Способ получения озона и устройство для его осуществления

 

Сущность изобретения: воздух или кислород подают в компрессор 2, затем под давлением в плазмотрон 1. Температура в плазмотроне около 4000 К. Плазму охлаждают до комнатной температуры в холодильнике 3 и смешивают с воздухом или кислородом в узле смешения 4. Смесь выдерживают в генераторе озона 5 до достижения максимальной концентрации последнего. Концентрация озона до 10 мас. % энергозатраты - 10 кВт ч/кг озона для воздушной плазмы и 3 кВт ч/кг озона для кислородной плазмы. Отсутствуют дорогие и дефицитные реагенты. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к газовой электрохимии, в частности к способам получения озона с помощью электрического разряда и устройствам их реализации.

Наиболее близким к изобретению являются способ и устройство для получения озона.

Способ включает нагрев кислородсодержащего газа в электроразрядном подогревателе, охлаждение полученной смеси и ее подачу в генератор озона. Устройство включает источник кислородсодержащего газа, электроразрядный подогреватель, холодильник и генератор озона. Приведенные способ и устройство не обеспечивают достижения высоких концентраций озона в продуктах синтеза, и для получения озона используются дорогие и дефицитные реагенты.

В основу изобретения положена задача создания способа и устройства для получения озона, обеспечивающие достижение высоких концентраций озона в продуктах синтеза и позволяющие использовать доступные и дешевые реагенты.

Это достигается тем, что в способе получения озона путем термосинтеза из плазмы, образованной в электродуговом подогревателе (плазмотроне), при котором осуществляют охлаждение плазмы с атомами невысокой концентрации и молекулами кислорода до температуры по крайней мере не выше комнатной, а затем производят синтез атомов в смеси с молекулами кислорода в молекулы озона, в качестве плазмообразующего газа используют молекулярный кислород или воздух, а синтез получившейся в плазме смеси атомов (высокой концентрации) и молекул кислорода в молекулы озона, производят с подмешиванием дополнительного молекулярного кислорода, в том числе и кислорода воздуха. При этом осуществляют выдержку во времени результирующей смеси (атомов и молекул кислорода с дополнительным молекулярным кислородом) в генераторе озона до завершения процесса синтеза.

Устройство для реализации способа получения озона включает электродуговой подогреватель (плазмотрон), соединенный с источником сжатого плазмообразующего газа, генератор озона и холодильник. Отличием предложенного устройства является то, что оно содержит узел смешения для дополнительной подачи кислородсодержащего газа в реакционный объем.

На чертеже изображена схема установки, реализующей предложенный способ получения озона.

Установка состоит из плазмотрона 1, вход которого соединен с источником плазмообразующего газа 2 (кислорода или воздуха). На выходе из плазмотрона размещен холодильник 3, соединенный с узлом смешения и дозирования 4 и генератором озона 5. Стенки плазмотрона 1 и холодильника 3 охлаждаются водой, поступающей из насоса 6. Узел 4 смешения и дозирования соединен с источником кислорода или воздуха. Холодильник 3 соединен непосредственно с камерой плазмотрона 1, а узел 4 смешения и дозирования установлен на выходе из холодильника 3 и соединен с генератором озона 5.

Способ термосинтеза озона реализуют следующим образом.

Воздух или кислород подают в источник газа 2, откуда он под давлением поступает в электродуговой подогреватель (плазмотрон 1), где молекулы кислорода в результате подогрева до температуры около 4000 К в значительной мере разлагаются на атомы. Полученную таким образом плазму охлаждают до комнатной температуры в теплообменнике-холодильнике 3, в результате чего плазма переходит в неравномерное состояние, в котором атомы кислорода начинают реагировать с молекулами кислорода, образуя озон. При этом в реакции участвуют как молекулы кислорода, неразложившиеся в плазмотроне, так и дополнительно подмешанные молекулы кислорода (воздуха) в узле 4 дозирования и смешения. Количество молекул кислорода дозируется так, чтобы их поступало больше, чем атомов. Процесс синтеза озона проходит в плазмотроне и завершается в генераторе озона 5, откуда смесь озона с газами (азотом, кислородом), разбавляющими озон до необходимых концентраций, подают к потребителю. Для охлаждения плазмы в теплооб- меннике-холодильнике используется вода, которую подают под давлением от насоса 6 и используют для охлаждения стенок плазмотрона. Процесс синтеза в генераторе озона завершается по достижении максимальных концентраций озона.

Высокая степень диссоциации молекул кислорода на атомы в плазмотроне 1 и последующая высокая полнота использования атомов кислорода для синтеза озона в результате подмешивания дополнительных молекул кислорода в узле смешения 4, а также полнота прохождения синтеза в генераторе озона обеспечивают получение высоких концентраций озона (до 10% по весу) и низких энергетических затрат (около 10 кВт ˙ ч/кг озона для воздушной плазмы и около 3 кВт˙ ч/кг озона для кислородной плазмы). У известных озонаторов (с барьерным разрядом) те же характеристики, соответственно не выше 2-3% и 15-40 кВт˙ ч/кг озона.

Значительная теплонапряженность процессов в плазмотроне и генераторе озона обеспечивают высокую производительность, малую металлоемкость, небольшую потребную площадь и низкую стоимость конструкции для термосинтезатора озона. В результате конструкции для получения озона, основанные на предложенном способе, могут в десятки раз по отмеченным характеристикам (производительности, металлоемкости, стоимости) превосходить известные выпускаемые озонаторы равной производительности.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОЗОНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

1. Способ получения озона, включающий нагрев кислородсодержащего газа в электроразрядном подогревателе, охлаждение полученной реакционной газовой смеси и ее подачу в генератор озона, отличающийся тем, что охлаждение реакционной газовой смеси ведут до температуры, не превышающей комнатную, после чего в указанную смесь дополнительно вводят воздух или кислород и выдерживают ее в генераторе озона до достижения максимальной концентрации последнего.

2. Устройство для получения озона, включающее источник кислородсодержащего газа, электроразрядный подогреватель, холодильник и генератор озона, отличающееся тем, что между холодильником и генератором озона установлен узел смешения для дополнительной подачи кислородсодержащего газа в реакционную смесь.

РИСУНКИ

Рисунок 1