trommel,
die mit Luft oder Stickstoff beliefert wird, welche unter
Druck hindurchgeblasen werden. Die volumetrischen Anteile
von Gas und Flüssigkeit bei den Daten, die von Bloch und
Calwell angegeben sind, die für das Erreichen ihrer
Zielsetzung benötigt werden, betragen grob zwischen 900:1 und
1800:1, während bei der vorliegenden Erfindung als Folge
ihres überragenden Verfahrens der Mischung und der
Temperatursteuerung dieses Verhältnis auf grob zwischen 3:1 und
9:1 verringert wird.
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In dem Australischen Patent No. 554 116 vermittelt Russo
die Lehre, daß Ölverunreinigungen entfernt werden können
durch die Verwendung von trockener Luft oder inertem Gas,
um die Verunreinigungen in einer Blitzkammer abzutreiben,
die mit Füllkörpern gefüllt ist, und obwohl eines seiner
vier Beispiele einen Einlaufmischer mit einer
Stickstoffpumpe enthielt, ist es offensichtlich, daß der
Einlaufmischer mit Pumpe keinen hohen Kontaktwirkungsgrad hatte,
weil es erforderlich war, für die Blitzkammer eine Füllung
zu verwenden, um einen genügenden Oberflächenbereich für
den Massentransfer zu schaffen.
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Die Regenerierungsprozesse, die im Stand der Technik
gelehrt wurden, leiden unter einem geringen Wirgungsgrad
und/oder unter einer Sperrigkeit im Vergleich zu dem
Verfahren und der Vorrichtung, die in dieser Patentanmeldung
beschrieben sind.
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Die Beschreibungen von Shell und Russo zeigen, daß
Bodenund/oder Füllkörperkolonnen bei ihren Prozessen benötigt
werden und daß eine Kontaktierung des Öls und der Luft oder
des Inertgases im Gegenstrom benötigt wird. Diese Erfindung
erfordert keine der vorerwähnten Bedingungen, da weder
Böden noch Füllkörper benötigt werden. Das hier beschriebene
Verfahren und die Vorrichtung ergibt eine Strömung der Luft
oder des Inertgases zusammen mit dem Öl.
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Die Beschreibung von Bloch und Calwell vermitteln die
Lehre, daß zwei bis vier sqfm Luft oder Inertgas je
Quadratfuß der gesamten Querschnittsfläche für Robbenölmengen von
1 Gallone pro Stunde benötigt werden. Dies erfordert
Verhältnisse der Strömung von Luft oder Inertgas zu der Ölströmung
von zwischen 900:1 und 1800:1, was zu vergleichen ist mit
den Verhältnissen der Strömung von Luft oder Inertgas zu
der Ölströmung von zwischen 3:1 und 9:1, welche mit der
vorliegenden Erfindung erreichbar sind. Alle vorerwähnten
Beschreibungen, die einen Abtreibungsprozeß benutzen,
machen es erforderlich, daß das Abtreibungsmedium Luft oder
Inertgas unter einem Druck oberhalb der Atmosphäre geliefert
wird, während die vorliegende Erfindung das Medium in den
Prozeß zieht.
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Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung gegenüber
dem Stand der Technik für Schmieröle besteht darin, daß die
Kombination der Eigenschaften eines Düsenkompressors und
einer Verweilkammer zu einer einzigen kompakten Komponente
in einer innigen Dispersion des Öls in die Gasphase
resultiert und sie in diesem Zustand über eine optimale Zeitdauer
beibehält, um einen maximalen Massen- und Wärmetransfer zu
versichern. Dadurch wird die wirksame Entfernung von winzig
kleinen, oberflächenaktiven Verunreinigungen ermoglicht,
die durch die thermische Zerlegung des Öls gebildet werden
und welche bei einem normalen Verlauf der Ereignisse in dem
Öl zurückgehalten werden würden und eine Emulgierung von
Wasser mit dem Öl bewirken. Im Gegensatz zu dem Stand der
Technik entfernt diese Erfindung nicht nur flüchtige
flüssige und gasförmige Verunreinigungen, sondern sie entemulgiert
auch das Öl durch eine Entfernung der oberflächenaktiven
Verunreinigungen.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgaben dieser Erfindung sind die Verbesserung des
Wirkungsgrades beim Mischen des Öls mit Inertgas oder
trockener Luft, die Eliminierung des Erfordernisses für die
Bereitstellung von Inertgas oder Luft unter einem Druck
oberhalb der Atmosphäre und die Verbesserung des
Wirkungsgrades des Prozesses, wenn bei dem Prozeß Wärmeaustauscher
verwendet werden. Selbst wenn alle vorstehenden Aufgaben
gelöst werden, verbleibt der Prozeß einfach und kompakt.
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Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren für die
Dekontamination von Öl bereitgestellt, bei welchem das Öl zum
Durchfluß durch eine Öldüse und hinein in eine Mischkammer
gebracht wird, wobei die Öldüse einen Durchmesser enger als
derjenige der Mischkammer hat; dadurch gekennzeichnet, daß
der Durchfluß des Öls hinein in die Mischkammer eine
Druckerniedrigung des Öls unterhalb des atmosphärischen Druckes
bewirkt; daß die Erniedrigung des Öldruckes den Entzug von
Gas durch einen Gaseinlaß hindurch in die Mischkammer
hinein bewirkt und in der Kombination mit dem Öl ein inniges
Gemisch von Öl und Gas bildet; wobei das innige Gemisch von
Öl und Gas dann in eine Verweilzeitkammer hinein fließt, in
welcher das Öl und das Gas für eine vorbestimmte Zeitdauer
bei einer erhöhten Temperatur gehalten werden.
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Diese Erfindung schafft eine einfache kompakte Komponente
(nachfolgend bezogen als eine
Düsenkompressor-Verweilzeitkammer), welche die Düsenkompressorfunktionen eines Saugens,
Mischens und Verdichtens mit einer Verweilzeitkammer
kombiniert. Bei dieser Anordnung zieht das Öl unter einer hohen
Geschwindigkeit das Inertgas oder die Luft in eine
Mischkammer innerhalb des Düsenkompressors hinein, wo das Öl und
das Inertgas oder die Luft innig gemischt werden unter
Anwendung hoher Scherkräfte, um einen homogenen Nebel von
Öltropfen in dem Gasstrom zu erzeugen. Der Mischkammer
folgt unmittelbar der Druckerholungsbereich des
Düsenkompressors, wo der Druck des Gemisches erhöht wird für einen
Eintritt in den Verweilzeitbereich der Vorrichtung. Es wird
hier eine Zeitdauer vorgegeben, um genügend Zeit für einen
Massen- und Wärmetransfer zwischen der feinen Dispersion
der Öltropfen und der umgebenden Luft- oder Inertgasphase
zu ermöglichen. Durch diese Einrichtung wird der
Wirkungsgrad für den Kontakt und das nachfolgende Abtreiben der
Verunreinigungsgase aus dem Öl gegenüber dem Stand der
Technik gemäß der Lehre von Russo stark verbessert.
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Das innige Gemisch von Öl und Gas geht vorzugsweise von der
Verweilzeitkammer zu einer Abtrennungstrommel über, von
welcher das Öl und das Gas getrennt freigegeben werden.
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Das Öl wird vorzugsweise erwärmt und auf einen vorbestimmten
Druck oberhalb des atmosphärischen Druckes erhöht, bevor es
in die Öldüse zugeleitet wird.
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Die Vorteile der Verwendung eines
Düsenkompressor/Verweilzeitrohres oder einer Kammer im Vergleich mit anderen
Mischvorrichtungen wie bspw. Füllkörperkolonnen oder
Blitzkammern bestehen darin, daß innerhalb des einen
Ausrüstungsgegenstandes ein Absaugen und eine Verdichtung des Abtreib-
Inertgases oder der Luft erreichbar ist sowie eine innige
Mischung des Inergases oder der Luft mit dem Öl, sodaß das
Wasser oder das Kontaminierungsgas in dem Öl rasch zu einem
Ausgleich mit dem Kontaminierungsgas oder dem Wasserdampf
in der Luft- oder Inertgasphase kommt. Die verwendete
Vorrichtung gibt die Sicherheit, daß die Ölphase innig und
frei dispergiert wird innerhalb der Luft- oder Inertgasphase,
wenn das Gemisch in die Verweilzeitkammer eintritt und
diese verläßt, während in der Freigabe- oder Blitztrommel
die Luft oder das Inertgas fein in der Ölphase dispergiert
wird mit Millionen von winzig kleinen Blasen bei jedem
Liter Öl. Dies ergibt einen Wirkungsgrad des Massentransfers
von Wasser oder Kontaminierungsgasen von dem Öl zu der
Inertgas- oder Luftphase von zwischen 95 % und 100 % in
einer einzigen kompakten Vorrichtung.
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Weil die Düsenkompressor-Verweilzeitkammer einen raschen
Wärme- und Massentransfer erreicht, können hohe Temperaturen
benutzt werden, um den Massentransfer zu vergrößern, wobei
das Öl nicht nachteilig beeinflußt wird, weil das Öl bei den
hohen Temperaturen nur für eine kurze Zeit verbleibt.
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Die Nutzbarmachung des Synergismus der beiden Wirkungen
(rascher Wärme/Massentransfer und Temperatur) ist nur
möglich wegen der primären Wirkungen, die aus der Benutzung
der Düsenkompressor-Verweilzeitkammer resultiert.
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Die Gestaltung gibt auch die Sicherheit, daß der Druck in
der Blitztrommel minimal gehalten wird, vorzugsweise unter
dem atmosphärischen Druck, um die Fähigkeit der Luft oder
des Inertgases zu vergrößern, den Schadstoff mit sich zu
tragen.
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Zu gleicher Zeit wird das Gas durch den
Düsenkompressorbereich der Vorrichtung eingezogen und verdichtet, sodaß Luft
oder Inertgas nicht aus einer Hochdruckquelle hinzugefügt
werden müssen, um das Mischen zu erreichen. Die Luft oder
das Inertgas können alternativ auch auf genügend hohe
Drücke verdichtet werden, sodaß das Öl in die Blitzkammer
bei einem ausreichenden Druck entlassen werden kann, damit
die nachfolgende Verarbeitung des Öls ohne das Erfordernis
für eine zweite Pumpe ermöglicht wird oder eine nachfolgende
Verarbeitung des angefeuchteten Gases ohne das Erfordernis
für einen Kompressor.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Damit die Erfindung klarer verstanden wird, wird nunmehr
Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, bei welchen
Fig. 1 Einzelheiten der Düsenkompressor-Verweilzeitkammer-
Komponente zeigt, während Fig. 2 ein Flußdiagramm ist und
die zusammengebaute Erfindung in ihrer einfachsten Form
zeigt, während Fig. 3 die zusammengebaute Erfindung in
einer komplexeren Form zeigt, hauptsächlich zur Vergrößerung
des thermischen Wirkungsgrades und zur Ermöglichung eines
innigeren Anbaus an einen komplexen Maschinenpark.
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Fig. 1 und die folgende Beschreibung definiert die
Ausführungsform der Düsenkompressor-Verweilzeitkammer-Komponente
gemeinsam für alle Ausführungsformen der gesamten Erfindung,
die durch die Fig. 2, 3, 4, 5 und 6 definiert wird, und
ihre Beschreibung folgt diesem Abschnitt. Öl unter hohem
Druck und hoher Temperatur tritt in dem Düsenkompressor 11
über die Öldüse 11a ein. Dies erzeugt einen
Niederdruckbereich an dem Luft- oder Inertgaseinlaßbereich 11b, sodaß
Luft oder Inertgas in den Düsenkompressor eingezogen werden.
Die Luft oder das Inertgas werden innig mit dem Öl gemischt,
während es durch die Mischkammer 11c und den
Druckerholungsbereich 11d des Düsenkompressors hindurchgeleitet wird. Die
feine Dispersion von Öltropfen in der Luft- oder
Inertgasphase wird in der Verweilzeitkammer 12 beibehalten. Diese
Kammer ist so bemessen, daß eine stabile Dispersion
beibehalten und eine ausreichende Verweilzeit geschaffen wird,
um sicherzustellen, daß Wärme- und Massentransferraten
erhalten werden, die einen Massentransfer von Wasser oder
Verunreinigungen von dem Öl zu der Luft- oder Inertgasphase
von 95 % bis 100 % erzielt wird. Praktisch gesehen erfordert
dies einen Querschnittsbereich, um eine Geschwindigkeit von
zwischen 0.5 und 21 m/sec erreichen zu lassen entsprechend
Verweilzeiten in der Kammer von 0.4 bis 0.03 Sekunden.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 2, 3, 4, 5 und 6 wird das Öl
aus dem Öllagerbehälter 1 über eine Leitung 2 zu einer
Pumpe 3 geführt, wobei die Pumpe bevorzugt eine Zahnradpumpe
ist, jedoch auch jede andere geeignete Pumpe für eine
Ölaufbereitung sein kann. Die Pumpe entläßt das Öl über
eine Auslaßleitung unter einem vorbestimmten Druck, der für
den Prozeß am wirksamsten ist und an einem Druckmeßgerät 4
angezeigt wird. Das Öl wird durch einen Filter 5 gefiltert,
der für eine Anpassung an die Schmutzbelastung und die
Qualität des Öls ausgewählt ist, das dekontaminiert werden
soll. Der Filter kann für eine Entfernung von festen
Partikeln in dem Bereich von 1 Mikron bis 300 Mikron ausgewählt
werden, obwohl ein Bereich der Partikelgröße von 10 bis 125
Mikrons mehr bevorzugt wird. Das hauptsächliche Ziel des
Filters ist eine Entfernung von Schmutzteilchen, die sonst
die nachfolgende Ausrüstung verschmutzen würden.
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Von dem Filter wird das Öl zu einem Wärmeaustauscher 6
geführt, der mit Dampf 8 beheizt wird, welcher in den
Austauscher über eine Regeldrossel 7 eintritt und ihn als
ein Kondensat über einen Dampfabscheider 9 verläßt. Der
Wärmeaustauscher kann alternativ elektrisch beheizt werden.
Das Öl wird von dem Wärmeaustauscher abgelassen und tritt
in einen Düsenkompressor 11 ein, wo seine Druckenergie quer
über eine Düse innerhalb des Düsenkompressors abgegeben
wird.
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Die Abgabe der Druckenergie in dem Düsenkompressor 11
bewirkt, daß Luft oder Inertgas aus einer Quelle 19 in die
Vorrichtung gezogen und innig mit dem Ölstrom gemischt
wird, der die Düse 11a verläßt. Die quer über die Düse
abgegebene Druckenergie beträgt vorzugsweise ein Minimum
von 420 kpa, jedoch kann sie so hoch sein, wie es praktische
Erwägungen diktieren (was gewöhnlich in der Größenordnung
von 1200 kpa ist). Das innig gemischte Öl und das Inertgas
oder die Luft werden aus dein Düsenkompressor in eine
Verweilzeitkammer entlassen, die unmittelbar neben dem
Düsenkompressor 12 angeordnet ist. Aus der Verweilzeitkammer
tritt das Öl/Gasgemisch in eine Freigabe-,
Abtrennungsoder Blitztrommel 14 ein. Diese Trommel wird normal unter
einem atmosphärischen Druck betrieben, um den Wirkungsgrad
der Entfernung des Kontaminierungsgases zu maximieren. In
der Abtrennungstrommel trennt sich die Gasphase von der
flüssigen Phase; das Inertgas oder die Luft, mit denen
Wasser und Kontaminierungsgase bis zu ihrem
Sättigungsniveau mitgetragen werden, und die Ölphase verlassen die
Trommel von dem Boden, der von seiner
Kontaminierungsbelastung verarmt ist. Die Gasphase verläßt das System über
einen Abzug 13. Innerhalb der Trommel ist ein
Temperaturmeßgerät 10, welches entweder für die Einstellung eines
automatischen Reglers zum Regeln des stromaufwärts angeordneten
Austauschers 6 verwendet wird oder von der Bedienungsperson
der Ausrüstung benutzt wird, um den Austauscherzustand
manuell einzustellen.
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Das Öl verläßt die Freigabetrommel über eine
Abdichtungsschleife 17, die so bemessen ist, daß eine Abdichtung der
Gasphase von der flüssigen Phase gesichert wird, sodaß nur
ein minimales Mittragen von Gas in die Ölphase zurück zu
dem Ölsumpf oder dem Reservoir stattfindet, wobei der
Durchmesser der Abdichtungsschleife genügend groß ist, um
zu ermöglichen, daß sich die Trommel selbst entleert ohne
die Unterstützung einer Pumpe.
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Um die Möglichkeit einer Siphonbildung der Dichtungsschleife
sowie des Mittragens von Gas auszuschalten, ist ein
Vakuumunterbrecher in der Ausbildung eines kleinen Rohres 16 von
dem oberen Ende der Abdichtungsschleife zurück zu dem Abzug
an der Abtrennungstrommel geführt. Um sicherzustellen, daß
sich die Abtrennungstrommel selbst entleert, ist ihre
Austrittsdüse 15 so angeordnet, daß sie sich in einem
minimalen Abstand oberhalb des Ölreservoirs befindet. Der
Abstand oberhalb des Reservoirs wird bestimmt unter einer
geeigneten Berücksichtigung der Viskosität, der Temperatur
und der Dichteeigenschaften des Öls sowie des Durchmessers
der Rücklaufleitung 18.
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Für größere Systeme, die sich an komplexe Schmier- und
ander Ölsysteme angliedern und wo eine Erholung der
Wärmeenergie gewünscht wird, werden eine Reihe von Hinzufügungen
ausgeführt, die es immer noch ermöglichen, daß der gesamte
Prozeß einfach gestaltet ist und nur eine bewegliche
Komponente verwendet, nämlich die Zulaufpumpe. Unter Bezugnahme
auf die Fig. 3 und 4 kann diese Integrierung und bessere
Nutzung der Wärmeenergie durch die Hinzufügung eines
Aufgabeabflußaustauschers 22 an der Abflußleitung 18 errreicht
werden.
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Ein Druckregelventil und ein Regler 20 an der Auslaßleitung
von der Abtrennungstrommel macht es möglich, daß der
Düsenkompressor einen ausreichenden Druck innerhalb der
Abtrennungstrommel aufbaut, um die Druckenergie zu liefern und
eine Strömung durch den Aufgabeabflußaustauscher hindurch
zu drücken und dadurch eine passende Regelung des Niveaus
in der Abtrennungstrommel beizubehalten. Das aktuelle
Niveau der Abtrennungstrommel wird durch einen Niveauregler
und ein Reglerventil 21 nahe der Trommel geregelt. Der
Betrieb der Abtrennungstrommel oberhalb des atmosphärischen
Druckes verringert den Wirkungsgrad des Prozesses bei der
Entfernung des Schadstoffes, jedoch wird er teilweise
kompensiert durch den thermischen Wirkungsgrad, der von dem
Aufgabeabflußaustauscher angeboten wird, wobei damit auch
die Ausrüstung kompakt und billig gehalten wird.
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Fig. 4 zeigt eine alternative Anordnung, bei welcher ein
zweiter Düsenkompressor zu der Auslaßleitung der
Blitztrommel hinzugefügt werden kann, wobei er zwischen dem
Aufgabeabflußaustauscher und dem Ölreservoir angeordnet ist.
Dieser Düsenkompressor, der durch die Benutzung der
Auslaßflüssigkeit von der einzigen Einlaufpumpe 3 betrieben wird,
zieht Öl von der Blitztrommel an und pumpt es zurück in das
Ölreservoir. Die Blitztrommel wird dabei unverändert durch
das Niveauregelventil im Niveau geregelt. In diesem Fall
kann die Blitztrommel jedoch bei atmosphärischem Druck
betrieben werden und behält den hohen Wirkungsgrad bei der
Entfernung der Schadstoffe bei, der bei niedrigem Druck
erreichbar ist. Ein hoher Wirkungsgrad findet bei niedrigem
Druck deshalb statt, weil der Dampfdruck der Verunreinigung
niedrig ist, und dies erleichtert den Massentransfer von
der Ölphase zu dem Inertgas oder der Luft.
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Sollte es so erwünscht sein, das Inertgas wirtschaftlich zu
nutzen, dann kann es in einer geschlossenen Schleife wie in
Fig. 5 gezeigt geführt werden, sodaß die Schadstoffe an dem
Abzug aus der Blitztrommel herauskondensiert werden durch
ein Kondensieren gegen ein Kühlwasser oder ein Kältemittel 25
in einem Wärmeaustauscher 24, wobei die kondensierten
Schadstoffe in der Abtrennungstrommel 26 für kondensierte
Schadstoffe entfernt werden. Die Kontaminierungsflüssigkeit
wird durch einen automatischen Abfluß 27 hindurch entleert,
und das Überkopf-Trockengas wird zu dem Gaseinlaß des
Düsenkompressors 11 geführt, sodaß es kontinuierlich im
Kreislauf geführt werden kann. Durch diese Maßnahmen wird
die Menge des benötigten Inertgases stark verringert, was
von großem Vorteil ist, wenn das Inertgas, gewöhnlich
Stickstoff, teuer ist. Diese Ausführung der Erfindung
benötigt eine zweite Pumpe 28, die einen Betrieb des
Düsenkompressors erlaubt, sodaß die Abtrennungstrommel unter
Vakuumbedingungen gehalten wird, um zu ermöglichen, daß der
Wirkungsgrad des Mittragens von Verunreinigungen durch das
zirkulierende Gas weiter vergrößert wird und damit der
Wirkungsgrad der Entfernung von schwierig zu entfernenden
Verunreinigungen, wie bspw. Kohlenwasserstoffen mit einem
hohen Siedepunkt, verbessert wird.
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Fig. 6 zeigt eine Anordnung mit einer zweiten Pumpe 28, um
das dekontaminierte Öl zurück zu dem Reservoir zu bringen.
In diesem Fall wird eine Zahnradpumpe benutzt, die eine
Kapazität etwas größer als die Einlaufpumpe 3 hat. Diese
Anordnung erfordert nicht den in den Fig. 4 und 5 gezeigten
Niveauregler und das Ventil 21. Die Fig. 6 zeigt auch einen
Wärmeaustauscher 30 für eine Erwärmung der Luft oder des
Inertgases für eine Verbesserung des Wirkungsgrades des
Wärmetransfers zu der Luft oder dem Inertgas und zur
Ermöglichung einer Verringerung der Öltemperatur, wenn
temperaturempfindliche Öle dekontaminiert werden.
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In allen Fällen wird bevorzugt, daß die Ausbildung der
Ausrüstung aus nichtkorrodierenden Materialien besteht, wie
aus rostfreiem Stahl, um sicherzustellen, daß nicht auch
die Ausrüstung zu einer Kontaminierungsbelastung des
Ölsystems beiträgt.