專利名稱：非破壞地壓縮活潑氣體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般來說涉及工業(yè)過程中的氣體處理，而具體來說涉及易受熱或催化分解的氣體，例如臭氧的壓縮。
氣體的壓縮產(chǎn)生壓縮熱，它使得氣體的溫度增加。通常去除這種熱的方法是將被壓縮氣體通過一個冷卻或冷凍的介質(zhì)的容器交換熱量的后冷卻器。有些氣體不穩(wěn)定，而且由于壓縮過程使溫度增加而被分解。
臭氧氣體被用于許多工業(yè)工藝過程，臭氧是通過臭氧發(fā)生器從空氣和氧氣中產(chǎn)生的，其濃度可一直到大約在空氣和氧氣的載氣中臭氧占重量的15%。臭氧發(fā)生器通常都是在小于15(磅/吋2)的壓力下產(chǎn)生臭氧，以便減少發(fā)生設(shè)備的投資費，并保持臭氧發(fā)生的高效率。
低壓臭氧適用于許多過程，但許多現(xiàn)代技術(shù)需要較高壓力的臭氧。同樣，很多技術(shù)還需要適合各種載氣如空氣、氮氣和氧氣高濃度臭氧。
用通常購得的往復(fù)式壓縮機或離心壓縮機壓縮臭氧導(dǎo)致了對臭氧的絕熱加熱，從而使一部分臭氧被熱分解。通過冷卻這些壓縮機的工作部件，或在各階段之間設(shè)置中間冷卻器并為被壓縮過的氣體設(shè)置后冷卻器，可以避免大部分的臭氧熱分解。然而這些措施會大大增加這些壓縮機的費用;而部分的措施仍會導(dǎo)致臭氧的大量損失，以致于不可接受。
需要壓縮臭氧的一個技術(shù)實例是對稠度低于大約45%的木漿進行漂白。用于低到中等稠度如直到大約18%的稠度的木漿進行漂白的典型的系統(tǒng)可能要求臭氧壓力在30到200(磅/吋2)之間，以便使臭氧與木漿有效地接觸或者使臭氧在木漿的液體中有效地溶解。因此，可以預(yù)料在多種技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)并且將會不斷開發(fā)出大量的、要求含壓縮臭氧氣體的生產(chǎn)過程。
一種液體環(huán)壓縮機可能可以用于壓縮熱活潑的氣體。這種壓縮機使用一種液體，將它作為壓縮機殼體與旋轉(zhuǎn)葉片之間的內(nèi)密封劑。這種液體通過離心作用形成一個靠在壓縮機室壁上的環(huán);也可以充滿和倒空徑向偏置的葉輪上的葉片之間的空間，該液環(huán)也可用作對被壓縮氣體的壓縮劑，壓縮熱可以很容易地由氣體傳給液體，使得液環(huán)壓縮機能近似地進行等溫操作。這就抑制了被壓縮氣體的熱分解并使液環(huán)的蒸氣壓力相應(yīng)增加。這種液體的量可能會隨被壓縮的氣體一起排出，故對連續(xù)操作來說，必須加以補充。
在臭氧和一些其它氣體的情況下，只抑制熱分解還不足以保存被壓縮的臭氧。因為臭氧非常活潑，它還會由于與液環(huán)的液體反應(yīng)而被消耗或分解。臭氧甚至還會與水進行資料已公開的各種反應(yīng)。一篇論述這些反應(yīng)的文章的細節(jié)是Weiss.J.的“臭氧與水的反應(yīng)”，出自Transaction of the Faraday Society，31，668、(1935)，本文結(jié)合參考。
由于臭氧是一種昂貴的氣態(tài)試劑，它的任何可測量到的損失都應(yīng)加以避免。因此，隨著對高壓臭氧不斷地增加的技術(shù)上的需求，對非破壞壓縮過程的需求就變得更加迫切了。
以上敘述了公認(rèn)的存在于現(xiàn)有裝置和方法中的種種的局限性。因此，很明顯，提供一種替換物來克服一個或多個前述的這些局限性將會是有利的。所以，下文提供了一種適合的替換物，并更全面地揭示了其特性。
本發(fā)明的一個方面，是提供了一種非破壞地壓縮一種活潑氣體的方法，它包括使用一種將一種液體作為內(nèi)密封劑和/或壓縮劑的壓縮機，該液體是一種被冷卻的液體，基本上是不促進活潑氣體分解的反應(yīng)劑;將活潑氣體輸入該壓縮機的入口;并且從壓縮機出口來提取被壓縮過的活潑氣體，以便用于隨后的工藝過程。
本發(fā)明的前述的和其它的方面，從下面的詳細地描述中，并結(jié)合附圖的特征一起考慮時，將會更加清楚。


圖1是本發(fā)明的一個包括一種液體密封劑和/或壓縮劑的壓縮機的象征性的表示;
圖2是一個表示一個液體分離器加入該系統(tǒng)的示意圖;
圖2a是一個如圖2一樣的圖，只是增加了一個加酸閥門;
圖3是一個在圖2所示系統(tǒng)中增加了一種液體冷卻裝置的系統(tǒng)的示意圖;和圖3a與圖3一樣，只是增加了一個加酸閥門。
圖1所示是一個使用一種液體作為密封劑或壓縮劑的壓縮機100的示意圖。根據(jù)對本裝置的設(shè)計，它有圓筒形氣缸，其中有與中心偏置的轉(zhuǎn)子，或者具有橢圓形氣缸，其中有位于中心的轉(zhuǎn)子。在這種液環(huán)式的壓縮機100中，液體是由入口管115加入的，液體與氣缸的形狀一樣，形成一個會聚的環(huán)狀物，此環(huán)狀物在轉(zhuǎn)子的每一轉(zhuǎn)中都從氣體入口210到氣體出口230壓縮氣體。在壓縮機100使用將一種由壓縮機入口管115加入的液體僅作為密封劑的情況下，當(dāng)液體密封劑被用于防止在每對壓縮瓣/槽之間的滲漏時，氣體通過咬合的瓣和槽正向地移動。這種壓縮機可從各種商業(yè)渠道得到。
根據(jù)本發(fā)明的方法壓縮臭氧，該液體密封劑和/或壓縮劑必須是不與臭氧發(fā)生反應(yīng)的。如果當(dāng)?shù)氐乃泻袝纸獬粞醯囊恍┰兀敲磳γ芊鈩┗驂嚎s劑液體的最好選擇可以是去離子的或脫了鹽的沒有與臭氧發(fā)生反應(yīng)的金屬離子和其它化合物的水。臭氧甚至還會以各種機理與純水發(fā)生反應(yīng)，典型的反應(yīng)有
由于這些反應(yīng)是通過不穩(wěn)定的中間物氫氧根離子和多氧化物進行的，因此，這種與水的反應(yīng)將會繼續(xù)進行，一些水將轉(zhuǎn)化成氧，為了抑制臭氧與水的反應(yīng)，通過加入無機酸如H2SO4，將水的pH值調(diào)整到一個小于約7的值，優(yōu)選是在2-3的范圍。這就減少了臭氧在水中的分解。
在液環(huán)中的少量液體隨被壓縮的臭氧通過排出口230排出。因此，必須定量供給液體供應(yīng)管115一定數(shù)量的經(jīng)適當(dāng)冷卻和緩沖的去離子水或脫鹽水，這樣才能做到定期補充失去的液體。該方法可用于紙漿漂白操作，其中少量的水將與紙漿液混合。
圖2示出了一個實施本發(fā)明方法的系統(tǒng)，它包括一個液體分離裝置40。臭氧通過入口210送進壓縮機100，被壓縮，然后通過排出管230到氣體分離器40，在分離器中壓縮過的臭氧與被夾帶的水分開。壓縮過的臭氧通過管45被排出，用于紙漿漂白或其它工藝過程。被分離的液體通過回流管50被排出，并經(jīng)液體供應(yīng)連接管118返回壓縮機100。如果需要，可將補充被冷卻的和/或pH值被調(diào)整過的和/或經(jīng)緩沖的去離子或脫鹽了的水通過閥150加入回流管50中，以補充可能是由系統(tǒng)中的反應(yīng)所消耗的或以飽和蒸氣的形式從壓縮機排出所損失的水。
圖2a示出了一個類似于圖2所示的系統(tǒng)，其中所不同的只是增加了通過閥140供給酸，以控制并保持循環(huán)水的pH值恒定。
圖3示出了一個類似于圖2所示的系統(tǒng)，所不同的只是增加了冷卻裝置46，以便從來自液體分離器40的回流管42中提取熱量。同樣，補充冷卻的和/或pH值被調(diào)整了的和/或緩沖的去離子水或脫鹽的水經(jīng)閥150被加到管50的回流水中。該封閉的環(huán)路系統(tǒng)還可用于那些需要昂貴的非反應(yīng)液體作為液體壓縮劑或密封劑的壓縮活潑氣體的情況，因為其液體的損失是最小的。該系統(tǒng)用于臭氧/水系統(tǒng)甚至也改善了這種相對來說較為便宜的工藝過程的經(jīng)濟效益。
圖3a示出了一個與圖3所示相類似的系統(tǒng)，所不同的是增加了通過閥140供給酸，以控制并保持循環(huán)水的pH值恒定。
請注意圖2a和3a所示的系統(tǒng)允許用適當(dāng)質(zhì)量的自來水，因為通過所設(shè)置的酸供應(yīng)閥來降低pH值可以抑制不利反應(yīng)。
參考附圖所描述的過程的幾個實施方案僅提供了四種可能的用于壓縮臭氧和其它活潑氣體的優(yōu)選的實施方案。根據(jù)具體的應(yīng)用，氣體的反應(yīng)性、氣體的價格、要求的氣體壓力和流速，所要選擇的具體實施方案是相當(dāng)明確的。該過程能顯著地減少氣體的損失并提高氣體壓縮的效率。
權(quán)利要求
1.一種非破壞地壓縮一種活潑氣體的方法，其中包括下列步驟設(shè)置一壓縮機，它有用來壓縮所說氣體并在內(nèi)部密封所說的壓縮機的液體裝置，所說的液體裝置包括一種基本上無促進所說活潑氣體分解的反應(yīng)劑的液體；將所說的活潑氣體輸入所說壓縮機的進口；壓縮所說的活潑氣體；和提取從所說壓縮機出口出來的被壓縮的熱活潑氣體以便用于隨后的工藝過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所說的活潑氣體是臭氧而所說的液體是水，其中所說水的pH值被調(diào)整到小于7。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所說的活潑氣體是臭氧而所說的液體是去離子水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所說的活潑氣體是臭氧而所說的液體是脫鹽水。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所說的去離子水的pH值被調(diào)整到小于7。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所說的脫鹽水的pH值被調(diào)整到小于7。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括步驟使用分離裝置，該分離裝置與壓縮機的排出管相連，其目的在于將被壓縮的活潑氣體與任何可能是與所說被壓縮活潑氣體一道被帶出壓縮機的液體分離。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包括步驟提供對從所說被壓縮活潑氣體中分離出來的液體進行冷卻的裝置，所說的冷卻裝置與所說的分離裝置的液體排出管相連，并包括一個熱交換器，用來提取由被壓縮活潑氣體傳遞給了液體的壓縮熱。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包括步驟將液體從所說的分離裝置送回到所說壓縮機。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，還包括步驟將冷卻過的液體從所說的冷卻裝置送回到所說壓縮機。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括步驟提供將補充液體加入到所說壓縮機的裝置，其目的在于補充那些與排出所說壓縮機的被壓縮的熱活潑氣體一道被帶出壓縮機的液體。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括步驟把補充液體加入到來自所說分離裝置的所說液體，以便補充工藝過程中的液體損失;和把來自所說分離裝置的所說液體的pH值調(diào)整到小于7。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，還包括步驟把補充液體加入到來自所說分離裝置的所說液體，以便補充工藝過程中的液體損失;和把來自所說分離裝置的所說液體的pH值調(diào)整到小于7。
全文摘要
一種非破壞地壓縮一種活潑氣體如臭氧的方法，在一臺壓縮機中使用一種液體作為壓縮劑或密封劑，該液體基本上不含有能分解被壓氣體的元素。必要時，采取措施來提取被壓縮劑或密封劑液體吸收的壓縮熱，加入冷卻了的且調(diào)整過pH值的液體以及加入酸。
文檔編號F04C19/00GK1093441SQ93117439
公開日1994年10月12日 申請日期1993年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月2日
發(fā)明者L·D·舍克福德 申請人:英格索爾-蘭德公司