CN103517720A - 双元件变压吸附空气净化系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本技术提供示例性的处理空气的方法。该方法包括提供未处理的空气和由未处理的空气产生氧气富集样品。该方法还包括在该氧气富集样品中生成臭氧以产生臭氧富集样品，和将臭氧富集样品与一部分未处理的空气接触以产生经处理的样品。该部分未处理样品包括在产生氧气富集样品时从未处理的空气中去除的部分。该方法还包括从经处理的样品中去除臭氧以形成净化的空气样品。

Description

双元件变压吸附空气净化系统和方法
背景技术
提供以下描述以助于读者的理解。所提供的信息或引用的参考文献均不被承认是现有技术。
有害颗粒和污染物在环境中无处不在，因此，检测和消除这类污染物的能力变得日益重要。有害颗粒和污染物不仅常见于工业和实验室环境的空气中，也常见于公众日常生活空间的空气中。因此，许多国家、地区和政府要求进行特定的监控和空气质量报告，以提高公众的意识和安全。在工业环境中，为了参与生产有害材料或涉及此类有害材料的活动的工人的安全，对于空气污染需要进行监控和处理。空气污染物的监控和处理是重要的行业，并且此类方法和装置的应用数不胜数；例如，可应用于个体家庭和商业场所以提高空气质量，以及在化学或生物恐怖袭击事件中用于个人。
发明内容
本技术提供示例性的处理空气的方法。该方法包括提供未处理的空气和由未处理的空气产生氧气富集样品。该方法还包括在该氧气富集样品中生成臭氧以产生臭氧富集样品，和将臭氧富集样品与一部分未处理的空气接触以产生经处理的样品。该部分未处理样品包括在产生氧气富集样品时从未处理的空气中去除的部分。该方法还包括从经处理的样品中去除臭氧以形成净化的空气样品。
本技术也包括示例性的处理空气的设备。该设备包括压缩未处理的空气的压缩机和由未处理的空气产生氧气富集样品的分级装置。该设备还包括在氧气富集样品中生成臭氧以产生臭氧富集样品的臭氧发生器。分级装置还被构造为使臭氧富集样品与一部分未处理的空气接触，以产生经处理的样品。该部分未处理样品包括在产生氧气富集样品时从未处理的空气中去除的部分。该设备还包括从经处理的样品中去除臭氧以形成净化的空气样品的臭氧选择性吸附器。
以上发明内容只是示例性的，并不意在以任何方式进行限制。除上述示例性性方面、实施方式和特征之外，其他方面、实施方式和特征通过参照以下附图和以下详细描述也将变得显而易见。
附图说明
本发明的以上和其他特征将由以下描述和所附权利要求并结合附图变得更充分明显。在了解这些附图描绘的仅是公开内容的几个实施方式因而不被认为限制其范围的前提下，本公开内容将利用附图进行更加具体而详细的说明。
图1描绘的是根据示例性实施方式的变压吸附(PSA)空气净化系统。
图2A描绘的是根据示例性实施方式的使用氮气选择性吸附器的空气净化工艺的第一阶段的流程图。
图2B描绘的是根据示例性实施方式的变压吸附(PSA)空气净化系统和气体通过PSA空气净化系统的流动。
图2C描绘的是根据示例性实施方式的利用氧气选择性吸附器的空气净化工艺的第一阶段的流程图。
图3A描绘的是根据示例性实施方式的空气净化工艺的第二阶段的流程图。
图3B描绘的是根据示例性实施方式的变压吸附(PSA)空气净化系统和气体通过PSA空气净化系统的流动。
图4A描绘的是根据示例性实施方式的空气净化工艺的第三阶段的流程图。
图4B描绘的是根据示例性实施方式的变压吸附(PSA)空气净化系统和气体通过PSA空气净化系统的流动。
具体实施方式
在以下具体描述中，将参照构成其一部分的附图。附图中，除非另有上下文指出，否则相似的附图标记通常指代相似的组成部分。具体实施方式、附图和权利要求中所描述的示例性实施方式并不意在进行限制。可以采用其他实施方式，并可进行其他改变，而不偏离此处所提出的主题的精神或范围。容易理解的是，可以以各种各样的不同配置，对如本文所一般性描述的及如附图所说明的本公开内容的各方面进行安排、替换、组合和设计，所有这些都得到明确预期并构成本公开内容的一部分。
虽然过滤微米大小的颗粒的空气过滤单元容易获得，但传统空气过滤单元并不能有效地处理挥发性污染物，并且通常需要频繁且昂贵的过滤器更换。另外，虽然木炭过滤器可以去除一些挥发性有机污染物，但他们通常不能有效地消毒或去除颗粒物，也需要频繁且昂贵的更换。
臭氧发生装置已成功地用于对室内空间消毒和分解有害有机物种。在氧气(O2)分子通过能源离解为氧原子并且随后与氧分子碰撞形成不稳定气体臭氧(O3)时，可以产生臭氧。臭氧是强氧化剂和杀病毒剂。几种使用臭氧对致病生物消毒的方法包括直接氧化并破坏细胞壁、与臭氧组合物的自由基副产物反应、损坏核酸的成分和破坏碳氮键引起解聚。但是，臭氧自身对于人和物质有害。另外，臭氧的生成通常涉及其他有害产物(例如氮的氧化物)的产生。
此处描述了通过变压吸附(PSA)或真空PSA空气净化系统利用臭氧对空气消毒和净化的示例性方法和系统。这种方法和系统可以利用浓缩臭氧(O3)有效且高效地净化空气，而不向周围环境释放这种臭氧。在一个实施方式中，空气净化方法包括分级未处理的空气并利用PSA或真空PSA从空气中分离氧气(O2)部分。该实施方式还包括使用臭氧发生器由氧气部分生成浓缩臭氧，并通过将空气与浓缩臭氧再合并而对空气中的病原体消毒。该实施方式还可以包括在将空气由空气净化系统释放至周围环境中之前，将臭氧部分地分解为氧气并从净化的空气中去除残余的臭氧。
图1描绘的是根据示例性实施方式的变压吸附(PSA)空气净化系统100。PSA空气净化系统100包括：输入端170，由其将待净化的引入空气抽入系统中；和输出端180，由其将所产生的净化的空气送回周围环境。PSA空气净化系统100还包括如氮气选择性吸附器120和臭氧选择性吸附器160等分级装置。氮气选择性吸附器120被构造为从待净化的引入空气中去除氮气(N2)，从而产生空气的低氮富氧样品。在一个实施方式中，氮气选择性吸附器120可以包括一种或多种本领域技术人员所知的表现出良好氮气选择性的沸石分子筛(例如，Y型沸石)，或者足以用作氮气选择性吸附剂的任何其他材料。
在另一实施方式中，氮气选择性吸附器120可以由氧气选择性吸附器取代，所述氧气选择性吸附器被构造为从引入空气中吸附氧气，从而产生氧气富集空气样品。吸附的氧气之后可以脱附并供给至臭氧发生器，从而生成下文将进一步详细讨论的臭氧富集氧气。在一个实施方式中，氧气选择性吸附器可以包括Y型沸石。在另一实施方式中，氧气选择性吸附器可以包括一种或多种碳基或沸石筛或者足以用作氧气选择性吸附剂的任何其他材料。例如，碳基筛可以包括如聚乙烯等聚烯烃共混物。可用于氧气选择性吸附的碳基筛的其他实例包括平均孔径为2.8埃～5.2埃的多孔碳载体、已浸渍有如FeCl3等酸性物种的碳分子筛和氧化铜改性的碳分子筛。在一个实施方式中，碳分子筛为速率选择性吸附剂，其在平衡时吸附大致等量的氧气和氮气，但以较快速率吸附氧气。在另一实施方式中，可以利用平衡氧气选择性吸附剂，如担载在致密的～5nm的二氧化硅纳米颗粒(21重量%)上的过渡元素络合物(TEC)BzIm/Co(TpivPP)/SP-SiO2[1-苯基咪唑(BzIm)17%和栅栏型(picket-fence)卟啉钴(II)。平衡氧气选择性吸附剂的其他实例包括Co(3,5-diBu′salDAP)和CO(3,5-diBu′sal/(ETO)(CO2Et)。
臭氧选择性吸附器160被构造为从空气样品中去除臭氧(O3)。在一个实施方式中，臭氧选择性吸附器160还可以包括本领域技术人员所知的沸石分子筛，或者足以用作臭氧选择性吸附器的其他材料。用于臭氧选择性吸附器160的沸石分子筛可以包括高钠和镧沸石。可用作臭氧选择性吸附剂的其他沸石可以包括NH4-K-L-沸石、H-K-L-沸石、菱沸石、毛沸石、丝光沸石、菱钾沸石、ZSM-5、HZSM-5、ZSM-11、ZSM-12、L-沸石、镁碱沸石、β沸石、Y型沸石及其组合。某些种类的沸石被构造为可促进臭氧的分解。此类臭氧分解沸石的实例包括铵交换L型沸石(NH4-K-L沸石)，并且已发现具有低水含量(<0.5%)的H-K-L沸石可增强臭氧的破坏。在一个实施方式中，此类臭氧分解沸石可以在臭氧选择性吸附器160中使用，以进一步提高净化的空气中臭氧的去除。
PSA空气净化系统100还包括臭氧发生器140，臭氧发生器140被构造为由氧气富集空气样品生成臭氧。在一个实施方式中，臭氧发生器140是本领域技术人员所知的电晕放电臭氧发生器。在另一些实施方式中，臭氧发生器140可以包括本领域技术人员所知的任何臭氧发生设备。例如，臭氧发生器140可以包括冷等离子体/电介质电弧放电、水电解或放射化学臭氧发生装置。生成的臭氧可以在混合罐145中与氧气富集空气样品再合并，以将氧气富集空气样品中不希望的污染物降解并对病原体消毒，使得未处理的引入空气中不希望的污染物和/或病原体的浓度高于使用臭氧处理的空气中的浓度。在一个实施方式中，不希望的污染物/病原体可以包括霉菌、花粉、挥发性有机化合物、烟雾、灰尘、孢子、细菌或本领域技术人员所知的任何其他不希望的污染物中的至少一种。
压缩机110被构造为压缩空气/气体并对空气净化工艺的各个阶段提供高压。在整个PSA空气净化系统100中设置了一个或多个阀门190，以控制内容物在整个系统中的适当流动。在一个实施方式中，利用整个系统中阀门190的适当伺服控制，可以使用一个压缩机110来为两个高压吸附阶段提供高压。在另一些实施方式中，可以使用多个压缩机来为各个阶段产生压力。另外，根据一个实施方式，PSA空气净化系统100还可以包括一个或多个过滤器和除湿器，以处理输入至系统中的引入空气。过滤器可以被构造为从未处理的引入空气中去除大于指定尺寸的颗粒，并且除湿器可以被构造为从未处理的引入空气中去除水蒸气。
PSA空气净化系统100还包括氧气缓冲罐130和臭氧缓冲罐150。氧气缓冲罐130被构造为存储已经通过氮气选择性吸附器120的未被吸附的气体。在一个实施方式中，未被吸附的气体主要是氧气。臭氧缓冲罐150被构造为存储包含浓缩臭氧的空气样品。因此，这些缓冲罐用于在空气净化工艺的各阶段临时存储各种气体样品。
在一个实施方式中，PSA空气净化系统100也可以包括一个或多个被构造为从净化的空气中去除臭氧成分的二次臭氧消除装置。在一个实施方式中，一个或多个二次臭氧消除装置可以包括被构造为分解臭氧成分的臭氧分解催化剂(例如，二氧化镁)或紫外(UV)光源(例如，254纳米(nm)UV光源)。另外，所述一个或多个二次臭氧消除装置还可以包括被构造为将水蒸气(如通过除湿器从引入空气中去除的水蒸气或者新水蒸气)再引入具有浓缩臭氧的空气样品中的装置(例如，加湿器)，因为水蒸气也可以促进臭氧的分解。
在另一实施方式中，PSA空气净化系统100可以包括四个吸附器的布局，其可包括两个氮气选择性吸附器120和两个臭氧选择性吸附器160。多余的氮气选择性吸附器120和臭氧选择性吸附器160分别并联但异相地运转。根据这一实施方式，压缩机110将连续运行，压缩每对吸附器中的第一吸附器，而每对吸附器中的第二吸附器处于减压阶段，反之亦然。这种成对的吸附器系统的使用也允许压力均衡，例如离开处于减压阶段的第一吸附器的分离的气体处于高压，而同时进入处于加压阶段的配对吸附器中的未分离的气体被压缩。在压力均衡运转(例如，在离开成对吸附器的第一吸附器的分离的气体被供给至缓冲罐之前)中，处于高压的离开成对吸附器的第一吸附器的气体用于对进入成对吸附器的第二吸附器中的未分离的气体部分地加压。这种构造使得用于产生变压的能量有大约一半得到回收。
在一个实施方式中，空气净化工艺包括对于相同吸附剂的两个高压吸附步骤(即，氮气吸附和臭氧吸附步骤)和两个低压脱附步骤。根据这一实施方式，各个高压和低压步骤以如下所述的三个阶段进行。第一阶段包括高压氮气/氧气分离步骤和臭氧生成步骤。第二阶段包括低压氮气脱附/臭氧吹扫步骤和高压臭氧吸附/空气分离步骤。第三阶段包括低压臭氧脱附/氧气吹扫步骤和高压臭氧再循环步骤。
图2A描绘的是根据示例性实施方式的空气净化工艺的第一阶段的流程图。图2B描绘的是根据空气净化工艺的第一阶段的示例性实施方式的变压吸附(PSA)空气净化系统和气体通过PSA空气净化系统的流动。在操作200中，待净化的引入空气通过输入端而被接收到PSA空气净化系统中，并通过压缩机而得到压缩。在一个实施方式中，也可以如本领域技术人员所知将引入空气过滤并除湿。
在操作210中，压缩的空气以高压供给至氮气选择性吸附器中。在一个示例性实施方式中，高吸附压力通常为脱附压力的三倍。在一个实施方式中，利用变压吸附系统，高吸附压力达到约45磅/平方英寸(psi)(310kpa/3atm)。在另一实施方式中，利用真空变压吸附系统，高吸附压力可以达到约21psi(145kpa/1.4atm)。另一些实施方式可以对吸附和脱附操作采用特定系统所允许的不同压力。压缩的空气中的氮气吸附于氮气选择性吸附器中的吸附剂，由此将待净化的空气分级并产生高氧气含量的空气样品。在一个实施方式中，氮气选择性吸附剂包括一种或多种沸石分子筛。
在操作220中，高氧气含量的空气样品(例如，来自操作210的剩余的未被吸附的气体)被排放至被构造为存储高氧气含量的空气样品的缓冲罐中。在一个实施方式中，该剩余的高氧气含量的空气样品主要是氧气。氧气纯度可能受到氮气吸附系统中氩气含量的限制。这些系统中氧气的纯度通常为90%～95%，氩气含量为4.5～5%，这可转化为相对氧气纯度为95%～99%。在另一实施方式中，通过使用碳分子筛，氧气纯度为99%以上是可能的。
在操作230中，来自缓冲罐的高氧气含量的空气样品流入臭氧发生器中，并在臭氧发生器内由高氧气含量的空气样品生成浓缩臭氧。在一个实施方式中，在生成浓缩臭氧之后，空气样品中的浓缩臭氧占空气样品的约10%，由此形成臭氧富集空气样品。在另一些实施方式中，臭氧浓度可以小于空气样品的1%。臭氧发生器可以是电晕放电臭氧发生器或者本领域技术人员所知的任何臭氧发生设备。
在操作240中，臭氧富集空气样品被排放至构造为存储臭氧富集空气样品的缓冲罐中。当与氮气富集空气样品混合时，浓缩臭氧使臭氧富集空气样品中的污染物降解并对病原体消毒，由此净化空气样品。
在另一实施方式中，可以使用高压氧气吸附工艺代替高压氮气吸附步骤。图2C描绘的是根据示例性实施方式的利用氧气选择性吸附器代替氮气选择性吸附器120的空气净化工艺的第一阶段的流程图。在操作200a中，待净化的引入空气通过输入端而被接收到PSA空气净化系统中，并通过压缩机而得到压缩。在一个实施方式中，也可以如本领域技术人员所知将引入空气过滤并除湿。
在操作210a中，压缩的空气被供给至氧气选择性吸附器中并被充至高压。压缩的空气中的氧气吸附于氧气选择性吸附器中的吸附剂，由此将待净化的空气分级并产生残余的不含氧气的空气样品。在一个实施方式中，氧气选择性吸附剂包括一种或多种Y型沸石和碳分子筛或者本领域技术人员所知的其他氧气选择性吸附剂。在操作220a中，残余的不含氧气的空气样品(例如，来自操作210a的剩余的未被吸附的气体)被排放至构造为存储残余气体的缓冲罐中。
在操作230a中，进行低压脱附步骤，其中吸附的氧气通过低压而脱附并释放至较低压力的缓冲罐中，以形成高氧气含量的空气样品。在操作240a中，来自缓冲罐的高氧气含量的空气样品流入臭氧发生器中，并在臭氧发生器内由高氧气含量的空气样品生成浓缩臭氧。臭氧发生器可以是电晕放电臭氧发生器或者本领域技术人员所知的任何臭氧发生设备。
在操作250a中，臭氧富集空气样品被排放至构造为存储臭氧富集空气样品的缓冲罐中。在一个实施方式中，臭氧富集空气样品与来自操作210a的残余的未被吸附的气体在混合罐中合并。浓缩臭氧使臭氧富集空气样品和/或与臭氧富集空气样品合并的任何气体中的污染物降解并对病原体消毒，由此净化空气样品。
图3A描绘的是根据示例性实施方式的空气净化工艺的第二阶段的流程图。图3B描绘的是根据空气净化工艺的第二阶段的示例性实施方式的变压吸附(PSA)空气净化系统和气体通过PSA空气净化系统的流动。在操作300中，来自存储臭氧富集空气样品的缓冲罐的气体在低压下回洗通过氮气选择性吸附器，以使氮气选择性吸附器中之前吸附的氮气脱附，由此形成经处理的空气样品。在一个实施方式中，低脱附压力约为高吸附压力的三分之一。在一个实施方式中，利用PSA系统，低脱附压力可以为约15psi(103kpa/1atm)。在另一实施方式中，利用真空PSA系统，低脱附压力可以为约7psi(48kpa/0.5atm)。
在操作310中，混合罐中的经处理的空气样品(包含与来自操作300的脱附的氮气合并的臭氧富集空气样品)被供给至压缩机中，在压缩机中其被压缩并由此加压。在一个实施方式中，PSA臭氧选择性吸附器中所使用的压力为约30psi(207kpa/2atm)，但在真空PSA系统中可以采用较低的压力(17psi(117kpa/1.2atm)左右)。另一些实施方式可以包括不同的压力。在操作320中，该压缩的经处理的空气样品以高压供给至具有强臭氧选择性的臭氧选择性吸附器，使得臭氧从压缩的经处理的空气样品中去除，由此形成净化的空气样品。在一个实施方式中，在将空气样品供给至臭氧选择性吸附器中之前，可以将水蒸气再引入压缩的经处理的空气样品中。水蒸气可以促进由于吸附于各种沸石所引起的臭氧的分解。再引入的水蒸气可以包括通过除湿器从引入空气中去除的水蒸气，或者可以包括并非之前从引入空气中去除的全新的水蒸气。
在一个实施方式中，存在于经处理的空气样品中的臭氧可以通过化学荧光、紫外光度测定或者本领域技术人员所知的任何其他臭氧监测方法或装置来监测，以确保臭氧已从经处理的空气样品中充分去除。在一个可能的实施方式中，使用市售臭氧监测器，控制回路可以测量在臭氧选择性吸附器的脱附阶段的臭氧水平。当脱附的臭氧的水平升高时，可以将更多的臭氧回馈与待净化的空气部分混合，使得通过电晕发生器进行的臭氧生成可以成比例地降低，由此减少由臭氧选择性吸附器输出的脱附的臭氧。在第二回路中，离开系统的经处理的空气中的臭氧水平可以通过环境臭氧监测器测量，并且若其升高超过预定阈值(例如，0.1ppm)，则可以延长臭氧选择性吸附器中的吸附时间以增强通过吸附剂经由催化进行的臭氧破坏，由此减慢第一阶段的空气引入速率，并减慢在输出端向二次臭氧破坏系统供给的速率。
在另一实施方式中，净化的空气样品可以在操作320之后进一步处理，以从净化的空气样品中去除任何剩余的臭氧。例如，可以使用如臭氧分解催化剂(例如，二氧化镁)等二次臭氧消除装置来分解净化的空气样品中的臭氧。其他二次臭氧分解方法可包括本领域技术人员所知的使用紫外光源的二次光解破坏。在操作330中，净化的空气样品由PSA空气净化系统释放至周围环境中。
图4A描绘的是根据示例性实施方式的空气净化工艺的第三阶段的流程图。图4B描绘的是根据空气净化工艺的第三阶段的示例性实施方式的变压吸附(PSA)空气净化系统和气体通过PSA空气净化系统的流动。在操作400中，吹扫氧气缓冲罐并且将氧气缓冲罐中的剩余气体在低压下回洗通过臭氧选择性吸附器，以使在臭氧选择性吸附器内未被分解的剩余的臭氧脱附，由此形成包含来自氧气缓冲罐的被吹扫的气体和来自臭氧选择性吸附器的脱附的臭氧的被吹扫气体混合物。在一个实施方式中，脱附阶段中的低压为吸附阶段的较高压力的约三分之一。在一个实施方式中，利用PSA系统，低脱附压力可以为约15psi(103kpa/1atm)。在另一实施方式中，利用真空PSA系统，低脱附压力可以为约7psi(48kpa/0.5atm)。另一些实施方式可以对吸附和脱附操作采用特定系统所允许的不同压力。
在一个实施方式中，臭氧选择性吸附器包括促进被吸附的臭氧分解的沸石分子筛。例如，此类沸石可以包括铵交换L型沸石(NH4-K-L沸石)、具有低水含量的H-K-L沸石或者本领域技术人员所知的任何其他臭氧选择性沸石。
在操作410中，吹扫气体混合物由臭氧选择性吸附器供给至压缩机，在压缩机中其被压缩并由此加压。在操作420中，压缩的吹扫气体混合物供给至臭氧发生器，在臭氧发生器中由压缩的吹扫气体混合物再生臭氧。在操作430中，将再生的臭氧和压缩的吹扫气体混合物中的任何其他残余物存储在臭氧缓冲罐中，以供未来的空气净化使用。
实施例
实施例1：轻型商用单床变压吸附空气净化系统。
第一示例性实施方式涉及可用作轻型商用独立单元的小型产品。该产品具有约60cmx40cmx30cm的尺寸，并包括约75Nm3/H(标准立方米/小时)的容量。该单元利用单床变压吸附系统，所述系统包括氧气选择性吸附器、臭氧选择性吸附器、螺杆式压缩机和电晕臭氧发生器。氧气选择性吸附器包括从空气样品中选择性吸附氧气的碳分子筛。臭氧选择性吸附器包括臭氧选择性分子筛，所述分子筛包括铵取代的低二氧化硅沸石。氧气选择性吸附器和臭氧选择性吸附器通过高压氧气缓冲罐和将氮气和臭氧混合的低压混合罐连通。
通过螺杆式压缩机将引入空气带入系统，并且使引入空气的样品通入氧气选择性吸附器，充至约45psi(310kpa/3atm)的压力。在氧气选择性吸附器内的引入空气样品的压力达到约45psi(310kpa/3atm)之后，引入空气样品中的未被吸附的气体由氧气选择性吸附器在逐渐降低的压力下流向缓冲罐。在一个实施方式中，以上步骤耗时约50秒。
在氧气选择性吸附器内的压力达到约14psi或1大气压(96kpa)(即，高压吸附阶段的目标压力的三分之一)之后，吸附的氧气从氧气选择性吸附器中脱附并被提供至低压缓冲罐中，在低压缓冲罐中其可与从臭氧选择性吸附器回收的臭氧合并。在一个实施方式中，该脱附过程耗时约10秒。
然后脱附的氧气和回收的臭氧的组合移动至电晕臭氧发生器中，以产生臭氧富集氧气样品。然后臭氧富集氧气样品在混合罐中与主要包含氮气的以上吸附步骤中的未被吸附的气体合并，以生成经处理的空气样品。然后将经处理的空气样品通入臭氧选择性吸附器。将经处理的空气样品在臭氧选择性吸附器内充至压力为约30psi(207kpa/2atm)以吸附臭氧并生成净化的空气样品。在臭氧选择性吸附器内的经处理的空气样品的压力达到约30psi(207kpa/2atm)之后，未被吸附的气体(即，净化的空气样品)由臭氧选择性吸附器流出，并流过如MgO2等二次臭氧破坏催化剂，然后输出至周围环境中。在一个实施方式中，以上步骤耗时约90秒。
在臭氧选择性吸附器内的压力达到约14psi或1个大气压(96kpa)之后，吸附的臭氧从臭氧选择性吸附器中脱附并被提供至低压缓冲罐，在低压缓冲罐中其可与来自氧气选择性吸附器的氧气合并。在一个实施方式中，该脱附过程耗时约30秒。
实施例2：工业用双床真空变压吸附空气净化系统。
第二示例性实施方式涉及适于工业应用的大型单元。该产品具有约180cmx200cmx150cm的尺寸，并包括约600Nm3/H的容量。该单元利用双床真空变压吸附构造来提供连续流并降低能源成本。该系统包括罗茨式鼓风机/压缩机、两个氮气选择性吸附器、两个臭氧选择性吸附器、电晕发生器和真空泵。氮气选择性吸附器包括如ZSM-5等沸石分子筛作为氮气吸附剂，以选择性地吸附空气样品中的氮气。臭氧选择性吸附器包括铵取代的脱铝L型沸石作为臭氧吸附剂。氮气选择性吸附器和臭氧选择性吸附器通过高压氧气缓冲罐和将氮气和臭氧合并的低压混合罐连通。
在系统运转过程中，两个氮气选择性吸附器异相运转，使得压缩机和真空泵连续运转，并使得可以利用压力均衡来使一个吸附器因另一吸附器的减压而部分加压。通过罗茨式压缩机将引入空气带入系统，并且将引入空气样品间歇地通入各氮气选择性吸附器。各氮气选择性吸附器内的引入空气样品充至约21psi(145kpa/1.4atm)的压力。在氮气选择性吸附器内的引入空气样品的压力达到约21psi(145kpa/1.4atm)之后，引入空气样品中的未被吸附的气体(主要由氧气构成)由氮气选择性吸附器在逐渐降低的压力下流向缓冲罐，在缓冲罐中将其存储为氧气富集空气样品。在一个实施方式中，以上步骤耗时约100秒。
在氮气选择性吸附器内的压力达到约7psi或0.5大气压(48kpa)(即，高压吸附阶段的目标压力的三分之一)之后，吸附的氮气从氮气选择性吸附器中脱附并被提供至低压混合罐中，在低压混合罐中其可与臭氧富集氧气合并以生成经处理的空气样品。在一个实施方式中，该脱附过程耗时约20秒。
将氧气富集空气样品与从一个或两个臭氧选择性吸附器中回收的臭氧合并，并移动至电晕臭氧发生器中，以产生臭氧富集氧气。然后将臭氧富集氧气与来自以上脱附步骤的脱附的氮气混合，以生成经处理的空气样品。然后将处理的空气样品通入臭氧选择性吸附器。将经处理的空气样品在臭氧选择性吸附器内充至压力为约20psi(138kpa/1.4atm)以吸附臭氧并生成净化的空气样品。在臭氧选择性吸附器内的经处理的空气样品的压力达到约20psi(138kpa/1.4atm)之后，未被吸附的气体(即，净化的空气样品)由臭氧选择性吸附器流出，并流过如MgO2等二次臭氧破坏催化剂，然后输出至周围环境中。在一个实施方式中，以上步骤耗时约90秒。
在臭氧选择性吸附器内的减压达到约10psi(69kpa/0.7atm)之后，吸附的臭氧从臭氧选择性吸附器中脱附并被提供至低压缓冲罐，在低压缓冲罐中其可与氧气富集空气样品合并。在一个实施方式中，该脱附过程耗时约30秒。
下表详述了以上实施例1和2的空气净化单元的各种设计和工作参数：
Figure BDA0000405564920000111
本文中可能使用了一幅或多幅流程图。流程图的使用并不意味着对于所进行的操作的顺序进行限制。本文所描述的主题有时说明的是包含于不同的其他组成部分中的或与其连接的不同组成部分。应当理解，这些所描绘的体系结构只是示例性的，并且实际上可达到相同功能的许多其他体系结构也是可以实施的。在概念意义上，任何可达到相同功能的组成部分的设置都有效“关联”以使达到所期望的功能。因此，可组合达到特定功能的任何两个本文中的组成部分均可以被视作彼此“关联”以使达到所期望的功能，而与体系结构或中间组成部分无关。类似地，如此关联的任何两个组成部分也可以被视为彼此“可工作地连接”或者“可工作地偶联”以达到所期望的功能，并且能够如此关联的任何两个组成部分也可以被视为彼此“可工作地偶联”从而达到所期望的功能。可工作地偶联的具体实例包括但不限于可物理匹配的和/或物理交互中的组成部分，和/或可无线交互的和/或无线交互中的组成部分，和/或逻辑交互中的和/或可逻辑交互的组成部分。
关于本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，在适合上下文和/或应用的情况下，本领域技术人员可以将复数转化为单数和/或将单数转化为复数。为清楚起见，本文中可能明确阐述各种单数/复数转换。
本领域技术人员将会理解，一般而言，本文中、特别是所附权利要求(例如，所附权利要求的主体部分)中所使用的术语通常意在作为“开放式”术语(例如，术语“including（包括）”应理解为“包括但不限于”，术语“具有”应理解为“至少具有”，术语“includes（包括）”应理解为“包括但不限于”等)。本领域技术人员将进一步理解，如果意图是特定数量的引入的权利要求叙述，则这样的意图将在权利要求中进行明确地陈述，在没有这样的叙述的情况下，则没有这样的意图。例如，为帮助理解，以下所附的权利要求可能包含对引入性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用，以引入权利要求叙述。然而，这种短语的使用不应解释为隐含由不定冠词“a”或“an”引入的权利要求叙述将包含这种引入的权利要求叙述的任何特定权利要求限制为包含仅仅一个这种叙述的发明，即使当同一权利要求包括引入性短语“一个或多个”或“至少一个”和如“a”或“an”等不定冠词时亦如此(例如，“a”或“an”通常应解释为“至少一个”或“一个或多个”的意思)；这同样适用于引入权利要求叙述的不定冠词的使用。另外，即使明确地陈述了特定数量的引入的权利要求叙述，本领域技术人员也将认识到这种叙述通常应解释为指至少为所陈述的数量(例如，没有其他修饰语的“两个叙述”这种单纯的叙述通常是指至少两个叙述或者两个以上叙述)。此外，在其中采用类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯用说法的那些情形中，通常这类修辞意指本领域技术人员会理解该惯用说法(例如，具有“A、B和C中至少一个的系统”会包括但不限于只具有A的系统、只具有B的系统、只具有C的系统、同时具有A和B的系统、同时具有A和C的系统、同时具有B和C的系统和/或同时具有A、B和C的系统等)。在其中采用类似于“A、B或C等中的至少一个”的惯用说法的那些情形中，通常这类修辞意指本领域技术人员会理解该惯用说法(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”包括但不限于只具有A的系统、只具有B的系统、只具有C的系统、同时具有A和B的系统、同时具有A和C的系统、同时具有B和C的系统和/或同时具有A、B和C的系统等)。本领域技术人员还将会理解，实际上，带出两个以上可选择的术语的任何转折连词和/或短语，无论是在说明书、权利要求书还是附图中，都应被理解为设想了包括这些术语之一、这些术语中的任一个或者全部这些术语的可能。例如，短语“A或B”将被理解为包括“A”或“B”或者“A和B”的可能。
示例性实施方式的上述描述出于说明和描述的目的而提供。不应认为是穷尽或者对于所公开的精确形式进行限制，根据以上教导可以进行修改和改变，或者可以从所公开的实施方式的实践中获得修改和改变。本发明的范围应由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (31)

1.一种处理空气的方法，所述方法包括：
提供未处理的空气；
由所述未处理的空气产生氧气富集样品；
在所述氧气富集样品中生成臭氧以产生臭氧富集样品；
将所述臭氧富集样品与一部分所述未处理的空气接触以产生经处理的样品，其中所述部分的未处理样品包含在产生所述氧气富集样品时从所述未处理的空气中去除的部分；和
从所述经处理的样品中去除臭氧以形成净化的空气样品。
2.如权利要求1所述的方法，其中，产生氧气富集样品的所述步骤包括从所述未处理的空气中去除氮气。
3.如权利要求2所述的方法，其中，将所述臭氧富集样品与所述部分的未处理空气接触的所述步骤包括将去除的氮气与所述臭氧富集样品接触以产生经处理的样品。
4.如权利要求2所述的方法，所述方法还包括在从所述未处理的空气中去除氮气的步骤之前压缩所述未处理的空气。
5.如权利要求4所述的方法，其中，从所述未处理的空气中去除氮气的所述步骤包括通过将所述未处理的空气与至少一种氮气选择性吸附剂接触而从处于高压的压缩的未处理的空气中吸附氮气。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述至少一种氮气选择性吸附剂包括沸石分子筛。
7.如权利要求5所述的方法，其中，将所述去除的氮气与所述臭氧富集样品接触的所述步骤包括将所述臭氧富集样品与至少一种氮气选择性吸附剂接触以使被吸附的氮气脱附。
8.如权利要求1所述的方法，其中，生成臭氧的所述步骤包括使用电晕放电系统生成臭氧，所述方法还包括将所述臭氧富集样品排放至缓冲罐中。
9.如权利要求1所述的方法，其中，从所述经处理的样品中去除所述臭氧的所述步骤包括在从所述经处理的样品中去除所述臭氧的条件下将所述经处理的样品与至少一种臭氧选择性吸附剂接触。
10.如权利要求1所述的方法，其中，去除所述臭氧的所述步骤包括压缩所述经处理的样品并将压缩的经处理的样品与臭氧选择性吸附器接触。
11.如权利要求10所述的方法，所述方法还包括所述氧气富集样品排放至缓冲罐中。
12.如权利要求11所述的方法，所述方法还包括将所述氧气富集样品与臭氧选择性吸附床接触以使被吸附的臭氧脱附，从而形成被吹扫的气体。
13.如权利要求12所述的方法，所述方法还包括使用电晕放电系统由所述被吹扫的气体再生臭氧。
14.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括利用紫外光处理所述净化的空气样品。
15.如权利要求1所述的方法，其中，不希望的污染物在所述净化的空气样品中的浓度比在所述未处理的空气中的浓度低。
16.如权利要求14所述的方法，其中，所述不希望的污染物包括霉菌、花粉、挥发性有机化合物、烟雾、灰尘、孢子和细菌中的至少一种。
17.一种用于处理空气的设备，所述设备包括：
被构造为压缩未处理的空气的压缩机；
被构造为由所述未处理的空气产生氧气富集样品的分级装置；
被构造为在所述氧气富集样品中生成臭氧以产生臭氧富集样品的臭氧发生器；
其中，所述分级装置还被构造为将所述臭氧富集样品与一部分所述未处理的空气接触以产生经处理的样品，其中所述部分的未处理样品包含在产生所述氧气富集样品时从所述未处理的空气中去除的部分；和
被构造为从所述经处理的样品中去除臭氧以形成净化的空气样品的臭氧选择性吸附器。
18.如权利要求17所述的设备，其中，所述分级装置包括被构造为从所述未处理的空气中去除氮气以产生所述氧气富集样品的氮气选择性吸附器。
19.如权利要求18所述的设备，其中，所述氮气选择性吸附器还被构造为将去除的氮气与所述臭氧富集样品接触以产生经处理的样品。
20.如权利要求18所述的设备，其中，所述氮气选择性吸附器包括一种或多种沸石分子筛。
21.如权利要求19所述的设备，其中，所述沸石分子筛包括高钠沸石和镧沸石中的一种或多种。
22.如权利要求18所述的设备，其中，所述氮气选择性吸附器被构造为从所述未处理的空气中吸附氮气，其中，所述未处理的空气处于高压，并且所述压缩机还被构造为产生所述高压。
23.如权利要求17所述的设备，所述设备还包括被构造为存储所述氧气富集样品的第一缓冲罐。
24.如权利要求17所述的设备，所述设备还包括被构造为存储所述臭氧富集样品的第二缓冲罐。
25.如权利要求17所述的设备，其中，所述臭氧发生器为电晕放电系统。
26.如权利要求17所述的设备，其中，所述压缩机被构造为提供(a)处于高压的送至所述分级装置的所述未处理的空气和(b)处于高压的送至所述臭氧选择性吸附床的所述经处理的样品。
27.如权利要求17所述的设备，所述设备还包括被构造为从所述净化的空气样品中去除臭氧的二次臭氧消除装置。
28.如权利要求27所述的设备，其中，所述二次臭氧消除装置包括紫外光源。
29.如权利要求28所述的设备，其中，所述二次臭氧消除装置包括254纳米紫外光源。
30.如权利要求17所述的设备，其中，所述分级装置包括被构造为从所述未处理的空气中去除氧气以产生所述氧气富集样品的氧气选择性吸附器。
31.如权利要求30所述的设备，其中，所述氧气选择性吸附器包括一种或多种碳基分子筛。
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