[发明专利]气体纯化装置

说明书

本发明涉及用于从气体中分离烃的纯化装置。

当气体被压缩时，例如在压缩空气的生产过程中，压缩气体几乎不可避免 地被油气溶胶和油蒸汽污染。例如，润滑剂、油、空气中包含的人为物质、二 氧化硫、一氧化碳和含氮气体会被引入气体或压缩空气。这些内容物可以以气 体、蒸汽和油气溶胶的形式存在。

这些污染物对于许多应用是不希望的，甚至是不可接受的。

目前，能产生无需进一步处理的不含油的压缩气体、特别是不含油的压缩 空气的压缩机还不为人知。虽然存在能压缩不含油的气体或压缩空气的压缩 机，但是，它们还不能产生不含至少少量例如有机污染物的压缩空气。这是压 缩机从周围空气中吸入污染物和压缩机的轴承座和轴必需要进行润滑的结果， 所以，它们也向周围空气排出挥发性的组分。

为此，通常使用下游过滤装置，它应该确保压缩空气的质量。然而，众所 周知，活性炭吸附过滤器的寿命短。

美国专利第5284629A号中描述用于除去压缩空气中的压缩机油的方法， 其中，压缩空气被引导通过一个容器，由氧化催化剂组成的层位于该容器中。 提到选自铂、钯、镍、钴、铁、铑、锰和铜的金属组分作为催化剂材料。

而且，德国专利第10008609C1号描述一种类似的方法，其中霍加拉特 (hopcalite)材料被用作氧化催化剂。霍加拉特是一种混合催化剂的术语，它主 要由二氧化锰和氧化铜(II)组成。而且，它们可以含有其它金属氧化物，例如 氧化钴和氧化银(I)。

霍加拉特在室温下用(大气中的)氧气(O₂)催化有毒的一氧化碳(CO)氧化 成相对无害的二氧化碳(CO₂)。因此，它们被用于防毒面具和其它呼吸器的过 滤物质。而且，霍加拉特在升高的温度(200-500℃)下催化各种有机化合物的氧 化作用。其成分包含例如60％MnO₂/40％CuO或50％MnO₂/30％CuO/15％ CoO和5％Ag₂O。

虽然霍加拉特催化剂用于实际应用中已有数十年，但是关于它们的作用 机理的许多问题仍然公开的。这是由于系统的复杂性使得难以获得有关活性位 点和催化与失活的机理的信息。在任何情况下，这种材料都能够除去或分离压 缩气体中的油组分和挥发性有机化合物，并且不容易受磷、硫、锌和其它普通 油添加剂的毒化。同样如德国专利第10008609号中所述，该催化剂材料通常 以加热装置的方式被加热以便达到所需的工作温度或操作温度。最佳的工作温 度是约130-150℃。

已知纯化装置包含配制在容器内部并且与催化剂材料接触的加热棒。根据 结构，加热棒的长度可以大约与容器的长度对应并由此或多或少通过全部催化 剂材料；然而，还有一种安排也是已知的，其中，加热棒仅在小范围内伸入催 化剂材料中。

气体的高质量纯化要求全部催化剂材料具有基本上相同的温度。因为催化 剂材料通常仅具有非常低的导热性，所以加热棒的温度通常在实际操作温度以 上。对于霍加拉特，情况尤其是如此。加热棒区域的温度更高总体导致催化剂 材料中温度分布不均匀。这继而会造成反应不均匀，特别是在纯化装置的启动 过程中即热量能均匀分布之前，情况尤其如此。或者或除了使用加热棒以外， 已知一类加热系统，它在提供的气流进入纯化装置之前加热气流。然而，这种 情况的缺点是，当气流流经容器时发生降温并因此使靠近出口的温度比容器进 口处的温度更低。这也可以导致不均匀的反应。因为降温，气流通常被过度加 热，这另外造成较高的能量消耗。当启动冷的容器时，情况尤其如此。

也观察到，即使是在采用上游加热系统的情况下，在容器气体入口区域中 靠近加热棒处能形成具有明显更高温度的所谓热点。它们能达到甚至可能造成 油或催化剂材料自燃或燃烧的温度。油的燃烧发生在约250-300℃时。然而， 必需花一切代价避免燃烧的危险性，这是安装温度传感器的原因，所述温度传 感器在温度增加至某一温度阈值以上时切断所述装置或至少触发警报。

最后，已知纯化装置的另一个缺点在于，它们不能分离气流中平均量以上 的烃，因此使它们通过该纯化装置到达下游装置。这会为下游装置带来相当大 的消极后果；根据被纯化的气体的用途，这也可能会危害到人类和动物。

本发明的一个目的是提供一种高效的纯化装置，它还满足尤其是高安全需 要。该纯化装置的生产应该有成本效益，并且该装置应该分别确保连续操作和 烃的安全分离。