CH618664A5

CH618664A5 - System for producing ozone.

Info

Publication number: CH618664A5
Application number: CH1403975A
Authority: CH
Inventors: Masahiro Morikawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1974-10-30
Filing date: 1975-10-30
Publication date: 1980-08-15
Also published as: FR2289440A1; FR2289440B1; GB1526282A; JPS5150893A; DE2548198A1; JPS5238953B2

Description

618 664

2

PATENTANSPRUCH Anlage zur Herstellung von Ozon mit einem Feuchtigkeits-austauscher mit mindestens zwei mit Adsorptionsmittel gefüllten Kammern, welche durch Rohrleitungen und Ventile alternierend auf Trocknung eines einem Ozonisator zuzuführenden Gases und auf Gegenstromregenerierung durch aus dem Ozonisator austretendes ozonisiertes Gas umschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (17 oder 18) der jeweils auf Trocknung geschalteten Kammer (5 bzw. 6) durch ein Ventil (9 bzw. 10) mit jeweils dem gleichen Ende (25) des Ozonisators (1) verbindbar ist, während das andere Ende (26) des Ozonisators (1) durch ein Ventil (30) mit dem Einlass (32 bzw. 31) der jeweils auf Gegenstromregenerierung geschalteten Kammer (6 bzw. 5) verbindbar ist und über ein Strömungssteuerventil (34) mit dem Feuchtigkeitsaustauscheraus-lass (33) für das ozonhaltige Gas verbunden ist.

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Ozon mit einem Feuchtigkeitsaustauscher mit mindestens zwei mit Adsorptionsmittel gefüllten Kammern, welche durch Rohrleitungen und Ventile alternierend auf Trocknung eines einem Ozonisator zuzuführenden Gases und auf Gegenstromregenerierung durch aus dem Ozonisator austretendes ozonisiertes Gas umschaltbar sind.

Eine solche Anlage zur Herstellung von Ozon ist aus der US-PS 3 663 418 bekannt. Dabei wird der Ozonisator je nach dam Schaltzustand des Feuchtigkeitsaustauschers abwechselnd in der einen und der anderen Richtung von dem zu ozonisierenden Gas durchströmt. Der rasche Wechsel der Strömungsrichtung —bei einem Feuchtigkeitsaustauscher vom Druckwechseltyp beträgt der Arbeitszyklus nur wenige Minuten- verhindert einen optimalen Betrieb, insbesondere eine optimale Kühlung des Ozonisators und somit die Erzielung einer hohen Ozonausbeute, bezogen auf den Energieeinsatz. Darüber hinaus bedingt die bekannte Bauweise einen äusserst hohen Aufwand an Rohrleitungen, Verbindungen, Ventilen und Steuereinrichtungen sowohl für den Gasströmungsweg als auch für den Kühl-mediumströmungsweg. Der Aufwand ist besonders hoch, wenn man versucht, die Ozonausbeute, bezogen auf den Energieeinsatz, zu steigern, indem man einen Teil des ozonhaltigen trok-kenen Gas vor dem Eintritt in die zu regenerierende Kammer abzweigt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Effizienz der bekannten Anlage zur Herstellung von Ozon zu erhöhen und gleichzeitig den konstruktiven Aufwand der Anlage zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Auslass der jeweils auf Trocknung geschalteten Kammer durch ein Ventil mit jeweils dem gleichen Ende des Ozonisators verbindbar ist, während das andere Ende des Ozonisators durch ein Ventil mit dem Einlass der jeweils auf Gegenstromregenerierung geschalteten Kammer verbindbar ist und über ein Strömungssteuerventil mit dem Feuchtigkeitsaustauscher-auslass für das ozonhaltige Gas verbunden ist.

Man unterscheidet Feuchtigkeitsaustauscher vom Druckwechseltyp und Feuchtigkeitsaustauscher vom Temperaturwechseltyp. Bei dem ersteren Austauschertyp findet während der Hälfte eines jeden Zyklus die Adsorption (oder Trocknung) unter hohem Druck bei Zimmertemperatur statt und während der anderen Hälfte die Regenerierung unter vermindertem Druck (etwa Atmosphärendruck) bei Zimmertemperatur. Bei dem zweiten Austauschertyp wird während der Hälfte eines jeden Zyklus eine Adsorption oder Trocknung bei Zimmertemperatur unter Atmosphärendruck vorgenommen und während der anderen Hälfte des Arbeitszyklus eine Regenerierung bei erhöhter Temperatur (unter etwa 1 Atm.). Dabei wird ein erhitztes Spülgas durch das Adsorptionsmittel geleitet oder das Spülgas wird durch ein erhitztes Adsorptionsmittel geleitet. Bei dem Feuchtigkeitsaustauscher vom Druckwechseltyp kann die Adsorptions-Regenerierungs-Periode herabgesetzt werden (etwa mehrere Minuten). Daher kann die Menge des Adsorptionsmittels gesenkt werden, und die Adsorptionskammer kann sehr kompakt sein.

Anderseits erfordert ein Feuchtigkeitsaustauscher vom Temperaturwechseltyp weniger elektrische Leistung, jedoch beträgt die Dauer eines Adsorptions-Regenerier-Zyklus mehrere Stunden (z. B. 6 oder 8 h). In der erfindungsgemässen Anlage können beide Feuchtigkeitsaustauschertypen Verwendung finden.

Die in der Figur beispielsweise gezeigte Anlage umfasst einen mit stillen Entladungen arbeitenden Ozonisator 1 und einen Feuchtigkeitsaustauscher 2, welcher ein festes Adsorptionsmittel enthält, z. B. synthetischen Zeolit (Molekularsieb), aktives Aluminiumoxid, Silicagel od. dgl., sowie ein Gebläse 3 und einen Kühler für die Luft (vom Wasserkühltyp oder Gefriertyp). Der Feuchtigkeitsaustauscher 2 umfasst Adsorptionskammern 5 und 6, welche mit dem festen Adsorptionsmittel gefüllt sind, sowie elektromagnetische Dreiwegeventile 7, 8 und 30, elektromagnetische Zweiwegeventile 9 und 10; Rohrleitungen 13-22, 27, 28, 31, 32 innerhalb des Feuchtigkeitsaustauschers 2, ein Auslassrohr 25 für die ausströmende trockene Luft, welche in den Ozonisator 1 führt und ein Auslassrohr 26 für die ozonhaltige Luft, welche dem Ozonisator 1 entströmt. Ferner ist eine Einlassrohrleitung 29 für Spülgas (trockenes ozonhaltiges Gas) vorgesehen. Die Rohrleitungen 27 und 28 sind miteinander verbunden und ferner mit einer Auslassrohrleitung 33 für das ozonhaltige Gas. Schliesslich sind die Rohrleitungen 26 und 33 durch eine mit einer gestrichelten Linie dargestellten Rohrleitung verbunden, in der ein Strömungssteuerventil 34 vorgesehen ist. Die ausgezogenen Pfeile bezeichnen die Richtung der Strömung der Luft und der ozonhaltigen Luft, wenn die Adsorptionskammer 5 auf Trocknung und die Adsorptionskammer 6 auf Regenerierung geschaltet ist. Die gestrichelten Pfeillinien bezeichnen den umgekehrten Fall.

Feuchte komprimierte Luft wird durch das Gebläse 3 und durch die Kühleinrichtung 4 zu dem Einlassrohr 13 geleitet und strömt durch das Ventil 7 und die Rohrleitung 15 zur Adsorptionskammer 5. Dabei wird die Feuchtigkeit adsorbiert und die Luft strömt über die Rohrleitung 17 aus. Die gesamte trockene Luft strömt durch das Ventil 9 und die Rohrleitung 25 zum Ozonisator 1, wo sie in ein trockenes ozonhaltiges Gas umgewandelt wird. Dieses strömt über die Auslassleitung 26 und von dort teilweise über das Ventil 34 zur Rohrleitung 33 und teilweise über die Rohrleitung 29 und dann über das Dreiwegeventil 30 und die Einlassleitung 32 zur Adsorptionskammer 6, und zwar in einer Richtung, welche der Richtung der Luftströmung während der Adsorptionsphase entgegengesetzt ist. In der Adsorptionskammer 6 dient dieses Gas der Regenerierung des Adsorptionsmittels und es wird feuchtes ozonhaltiges Gas gebildet. Dieses strömt über die Rohrleitung 16, das Ventil 8, die Rohrleitung 28 und die Rohrleitung 33 zu einer Anlage zur Verwendung des Ozons. Nach Aufrechterhaltung dieser Strömung während einer vorbestimmten Zeitdauer (z. B. 2 min) werden die Dreiwegeventile 7, 8 und 30 umgeschaltet, und das Zweiwegeventil 9 wird geschlossen und das Zweiwegeventil 10 geöffnet. Nunmehr ist die Adsorptionskammer 5 auf Regenerierung geschaltet, während die Adsorptionskammer 6 auf Adsorption geschaltet ist. Die Luft strömt in die Adsorptionskammer 6 und hier findet eine Adsorption unter hohem Druck statt. Die trockene Luft strömt durch die Rohrleitung 18 und das Ventil 10 und gelangt unter vermindertem Druck zum Ozonisator 1. Das trockene ozonhaltige Gas strömt

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

618 664

wiederum über die Rohrleitung 26 aus und von dort zum Teil über das Ventil 34 zur Rohrleitung 33 und zum Teil über das Einlassrohr 29 und das Ventil 30 zum Einlassrohr 31 und in die Adsorptionskammer 5. Hier wird das Adsorptionsmittel regeneriert, und es entweicht feuchtes, ozonhaltiges Gas über 5 die Rohrleitung 15, das Ventil 7 und die Rohrleitung 27 zur Rohrleitung 33.

Nach Aufrechterhaltung dieses Strömungszustandes während einer vorbestimmten Zeitdauer werden die Ventile des Feuchtigkeitsaustauschers 2 umgeschaltet und die Adsorp- 10 tionskammer 6 wird auf Regenerierung geschaltet. Dieser Vorgang wird alternierend wiederholt. Das vom Feuchtigkeitsaustauscher zur Rohrleitung 13 strömende ozonhaltige Gas befindet sich nicht im trockenen Zustand. Hierdurch werden jedoch keine Störungen verursacht. Wenn das ozonhaltige 15 Gas zur Wasserbehandlung verwendet wird oder zur Luftdeo-dorierbehandlung und zu Luftreinigungsbehandlungen, z. B. Denitrifizierung und Desulfurisierung von Abgas, so muss es nicht in trockenem Zustand vorliegen.

Ein Ozonverlust durch Überleiten des ozonhaltigen Gases 20 über das Adsorptionsmittel kann vernachlässigt werden, da die Ozonkonzentrationen der Gasströmungen vor und nach dem Durchströmen der Adsorptionskammer (welche mit Moleku-lar-Sieb oder Silicagel gefüllt ist) bei Temperaturen unterhalb 100° C und während 1 h, gemessen nach der jodometrischen 25 Standardmethode, innerhalb einer Toleranz von etwa ±5%

nicht voneinander abweichen. Diese Tatsache zeigt, dass die erfindungsgemässe Anlage auch einen Feuchtigkeitsaustauscher vom Temperaturwechseltyp umfassen kann. Zur Entfernung der Feuchtigkeit aus der Luft verwendet man mit Molekular- 30 sieb oder Silicagel gefüllte Adsorptionskammern. Die Luft enthält gewöhnlich geringe Mengen organischer Verbindungen. Diese werden an Molekularsieb oder an Silicagel adsorbiert. Hierdurch wird die Lebensdauer des Adsorptionsmittels verkürzt. Wenn aber das ozonhaltige Gas durch das Adsorp- 35 tionsmittel strömt, so werden die geringen Mengen des an der

Oberfläche des Adsorptionsmittels adsorbierten organischen Materials aufgrund der starken oxydierenden Wirkung des Ozons zu niedermolekularen Verbindungen (mit niedrigem Siedepunkt) zersetzt, welche herausgespült werden. Auf diese Weise wird eine Beeinträchtigung des Adsorptionsmittels verhindert. Die geringen Mengen der durch Ozonoxydation gebildeten Zersetzungsprodukte verursachen gewöhnlich bei der Verwendung des Ozons zur Wasserbehandlung oder zur Luftbehandlung od. dgl. keine Störungen.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Beispielen erläutert werden.

Es wird die erfindungsgemässe Anlage in der Ausführungsform gemäss der Zeichnung verwendet. Die Luft wird unter 5 kg/cm2 Betriebsdruck getrocknet. Der Taupunkt der trockenen Luft, welche dem Ozonisator mit 57 Nl/min zugeführt wird, beträgt weniger als -70° C. Die gesamte ozonisierte Luft wird mit einem Durchsatz von 57 Nl/min zur Regenerierung verwendet. Dabei beträgt die elektrische Leistung für die Trocknung der Luft 0,59 kW.

Wenn man erfindungsgemäss einen Teil des ozonhaltigen Gases über das Ventil 34 abzweigt, so sinkt die Regenerier-Durchflussrate auf weniger als 57 Nl/min, z. B. auf 23 Nl/min. Demzufolge kann der Betriebsdruck auf weniger als 5 kg/cm2 gesenkt werden.

Bei einer Durchflussrate der dem Ozonisator zugeführten trockenen Luft (Taupunkt -40° C) von 140 Nl/min beträgt bei geschlossenem Ventil 34 die Regenerier-Durchflussrate 140 Nl/min. Die Leistung beträgt 1,19 kW bei einem Betriebsdruck in der Trocknungsstufe von 2,1 kg/cm2 und bei Verwendung von 1,4 kg des Adsorptionsmittels.

Wenn man einen Teil des ozonhaltigen Gases über das Ventil 34 abzweigt, so kann die Durchflussrate für das Regenerieren auf weniger als 140 Nl/min, z. B. auf etwa 85 Nl/min, gesenkt werden. Somit kann die Menge des Adsorptionsmittels auf weniger als 1,4 kg gesenkt werden oder der Betriebsdruck kann auf weniger als 2,1 kg/cm2 gesenkt werden.

s

1 Blatt Zeichnungen