专利名称：用来压缩用于臭氧纤维素漂白的含臭氧气体的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用来压缩用于臭氧纤维素漂白的含臭氧气体的方法和装置。
直到上世纪八十年代为止氯和氯化合物一直是用来漂白纤维素的首选物质。用这种物质经济地实现了良好的漂白结果。但是这是以严重的环境污染为代价才得到的。增长的环保意识、还有国家和国际机构的规定要求代替含氯的漂白剂。这样，起初曾采用过氧化氢和氧气。此后，也就是上世纪90年代初至中期，采用臭氧作为漂白剂。因为在这段时间内达到了，在可以接受的成本的条件下以足够高的浓度，亦即直至占氧气的15％重量百分比，大批量制造臭氧，这种发展已成为可能。
在用中等浓度范围的臭氧漂白方面要解决的一个问题是，在纤维素浆内加入足够的来自气体的臭氧。这在一混合装置(刮板式混合器)中进行，它以约0.6的气体与液体的相比例工作。为了在氧气内可以达到的臭氧浓度条件下在混合器内提供足够的臭氧，气体必须被压缩。例如在EP 0 588 704 B1中介绍过这种压缩，在这份资料中没有谈到具体的压缩装置。但是在本领域中众所周知，在所述设备中仅仅采用水环泵(Wasser-Ringpumpen)。这类压缩机的应用例如在1992年8月PPI杂志的第28、29页中作过介绍。水环泵特别是在压缩有腐蚀性的臭氧时非常容易出故障，此外它需要非常高的购置成本。
此外由US 5,690,786已知，通过蒸汽喷射压缩机压缩氧气，并输送给纤维素浆，以发生去木质素作用。在这种方法的一种实施形式中设想，两级压缩氧气，其中在两个压缩级之间冷却水蒸汽/氧气混合物，以便使一部分水蒸汽冷凝。其中在用这种方法时由臭氧纤维素漂白附带产生的含氧废气(它通常还含有显著小于1％的残存臭氧)也通过蒸汽喷射压缩机压缩，其中在这里由于在蒸汽喷射压缩时出现的高的温度使臭氧被消灭。
本发明的目的是，提供一种用来对臭氧纤维素漂白中的含臭氧气体进行压缩的新方法和新装置，由此可以经济和不易出故障地压缩臭氧。
按照本发明，这个目的通过具有权利要求1特征的方法和具有权利要求7特征的装置实现。
已知，在热量影响下臭氧便分解。这种分解在40℃至50℃时就已经很明显了。在200℃时分解率为70％，在230℃时在一分钟之内臭氧分解92至95％。在约283℃或更高时在几秒种内便100％分解。因此本领域从这样一点出发，即臭氧或含臭氧气体的压缩必须尽可能绝热地进行(DownUnder’96，1995.2.11-15，臭氧及其应用；澳大利亚第一届国际臭氧协会及悉尼大学化学工程协会年会会议记要，第I卷，第11-52页)。
与这种专业的观点完全相反，按本发明的含臭氧气体的压缩通过蒸汽喷射压缩进行。在这种压缩机中采用高压、从而比工作介质高的温度的蒸汽。这种压缩完全不是绝热的。实际表明，在这种压缩机中始终发生的蒸汽喷射压缩期间，在工作介质和含臭氧气体之间的接触时间很短时并在水蒸汽/含臭氧气体混合物立即冷却的情况下，并不出现明显的臭氧分解。蒸汽喷射压缩用蒸汽喷射泵进行。在这种压缩机的工作喷嘴内工作蒸汽通过卸荷达到高的速度，并与待压缩的含臭氧气体混合。这时工作蒸汽的一部分动能转移到含臭氧气体上。在压缩机的扩压器内水蒸汽/含臭氧气体混合物的动能转变成压缩能，使得混合物以一在吸入压力和工作压力之间的压力从蒸汽喷射压缩机中喷出。
蒸汽喷射压缩机没有运动零件，并提供根据腐蚀条件的实际上没有限制的材料选择。它在工作时非常耐用，因此不需要维护，此外投资费用低。投资费用与现有技术相比也不会由于连接在后面的冷却所需要的冷凝器而提高，因为在按现有技术所采用的压缩装置中同样需要用来冷却被压缩气体的热交换器。
本发明的另一个优点是，所需要的压力级的工作蒸汽在纸浆磨碎机中作为所谓的副产品具有足够的量，也就是说不必花费费用地产生。
本发明其他优良的方案由从属权利要求得到。下面借助于一个实施例对本发明作较详细的说明。附图
的唯一图形纯粹示意地表示采用本发明情况下的纸浆磨碎机的一中等浓度臭氧漂白阶段。
图中所示的纸浆漂白设备的臭氧漂白阶段具有一臭氧发生器1、一整体用2表示的压缩装置、一反应级3和一臭氧消除器4。给普通结构型式的臭氧发生器1输入氧气5。它产生一氧气/臭氧混合物6，其氧气中的臭氧含量为约12％重量百分比。这种混合物6在压缩装置2内压缩到这样的程度，使得在相当小的气体流量时在反应级3内提供足够量的臭氧。反应级3包括一没有拆散画出的普通刮板式混合器和一在某些情况下连接在后面的反应器。在刮板式混合器内臭氧被混入输入的纸浆7中。在那里臭氧与纸浆内的纤维素纤维开始反应，如果在混合器内的反应时间不够的话，反应在连接在后面的反应器中继续进行。
离开反应级3的经漂白的纸浆输送给造纸厂进行后续处理。因为离开反应级3的废气9(高浓缩的氧气)还包含残余臭氧，通常在继续使用之前先输送给上面已经提到过的臭氧消除器4。
以上大致说明的臭氧漂白阶段的方框图相当于现有技术，压缩装置2的内部结构是新的，在压缩装置中，来自臭氧发生器1的氧气/臭氧混合物通过蒸汽喷射压缩机进行压缩，紧接着来自蒸汽喷射压缩机的水蒸汽和氧气/臭氧混合物进行冷却。
分三个阶段I-III进行压缩，其中每一阶段包括一蒸汽喷射压缩器10、11和12连同一连接在后面的冷凝器13、14和15。压缩阶段I-III构造相同，因此下面可以举例地借助于压缩阶段I说明其结构。为了看得清楚起见这里图中所用的图形标记分布在三个阶段I-III中表示，而不在每个阶段I-III中重复。
蒸汽喷射压缩机10具有一从图中看不到的工作喷嘴，它配备饱和水蒸汽16作为工作介质。由于由此在蒸汽喷射压缩机10中形成的负压，来自臭氧发生器1的氧气/臭氧混合物6经过蒸汽喷射压缩机10的抽吸管接头17抽吸和压缩。蒸汽喷射压缩机10的压缩管接头18直接法兰连接在冷凝器13的入口管接头19上。冷凝器有一上管底20和下管底21，管子22压在它们里面。这些管子22以还更说明的方式由来自蒸汽喷射压缩机10的水蒸汽/氧气/臭氧混合物流过。
冷凝器13具有一隔板23，它将上管底20上方的区域气密性地分隔成一入口腔24和一出口腔25。隔板23从那里继续向下延伸，并终止于下管底21上方不远处，留出一流通区30，也就是说对于附图的视图，将冷凝器13分成一左区26和一右区27。
管子22之间的中间空腔由冷却水28流过，冷却水从冷却塔和/或耗热器29来，经过一未画出的泵加压，流过冷凝器13。冷却水28在上管底20下方不远处流入冷凝器13的右区27，并在其左区26同样在上管底20下方不远处离开冷凝器13。因此，也就是说冷却水28在右区27内首先向下流，在那里经过流通区30到达左区26，向上流过左区。设置在区域26内的隔板31改善热交换。
水蒸汽/氧气/臭氧混合物与冷却水28方向相反地流过冷凝器13。它从蒸汽喷射压缩机10出来首先流入入口腔24，从那里到达区域26的管子22内，向下流过管子22。由于冷却水的冷却作用，用作蒸汽喷射压缩机10工作蒸汽的水蒸汽16绝大部分冷凝。冷凝物32汇集在下管底21下方形成的汇集腔33内，并从那里排出。从管子22流入汇集腔33的氧气/臭氧混合物与未冷凝的残存蒸汽一起转向，向上流过区域27内的管子22，在那里它流入出口腔25。因此冷凝器13的右区27构成对于不可冷凝的氧气/臭氧混合物6的后续冷凝区。一设置在汇集腔33内的撞击板34提供更好的冷凝物分离。
代替上述的表面冷却器，也可以采用混合冷却器。这时适宜的是，冷却水和水蒸汽/氧气/臭氧混合物在第一阶段内同方向流动，在第二阶段内反方向流动。这里被沾染的冷却水通过一热交换器引入循环回路内。
如果采用过热水蒸汽作为蒸汽喷射压缩机10、11和12的工作介质，那么水蒸汽/氧气/臭氧混合物的冷却可以通过将冷水喷入蒸汽喷射压缩机10、11和12的混合行程大大加速。这种可能性在图中通过以虚线表示的箭头x表示。
在第I阶段内，压缩的混合物通过出口管接头35离开冷凝器13，并以最短的路径36到达下一阶段II的蒸汽喷射压缩机11的抽吸管接头17。在这个阶段II以及最后一个阶段III发生和上面所述一样的过程。后续冷却器37在气体一侧以最短的路径与冷凝器15的出口管接头35连接。
压缩到最终压力的氧气/臭氧/残留蒸汽混合物经过其出口管接头35离开最后阶段III的冷凝器15，流入一后续冷却器37，在它里面用冷水38冷却到后续的反应级3的过程温度，亦即约30至50℃。
下面，对于具有约40t/h的纸浆流量7的臭氧纤维素漂白，对于所选择的测量点M1至M7用表格式的一览表显示试验数据，它们包括温度、压力和/或流量。具体地在一览表中给出M1 用于蒸汽喷射压缩机10-12的工作蒸汽的流量、温度和压力，M2 流入冷凝13-15的氧气/臭氧/水蒸汽混合物的压力和温度，M3 离开冷凝器13-15的氧气/臭氧/水蒸汽混合物(水蒸汽缩写为WD)的压力、温度和流量，M4 在冷凝器13-15的汇集腔33内附带产生的冷凝物32的量，M5 输入冷却器13-15的冷却水的流量和温度，M6 在第一阶段I内抽吸的氧气/臭氧混合物6的流量、温度、臭氧的重量百分比含量和压力，M7 回流的冷却水的温度阶段I阶段II阶段IIIM1 2.9t/h，225℃，24barü 2.9t/h，225℃，24barü 2.9t/h，225℃，24barüM2 4.3barü，147℃8barü，168℃ 12barü，177℃M3 4.2barü，108℃7.9barü，110℃12barü，115℃1663kg/hO2/O31663kg/hO2/O31663kg/hO2/O3300kg/h WD200kg/h WD 135kg/h WDM4 2.6m3/h，115℃ 3.0m3/h，124℃ 3.0m3/h，140℃M5 130m3/h，28℃130m3/h，28℃130m3/h，28℃M6 1663kg/hO2/O31 barüM7 40℃20℃，12％重量百分比在各个压缩阶段I-III中出现的温度下，由于在蒸汽喷射压缩后水蒸汽/氧气/臭氧混合物立即冷却而只有少量臭氧分解，其中分解大致上不超过采用水环泵的情况。但是12％重量百分比的臭氧在氧气中的初始浓度以及可以达到的约12barü的最终压力，保证了在反应级3内有足够数量的臭氧可供纤维素漂白使用。在必要情况下可以略微提高臭氧初始浓度。
权利要求
1.用来对纤维素漂白中的含臭氧气体进行压缩的方法，其特征为气体(6)经受一种带有立即冷却的蒸汽喷射压缩。
2.按权利要求1的方法，其特征为冷却间接和/或直接地进行。
3.按权利要求2的方法，其特征为直接冷却通过喷射冷水进行。
4.按权利要求3的方法，其特征为在采用过热蒸汽作为蒸汽喷射压缩的工作介质时，冷水喷入蒸汽喷射压缩机的混合行程。
5.按权利要求1至4之任一项的方法，其特征为该方法设计成多级的，其中在各阶段(I-III)内进行中间冷却(13、14、15)，在最后的阶段(III)之后进行后续冷却(37)，达到过程温度。
6.按权利要求1至5之任一项的方法，其特征为在冷却时附带产生的冷凝物(32)用作循环水。
7.用来对臭氧纤维素漂白中的含臭氧气体进行压缩的装置，包括一蒸汽喷射压缩机(10-12)和一用来立即冷却被压缩的含臭氧气体(6)的冷却装置。
8.按权利要求7的装置，其特征为冷却装置由一冷凝器(13、14、15)和/或一用来向被压缩的含臭氧气体(6)喷射冷水的喷射装置组成。
9.按权利要求7或8的装置，其特征为多个蒸汽喷射压缩机—冷却装置单元(10-12，13-15)串联成多个压缩阶段(I-III)。
10.按权利要求7至9之任一项的装置，其特征为每个冷凝器(13-15)通过一隔板(23)分隔成两个区域(26、27)，使得在每个冷凝器(13-15)内形成一冷凝区(26)和一后续冷却区(27)。
11.按权利要求9或10的装置，其特征为每个冷凝器(13、14)的出口(35)以最短的路径(36)接入下一个压缩阶段(II-III)的蒸汽喷射压缩机(11、12)的抽吸管接头(17)内。
全文摘要
本发明涉及一种用来压缩用于臭氧纤维素漂白的含臭氧气体的方法和装置。本发明的目的是，将这种装置和这种方法改进如下，使得可以经济和不易出故障地压缩臭氧。这个目的用这样的方法来实现，其特征为气体(6)经受一种带有立即冷却的蒸汽喷射压缩。用来实施这个方法的装置包括一蒸汽喷射压缩机(10－12)和一用于立即冷却被压缩的含臭氧气体(6)的冷却装置。
文档编号D21C9/147GK1610781SQ02826622
公开日2005年4月27日 申请日期2002年11月15日 优先权日2001年11月30日
发明者斯特凡·劳, 沃尔特·奥曼, 弗朗茨-约瑟夫·理查特 申请人:韦德科环境技术有限公司