Claims (3)
PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS
1. Verfahren zur Erzeugung von Ozon durch Hindurchleiten eines sauerstoffreichen Gasgemisches durch einen elektrischen Ozonerzeuger, wobei das Gasgemisch von einer Luftzerlegungsanlage bereitgestellt wird, welche einen ersten, im wesentlichen nur aus Sauerstoff und einen zweiten, im wesentlichen nur aus Stickstoff bestehenden Gasstrom liefert, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Gasstrom vor dem Ozonerzeuger ein Teil des zweiten Gasstromes zugemischt wird und dieses Gasgemisch, das maximal 50 Gew.-% Stickstoff enthält, dem Ozonerzeuger zugeführt wird.1. A method for generating ozone by passing an oxygen-rich gas mixture through an electric ozone generator, the gas mixture being provided by an air separation plant which supplies a first gas stream consisting essentially only of oxygen and a second gas stream consisting essentially only of nitrogen, characterized in that that the first gas stream before the ozone generator part of the second gas stream is mixed and this gas mixture containing a maximum of 50 wt .-% nitrogen is supplied to the ozone generator.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzerlegungsanlage nach dem kryogenischen Prinzip arbeitet.2. The method according to claim 1, characterized in that the air separation plant works according to the cryogenic principle.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasgemisch mit 95 Gew.-% Sauerstoff und 5 Gew.-% Stickstoff verwendet werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a gas mixture containing 95% by weight of oxygen and 5% by weight of nitrogen is used.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Ozon gemäss dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for generating ozone according to the preamble of patent claim 1.
Heutige Ozonerzeuger werden überwiegend mit Luft oder Sauerstoff betrieben. Steht bei der Auslegung eine Minimierung des Energieverbrauchs im Vordergrund, so ergibt sich für Luftozonerzeuger ein optimaler Arbeitspunkt bei relativ kleinen Ozonkonzentrationen von ca. 2 Gew.-%. Bei noch kleineren Konzentrationen steigt der Energiebedarf für die Luftaufberei-tung (Kompression plus Trocknung), bei grösseren Konzentrationen steigt der Energiebedarf für den Ozonerzeuger.Today's ozone generators are mainly operated with air or oxygen. If the focus of the design is on minimizing the energy consumption, the optimal working point for air ozone generators is at relatively low ozone concentrations of approx. 2% by weight. With even smaller concentrations, the energy requirement for the air treatment (compression plus drying) increases, with larger concentrations the energy requirement for the ozone generator increases.
Bei der Ozonerzeugung aus reinem Sauerstoff liegt der spezifische Energiebedarf des Ozonerzeugers wesentlich tiefer. Dafür fallen zusätzliche Energiekosten bei der Sauerstofftrennung an, die besonders niedrig sind in Grossanlagen zur Luftverflüssigung (ca. 50 000 m3 02/h). Steht solch kryogener Sauerstoff zur Verfügung, so ergibt sich ein optimaler Arbeitspunkt bei einer Ozonkonzentration von ca. 5 Gew.-%. Allerdings erfordert eine Luftverflüssigungsanlage erhebliche Investitionskosten, die weitaus höher liegen können als die der ganzen Ozonerzeugungsanlage.When generating ozone from pure oxygen, the specific energy requirement of the ozone generator is significantly lower. In return, additional energy costs are incurred for the oxygen separation, which are particularly low in large-scale systems for air liquefaction (approx. 50,000 m3 O2/h). If such cryogenic oxygen is available, an optimum working point results at an ozone concentration of approx. 5% by weight. However, an air liquefaction plant requires considerable investment costs, which can be far higher than those of the entire ozone generation plant.
Die bei der Ozonerzeugung aus reinem Sauerstoff erreichbaren hohen Ozonkonzentrationen bieten für viele Anwendungen erhebliche verfahrenstechnische Vorteile. Bei chemischen Oxi-dationsprozessen und Ozonanwendungen im Wasser bestimmt die Ozonkonzentration in der Gasphase die Reaktionsgeschwindigkeit und die Lösungsgeschwindigkeit und Endkonzentration im Wasser. Damit hat die Ozonkonzentration in der Gasphase einen wichtigen Einfluss auf die Grösse der nachfolgenden Reaktionsstufen. Es wäre daher für viele Anwendungen wünschenswert, zu höheren Ozonkonzentrationen zu gelangen, als sie mit Luftozonisatoren erreichbar sind.The high ozone concentrations that can be achieved when generating ozone from pure oxygen offer significant process engineering advantages for many applications. In the case of chemical oxidation processes and ozone applications in water, the ozone concentration in the gas phase determines the reaction rate and the dissolution rate and final concentration in the water. The ozone concentration in the gas phase thus has an important influence on the size of the subsequent reaction stages. It would therefore be desirable for many applications to achieve higher ozone concentrations than can be achieved with air ozonizers.
Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Ozon zu schaffen, das eine möglichst grosse Ozonkonzentration bei möglicht geringem Gesamtenergiebedarf ermöglicht.The object of the invention, as characterized in the patent claims, is to provide a method for producing ozone which enables the highest possible ozone concentration with the lowest possible total energy requirement.
Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass bestimmte Sauerstoff-Stickstoff-Mischungen, vorzugsweise 95% Oz/5% N2j höhere Ozonkonzentrationen erreichen als reiner Sauerstoff bzw. bei gleicher Ozonkonzentration einen deutlich verminderten Energiebedarf haben. Durch die erfindungsge-mässe nachträgliche Beimengung kleiner Stickstoffmengen zu reinem Sauerstoff lässt sich somit in nicht ohne weiteres vorhersehbarer Weise die Ozonausbeute erhöhen.The invention is based on the finding that certain oxygen-nitrogen mixtures, preferably 95% Oz/5% N2j, achieve higher ozone concentrations than pure oxygen or have a significantly reduced energy requirement at the same ozone concentration. The ozone yield can thus be increased in a way that is not readily foreseeable by the subsequent admixture of small amounts of nitrogen to pure oxygen according to the invention.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung, in derThe invention is described below with reference to the drawing in which
Fig. 1 ein Flussdiagramm einer Ozonerzeugungsanlage;1 shows a flow chart of an ozone generation system;
Fig. 2 ein Schaubild für den spezifischen Energiebedarf zeigt,Fig. 2 shows a diagram for the specific energy requirement,
näher erläutert.explained in more detail.
In Fig. 1 wird einer Luftzerlegungseinrichtung 1, welche eine kryogene Luftverflüssigungs- und Fraktioniereinrichtung umfasst, in üblicher Weise aufbereitete Aussenluft zugeführt. Ein erster getrockneter, im wesentlichen aus reinem Sauerstoff bestehender Gasstrom wird über eine Leitung 2 unmittelbar einer Mischeinrichtung 3 zugeführt. Ein zweiter getrockneter, im wesentlichen aus reinem Stickstoff bestehender Gasstrom gelangt über eine Leitung 4 in einen Mengenregler 5, der derart gesteuert ist, dass nur noch etwa 1 Gew.-% der ihm zugeführten Stickstoff menge über eine Leitung 6 in die Mischeinrichtung 3 gelangen. Der überschüssige Stickstoff wird über eine weitere Leitung 7 einem anderweitigen Verwendungszweck zugeführt. Das die Mischeinrichtung 3 über die Leitung 8 verlassende Gasgemisch enthält etwa 95 Gew.-% Sauerstoff und 5 Gew.-% Stickstoff. Es wird einem Ozonerzeuger 9 zugeleitet und dort in bekannter Weise mit Ozon angereichert und gelangt über eine Leitung 10 in eine Ozonbehandlungsanlage 11, in welcher der Oxydationsprozess abläuft.In Fig. 1, an air separation device 1, which comprises a cryogenic air liquefaction and fractionation device, is fed in the usual way with treated outside air. A first dried gas stream consisting essentially of pure oxygen is fed directly to a mixing device 3 via a line 2 . A second dried gas stream consisting essentially of pure nitrogen passes via a line 4 into a flow regulator 5 which is controlled in such a way that only about 1% by weight of the amount of nitrogen supplied to it passes through a line 6 into the mixing device 3 . The excess nitrogen is supplied to another purpose via a further line 7 . The gas mixture leaving the mixing device 3 via line 8 contains about 95% by weight of oxygen and 5% by weight of nitrogen. It is fed to an ozone generator 9, where it is enriched with ozone in a known manner and reaches an ozone treatment system 11 via a line 10, in which the oxidation process takes place.
Das beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere für grosstechnische Anlagen mit Luftzerlegungeinrichtungen, die reinen Sauerstoff in der Grössenordnung von 30 000 und mehr m3 02/h bereitstellen. Die Komponenten, aus denen sich das Einsatzgas für den Ozonerzeuger zusammensetzt, müssen keinem besonderen Gastrocknungsprozess mehr unterworfen werden, da sie infolge des kryogenen Trennungsverfahrens optimal trok-ken sind.The process described is particularly suitable for large-scale plants with air separation devices that provide pure oxygen on the order of 30,000 and more m 3 O 2 /h. The components that make up the feed gas for the ozone generator no longer have to be subjected to a special gas drying process, as they are optimally dry as a result of the cryogenic separation process.
In Fig. 2 ist der mit dem beschriebenen Verfahren aufzuwendende Energiebedarf für die Gasaufbereitung und Ozonerzeugung in Abhängigkeit von der Ozonkonzentration mit verschiedenen Zusammensetzungen des Einsatzgases (für den Ozonerzeuger) veranschaulicht. Die Kurven gelten für einen gekühlten Ozonerzeuger mit einer Leistungsdichte von 3 kW pro m3 Elektrodenfläche und einer Kühlwassertemperatur von 25 °C.2 shows the energy requirement to be used with the method described for gas processing and ozone generation as a function of the ozone concentration with different compositions of the input gas (for the ozone generator). The curves apply to a cooled ozone generator with a power density of 3 kW per m3 of electrode surface and a cooling water temperature of 25 °C.
Auf der Ordinate ist der spezifische Energiebedarf E in kWh/ kg03 und auf der Abszisse die Ozonkonzentration C0 in Gewichtsprozenten eingetragen. Die Kurve I gilt für reinen Sauerstoff, die Kurve II für ein Gasgemisch mit 95 Gew.-% 02 und 5 Gew.-% N2. Deutlich ist die Abnahme des spezifischen Energiebedarfs ab Ozonkonzentrationen grösser 4 Gew.-% zu erkennen.The specific energy requirement E in kWh/kg03 is entered on the ordinate and the ozone concentration C0 in percent by weight is entered on the abscissa. Curve I applies to pure oxygen, curve II to a gas mixture containing 95% by weight O 2 and 5% by weight N 2 . The decrease in the specific energy requirement from ozone concentrations greater than 4% by weight can be clearly seen.
Zum Vergleich ist ferner die Kurve III für Luft eingetragen, wobei zu beachten ist, dass für Luft (Kurve III) ein Teil des Gesamtenergiebedarfs-etwa 0,1 kWh/kg-für die Aufbereitung des Einsatzgases (Trocknung und Kompression) aufgebracht werden müssen, während für die Luftverflüssigung (Kurven I und II) etwa 0,3 kWh/kg02 aufzuwenden sind.Curve III for air is also included for comparison, it being noted that for air (curve III) part of the total energy requirement - about 0.1 kWh/kg - has to be applied for the processing of the feed gas (drying and compression), while for air liquefaction (curves I and II) about 0.3 kWh/kg02 is required.
22
55
1010
1515
2020
2525
3030
3535
4040
4545
5050
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MM
1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings