Способ нейтрализации озона в газовых смесях

 

Изобретение относится к области газовой электрохимии для нейтрализации остаточного озона. Способ заключается в обработке озона световым излучением в высокочастотном электрическом поле холодной плазмой в течение 0,5-1,0 с. Дополнительно газовую смесь пропускают через угольный фильтр. Изобретение позволяет значительно снизить энергозатраты, отказаться от использования катализаторов и упростить конструкцию устройств, реализующих предлагаемый способ. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области газовой электрохимии, в частности к способам разложения озона в отработанной смеси после озонирования хозяйственно-питьевой и технической вод, промышленно-сточных вод, а также может быть использовано в химической, фармацевтической, металлургической, целлюлозно-бумажной и др. отраслях промышленности, проводящих очистку газовых смесей от озона.

Известен каталитический способ очистки газов от озона на катализаторе, состоящем из платины или палладия на активной окиси алюминия, процесс ведут при температуре от 95 до 130°C и объемной скорости газа 9000-30000 ч [1].

Недостатками указанного способа являются использование дорогостоящих редких металлов и нагрев катализатора электронагревателями, потребляющими большое количество энергии (35 Вт/м³). Процесс инерционен, выход на тепловой режим устройства занимает значительное (до нескольких часов) время.

Известен способ обработки отработанного озона с целью его нейтрализации с помощью электричества без электронагревателей. Газы, содержащие отработанный озон, пропускают над фотокатализатором при действии на катализатор светового излучения в электрическом поле. Фотокатализатор производит излучение определенной длины волны, достаточное для разложения озона. Световое излучение в электрическом поле получают свечой или искровым преобразователем. Для увеличения времени контакта применяются лабиринтные каналы [2].

Недостатком известного способа является сложность изготовления устройства, его реализующего. При мелкосерийном производстве цена на данное устройство будет непомерно высока.

Целью изобретения является: значительное снижение энергозатрат на 1 м³ обрабатываемого газа, отказ от использования редких металлов (от катализаторов) и конструктивная простота устройств, реализующих предлагаемый способ.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе нейтрализации озона в газовых смесях, заключающемся в обработке озона световым излучением в электрическом поле, обработку озона проводят в высокочастотном электрическом поле холодной плазмой. Для полной нейтрализации озона обрабатываемый газ пропускают через угольный фильтр.

Предлагаемый способ реализуется на устройстве, показанном на приведенных чертежах. На фиг. 1 показан продольный разрез, на фиг. 2 - поперечное сечение в зоне перегородки.

Устройство состоит из камеры 1 с входным патрубком 2 для подачи отработанной озоно-газовой смеси. В камере 1 установлена термостойкая перегородка 3 с окном 4, образующая реакционную зону. Свеча 5 и электрод 6 с электроподводами 7 составляют рабочий элемент электрической части устройства, создающей канал высокочастотного электрического разряда, являющегося источником холодной плазмы. Угольный фильтр, состоящий из корпуса 8, загруженного углем 9, с помощью трубы 10 сообщается с камерой 1, из которой поступает обработанная в электрическом поле газовая смесь. После фильтра через патрубок 11 газовая смесь, нейтрализованная по предлагаемому способу, сбрасывается в окружающую среду.

Способ нейтрализации озона осуществляется следующим образом.

Со стороны входа перегородка 3 имеет прямоугольное окно 4 высотой 10 мм и длиной 30...50 мм. На одной из малых сторон окна расположен торец электрода 6, а на другом - плоский торец свечи 5 диаметром 10 мм. Между электродом и свечой создается канал высокочастотного электрического разряда с холодной плазмой (Т~5000К) диаметром 10 мм и происходит ионизация воздуха.

Из химической физики известно, что диссоциация молекулы кислорода происходит при столкновении ее с электроном, обладающим энергией в (5,084 эВ), т.е. О₂+е(5,084 эВ)→O+O с последующим образованием озона О₂+О→О₃. Диссоциация молекулы озона происходит при столкновении ее с электроном обладающим энергией в (2,26 эВ), т.е. О₃+е(2,26 эВ)→O₂+O с последующим образованием кислорода О+О→О₂. Озон термически неустойчив, быстрый распад наступает при температуре 100°С. Время жизни O₃ при температуре, равной 200°C, составляет примерно одну секунду [3].

Время пребывания обрабатываемой озоно-газовой смеси в камере желательно 0,5-1,0 с. Это время можно получить, например, за счет подбора длины окна и объема камеры.

Часть озона диссоциирует от столкновения с электронами, обладающими энергией (2,26 эВ<е<5,0 эВ), другая часть озона распадается от термического нагрева.

Образовавшиеся радикалы кислороде O в цилиндрической части за окном объединяются в молекулы кислорода О+O→O₂. "Проскок" радикала кислорода O через цилиндрическую часть камеры 1 теоретически возможен, поэтому, для гарантии полной нейтрализации озона камера 1 соединяется трубой 10 с корпусом 8 фильтра, наполненного обыкновенным углем 9, где уголь окисляется радикалами кислорода O.

Процесс нейтрализации озона согласно предлагаемому способу поддается регулированию и оптимизации. Например, при малой концентрации остаточного озона можно снизить энергию разряда в высокочастотном электрическом поле или увеличить расход обрабатываемого газа. Оптимальные параметры устанавливаются по результатам контроля остаточного озона.

Оборудование, предназначенное для реализации способа, компактно, удобно в эксплуатации и не требует больших финансовых затрат.

Использованные источники

1. Патент РФ №1603562 (з. №4433126/26 от 30.05.88 г.). Способ очистки газов от озона, МПК В 01 D 53/66.

2. Патент Японии №4-5485 (з. №62-139860 от 05.06.87 г.). Способ обработки отработанного озона. МПК В 01 D 53/36.

3. Химическая энциклопедия. Научное издательство "Большая Российская энциклопедия", М., 1992, т.3, с.332-333.

Формула изобретения

1. Способ нейтрализации озона в газовых смесях, заключающийся в обработке озона световым излучением в электрическом поле, отличающийся тем, что обработку проводят в высокочастотном электрическом поле холодной плазмой в течение 0,5-1,0 с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработанный газ пропускают через угольный фильтр.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2