专利名称：非破坏地压缩活泼气体的方法
技术领域：
本发明一般来说涉及工业过程中的气体处理，而具体来说涉及易受热或催化分解的气体，例如臭氧的压缩。
气体的压缩产生压缩热，它使得气体的温度增加。通常去除这种热的方法是将被压缩气体通过一个冷却或冷冻的介质的容器交换热量的后冷却器。有些气体不稳定，而且由于压缩过程使温度增加而被分解。
臭氧气体被用于许多工业工艺过程，臭氧是通过臭氧发生器从空气和氧气中产生的，其浓度可一直到大约在空气和氧气的载气中臭氧占重量的15%。臭氧发生器通常都是在小于15(磅/吋2)的压力下产生臭氧，以便减少发生设备的投资费，并保持臭氧发生的高效率。
低压臭氧适用于许多过程，但许多现代技术需要较高压力的臭氧。同样，很多技术还需要适合各种载气如空气、氮气和氧气高浓度臭氧。
用通常购得的往复式压缩机或离心压缩机压缩臭氧导致了对臭氧的绝热加热，从而使一部分臭氧被热分解。通过冷却这些压缩机的工作部件，或在各阶段之间设置中间冷却器并为被压缩过的气体设置后冷却器，可以避免大部分的臭氧热分解。然而这些措施会大大增加这些压缩机的费用;而部分的措施仍会导致臭氧的大量损失，以致于不可接受。
需要压缩臭氧的一个技术实例是对稠度低于大约45%的木浆进行漂白。用于低到中等稠度如直到大约18%的稠度的木浆进行漂白的典型的系统可能要求臭氧压力在30到200(磅/吋2)之间，以便使臭氧与木浆有效地接触或者使臭氧在木浆的液体中有效地溶解。因此，可以预料在多种技术领域内已经并且将会不断开发出大量的、要求含压缩臭氧气体的生产过程。
一种液体环压缩机可能可以用于压缩热活泼的气体。这种压缩机使用一种液体，将它作为压缩机壳体与旋转叶片之间的内密封剂。这种液体通过离心作用形成一个靠在压缩机室壁上的环;也可以充满和倒空径向偏置的叶轮上的叶片之间的空间，该液环也可用作对被压缩气体的压缩剂，压缩热可以很容易地由气体传给液体，使得液环压缩机能近似地进行等温操作。这就抑制了被压缩气体的热分解并使液环的蒸气压力相应增加。这种液体的量可能会随被压缩的气体一起排出，故对连续操作来说，必须加以补充。
在臭氧和一些其它气体的情况下，只抑制热分解还不足以保存被压缩的臭氧。因为臭氧非常活泼，它还会由于与液环的液体反应而被消耗或分解。臭氧甚至还会与水进行资料已公开的各种反应。一篇论述这些反应的文章的细节是Weiss.J.的“臭氧与水的反应”，出自Transaction of the Faraday Society，31，668、(1935)，本文结合参考。
由于臭氧是一种昂贵的气态试剂，它的任何可测量到的损失都应加以避免。因此，随着对高压臭氧不断地增加的技术上的需求，对非破坏压缩过程的需求就变得更加迫切了。
以上叙述了公认的存在于现有装置和方法中的种种的局限性。因此，很明显，提供一种替换物来克服一个或多个前述的这些局限性将会是有利的。所以，下文提供了一种适合的替换物，并更全面地揭示了其特性。
本发明的一个方面，是提供了一种非破坏地压缩一种活泼气体的方法，它包括使用一种将一种液体作为内密封剂和/或压缩剂的压缩机，该液体是一种被冷却的液体，基本上是不促进活泼气体分解的反应剂;将活泼气体输入该压缩机的入口;并且从压缩机出口来提取被压缩过的活泼气体，以便用于随后的工艺过程。
本发明的前述的和其它的方面，从下面的详细地描述中，并结合附图的特征一起考虑时，将会更加清楚。
图1是本发明的一个包括一种液体密封剂和/或压缩剂的压缩机的象征性的表示;
图2是一个表示一个液体分离器加入该系统的示意图;
图2a是一个如图2一样的图，只是增加了一个加酸阀门;
图3是一个在图2所示系统中增加了一种液体冷却装置的系统的示意图;和图3a与图3一样，只是增加了一个加酸阀门。
图1所示是一个使用一种液体作为密封剂或压缩剂的压缩机100的示意图。根据对本装置的设计，它有圆筒形气缸，其中有与中心偏置的转子，或者具有椭圆形气缸，其中有位于中心的转子。在这种液环式的压缩机100中，液体是由入口管115加入的，液体与气缸的形状一样，形成一个会聚的环状物，此环状物在转子的每一转中都从气体入口210到气体出口230压缩气体。在压缩机100使用将一种由压缩机入口管115加入的液体仅作为密封剂的情况下，当液体密封剂被用于防止在每对压缩瓣/槽之间的渗漏时，气体通过咬合的瓣和槽正向地移动。这种压缩机可从各种商业渠道得到。
根据本发明的方法压缩臭氧，该液体密封剂和/或压缩剂必须是不与臭氧发生反应的。如果当地的水中含有会分解臭氧的一些元素，那么对密封剂或压缩剂液体的最好选择可以是去离子的或脱了盐的没有与臭氧发生反应的金属离子和其它化合物的水。臭氧甚至还会以各种机理与纯水发生反应，典型的反应有
由于这些反应是通过不稳定的中间物氢氧根离子和多氧化物进行的，因此，这种与水的反应将会继续进行，一些水将转化成氧，为了抑制臭氧与水的反应，通过加入无机酸如H2SO4，将水的pH值调整到一个小于约7的值，优选是在2-3的范围。这就减少了臭氧在水中的分解。
在液环中的少量液体随被压缩的臭氧通过排出口230排出。因此，必须定量供给液体供应管115一定数量的经适当冷却和缓冲的去离子水或脱盐水，这样才能做到定期补充失去的液体。该方法可用于纸浆漂白操作，其中少量的水将与纸浆液混合。
图2示出了一个实施本发明方法的系统，它包括一个液体分离装置40。臭氧通过入口210送进压缩机100，被压缩，然后通过排出管230到气体分离器40，在分离器中压缩过的臭氧与被夹带的水分开。压缩过的臭氧通过管45被排出，用于纸浆漂白或其它工艺过程。被分离的液体通过回流管50被排出，并经液体供应连接管118返回压缩机100。如果需要，可将补充被冷却的和/或pH值被调整过的和/或经缓冲的去离子或脱盐了的水通过阀150加入回流管50中，以补充可能是由系统中的反应所消耗的或以饱和蒸气的形式从压缩机排出所损失的水。
图2a示出了一个类似于图2所示的系统，其中所不同的只是增加了通过阀140供给酸，以控制并保持循环水的pH值恒定。
图3示出了一个类似于图2所示的系统，所不同的只是增加了冷却装置46，以便从来自液体分离器40的回流管42中提取热量。同样，补充冷却的和/或pH值被调整了的和/或缓冲的去离子水或脱盐的水经阀150被加到管50的回流水中。该封闭的环路系统还可用于那些需要昂贵的非反应液体作为液体压缩剂或密封剂的压缩活泼气体的情况，因为其液体的损失是最小的。该系统用于臭氧/水系统甚至也改善了这种相对来说较为便宜的工艺过程的经济效益。
图3a示出了一个与图3所示相类似的系统，所不同的是增加了通过阀140供给酸，以控制并保持循环水的pH值恒定。
请注意图2a和3a所示的系统允许用适当质量的自来水，因为通过所设置的酸供应阀来降低pH值可以抑制不利反应。
参考附图所描述的过程的几个实施方案仅提供了四种可能的用于压缩臭氧和其它活泼气体的优选的实施方案。根据具体的应用，气体的反应性、气体的价格、要求的气体压力和流速，所要选择的具体实施方案是相当明确的。该过程能显著地减少气体的损失并提高气体压缩的效率。
权利要求
1.一种非破坏地压缩一种活泼气体的方法，其中包括下列步骤设置一压缩机，它有用来压缩所说气体并在内部密封所说的压缩机的液体装置，所说的液体装置包括一种基本上无促进所说活泼气体分解的反应剂的液体；将所说的活泼气体输入所说压缩机的进口；压缩所说的活泼气体；和提取从所说压缩机出口出来的被压缩的热活泼气体以便用于随后的工艺过程。
2.根据权利要求1的方法，其中所说的活泼气体是臭氧而所说的液体是水，其中所说水的pH值被调整到小于7。
3.根据权利要求1的方法，其中所说的活泼气体是臭氧而所说的液体是去离子水。
4.根据权利要求1的方法，其中所说的活泼气体是臭氧而所说的液体是脱盐水。
5.根据权利要求3的方法，其中所说的去离子水的pH值被调整到小于7。
6.根据权利要求4的方法，其中所说的脱盐水的pH值被调整到小于7。
7.根据权利要求1的方法，还包括步骤使用分离装置，该分离装置与压缩机的排出管相连，其目的在于将被压缩的活泼气体与任何可能是与所说被压缩活泼气体一道被带出压缩机的液体分离。
8.根据权利要求7的方法，还包括步骤提供对从所说被压缩活泼气体中分离出来的液体进行冷却的装置，所说的冷却装置与所说的分离装置的液体排出管相连，并包括一个热交换器，用来提取由被压缩活泼气体传递给了液体的压缩热。
9.根据权利要求7的方法，还包括步骤将液体从所说的分离装置送回到所说压缩机。
10.根据权利要求8的方法，还包括步骤将冷却过的液体从所说的冷却装置送回到所说压缩机。
11.根据权利要求1的方法，还包括步骤提供将补充液体加入到所说压缩机的装置，其目的在于补充那些与排出所说压缩机的被压缩的热活泼气体一道被带出压缩机的液体。
12.根据权利要求9的方法，还包括步骤把补充液体加入到来自所说分离装置的所说液体，以便补充工艺过程中的液体损失;和把来自所说分离装置的所说液体的pH值调整到小于7。
13.根据权利要求10的方法，还包括步骤把补充液体加入到来自所说分离装置的所说液体，以便补充工艺过程中的液体损失;和把来自所说分离装置的所说液体的pH值调整到小于7。
全文摘要
一种非破坏地压缩一种活泼气体如臭氧的方法，在一台压缩机中使用一种液体作为压缩剂或密封剂，该液体基本上不含有能分解被压气体的元素。必要时，采取措施来提取被压缩剂或密封剂液体吸收的压缩热，加入冷却了的且调整过pH值的液体以及加入酸。
文档编号F04C19/00GK1093441SQ93117439
公开日1994年10月12日 申请日期1993年7月31日 优先权日1993年4月2日
发明者L·D·舍克福德 申请人:英格索尔-兰德公司