СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОЗОНА Российский патент 2001 года по МПК C01B13/10 

Изобретение относится к технологии получения озона из осушенного кислородообогащенного газа, выделенного из атмосферного воздуха короткоцикловой безнагревной адсорбцией, и может быть использовано в экологии, например, при водоподготовке или очистке сточных вод методом озонирования.

Известны способы получения озона из осушенного кислородообогащенного газа, выделенного из атмосферного воздуха короткоцикловой безнагревной адсорбцией и концентрирования озона адсорбцией (1-3). Наиболее близким к изобретению является способ получения озона, включающий выделение осушенного кислородообогащенного газа из атмосферного воздуха короткоцикловой безнагревной адсорбцией, генерирование озона с помощью электрического разряда в осушенном кислородообогащенном газе, подачу осушенного озоно-кислородообогащенного газа на потребление, деструкцию озона в увлажненном кислородообогащенном газе после потребления каталитическим и (или) термическим методом, очистку и рециркуляцию увлажненного кислородообогащенного газа. Рециркуляцию осуществляют подачей всего потока увлажненного кислородообогащенного газа в адсорбционную короткоцикловую установку разделения атмосферного воздуха (4). Недостатком данного способа являются значительные потери увлажненного кислородообогащенного газа при рециркуляции (60-80%), т.к. в установках адсорбционного короткоциклового разделения газов обратный (сбрасываемый) поток газа превышает прямой (продуктовый) поток газа в 3-4 раза.

Технической задачей изобретения является снижение потерь увлажненного кислородообогащенного газа при рециркуляции.

Она достигается тем, что рециркулируемый увлажненный кислородообогащенный газ разделяют на два потока. Один (основной) поток без потерь кислородообогащенного газа осушают короткоцикловой безнагревной адсорбцией и для повышения в нем концентрации кислорода перед генерированием озона смешивают с осушенным кислородообогащенным газом, выделенным из атмосферного воздуха короткоцикловой безнагревной адсорбцией. Другой (меньший по объему) поток используют при выделении осушенного кислородообогащенного газа из атмосферного воздуха с существующими для данной технологии потерями увлажненного кислородообогащенного газа.

На фиг. 1 изображена одна из возможных схем установки, реализующей изобретение. Установка включает в себя компрессор подачи атмосферного воздуха на разделение 1, трубопровод подачи атмосферного воздуха на разделение 2, блок короткоциклового безнагревного адсорбционного разделения воздуха 3, трубопровод подачи осушенного кислородообогащенного газа, выделенного из атмосферного воздуха, на смещение 4, блок генерирования озона в осушенном кислородообогащенном газе 5, коллектор подачи осушенного озоно-кислорродообогащенного газа 6, массообменный блок системы "газ-жидкость" 7, трубопровод подачи увлажненного озоно-кислородообогащенного газа на деструкцию озона и очистку 8, блок деструкции озона 9, блок очистки увлажненного кислородообогащенного газа 10, трубопровод подачи увлажненного кислородообогащенного газа 11, трубопровод подачи увлажненного кислородообогащенного газа на осушку 12, компрессор подачи увлажненного кислородообогащенного газа на осушку 13, блок короткоцикловой безнагревной адсорбционной осушки 14, трубопровод подачи осушенного кислородообогащенного газа на смешение 15, трубопровод подачи сбрасываемого увлажненного кислородообогащенного газа 16, трубопровод подачи увлажненного кислородообогащенного газа для использования при выделении кислородообогащенного газа из атмосферного воздуха 17, трубопровод сброса увлажненных азотообогащенного и кислородообогащенного газов в атмосферу 18, блок концентрирования озона адсорбцией 19, трубопровод подачи осушенного озоно-кислородообогащенного газа на деструкцию озона 20.

Установка работает следующим образом. Атмосферный воздух компрессором 1 по трубопроводу 2 подают в блок 3, куда поступает также по трубопроводу 17 поток увлажненного кислородообогащенного газа. В блоке 3 по технологии короткоциклового безнагревного адсорбционного разделения получают осушенный кислородообогащенный газ, который по трубопроводу 4 подают на смешение. Увлажненные азотообогащенный и сбрасываемый кислородообогащенный газы по трубопроводу 18 сбрасывают в атмосферу. В трубопровод 4 по трубопроводу 15 поступает рециркулируемый осушенный кислородообогащенный газ, который смешивают с кислородообогащенным газом из блока 3 и подают в блок 5. В блоке 5 генерируют из осушенного кислородообогащенного газа озон и по коллектору 6 осушенный озоно-кислородообогащенный газ поступает на потребление в блок 7 и концентрирование озона адсорбцией в блок 19. При необходимости адсорбированный в блоке 19 озон подают на потребление в блок 7. После потребления в блоке 7 и концентрирования в блоке 19 увлажненный озоно-кислородообогащенный газ по трубопроводу 8 и осушенный озоно-кислородообогащенный газ по трубопроводу 20 подают на деструкцию озона в блок 9 и очистку в блок 10. Очищенный увлажненный кислородообогащенный газ по трубопроводу 11 подают на рецикл. При этом его разделяют на два потока. Больший по объему рециркулируемый поток по трубопроводу 12 компрессором 13 направляют в блок осушки 14. Осушенный кислородообогащенный газ по трубопроводу 15 поступает на смешение в трубопровод 4, а сбрасываемый увлажненный кислородообогащенный газ по трубопроводу 16 направляют в трубопровод 12 для повторного использования. Меньший по объему рециркулируемый поток по трубопроводу 17 направляют в блок 3 и используют при выделении осушенного кислородообогащенного газа из атмосферного воздуха.

На фиг. 2 изображена одна из возможных схем блока 3, которая включает в себя адсорбенты с цеолитом 21-24, управляемые клапаны 25-44. Рассмотрение работы блока 3 начинают с момента времени соответствующего началу повышения давления в адсорбере 21, продувки разделяемым газом в адсорбере 22, понижения давления в адсорбере 23, продувки кислородообогащеннным газом в адсорбере 24. Адсорберы работают циклично с периодической сменой технологических стадий. Указанный момент времени соответствует открытию клапанов 25-30 при всех остальных закрытых клапанах. Увлажненный кислородообогащенный газ по трубопроводу 17 через клапан 25 поступает в адсорбер 21 и поднимает в нем давление. В результате преимущественной сорбции азота на цеолитах из кислородообогащенного газа и более высоким коэффициентом разделения газов газовая фаза обогащается кислородом, и по высоте слоя формируется обрывной фронт. В адсорбер 22 через клапан 26 компрессором 1 по трубопроводу 2 подают атмосферный воздух. В результате преимущественной сорбции азота на цеолитах из атмосферного воздуха газовая фаза дополнительно обогащается кислородом и вытесняется на потребление через клапан 27 по трубопроводу 4 (осушенный кислородообогащенный газ). В адсорбере 23 осуществляют понижение давления. Газовая фаза, обогащаемая азотом, через клапан 28 по трубопроводу 18 сбрасывается в атмосферу. В адсорбер 24 через клапан 29 поступает часть осушенного кислородообогащенного газа, который дополнительно десорбирует азот с цеолита. Азотообогащенная фаза через клапан 30 по трубопроводу 18 сбрасывается в атмосферу. По завершении технологических стадий указанные выше клапаны кроме клапана 28 закрывают и открывают клапаны 31-35. В адсорберах 21-24 последовательно осуществляют технологические стадии в соответствии с описанным выше циклом.

Пример: Проверку способа осуществили на установке, представленной на фиг. 1, в двух режимах без предварительного концентрирования озона адсорбцией. На первом режиме в блок 5 подавали 0,1 м³/ч осушенного кислородообогащенного газа с концентрацией 90 об.% кислорода и 10 об.% азота. В блоке 5 генерировали 12,1 г/ч озона, который полностью растворяли в жидкой фазе блока 7. Из блока 7 на рецикл выводили 0,0915 м³/ч увлажненного кислородообогащенного газа с концентрацией 89 об.% кислорода и 11 об.% азота. На осушку в блок 14 направляли 0,0648 м³/ч рециркулируемого увлажненного кислородообогащенного газа, на разделение в блок 3 направляли 0,0267 м³/ч рециркулируемого увлажненного кислородообогащенного газа. Для поддержания выбранной концентрации осушенного кислородообогащенного газа, направляемого в блок 5, из блока 3 подавали 0,0352 м³/ч осушенного кислородообогащенного газа с концентрацией 92 об.% кислорода и 8 об.% азота. Соотношение рециркулируемых потоков составило 2,4: 1. Потери увлажненного кислородообогащенного газа не превысили 29,2%.

На втором режиме в блок 5 подавали 0,1 м³/ч осушенного кислородообогащенного газа с концентрацией 60 об.% кислорода и 40 об.% азота. В блоке 5 генерировали 7,6 г/ч озона, который полностью растворяли в жидкой фазе блока 7. Из блока 7 на рецикл выводили 0,0947 м³/ч увлажненного кислородообогащенного газа с концентрацией 57,8 об.% кислорода и 42,2 об.% азота. На осушку в блок 14 направляли 0,0887 м³/ч рециркулируемого увлажненного кислородообогащенного газа, на разделение в блок 3 направляли 0,0069 м³/ч рециркулируемого кислородообогащенного газа. Для поддержания выбранной концентрации осушенного кислородообогащенного газа, направляемого в блок 5, из блока 3 подавали 0,0113 м³/ч осушенного кислородообогащенного газа с концентрацией 92 об.% кислорода и 8 об.% азота. Соотношение рециркулируемых потоков составило 14,8:1. Потери увлажненного кислородообогащенного газа не превысили 6,3%.

В обоих режимах для повышения коэффициента разделения газов в бинарной системе "азот-кислород" рециркулируемый увлажненный кислородообогащенный газ подавали на технологические стадии в блок 3 не смешивая с атмосферным воздухом.

Выбранная нижняя граница соотношения рециркулируемых потоков обусловлена тем, что максимальная концентрация кислорода в осушенном кислородообогащенном газе с рециклом, используемая для генерирования озона, не превышает 90 об. %, т.к. максимальная концентрация кислорода в осушенном кислородообогащенном газе, получаемом короткоцикловым адсорбционным разделением воздуха, практически не превышает 92 об.%.

Выбранная верхняя граница соотношения рециркулируемых потоков обусловлена технико-экономической целесообразностью, т.к. при использовании газовой смеси с концентрацией кислорода менее 60 об.% выход озона незначительный.

При концентрировании озона адсорбцией блок 19 заполняли силикагелем. На концентрирование подавали осушенный озоно-кислородообогащенный газ с концентрацией озона 8,6 мас.%. Десорбцию озона осуществляли вакуумированием с помощью эжектора блока 7. Концентрация озона в газе, подаваемом на потребление в блок 7, составила 15,7 мас.%.

1. Патент Австрии N 392256, 1991.

2. ЕПВ (EP) Заявка N 0406218, 1991.

3. Chem.-Ing.-Techn., 56, N 6, 1984, s.473-476.

4. Патент ФРГ N 3632937, 1988.

Изобретение относится к технологии получения озона из осушенного кислородообогащенного газа, выделенного из атмосферного воздуха короткоцикловой безнагревной адсорбцией, и может применяться в экологии при водоподготовке и очистке сточных вод методом озонирования. Осушенный кислородообогащенный газ выделяют из атмосферного воздуха короткоцикловой безнагревной адсорбцией, направляют на генерирование озона, и осушенный озоно-кислородообогащенный газ подают на потребление в систему газ - жидкость. После этого озон подвергают деструкции, очистке и рециркуляции. Рециркулируемый увлажненный кислородообогащенный газ разделяют на два потока, один из которых осушают короткоцикловой безнагревной адсорбцией и смешивают с кислородообогащенным газом, выделенным из атмосферного воздуха короткоцикловой безнагревной адсорбцией, а другой используют при выделении кислородообогащенного газа из атмосферного воздуха. Технический эффект - снижение потерь увлажненного кислородообогащенного газа при рециркуляции. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения озона в системе газ - жидкость, включающий выделение осушенного кислородообогащенного газа из атмосферного воздуха короткоцикловой безнагревной адсорбцией, генерирование озона в осушенном кислородообогащенном газе, подачу осушенного озоно-киcлopoдooбoгaщeннoгo газа на концентрирование озона адсорбцией и потребление в систему газ - жидкость, деструкцию озона в увлажненном озоно-кислородообогащенном газе после потребления в системе газ - жидкость, очистку увлажненного кислородообогащенного газа и рециркуляцию увлажненного кислородообогащенного газа, отличающийся тем, что рециркулируемый увлажненный кислородообогащенный газ разделяют на два потока, один из которых осушают короткоцикловой безнагревной адсорбцией и перед генерированием озона смешивают с осушенным кислородообогащенным газом, выделенным из атмосферного воздуха короткоцикловой безнагревной адсорбцией, а другой поток используют при выделении кислородообогащенного газа из атмосферного воздуха короткоцикловой безнагревной адсорбцией. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение потоков рециркулируемого увлажненного кислородообогащенного газа, направленного на осушку короткоцикловой безнагревной адсорбцией и используемого при выделении кислородообогащенного газа из атмосферного воздуха короткоцикловой безнагревной адсорбцией, составляет 14,8 - 2,4 : 1. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что рециркулируемый увлажненный кислородообогащенный газ, используемый при выделении кислородообогащенного газа из атмосферного воздуха короткоцикловой безнагревной адсорбцией, направляют на технологические стадии процесса разделения, не смешивая с атмосферным воздухом.