專利名稱：處理含臭氧混合氣的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個處理含臭氧的氣體混合物的過程，在該過程出口得到的氣體，其臭氧濃度比原始氣體混合物臭氧濃度高。
因為臭氧具有很高的氧化能力，所以它已經(jīng)在許多應(yīng)用中得到廣泛的重視和檢驗，這些應(yīng)用包括水處理、消毒和漂白、或者在過氧化物和其它有機酸生產(chǎn)中作為反應(yīng)物。
這種化合物通常是在電暈放電型的冷等離子體中、從含氧氣的混合物中得到。
在穩(wěn)態(tài)得到的混合物，臭氧濃度相當(dāng)?shù)?通常體積分數(shù)只有百分之幾)，當(dāng)被處理的混合物中氧氣濃度增大時，臭氧的產(chǎn)量會明顯增加。
在過去的幾十年中進行了大量研究并出版了許多研究成果，都力圖提高從氣態(tài)混合物生產(chǎn)臭氧的產(chǎn)量或者將其進行濃縮，這些研究具有雙重任務(wù)不僅要考慮到預(yù)定的應(yīng)用，增加表觀氧化動力學(xué)，而且還要試圖分離出生產(chǎn)用的混合物中的氧氣，從而可以循環(huán)利用。這既有利于節(jié)約又有利于安全。
這些各種的研究所提出的方法可分為以下兩類第一類是通過改進氧化操作本身來增加臭氧的產(chǎn)量。
第二類是將由臭氧發(fā)生器來生產(chǎn)的氣體混合物進行再處理。
對第一類方法，可能要提到的第一個實施方案是涉及用純氧氣代替空氣，通過使一個因子接近2，來增加所得混合物中的臭氧濃度。還有可能提到的第一類方法中的其它研究是旨在改變電暈放電電極的幾何參數(shù)，或者放電的電工參數(shù)。
第二類方法中，在過去的三十年內(nèi)進行了大量研究，這些研究是關(guān)于一些載體對(大多數(shù)是硅膠)臭氧吸附能力。這些研究利用了混合氣體通過載體時，由臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧的循環(huán)吸附，以及被吸附臭氧的解吸，即在真空下或利用吹掃氣體(空氣或氮氣)引出。
通過真空進行解吸的情況下，可使得到的氣體混合物具有較高的臭氧純度，甚至是純的臭氧，如在文獻EP—A—103,144或EP—A—178,415中所述。應(yīng)該注意到的是，在真空下進行的解吸階段使復(fù)雜程度增加，以及需額外的設(shè)備費。
畢竟，得到含高濃度臭氧的混合氣體或純臭氧并不總是有用或合乎需要的，特別是出于對安全的考慮。
對于利用吹掃氣體的解吸操作，可能提及的是文獻FR—A—2,580,271和1987年12月15日-18日在蘇黎士召開的第8屆世界臭氧大會(The Eighth World Congress on Ozone)上出版的文章(U-niousverlay publisher，蘇黎士，A72到A86頁)，二者都以申請人公司的名義發(fā)表。這兩篇文章提出用上面提到類型(吸附/解吸循環(huán))的臭氧生產(chǎn)過程，解吸操作通過用空氣或氮氣吹洗來實現(xiàn)。文章中還指出獲得微小濃集效應(yīng)的可能性(生產(chǎn)的氣體混合物中臭氧濃度比剛從臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的混合氣體臭氧濃度稍高，這通過改變解吸和吸附階段的壓力差來實現(xiàn)。應(yīng)該注意到，因為可使用的壓力比必須很小，因此獲得的濃集效應(yīng)同樣很有限。
在這類利用氣體吹洗進行解吸的方法中，可能提到的還有聯(lián)合碳化公司的研究，報道于文獻US—A—2,872,397中，根據(jù)該文獻，連續(xù)的吸附和利用氮氣的解吸操作，可以回收約90％的由臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧。
在第二類方法中，產(chǎn)生的O2/O3混合物進行再處理，可能提及的方法有，使這種混合氣被液氮吸收，然后通過蒸餾將兩種組分分離。后面這個方法與吸附階段過后用真空解析的方法在上面提到的一些方面可能具有相同的效果(即復(fù)雜性、成本、安全以及更通常的獲得濃縮臭氧的混合物的無意義性)。
本發(fā)明目的在于提供一種處理含臭氧氣體混合物的方法(例如，從臭氧發(fā)生器出口或從貯罐中獲得的混合氣體)，其特征如下——該方法必須可以獲得顯著的濃集效應(yīng)(經(jīng)過該方法處理后，混合氣體的臭氧濃度高于原始的混合氣體臭氧的濃度)，同時避免使用任何真空或低壓。
——該方法必須簡便而且實現(xiàn)起來很經(jīng)濟(因此應(yīng)該使之特別節(jié)省氧氣)。
——該方法還具有很好的靈活性和可調(diào)性，根據(jù)指定的應(yīng)用，可以獲得的載氣中的臭氧濃度，可從百分之幾到百分之幾十變化和調(diào)整。
——該方法還能滿足工業(yè)上必須的安全要求。
申請人公司成功總結(jié)的研究表明，在上面列出的約束條件下，通過下述階段的聯(lián)合使用，有可能會得到這樣的濃集現(xiàn)象
——適當(dāng)?shù)妮d體(特別是硅膠)上對氣體介質(zhì)(例如由臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的混合氣體)的吸附階段。
——用含CO2的氣流解吸被吸附的臭氧階段。
這些研究所揭示的基本觀點在于，CO2不僅僅作為吹掃載氣(象通常所用的氮氣或空氣)，而且它還能產(chǎn)生所謂的“活塞”效應(yīng)，這在下文的實施例中說明。
當(dāng)CO2本身被吸附時，它在該階段解吸先前被吸附的臭氧，從而以一種臭氧前沿的形式在吸附罐中推進。
這些研究還表明，由于最初從解吸階段而來的含臭氧氣體中有CO2的存在，有利于臭氧分子的穩(wěn)定性(限制臭氧分解)，因此無論是在中介氣體中貯存臭氧，還是工業(yè)管道輸送，都很有利。因此，貯存在氣態(tài)CO2中與貯存在純氧氣中比較，觀測穩(wěn)定性的增益系數(shù)時、例如17小時后、在使用的壓力下此系數(shù)會達到3。
還有，申請人公司已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在被處理氣體到達吸附瓶之前，向處理氣體內(nèi)加入一種被稱作伴隨氣體(adjacent gas)的含CO2氣體是有益的。
因此，無論在吸附階段還是在解吸階段，CO2都以這種形式存在。
特別是在吸附階段，CO2的存在使最終氣體要求的臭氧濃度得到更好的控制和調(diào)節(jié)。
根據(jù)本發(fā)明，對含臭氧的次級氣體的處理過程，包括以下幾個階段(a)將含CO2的被稱作伴隨氣體的氣體加入到次級氣體中。
(b)將由此形成的次級氣體和伴隨氣體的混合物至少通過一個吸附罐，在吸附罐中臭氧被完全或部分吸附。
(c)吸附罐用含CO2的解析氣體吹掃，在罐出口得到含臭氧的流出氣體，流出氣體中臭氧濃度高于次級氣體中的臭氧濃度。
從吸附瓶流出的未被吸附的由次級氣體和伴隨氣體組成的殘余氣體混合物，向外面排放或者作為氧氣來源循環(huán)利用，這樣做是有利的，例如流回臭氧發(fā)生器入口(當(dāng)含臭氧次級氣體來自臭氧發(fā)生器時)，或者作為吸附或解吸階段CO2的來源(特別是在所述混合氣體幾乎不含有氧氣的情況下)。
如上所述，被處理的次級氣體可來自、例如處理含氧氣的初級氣體的臭氧發(fā)生器的出口或中介的貯罐中。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，在吸附階段(b)之前，利用含CO2的預(yù)處理氣體來凈化吸附劑，實現(xiàn)吸附劑的預(yù)處理。
正如那些本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員了解的那樣，根據(jù)本發(fā)明的處理過程可利用一系列并行的吸附罐(其形式常常是瓶子)，其中一個吸附罐，例如正處于吸附階段，而另一個先前經(jīng)過吸附階段的罐，正處于利用解吸氣體的解吸階段，等等。
對于由臭氧發(fā)生器構(gòu)成次級氣體的來源的情況，含氧氣的初級氣體可以是、例如空氣、純氧氣或空氣/氧氣混合氣體，或者是通過空氣吸附或滲透方法分離產(chǎn)生的氣體的混合物。
申請人公司已經(jīng)查明，處理含有例如百分之幾的氮氣的初級氣體對于提高臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧的效率是有利的。
“臭氧發(fā)生器”這個詞代表由最初的含氧混合氣生產(chǎn)含臭氧混合氣體的任何類型的裝置，例如基于電暈放電等離子體的臭氧發(fā)生器。
吸附瓶應(yīng)是有利地與外界環(huán)境絕熱。例如，利用填滿珍珠巖的間壁系統(tǒng)，適當(dāng)抽真空，如工業(yè)上常用的對待冷凍液體的貯存的方法。
根據(jù)研究結(jié)果，可用的來自次級氣體源的次級氣體，在多數(shù)情況下其溫度接近環(huán)境溫度。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，次級氣體也可以在到達吸附罐前被冷卻。
冷卻的次級氣體溫度范圍為-80℃到10℃或-80℃至0℃是有利的。
冷卻階段應(yīng)在加入伴隨氣體前或之后進行。
這個冷卻過程通過一些常規(guī)方法實現(xiàn)，例如機械冷卻、低溫液體換熱器，或者透平機降壓操作。
也可以設(shè)想氣/氣換熱器，它的一個通道是用來通過被冷卻的次級氣體(或次級氣體/伴隨氣體混合物)，另一通道通過解吸氣體，有利的是該解吸氣體來自于液體CO2貯罐，且該氣體有冷量釋放。
應(yīng)該注意到，根據(jù)情況，利用一個三通道換熱器是很有效的，第三條通道是為了循環(huán)在吸附瓶出口得到的未被吸附的殘余氣體，這些殘余氣體溫度相對較低。
如果吸附階段在吸附瓶內(nèi)氣體流動方向被稱作“并流”(從而可以在并流的瓶出口得到未被吸附的殘余氣體)，然后解吸階段通過并流或逆流吹掃來實現(xiàn)。
對于并流吹掃解吸，在瓶逆流出口得到含臭氧的流出氣體。
對于并流吹掃解吸，在瓶并流出口得到含臭氧的流出氣體。
在一些情況下，根據(jù)預(yù)定操作(例如，批處理或循環(huán)方式等)，在階段(c)之后的吸附瓶中用過的吸附劑的再生階段，例如用下述方法之一進行再生是有利的加熱吸附劑、在真空下或者利用一種輔助氣體吹洗吸附劑(在瓶內(nèi)氣體以任意方向流動)，這個輔助氣體可以是如惰性氣體。
在這個再生過程后期得到的含有CO2的氣體，可以有利地循環(huán)，以利于再利用，例如能被上面提到的解吸階段或預(yù)處理階段重新利用。
因此，我們可以看到，有必要使用一定數(shù)量的吸附瓶，例如一個吸附罐處于預(yù)處理階段，而另一個已經(jīng)預(yù)處理完的罐正處在吸附階段，而先前經(jīng)過吸附階段的第三個罐正處在用解吸氣體進行解吸的階段，等等。
關(guān)于這個通常涉及到吸附/解吸循環(huán)的多組罐，參考已經(jīng)提到的文獻FR—2,580,271，其中特別指出吹洗氣體的凈化過程中吸附瓶的周期性使用。
根據(jù)本發(fā)明，在可調(diào)節(jié)的情況下，根據(jù)預(yù)期的氧化應(yīng)用，改變濃集現(xiàn)象的強度，從而可以改變出口氣體的臭氧濃度。因此，這成功地表明，有可能獲得的濃度比至少為2，甚至至少達到4或者更高(因此能得到百分之幾十的濃度)。
根據(jù)本發(fā)明的伴隨氣體，有利地是CO2、N2與CO2混合氣、或O2與CO2混合氣、空氣與CO2混合氣、或更通常的是CO2與其它任意的與給定載體吸附很弱的氣體(如惰性氣體)的混合物。
根據(jù)每個用戶情況，通過用本發(fā)明得到的富含臭氧的出口氣體，同樣可以很好地直接通向用戶站，例如——通向一個氣體貯罐，以便隨后的幾小時內(nèi)使用(上面已經(jīng)提到，含CO2的混合氣體對氣態(tài)臭氧的穩(wěn)定性有顯著影響)。
——或通向一個CO2/O3混合氣的低溫冷凍接收器中(液體CO2和O3以溶解態(tài)貯存在CO2中)，例如，通過在幾巴的壓力(幾個105帕)和接近-50℃的溫度條件下實現(xiàn)。
事實上，除了申請人公司的研究對前面所指的應(yīng)用得出的成功結(jié)論、以及成功地表明由于CO2的存在對氣態(tài)混合物中臭氧分子的穩(wěn)定性有積極的作用(限制其分解)之外，申請人公司還進行了其它的研究工作，這些研究工作已經(jīng)表明，臭氧在液體CO2中具有很高的溶解性(與通常在液氮中或在CFC類型的化合物(如氟里昂)中所檢測和獲得的結(jié)果相比)。
因此可以說明，與通常在液態(tài)氧或液態(tài)氮中獲得的穩(wěn)定性相比，在液體CO2中可能會提高穩(wěn)定性(穩(wěn)定性因子可以增加到5或7)，因此，接近在一些CFCs中臭氧的穩(wěn)定性的良好的效果。眾所周知，出于對環(huán)境保護的考慮，CFC在國際范圍內(nèi)受到嚴格的限制。
因此，這些穩(wěn)定性結(jié)果開辟了一個新的、非常誘人的對臭氧貯存的可能性。
根據(jù)所考慮的應(yīng)用，可以十分便利地控制出口氣體臭氧濃度，這樣的隨動控制，可以從下列方法之一獲得，例如——當(dāng)出口氣體中所測臭氧濃度高于給定濃度時對氣體進行稀釋。
——根據(jù)出口氣體臭氧濃度的測量值，調(diào)整后面步驟的吸附/解吸循環(huán)(例如，調(diào)整臭氧發(fā)生器入口的氧氣濃度，如果是對次級氣體源調(diào)整吸附和/或解吸階段氣體的壓強和在吸附和/或解吸過程中CO2的濃度，或者將這些方法聯(lián)合使用)。
還有可能要改變溫度參數(shù)(特別是吸附和解吸階段的溫度差)，但這種方式需要提供更長的反應(yīng)時間(因為熱慣性)。
當(dāng)次級氣體是來自臭氧發(fā)生器時，次級氣體的壓強通常定在1.01×105帕(1個大氣壓)到2×105帕(2巴)的范圍(絕對壓強)，但是在一些情況下，壓力可能會更高，甚至達到106帕(10巴)。
對于解吸氣體，在吸附階段其壓強通常介于大氣壓強和次級氣體/伴隨氣體混合物壓強之間。根據(jù)本發(fā)明的一個替代方案，解吸氣體的壓強高于次級氣體/伴隨氣體混合物的壓強，本發(fā)明的這個替代方案，可將根據(jù)本發(fā)明獲得的“濃集器”效應(yīng)與壓強結(jié)合起來，這主要適用于一些較高壓強是有利的、應(yīng)用臭氧的場合。
本發(fā)明還涉及一種對含臭氧的次級氣體的處理裝置。這個裝置順序包括沿至少一個主氣體流的下列裝置。
——待處理氣體的來源；——至少一個吸附罐；——含CO2的解吸氣體源，該氣體源通過一個所謂的解吸管道連接在主管道上，在主管道上的連接點位于次級氣體源和吸附罐之間。
其特征在于，還有一個附加的含CO2的伴隨氣體源，通過一個所謂的伴隨管道連接在主管道上，主管道上的連接點位于伴隨氣體源和吸附罐之間。
次級氣體源可以是來自由含氧初級氣體生產(chǎn)次級氣體的臭氧發(fā)生器、或者來自含臭氧次級氣體的中間貯罐。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，該裝置中還包括一個冷卻氣體的設(shè)備，這個冷卻設(shè)備位于次級氣體源和吸附罐之間，在解吸管道與主管道連接處的上游或下游及在伴隨管道與主管道連接處的上游或下游。
如上所述，用于冷卻的方法可以是一些常規(guī)手段，如機械冷卻、低溫液換熱器、或者對透平機降壓操作，同時也可設(shè)想具有至少兩個通道的氣/氣換熱器，其中一個通道用來通過待冷卻氣體，另一通道用來通過解吸氣體，這種解吸氣體有利地是來自液體CO2貯罐，而且該氣體具有冷量釋放。
如果合適，還可增加一些與特定臭氧濃度值相關(guān)的臭氧濃度的隨動控制所必須的器件，如分析器、閥門系統(tǒng)、手動或自動控制選擇(特別是進行遠程控制，例如利用一個可編程邏輯控制器)以及流量控制器，當(dāng)出口氣體臭氧濃度高于設(shè)定值時允許稀釋出口氣體，或者借助其它方法例如調(diào)整吸附/解吸循環(huán)中至少一個參數(shù)(如當(dāng)次級氣體源是臭氧發(fā)生器時初級氣體的氧氣濃度、解吸氣體和/或伴隨氣體中CO2的濃度、次級氣體的壓力以及解吸氣體的壓力)來實現(xiàn)。因此，有可能利用不同的初級氣體源或者通過滲透和吸附改變氧氣發(fā)生器的生產(chǎn)條件，從而改變氧氣發(fā)生器出口氣體氧氣的濃度。
類似地，可以通過使用不同來源的CO2或稀釋同一來源的CO2，來改變伴隨氣體的組成。
本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點將在下面的一些實施方案的闡述中進行說明，這些實施方案起說明作用，但并不以此為限，并和附圖結(jié)合說明，在附圖中——
圖1是一個適用于本發(fā)明實施過程的裝置圖；——圖2是使用雙通道熱交換器冷卻操作的一個實施例詳圖；——圖3是吸附瓶出口臭氧濃度隨時間變化的函數(shù)關(guān)系圖(在吸附和解吸階段，其中解吸階段使用氮氣)；
——圖4是吸附瓶出口臭氧濃度隨時間變化的函數(shù)關(guān)系圖(在吸附和解吸階段，其中解吸階段使用純CO2)；——圖5是吸附瓶出口臭氧濃度峰值隨吸附氣體中CO2濃度變化的函數(shù)關(guān)系圖(解吸階段在不同的CO2濃度下進行)；圖1中指出了氧氣源2(構(gòu)成初級氣體)，它在實施例的圖解中用瓶(壓縮氣體貯罐)的形式表示。該氧氣源可以是例如空氣、氧氣或氮/氧混合氣，通過主管道19并且借助適當(dāng)?shù)呐蛎浵到y(tǒng)、閥門系統(tǒng)以及其它流量控制系統(tǒng)(該方案中為膨脹閥3、閥門4和由控制箱6控制的質(zhì)量流量調(diào)節(jié)器5)及利用電暈放電型的臭氧發(fā)生器1進料。
在臭氧發(fā)生器1出口得到的次級氣體臭氧濃度，如果合適，通過連接臭氧發(fā)生器出口處主管道的支路14，在分析器13中測得，從分析器出來的氣體放空，優(yōu)選通過消毒系統(tǒng)11排出(例如，利用氧化鋁促進臭氧分解的系統(tǒng))。
然后次級氣體通過一個閥門系統(tǒng)和一個流量控制系統(tǒng)(21，12)到達冷卻裝置15(如低溫液體換熱器)，在這里使氣體降溫，優(yōu)選的范圍是[-80℃，10℃]，更優(yōu)選的范圍是[-80℃，0℃]。
注意到解吸氣體管道17，在其上游部分它與含CO2的氣體源18連接。如圖所示的解吸氣體管道17與主管道在冷卻系統(tǒng)的上游連接，或者通過旁路16在該系統(tǒng)的下游連接。
正如那些本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的那樣，圖中所示的與含CO2氣體源連接的管道17和16還可以用于供應(yīng)含CO2的伴隨氣體。
為了使圖簡化易讀，因此只把該裝置的一部分(包括氣體源18，管道16/17)用來輸送伴隨氣體和解析氣體，這些供應(yīng)管道的連接點在冷卻裝置15的上游或下游。
解吸氣體和/或伴隨氣體源18最好是用液體CO2貯罐，這個貯罐中放出的冷氣體有利于提供冷量。
在冷卻裝置15出口得到的冷次級氣體(或次級氣體/伴隨氣體混合物)，沿主管道19引到裝有硅膠的吸附瓶7中，在吸附瓶中組成混合氣體的部分或全部臭氧被吸附，而未被吸附的殘余氣體，如實施例所示，流經(jīng)消毒系統(tǒng)11后排放出去，如果需要，則先經(jīng)過分析段10。
在接下來的解吸階段中，利用解吸氣體18，在瓶出口7處得到的流出氣體通過管道19的下游部分送至8，即根據(jù)不同場合，8可以代表一個用戶點，一個便于在其后幾小時內(nèi)使用的氣體貯罐(如上所述臭氧在含CO2的混合氣中穩(wěn)定性有顯著提高)、或者一個接收器，在這里所產(chǎn)生的CO2/O3混合物進行低溫冷凍。
圖2表示一個特例，使用的冷卻裝置15是氣/氣換熱器，該換熱器的一個通道經(jīng)過管道19輸送來自臭氧發(fā)生器的次級氣體，在該混合氣到達吸附瓶7之前，另一通道用于輸送流經(jīng)管道17的解吸氣體(和/或伴隨氣體)，管道17如圖中所示與液體CO2貯罐18連接(通常貯存條件是-20℃、2×106帕)，從這里來的冷卻氣體在換熱器中釋放冷量，從而對次級氣體有利。
點劃線20表示送往柱7頂端的解吸氣體。實線23表示在換熱器下游，為進行吸附過程，輸送伴隨氣體進入次級氣體。
在本應(yīng)用實例中，沒有用到三通道換熱器，但是應(yīng)該知道，正如前面已經(jīng)提到的，這樣的三通道換熱器在一些場合下使用，從而還可輸送在吸附瓶出口回收到的未被吸附的殘余氣體。
圖3是吸附瓶出口臭氧濃度(作為縱坐標)以時間為橫坐標的函數(shù)變化曲線(因此是在吸附和解吸階段)，解吸階段通常使用氮氣(或空氣)。
還可以從“所得臭氧量”的方式來讀這些圖(在任意時刻濃度和流速的積)。
這些實驗結(jié)果(如圖3所示)，同下文中圖4和5所示一樣，用一個象上文中圖1所示的裝置，在下述條件下得到(這里被吸附氣體混合物未經(jīng)冷卻)—一個由304L不銹綱制成的吸附柱，裝大約1千克粒徑為1到3毫米的硅膠(Grace牌，推薦用Grace 125)；——吸附階段臭氧體積分數(shù)為1％的O2/O3次級混合氣體(如圖4和5所示，加入了CO2伴隨組分)，總流速為40sl/h，溫度接近環(huán)境溫度，絕對壓力接近1.1×105帕，此階段歷時30到40分鐘。
——解吸階段無論使用氮氣(圖3)或含CO2的混合氣、或純CO2(后面的圖)，此階段氣體流速為40sl/h，在此過程中，其壓力變化很小，在一個大氣(1.01×105帕)壓和1.1×105帕之前，此階段持續(xù)20到30分鐘。
——如圖4和5所示的實驗情況，吸附劑的預(yù)處理在起始階段、吸附階段b)之前進行。根據(jù)該實驗情況下，此階段利用最多含75％的CO2的氧氣混合氣在環(huán)境溫度下、絕對壓力接近1.1×105帕、流速為40sl/h左右進行。此階段吸附劑溫度有一點上升(此階段持續(xù)幾十分鐘)，從而又降回到稍高于環(huán)境溫度。
在圖3中，箭頭A所指地方是循環(huán)中吸附開始，箭頭B指的地方是吸附結(jié)束及用氮氣的解吸開始，箭頭C所指之處是解吸階段結(jié)束。
從該圖中可以清楚地看到?jīng)]有濃集現(xiàn)象，因為解吸過程得到的臭氧濃度沒有超過額定濃度(在該實施例中為21克/米3)，即最初來自臭氧發(fā)生器的次級氣體的濃度。
在出口測得的臭氧濃度，在箭頭A后迅速下降(因為臭氧被吸附)，直到達到零或很小以致很難測出。
在圖4所示的情況中，對同樣的額定值，使用純CO2進行解吸操作(當(dāng)前沿流過時，溫度有一點上升)，在解吸階段有一個清晰的臭氧濃度峰，明顯超出了額定值。
正如已經(jīng)提到的那樣，這個濃度峰的值(從百分之幾到百分之幾十)以及它的形態(tài)是可以控制的(根據(jù)預(yù)定應(yīng)用)，特別是通過修改列出的參數(shù)來控制。
這里同樣，為了使圖更易讀，箭頭A所指之處是循環(huán)中吸附開始，箭頭B所指的是吸附結(jié)束及用純CO2解吸的開始階段，箭頭C所指是解吸階段結(jié)束。
類似地，如在下面更詳細地討論，對于曲線段這張示意圖，可以理解為“臭氧濃度”或“臭氧量”。
在圖4中可以看到有一個短的過渡過程存在，這個過渡過程始于B，隨解吸階段開始，并在達到峰值之前，B點沒有測得臭氧濃度(在這里這個過程持續(xù)7到8分鐘)。
在這個過渡過程期間，由于非常低的流速，在瓶出口回收非常少量的臭氧。
這個現(xiàn)象證實了上面提到的“活塞”效應(yīng)，因為CO2本身也被吸附，CO2解吸后立刻將先前被吸附的臭氧以一種臭氧前沿的形式在吸附罐中向前推。
因此可看到，對圖4為了便于理解，這個過渡過程的曲線變化必須用產(chǎn)生的臭氧量的形式去讀，而圖4的其它部分無論以“濃度”形式還是以“數(shù)量”形式去讀都沒有困難。
這個位于解吸階段開始和濃度峰之間過渡效應(yīng)的特征在于，它與解吸氣體申CO2濃度和次級氣體/伴隨氣體混合物中CO2濃度之比有一個函數(shù)關(guān)系。
因此圖5是吸附瓶出口臭氧濃度峰值與吸附混合氣中CO2濃度(作為橫坐標)的函數(shù)關(guān)系(考慮了伴隨氣體)，解吸過程是在氧氣中不同的CO2濃度(25％，50％，100％)下進行。
這些變化說明了解吸氣體中大量存在的CO2的影響。
記住這些結(jié)果，當(dāng)然這些結(jié)果代表使用的吸附和解吸的壓力條件，應(yīng)該強調(diào)當(dāng)CO2也用于吸附階段時，擇優(yōu)地確保解吸氣體CO2濃度/次級氣體和伴隨氣體混合物中CO2濃度之比大于1。
正如那些為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的那樣，對剛才描述的本發(fā)明的所有替代方案，比如根據(jù)不同的伴隨氣體和解吸氣體組成得到的出口氣體組成有很大不同。流出氣體可以是二組分(O3/CO2)、三組分(如O3/CO2/O2或O3/CO2/N2等等)或者更多組分。
雖然本發(fā)明通過幾個有關(guān)的具體實施例來說明，但并不受此限制，相反，可允許本領(lǐng)域技術(shù)人員所顯而易見的修改和替代形式。
權(quán)利要求
1.含臭氧的次級氣體的處理方法，包括以下幾個階段a)含CO2的伴隨氣體(18)加入到次級氣體中；b)次級氣體與由階段a)終端得到的伴隨氣體的混合物，通過至少一個吸附罐(7)，在罐中臭氧被全部或部分吸附；c)前述的吸附罐利用含CO2的解吸氣體(18)吹掃，在前述罐出口得到含臭氧的流出氣體，前述的流出氣體臭氧濃度高于前述次級氣體的臭氧濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在階段b)之前，前述的吸附劑已經(jīng)過一個預(yù)處理階段，這個階段利用含CO2的預(yù)處理氣體吹掃吸附劑。
3.根據(jù)前述2個權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于前述出口氣體臭氧濃度與前述次級氣體臭氧濃度之比至少為2。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于解吸氣體中CO2濃度與由次級氣體和伴隨氣體級成的混合氣體中CO2濃度之比大于1。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求書中任一項的方法，其特征在于解吸氣體的壓力高于次級氣體和伴隨氣體組成的混合氣體的壓力。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于前述的伴隨氣體選自以下幾種純CO2、N2/CO2混合氣、O2/CO2混合氣和空氣/CO2混合氣。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項方法，其特征在于前述的次級氣體在到達前述的吸附罐之前，經(jīng)過冷卻處理(15)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于冷卻的次級氣體溫度范圍是[-80℃，10℃]。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的方法，其特征在于前述的冷卻操作在加入伴隨氣體的階段a)之后進行。
10.根據(jù)權(quán)利要求7到9的任一項的方法，其特征在于對于次級氣體或次級氣體和伴隨氣體混合物的冷卻過程(15)是利用通過一個至少兩通道的換熱器來實現(xiàn)，換熱器第二通道用于通過前述解吸氣體(17，18)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于前述的換熱器是一個至少三通道的換熱器，其第三通道用于通過殘余混合氣體，這些未被吸附的殘余的次級氣體和伴隨氣體的混合物是在前述的吸附罐出口處回收并循環(huán)回到換熱器中。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于流出氣體的臭氧濃度，受與一個給定值相關(guān)的隨動控制。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于前述流出氣體的臭氧濃度通過稀釋作用進行隨動控制。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于前述流出氣體的臭氧濃度，通過至少調(diào)整下述參數(shù)之一進行隨動控制解吸氣體和/或伴隨氣體中CO2濃度、次級氣體的壓力和解吸氣體的壓力。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于前述次級氣體在臭氧發(fā)生器出口得到，臭氧發(fā)生器處理含O2的初級氣體(2)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于流出氣體的臭氧濃度通過改變前述初級氣體中O2的濃度進行隨動控制。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于前述的吸附劑是硅膠。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于得到的流出氣體引向用戶站，或以氣態(tài)方式貯存，或引向液體CO2貯罐，得到的流出氣體(8)將溶解在液體CO2貯罐中。
19.處理含臭氧的次級氣體裝置，適用于任一個前述權(quán)利要求的方法，它順序包括沿至少有一個主氣體管道的下列設(shè)備——一個次級氣體源；——至少一個吸附罐(7)；——一個含CO2的解吸氣體源(18)，它用一個所謂解吸管道(16，17)與主管道連接，連接點在主管道上，位于次級氣體源和前述吸附罐之間。其特征在于另外包括一個含CO2的伴隨氣體源(18)，用一個所謂的伴隨管道(16，17)與主管道相連，連接點位于主管道上，在次級氣體源和前述吸附罐之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的裝置，其特征在于冷卻設(shè)備(15)置于次級氣體源和前述吸附罐(7)之間，在解吸氣體管道與主管道連接點的上游或下游，以及在伴隨氣體管道與主管道連接點的上游或下游。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的裝置，其特征在于前述冷卻設(shè)備(15)由一個具有至少兩通道的換熱器組成，其中一個通道用來通過前述的次級氣體，另一通道用于通過前述的解吸氣體。
22.根據(jù)權(quán)利要求19到21的任一項的裝置，其特征在于前述的次級氣體源是一個從含O2的初級氣體生產(chǎn)前述的次級氣體的臭氧發(fā)生器(1)。
23.根據(jù)權(quán)利要求19到22的任一項的裝置，其特征在于解吸氣體和/或伴隨氣體源(18)是液體CO2貯罐。
24.根據(jù)權(quán)利要求19至23的任一項的裝置，其特征在于解吸氣體源由純CO2組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一個處理含臭氧的次級氣體的過程，包括以下幾個階段a)把含COb)階段a)末端得到的次級氣體和伴隨氣體混合物，至少流入一個吸附罐(7)，在吸附罐中臭氧被全部或部分吸附。c)利用含CO
文檔編號C01B13/11GK1135369SQ9512012
公開日1996年11月13日 申請日期1995年12月27日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月27日
發(fā)明者M·伽思逖格, P·任諾爾特 申請人:喬治·克勞德方法的研究開發(fā)空氣股份有限公司