CN101085692A - 一种氧化气体增压系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种氧化气体增压系统，该系统能够将保护性的冷却水供应至氧化气体增压单元中，因此，保护性的冷却水用作抵抗强氧化力的保护膜并且冷却增压单元中产生的热量。用于增压和提供氧化气体如臭氧和氯的氧化气体增压系统包括氧化气体贮存单元；氧化气体增压单元，该氧化气体增压单元将由氧化气体贮存单元提供的氧化气体增压至高压并且能够排出该氧化气体；和冷却水供应单元，该冷却水供应单元提供保护性的冷却水，该保护性的冷却水作为保护膜以抵抗提供到氧化气体增压单元中的氧化气体。

Description

一种氧化气体增压系统

技术领域

本发明涉及一种增压和提供氧化气体的系统，尤其涉及一种氧化气体增压系统，该系统能够在氧化气体增压单元中提供保护性的冷却水，由此，保护性的冷却水用作抵抗强氧化力的保护膜并冷却增压装置中产生的热量。

背景技术

多种水处理方法已经用于改进的水净化、污水处理、工业废水处理、土壤废水处理和渗漏水处理。在常规的化学氧化处理方法中，使用的氧化气体如臭氧和氯、紫外线(UV)、单一的氧化剂如高锰酸钾等，完全氧化成二氧化碳(CO₂)和水。然而，常规的化学氧化处理方法的局限为需要进行水处理并且成本很高。

近年来，很多研究集中在将改进的氧化过程(AOP)用作化学氧化方法。在改进的氧化过程(AOP)中，由于产生作为中间产物的氢氧根(-OH)，水中的有机物被分解。

所述改进的氧化过程(AOP)是一种复合氧化方法，该方法中臭氧、过氧化氢、光催化剂和紫外线等彼此联合以增加氧化力。

所述复合氧化方法依靠产生的作为中间产物的氢氧根(-OH)的强氧化力，而不是直接注入的氧化剂的作用。与使用单一的氧化剂的方法相比，所述复合氧化方法是一种经济的、有效的方法。所述复合氧化方法意欲使氢氧根的产生最大化。

由于高密度氧化气体的氧化力强，因此用于改进的氧化过程(AOP)的氧化气体如臭氧或氯增压至特定的压力后再供应。

所述氧化气体通过泵增压和供给，例如，聚四氟乙烯树脂隔膜泵(Teflondiaphragm pump)。在聚四氟乙烯树脂隔膜泵中，通过聚四氟乙烯树脂的扩张和收缩进行增压。即使聚四氟乙烯树脂高速地扩张和收缩，增压气体的量仍然很小。进一步地说，高速运动导致严重的机械磨损并且使温度升高。因此，在使用臭氧时，由于增压过程中产生热量，臭氧被分解掉。

另一方面，通过使用注射器如文丘里注射器(venturi injector)，将所述氧化气体如臭氧和氯注入至水中。所述文丘里注射器使水高速通过横截面积较小的文丘里管部分。此时，由于文丘里管部分的动能而使压力减小，从而，注入氧化气体。

当使用注射器增压臭氧气体时，根据增压的压力，可以降低气体与水的比率。相应地，很难注入足够量的臭氧气体。一般来说，虽然能够使臭氧增压至3atm或以下，但能量损失很大。臭氧不可能增压至3atm或以上。

发明内容

因此，针对以上问题提出了本发明，本发明的目的是提供一种氧化气体增压系统，该系统能够在氧化气体增压单元中提供保护性的冷却水，因此保护性的冷却水用作与活塞环接触的氧化气体增压单元的内表面的保护膜，从而防止活塞由于增压至高压的氧化气体的强氧化力而被氧化。

此外，本发明的另一个目的是提供一种氧化气体增压系统，该系统能够提供保护性的冷却水以冷却由于氧化气体增压单元中活塞的往复运动而产生的热量，从而防止臭氧受热分解。

根据本发明的一个方面，提供了一种氧化气体增压系统，该系统用于增压和提供氧化气体如臭氧和氯，该系统包括：氧化气体贮存单元；氧化气体增压单元，该氧化气体增压单元用于将由氧化气体贮存单元提供的氧化气体增压至高压并排出该氧化气体；和冷却水供应单元，该冷却水供应单元用于提供保护性的冷却水，该保护性的冷却水用作保护膜以抵抗提供到氧化气体增压单元中的氧化气体。

所述氧化气体增压单元包括具有气体入口和气体出口的主体；在主体中往复运动以对流体进行增压的活塞；配置在活塞的侧部的活塞环；和控制活塞往复运动的活塞驱动装置。

所述活塞环可以由氟树脂制成。

根据本发明的一个实施方式，所述氧化气体贮存单元可以包括氧化气体贮存罐(storage tank)、压力传感器、安全阀和气体分解装置(未示出)，由此，通过压力传感器检测氧化气体贮存罐的内部压力，并且通过根据检测结果控制往氧化气体增压单元中转移的氧化气体的流量和开/关安全阀来控制氧化气体贮存罐的内部压力。

根据本发明的另一个实施方式，所述氧化气体贮存装置可以包括氧化气体贮存罐、压力传感器、安全阀和气体分解装置(未示出)，由此，通过压力传感器检测氧化气体贮存罐的内部压力，并且通过根据检测结果控制氧化气体贮存罐内的气体供应和开/关安全阀来控制氧化气体贮存罐的内部压力。

附图说明

结合以下附图对本发明的以上和其它目的、特征和其它优点进行更加详细的描述：

图1是根据本发明的氧化气体增压系统的结构图；

图2是图1所示氧化气体增压系统中氧化气体贮存单元的放大图；

图3是图1所示氧化气体增压系统中氧化气体增压单元的放大图；和

图4是图1所示氧化气体增压系统中冷却水供应单元的放大图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图对本发明的优选实施方式进行详细的描述。

图1是根据本发明的氧化气体增压系统的结构图。所述氧化气体增压系统用于增压和提供氧化气体如臭氧和氯，该系统包括氧化气体贮存单元1、氧化气体增压单元2和冷却水供应单元3。

图2是图1所示氧化气体增压系统中氧化气体贮存单元的放大图。所述氧化气体贮存单元1由气体供应单元(未示出)提供氧化气体如臭氧和氯而贮存氧化气体。在氧化气体转移至氧化气体增压单元2中增压前，所述氧化气体贮存单元1控制氧化气体的增压比率和流量。

虽然附图中未示出，但在使用臭氧时，所述气体供应单元(未示出)可以为臭氧发生器；或使用氯时，所述气体供应单元可以为与二氧化锰反应的氯供应单元。

所述氧化气体贮存单元1可以包括氧化气体贮存罐11、压力传感器12、安全阀13和气体分解装置(未示出)。

根据本发明的一个实施方式，所述氧化气体贮存单元1可以根据压力传感器12的检测结果，通过机械地打开安全阀13来控制氧化气体贮存罐11的内部压力。

根据本发明的另一个实施方式，所述氧化气体贮存单元1可以根据压力传感器12检测的氧化气体贮存罐11的内部压力，控制往氧化气体增压单元2中转移的氧化气体的流量。如果内部压力等于或高于标准安全值，安全阀13可以打开，排出气体至气体分解装置中(未示出)。

即，通过压力传感器12检测氧化气体贮存罐11的内部压力。如果通过分析检测信号得到的检测压力高于标准压力，往氧化气体增压单元2中转移的氧化气体的流量将增加。另一方面，如果通过分析检测信号得到的检测压力低于标准压力，往氧化气体增压单元2中转移的氧化气体的流量将减少。

此外，如果内部压力增至等于或高于标准安全值，为了保护气体供应单元(未示出)，安全阀13可以打开以将气体迅速地排出至气体分解装置中(未示出)，使气体分解，并且可以停止气体供应单元(未示出)和氧化气体增压单元2的运行。

此实施方式中，虽然可以通过根据压力传感器12的信号检测结果控制往氧化气体增压装置2中转移的氧化气体的流量来控制氧化气体贮存罐11的内部压力，但是还可以通过本发明另一实施方式中的其它方法来控制氧化气体贮存罐11的内部压力。

例如，在将臭氧气体供应到氧化气体贮存罐11中时，如果氧化气体存贮存罐的内部压力等于或高于标准压力，由臭氧发生器(未示出)产生的臭氧气体的流量自动减小。因此，不用另外通过根据压力传感器的信号控制往氧化气体增压单元中的流量，氧化气体贮存罐11的内部压力可以稳定不变。

如另一个例子，在使用氯气时，如果氧化气体贮存罐11的内部压力等于或高于标准压力，可以减少气体供应量以使内部压力稳定。

如图3所示，氧化气体增压单元2由氧化气体贮存单元1提供氧化气体。然后，氧化气体增压单元2将氧化气体增压至高压并排出该氧化气体。

所述氧化气体增压单元2包括气体入口211、气体出口212以及与气体入口211和气体出口212相连的气体管线4。所述氧化气体增压单元2还包括具有内部空间的主体21、在主体21中往复运动以对流体进行增压的活塞22、配置在活塞侧部的活塞环、和控制活塞22往复运动的活塞驱动装置23。

此外，所述活塞22可以包括由具有抗氧化性能的抗氧化材料如氟树脂制成的活塞环221。在此实施方式中，所述活塞环221由氟树脂制成，但所述活塞环221的材料并不限制于此。

此时，所述主体21和活塞22由具有抗氧化气体氧化的材料制成，以防止由氧化引起的腐蚀。例如，主体21和活塞22的材料包括不锈钢(STS)304至316(优选STS 316L)和氟树脂。所述主体21和活塞环221的材料并不限制于此。

所述活塞驱动装置23通过采用不同的方法如机械的、液压的或空气的方法控制活塞22的往复运动。

如图4所示，所述冷却水供应单元3提供保护性的冷却水，该保护性的冷却水用作保护膜以抵抗提供到氧化气体增压单元2中的氧化气体。所述冷却水供应单元3可以包括冷却水贮存罐31、管线32和电动阀33。

即，所述冷却水供应单元3提供保护性的冷却水至氧化气体增压单元2中。提供的保护性的冷却水用作与活塞环221接触的主体21的内表面的保护膜。因此，能够避免主体21的内部材料由于氧化气体而被腐蚀。

此外，提供的保护性的冷却水能够冷却主体21中产生的热量。相应地，在使用臭氧作为氧化气体时，能够防止臭氧受热分解。

此时，冷却水供应单元3的电动阀33控制提供的冷却水向氧化气体增压单元2中转移。

虽然，此实施方式中提供了贮存在冷却水贮存罐31中的冷却水，但是在另一实施方式中，不使用冷却水贮存罐而根据电动阀33的控制信号，通过与氧化气体增压单元2相连的管线(未示出)可以直接将冷却水供应至氧化气体增压单元2中。

另一方面，多个止回阀配置在氧化气体增压单元2的入口端和出口端的气体管线4中。入口端和出口端处的各止回阀打开或关闭，从而使臭氧气体的传输平稳，并且能够防止臭氧气体逆流。

在下文中，将详细地描述使用根据本发明的氧化气体增压系统的增压气体供应方法。

首先，由气体供应单元(未示出)将氧化气体供应至氧化气体贮存罐11中。

如上所述，通过压力传感器12检测氧化气体贮存罐11的内部压力。根据检测结果控制内部压力。

例如，如果压力传感器12检测的压力高于标准压力，所述活塞驱动装置23通过控制活塞22的运行来控制活塞22的往复速度(reciprocation rate)和移动距离，从而增加氧化气体的转移量。

另一方面，如果检测到的压力低于标准压力时，通过控制活塞驱动装置23的运行来减少氧化气体的转移量。

即，如果氧化气体贮存罐11的内部压力高，增压气体的排出量增加从而降低氧化气体贮存罐11的内部压力。

另一方面，如果氧化气体贮存罐11的内部压力低，增压气体的排出量减少从而维持氧化气体贮存罐11的内部压力等于或高于预定压力。

如另一个例子，如果压力传感器12检测的压力高于标准压力，由气体供应单元(未示出)供应至氧化气体贮存罐11的气体的流量减小，以稳定氧化气体贮存罐11的内部压力。

此外，如果氧化气体贮存罐11的内部压力等于或高于标准安全值，所述安全阀13可以打开，以将气体排出至气体分解装置(未示出)中，使气体分解。

同时，当活塞22向下移动时，电动阀33打开以提供特定量的冷却水至主体21中，从而使保护性的冷却水用作与活塞环221接触的主体21的内表面的保护膜。

当提供预定量的氧化气体至气体入口211附近的气体管线4中时，气体入口211附近的止回阀41打开，从而将氧化气体引入到主体21中。

然后，当氧化气体引入到主体21中时，所述活塞22向上移动。

然后，气体入口211附近的止回阀41关闭，然而，气体出口212附近的止回阀41打开。即，当活塞22向上移动时，增压的氧化气体被排出。

此时，当气体入口211附近的止回阀41关闭时，防止了氧化气体逆流。

根据以上描述的顺序处理，增压至高压的氧化气体不断地转移，因此可以转移大量的氧化气体。

此外，当提供保护性的冷却水时，在氧化气体增压单元的主体的内表面上流动的保护性的冷却水作为活塞环的保护膜。因此，能够防止由增压至高压的且具有强氧化力的氧化气体引起的主体腐蚀。因此，可以转移增压至高压的氧化气体。

即，通常很难将臭氧气体增压至3atm或更高。然而，此实施方式中，能够将臭氧气体增压至3atm或更高。

此外，在使用臭氧气体时，所述保护性的冷却水能够冷却由活塞往复运动产生的热量，从而防止臭氧受热分解。

如上所述，根据本发明，将保护性的冷却水供应至氧化气体增压单元中，从而使保护性的冷却水用作与活塞环接触的氧化气体增压单元的内表面的保护膜，从而防止表面由于增压至高压的氧化气体的强氧化力而被氧化。因此，能够提供增压至高压的氧化气体，并且提高了采用氧化过程的水处理的效率。

此外，根据本发明，提供保护性的冷却水以冷却由氧化气体增压单元中活塞的往复运动产生的热量，从而防止臭氧受热分解。因此，能够增加氧化效率，从而降低设备和维护成本。

此外，根据本发明，所述保护性的冷却水用作氧化气体增压单元的内表面的缓冲膜，从而防止活塞的机械磨损。

虽然为了说明的目的公开了本发明的优选实施方式，但在不背离本发明随附权利要求书中公开的的范围和精神的前提下，本领域的技术人员能够理解可以进行各种修改、补充和替换。

Claims (4)

1、一种氧化气体增压系统，该系统用于增压和提供氧化气体如臭氧和氯，该系统包括：

氧化气体贮存单元；

氧化气体增压单元，该氧化气体增压单元用于将由氧化气体贮存单元提供的氧化气体增压至高压并且排出该氧化气体；和

冷却水供应单元，该冷却水供应单元用于提供保护性的冷却水，该保护性的冷却水作为保护膜以抵抗提供到氧化气体增压单元中的氧化气体。

2、根据权利要求1所述的氧化气体增压系统，其中，所述氧化气体增压单元包括：

主体，该主体具有气体入口和气体出口；

活塞，该活塞在所述主体中往复运动以对流体进行增压；

活塞环，该活塞环配置在所述活塞的侧部；和

活塞驱动装置，该活塞驱动装置用于控制所述活塞的往复运动。

3、根据权利要求2所述的氧化气体增压系统，其中，所述活塞环由氟树脂制成。

4、根据权利要求1所述的氧化气体增压系统，其中，所述氧化气体贮存单元包括氧化气体贮存罐、压力传感器、安全阀和气体分解装置，由此，通过压力传感器检测氧化气体贮存罐的内部压力，并且通过根据检测结果控制往氧化气体增压装置中转移的氧化气体的流量和开/关安全阀来控制氧化气体贮存罐的内部压力。

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