способ получения озоногазовой смеси и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения озоногазовой смеси, включающий синтез озона из кислорода в генераторе озона, охлаждение озонокислородной смеси, отделение озона из смеси и рециркуляцию не преобразованного в озон кислорода, отличающийся тем, что озонокислородную смесь охлаждают до температуры конденсации озона, конденсируют за счет испарения жидкого кислорода и осуществляют отделение жидкого озона, после чего жидкий озон испаряют воздухом, охлажденным за счет холода образующейся озоновоздушной смеси, а поток не преобразованного в озон кислорода соединяют с потоком газообразного кислорода, образующимся от испарения жидкости, нагревают и направляют на рециркуляцию, при этом расходуемый на получение озона кислород компенсируют за счет подпитки жидким кислородом.

2. Устройство для получения озоногазовой смеси, включающее генератор озона для синтеза озона из кислорода, блок предварительного охлаждения озонокислородной смеси, блок разделения озона и кислорода, кислородный компрессор для рециркуляции не преобразованного в озон кислорода, резервуар с жидким кислородом и трубопровод, отличающееся тем, что блок разделения озона и кислорода выполнен в виде ванны жидкого кислорода с конденсатором озона и сепаратора жидкого озона, а трубопровод присоединен к ванне жидкого кислорода и резервуару жидкого кислорода, при этом устройство дополнительно снабжено воздушным компрессором, рекуперативным теплообменником, эжектором и трубопроводами, соединяющими эжектор с сепаратором жидкого озона и рекуперативным теплообменником.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к криогенной технике и может быть широко использовано при создании криогенных систем по получению озоногазовых смесей.

Известен способ и установка получения озоногазовой смеси путем синтеза озона, осуществляемого в генераторе озона, продувкой через него воздуха или воздуха, обогащенного кислородом [1] .

Недостатками данного способа являются низкая концентрация, озона в озоновоздушной смеси и высокий расход электроэнергии на производство озона, а в случае использования воздуха, обогащенного кислородом, несмотря на снижение удельных энергозатрат на производство озона в самом озонаторе, для нормального технологического процесса необходимо дополнительно осуществить осушку воздуха, адсорбционный или мембранный процесс по его обогащению кислородом, что усложняет весь технологический режим, приводит к росту общих энергозатрат на получение озоногазовой смеси.

Известен способ и озонаторная установка с использованием в качестве сырья для получения озоногазовой смеси газообразного кислорода, который пропускают через генератор озона, а полученную газовую смесь направляют к потребителю [2] .

Данный способ отличается технологической простотой процесса получения озона, однако обладает существенным недостатком, который заключается в больших энергетических и эксплуатационных затратах, обусловленных тем, что после генератора озона кислород из полученной смеси не рециркулируется и безвозвратно расходуется.

Известен способ получения озоногазовой смеси и установка для его реализации, включающий синтез озона из кислорода в разрядном генераторе, охлаждение озонокислородной смеси, отделение озона методом низкотемпературной адсорбции и рециркуляцию непреобразованного в озон кислорода [3] .

Этот способ является наиболее экономичным, так как позволяет осуществить частичную рециркуляцию кислорода и сократить его расход. В то же время указанный способ обладает рядом недостатков, основными из которых являются:

- неполная рециркуляция кислорода, не преобразованного в озон;

- использование специального дорогостоящего адсорбента;

- необходимость регенерации адсорбента;

- повышенная взрывоопасность с ростом концентрации озона;

- необходимость комплектации устройства воздухоразделительной установкой.

Решаемая задача - снижение расхода кислорода и общего удельного энергопотребления процесса получения озоногазовой смеси.

Для решения поставленной задачи в предлагаемом способе, включающем синтез озона из кислорода в генераторе озона, охлаждение смеси, отделение озона из смеси и рециркуляцию кислорода, непреобразованного в озон, озонокислородную смесь охлаждают до температуры конденсации озона, конденсируют озон за счет испарения жидкого кислорода и осуществляют отделение жидкого озона, после чего его испаряют воздухом, охлажденным за счет холода образующейся озоновоздушной смеси, в количестве, обеспечивающим получение безопасной концентрации смеси, а поток непреобразованного в озон кислорода соединяют с потоком кислорода, образующимся при испарении, нагревают и направляют на рециркуляцию, при этом количество газообразного кислорода, расходуемого на получение озона, компенсируют за счет подпитки жидким кислородом.

Для решения этой же задачи устройство для получения озоногазовой смеси по предлагаемому способу включает генератор озона для синтеза озона из кислорода, блок предварительного охлаждения озонокислородной смеси, низкотемпературный блок разделения озона и кислорода, кислородный компрессор для рециркуляции непреобразованного в озон кислорода, а также резервуар с жидким кислородом и трубопровод, причем блок разделения выполнен в виде ванны жидкого кислорода с конденсатором озона и сепаратором жидкого озона, а трубопровод присоединен к ванне жидкого кислорода и резервуару жидкого кислорода, при этом устройство дополнительно снабжено воздушным компрессором, рекуперативным теплообменником, эжектором и трубопроводами, соединяющими эжектор с сепаратором жидкого озона и рекуперативным теплообменником.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, следовательно, оно соответствует критерию "новизна".

На чертеже изображена схема устройства для получения озоногазовой смеси по предлагаемому способу. Устройство включает генератор озона 1, блок предварительного охлаждения 2, выполненный в виде рекуперативного теплообменника, блок разделения озона и кислорода 3, состоящий из ванны жидкого кислорода 4 с конденсатором озона 5 и сепаратора жидкого озона 6, кислородный компрессор 7, а также воздушный компрессор 8, рекуперативный теплообменник 9 и эжектор 10, подключенный трубопроводами 11, 12 и 13 соответственно к сепаратору 6 и рекуперативному теплообменнику 9. Подпитка ванны 4 жидким кислородом осуществляется из резервуара жидкого кислорода 14 по трубопроводу 15.

Способ осуществляют следующим образом. В генераторе озона озонокислородную смесь получают из газообразного кислорода, затем ее охлаждают и конденсируют озон за счет рекуперативного теплообмена и испарения жидкого кислорода, осуществляют отделение жидкого озона и испаряют его воздухом, охлажденным за счет холода образующейся смеси, а поток непреобразованного в озон кислорода соединяют с потоком газообразного кислорода, образующегося при испарении жидкости, нагревают и направляют на рециркуляцию, при этом расходуемое на получение озона количество кислорода компенсируют за счет подпитки жидкого кислорода. Устройство для осуществления способа работает следующим образом. Озонокислородная смесь из генератора озона 1 попадает в блок предварительного охлаждения 2 и далее поступает в блок разделения 3, где в конденсаторе 5 за счет испарения жидкого кислорода в ванне 4 происходит конденсация озона, а в сепараторе 6 - отделение жидкого озона от непреобразованного в озон кислорода.

Образующийся жидкий озон из сепаратора 6 по трубопроводу 11 поступает в эжектор 10, где испаряется охлажденным воздухом, подводимым по трубопроводу 12, в количестве, обеспечивающим требуемый состав смеси. Таким образом, образование безопасной озоновоздушной смеси происходит при температуре, близкой к температуре кипения озона, при которой озон не разлагается и обладает наибольшей степенью химической стабильности.

Образовавшуюся озоновоздушную смесь по трубопроводу 13 вводят в теплообменник 9, где за счет холода полученной смеси производят охлаждение осушенного от влаги воздуха, подаваемого компрессором 8.

(Устройство осушки воздуха на чертеже не показано).

Газообразный кислород, образующийся в ванне 4 при испарении жидкости, в количестве, эквивалентном количеству сконденсированного озона, соединяют с потоком непреобразованного в озон кислорода из сепаратора 6. Объединенный поток кислорода поступает последовательно в рекуперативный теплообменник 2, кислородный компрессор 7 и генератор озона 1. Подпитка испарившегося из ванны 4 кислорода производится по трубопроводу 15 из резервуара жидкого кислорода 14.

Сравнение существенных признаков предложенного и известных решений дает основание считать, что предложенное техническое решение отвечает критериям "изобретательский уровень" и "промышленная применимость".

Таким образом, предлагаемый способ получения озоногазовой смеси и устройство для его осуществления позволяют:

- уменьшить расход кислорода, доведя его до значения, равного количеству отводимого озона, а следовательно, снизить общую энергоемкость процесса;

- получить озоновоздушную смесь требуемой концентрации на температурном уровне, близком к температуре жидкого озона, при которой он обладает наибольшей степенью химической стабильности, поддерживать работу генератора озона в оптимальном режиме и в тоже время регулировать концентрацию озона в озоногазовой смеси, за счет изменения расхода воздуха в тех диапазонах, которые требует технологический режим.

Годовой экономический эффект от внедрения предлагаемого способа получения озоногазовой смеси и устройства для его осуществления для одной установки производительностью 10 кг/ч озона составляет около 500 тыс. руб. в ценах на июнь 1999 г.

Источники информации

1. С. Д. Разумовский "Кислород, элементарные формы и свойства". Москва, "Химия", 1979 г.

2. А. И. Смородин, М. Муратов и др. "Криогенная техника". Сборник научных трудов. Балашиха, Моск. обл. , ОАО "Криогенмаш", 1997 г.

3. Головко Г. А. , Кольцова О. Н. "Способ получения озона". а. с. СССР 1838231, кл. C 01 B 13/10, бюл. 32, 30.06.1993 г.