CN109502551A - 用于生产臭氧的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用于生产浓缩臭氧的方法和系统。本申请的方法可包括使包含氧气的流体经臭氧发生处理而产生包含臭氧的流体，使所产生的包含臭氧的流体中的臭氧的至少一部分被吸附剂吸附，且未被吸附的流体形成通过流股；使被吸附的所述臭氧在负压下被解吸到流体中并且所述臭氧形成微泡；将所述通过流股的至少一部分混合到所述包含氧气的流体中，用于经臭氧发生处理而产生包含臭氧的流体。本申请的方法和系统可提高氧气和臭氧的利用率及臭氧的使用范围。

Description

用于生产臭氧的方法和系统

技术领域

本申请涉及臭氧的生产，特别是涉及一种用于生产臭氧的方法和系统。

背景技术

臭氧(O₃)又称为超氧，在常温下，它是一种有特殊臭味的淡蓝色气体。臭氧的应用非常广泛，例如可以用于消毒、杀菌、脱氯等。现有的臭氧生产方法有电晕放电法、紫外照射法、冷等离子体法、电解法等。现有的方法产生臭氧的浓度低(约5-15％)，氧气的利用率低，不适合需高浓度臭氧的应用场景。国内外已有技术(如吸附技术)试图通过循环利用氧气的方式提高氧气利用率和臭氧浓度。但现有的生产方法普遍存在吸附剂选择性有待提高、吸附-解吸过程中臭氧损耗较大、解吸后臭氧利用率低等缺点。

因此，急需开发新的装置、系统和方法来解决上述问题。

发明内容

本申请提供了一种用于生产臭氧(特别是浓缩臭氧)的方法和系统。本申请的方法和系统充分利用了现有资源，降低了生产成本，并提高了氧和臭氧的使用率和/或拓宽了臭氧的应用范围，从而提供了一种更合理和高效的生产臭氧(特别是高浓度臭氧)的方法和系统。

本申请的一个方面涉及一种用于生产臭氧的方法。所述方法包括：一种用于生产臭氧的方法，其包括：a)使包含氧气的流体经臭氧发生处理而产生包含臭氧的流体，所述包含臭氧的流体的臭氧浓度为5-20％；b)使步骤a)产生的包含臭氧的流体中的臭氧的至少一部分被吸附剂吸附，且未被吸附的流体形成通过流股，所述通过流股的臭氧浓度为1-5％；c)使步骤b)中被吸附的所述臭氧在负压下被解吸到流体中并且所述臭氧形成微泡，所述微泡的臭氧浓度为5-90％；以及，d)将所述通过流股的至少一部分混合到所述包含氧气的流体中，用于经臭氧发生处理而产生包含臭氧的流体，所述百分比为体积百分比。

在某些实施方式中，所述包含氧气的流体中氧气的含量为至少10％，所述百分比为体积百分比。例如，所述包含氧气的流体中氧气的含量为至少90％，所述百分比为体积百分比。

在某些实施方式中，所述臭氧发生处理的方法是高压放电臭氧发生处理、紫外线照射臭氧发生处理、电解臭氧发生处理中的一种或多种，或者它们的任意组合。

在某些实施方式中，所述高压放电臭氧发生处理为通过使用高压的电流制造高压电晕电场，使所述高压电晕电场内或周围的氧分子发生电化学反应的方法。

在某些实施方式中，所述高压为不小于500V的电压。例如，所述高压为不小于5000V的电压。

在某些实施方式中，所述高压的频率为不小于50Hz。例如，所述高压的频率为不小于1000Hz。

在某些实施方式中，所述紫外线照射臭氧发生处理为使用紫外线照射氧分子使氧分子分解而产生臭氧的方法。在某些实施方式中，所述紫外线的波长为170-200nm。在某些实施方式中，所述紫外线的波长为184-186nm。

在某些实施方式中，所述电解臭氧发生处理为采用低压直流电固态膜电极导通水，使所述水在阳极溶液界面上以质子交换的形式被分离为氢氧分子，氢从阴极溶液界面上直接被排放，而氧分子在阳极界面上聚合成臭氧分子的方法。在某些实施方式中，所述低压为不高于20V的电压。在某些实施方式中，所述固态膜为质子交换膜。

在某些实施方式中，所述步骤a)包括：a1)使所述包含氧气的流体经分离处理而产生浓缩流股，其中所述浓缩流股中氧气的含量为至少10％，所述百分比为体积百分比；和a2)使所述浓缩流股经臭氧发生处理而产生包含臭氧的流体。

在某些实施方式中，所述浓缩流股中氧气的含量为至少99％，所述百分比为体积百分比。

在某些实施方式中，在步骤d)中，将所述通过流股的至少一部分混合到所述浓缩流股中，用于经臭氧发生处理而产生包含臭氧的流体。

在某些实施方式中，所述通过流股中的氧气含量为不大于90％，所述百分比为体积百分比。例如，所述通过流股中的氧气含量为不大于10％，所述百分比为体积百分比。

在某些实施方式中，所述分离处理包括吸附分离处理、膜分离处理和分馏处理中的一种或多种。

在某些实施方式中，所述吸附分离处理包括变压吸附处理、变温吸附处理、变压变温吸附处理、膜分离处理、分馏处理等方法中的一种或多种。

在某些实施方式中，所述吸附分离处理的吸附剂包括选自下述的物质：活性炭、分子筛、天然沸石、改性沸石、介孔分子筛、钛基分子筛、金属有机框架材料、硅胶和改性硅胶中的一种或多种。

在某些实施方式中，所述吸附分离处理包括两次或两次以上的连续吸附，所述连续吸附使所述通过流股中的臭氧含量为1-2％，所述百分比为体积百分比。

在某些实施方式中，所述吸附的过程中吸附臭氧时吸附装置的温度为不高于50摄氏度。例如，所述吸附的过程中吸附臭氧时吸附装置的温度为不高于-45摄氏度。

在某些实施方式中，所述吸附的过程中解吸臭氧时吸附装置的温度为至少10摄氏度。例如，所述吸附的过程中解吸臭氧时吸附装置的温度为至少60摄氏度。

在某些实施方式中，所述吸附的过程中吸附臭氧时吸附装置的压力为绝压不小于0.5MPa。例如，所述吸附的过程中吸附臭氧时吸附装置的压力为绝压不小于0.01MPa。

在某些实施方式中，所述吸附的过程中解吸臭氧时吸附装置的压力为表压不高于-0.01MPa。例如，所述吸附的过程中解吸臭氧时吸附装置的压力表压为不高于-0.09MPa。

在某些实施方式中，通过文丘里效应产生所述负压。例如，所述的负压为真空。

在某些实施方式中，所述文丘里效应中由动力输送的流体在管道中的平均流速为5-30m/s。

在某些实施方式中，所述文丘里效应中由动力输送的流体流动的动压为0.01-0.2MPa。

在某些实施方式中，所述文丘里效应中喉管处的流断面的直径大小为0.5cm-5cm。

在某些实施方式中，所述微泡形成的方法为膜分散法或溶气释气法。

在某些实施方式中，所述通过流股与包含氧气的流体混合后所获得的流股中，氧气的含量为至少10％，所述百分比为体积百分比。例如，所述氧气的含量为至少60％，所述百分比为体积百分比。

在某些实施方式中，所述方法还包括以下的步骤：所述通过流股的至少一部分可以与包含氧气的流体经受分离处理所获得的浓缩流股混合，混合所得流股可以进一步经受臭氧发生处理，从而产生包含臭氧的流体。

在某些实施方式中，所述通过流股与所述浓缩流股混合所获得的流股中，氧气的含量为至少30％，所述百分比为体积百分比。例如，所述氧气的含量为至少90％，所述百分比为体积百分比。

本申请的另一个方面涉及一种用于生产臭氧的系统。所述系统包括臭氧发生单元，吸附单元和混合单元，其中所述臭氧发生单元与所述吸附单元流体连通且所述吸附单元与所述混合单元流体连通，其中包含氧气的流体经所述臭氧发生单元处理而产生包含臭氧的流体，所述包含臭氧的流体的臭氧浓度为5-20％，所述包含臭氧的流体中的臭氧的至少一部分经所述吸附单元吸附且未被吸附的流体形成通过流股，所述通过流股的臭氧浓度为1-5％，所述混合单元产生负压使被吸附的臭氧解吸到流体中并形成包含臭氧的微泡，所述微泡的臭氧浓度为5-90％，其中所述包含氧气的流体与所述通过流股流体连通并且所述通过流股的至少一部分混合到所述包含氧气的流体中用于经所述臭氧发生单元处理而产生包含臭氧的流体，所述百分比为体积百分比。

在某些实施方式中，所述包含氧气的流体中氧气的含量为至少10％，所述百分比为体积百分比。例如，所述包含氧气的流体中臭氧的含量为至少90％，所述百分比为体积百分比。

在某些实施方式中，所述臭氧发生单元包括臭氧发生装置，所述臭氧发生装置通常可以包括高压放电臭氧发生装置、紫外线照射臭氧发生装置和电解臭氧发生装置中的一种或多种。

在某些实施方式中，所述系统还包括氧分离单元，所述氧分离单元与所述臭氧发生单元流体连通，且所述包含氧气的流体经所述氧分离单元处理而产生浓缩流股，其中所述浓缩流股中氧气的含量为至少10％，所述百分比为体积百分比；其中所述浓缩流股经所述臭氧发生单元处理而产生包含臭氧的流体。

在某些实施方式中，所述分离单元包括分离装置，所述分离装置包括变压吸附装置、变温吸附装置、变压变温吸附装置、膜分离装置和分馏装置中的一种或多种。

在某些实施方式中，所述分离装置吸附时所使用的吸附剂为活性炭、炭分子筛、天然沸石、改性沸石、介孔分子筛、钛基分子筛、金属有机框架材料、硅胶和改性硅胶中的一种或多种。在某些实施方式中，所述分馏装置为精馏塔。

在某些实施方式中，所述系统还包括吸附单元，所述吸附单元用于使包含臭氧的流体中的臭氧的至少一部分经所述吸附单元吸附且未被吸附的流体形成通过流股。

在某些实施方式中，所述通过流股中的氧气含量为不大于90％，所述百分比为体积百分比。例如，所述通过流股中的臭氧含量为不大于10％，所述百分比为体积百分比。

在某些实施方式中，所述系统包括吸附单元，所述吸附单元包括变压吸附单元、变温吸附单元和变压变温吸附单元中的一种或多种。

在某些实施方式中，吸附臭氧时所述吸附单元的温度为不高于50摄氏度。例如，吸附臭氧时所述吸附单元的温度为不高于-45摄氏度。

在某些实施方式中，解吸臭氧时所述吸附单元的温度为至少30摄氏度。例如，解吸臭氧时所述吸附单元的温度为至少60摄氏度。

在某些实施方式中，所述吸附单元吸附臭氧时的压力为绝压不小于0.5Mpa。例如，吸附臭氧时所述吸附单元的压力为绝压不小于0.01Mpa。

在某些实施方式中，解吸臭氧时所述吸附装置的压力为表压不高于-0.01MPa。例如，解吸臭氧时所述吸附装置的压力为表压不高于-0.09MPa。

在某些实施方式中，所述吸附单元还含有冷却系统，所述冷却系统在吸附臭氧时用于降低所述吸附装置和/或吸附材料的温度。

在某些实施方式中，所述吸附单元还含有加热系统，所述加热系统在解吸臭氧时使所述吸附单元和/或吸附材料的温度升高。

在某些实施方式中，所述系统还包括混合单元，所述混合单元与所述吸附单元流体连通，所述混合单元用于产生负压使被吸附的臭氧解吸到流体中并形成包含臭氧的微泡。在某些实施方式中，所述负压为真空。

在某些实施方式中，所述混合单元包括膜分散装置、溶气释气装置或文丘里装置。在某些实施方式中，所述混合单元通过文丘里效应产生所述负压。

在某些实施方式中，所述文丘里装置为文丘里管，所述文丘里管包括下述部分中的一个或多个：流体的入口端、收缩段、喉道、流体扩散段、一个或多个测压环、一个或多个测压孔以及一个或多个压力计。

在某些实施方式中，所述入口端直径为1cm-15cm。在某些实施方式中，所述收缩段直径为0.5cm-5cm。在某些实施方式中，所述收缩段长度为5cm-50cm。在在某些实施方式中，所述收缩段为锥形管，所述锥形管的锥角为15°至28°。某些实施方式中，所述喉道的直径为0.5cm-5cm。在某些实施方式中，所述喉道的长度为所述喉道的直径的0.8-1.6倍。在某些实施方式中，所述流体扩散段为锥形管，所述锥形管的锥角为8°至15°。

在某些实施方式中，所述流体在所述入口端截面处的平均速度为5-30m/s。在某些实施方式中，所述流体在所述入口端截面处的平均压力为0.01-0.2MPa。

在某些实施方式中，所述流体的密度为700-1100kg/m³。

在某些实施方式中，所述包含氧气的流体与所述通过流股流体连通，所述通过流股的至少一部分混合到所述包含氧气的流体中用于经所述臭氧发生单元处理而产生包含臭氧的流体。

在某些实施方式中，所述通过流股与包含氧气的流体混合后所获得的流股中，氧气的含量为至少10％，所述百分比为体积百分比。

在某些实施方式中，所述通过流股的至少一部分可以与浓缩流股混合，混合后进一步被引入臭氧发生单元，从而产生包含臭氧的流体。

在某些实施方式中，所述通过流股与浓缩流股混合所获得的流股中，氧气的含量为至少30％，所述百分比为体积百分比。

本领域技术人员能够从下文的详细描述中容易地洞察到本公开的其它方面和优势。下文的详细描述中仅显示和描述了本公开的示例性实施方式。如本领域技术人员将认识到的，本公开的内容使得本领域技术人员能够对所公开的具体实施方式进行改动而不脱离本申请所涉及发明的精神和范围。相应地，本申请的附图和说明书中的描述仅仅是示例性的，而非为限制性的。

附图说明

本申请所涉及的发明的具体特征如所附权利要求书所显示。通过参考下文中详细描述的示例性实施方式和附图能够更好地理解本申请所涉及发明的特点和优势。对附图简要说明书如下：

图1显示了本申请所提供的系统的一个实例的示意图。

图2显示了本申请所提供的系统的另一个实例的示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实例说明本申请中发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容容易地了解本申请发明的其他优点及功效。

本申请使含氧气的流体经臭氧发生处理，并可以通过吸附剂吸附所生成的臭氧，未被吸附的流体可以循环用于臭氧发生处理，从而充分利用了现有资源，降低了生产成本，并提高了臭氧的使用率，从而提供了一种更合理和高效的生产臭氧的方法和系统。

在本申请中，“流体”通常是指有固定质量而无固定形状的物体，如液体和/或气体。

在本申请中，“吸附剂”通常是指能有效地从气体和/或液体中吸附其中某些成分的固体物质。

在本申请中，“负压”通常是指低于常压的气体压力状态，常压通常指一个标准大气压，即101325Pa。

在本申请中，“微泡”通常是指位于液体中的平均直径不大于2mm、不大于1mm、不大于500μm、不大于400μm、不大于300μm、不大于200μm、不大于100μm、不大于80μm、不大于60μm、不大于40μm、不大于20μm、不大于10μm、不大于8μm、不大于6μm、不大于4μm、不大于2μm、不大于1μm、不大于800nm、不大于600nm、不大于400nm、不大于200nm、不大于100nm、不大于80nm、不大于60nm、不大于40nm、不大于20nm、或不大于10nm的气泡。在某些实施方式中，所述微泡是包含臭氧的所述气泡。

在本申请中，“臭氧发生处理”通常是指使待处理流体中的至少一部分氧气分解聚合为臭氧的过程，是氧的同素异形体转变过程。同素异形体通常是指由同样的单一化学元素组成，但性质却不相同的单质。

在本申请中，“分离处理”通常是指将流体中的氧气与至少一部分其他组分分离的过程。

在本申请中，“变压吸附”通常是指利用吸附剂对于混合物(例如，流体混合物)中不同组分的吸附能力的差异在压力变化时发生改变的特性而实现分离的方法。例如，变压吸附可以包括基于平衡效应的变压吸附，基于动力学效应的变压吸附以及基于位阻效应的变压吸附等。基于平衡效应的变压吸附通常是利用不同组分分子在吸附剂上平衡吸附量的差异进行分离。基于动力学效应的变压吸附通常是是根据不同组分分子扩散进入吸附剂孔内的速率不同，适当选择吸附时间控制目标组分和非目标组分的吸附量来实现分离。基于位阻效应的变压吸附通常是利用吸附剂颗粒内微孔对各组分分子的位阻效应的不同而实现分离。

在本申请中，“变温吸附”通常是利用吸附剂对于混合物(例如，流体混合物)中不同组分的吸附能力的差异在温度变化时发生改变的特性而实现分离的方法。

在本申请中，“变压变温吸附”通常是指利用吸附剂对于混合物(例如，流体混合物)中不同组分的吸附能力的差异在压力和/或温度变化时发生改变的特性而实现分离的方法。

在本申请中，“真空”通常是指压强小于一个标准大气压的稀薄气体空间，按气体压强为基准，例如，本申请中的真空可以是压强小于1×10⁴Pa，小于1×10³Pa、小于1×10²Pa、小于1×10Pa、小于1Pa、小于1×10^-1Pa、小于1×10^-2Pa、小于1×10^-3Pa、小于1×10^{- 4}Pa、小于1×10^-5Pa、小于1×10^-6Pa、小于1×10^-7Pa、小于1×10^-8Pa、或小于×10^-9Pa的气体空间。

在本申请中，“文丘里效应”通常是指流体在通过缩小的过流断面时，流体出现流速增大，其流速与过流断面成反比，流速的增大伴随流体压力的降低的现象。

在本申请中，术语“约”通常是指在指定数值以上或以下0.5％-1.5％的范围内。

在本申请中，“流体连通”通常指在装置之间可将一装置中的流体引入另一装置中。

用于生产臭氧的方法

一方面，本申请提供一种用于生产臭氧的方法。所述的方法包括：a)使包含氧气的流体经臭氧发生处理而产生包含臭氧的流体，所述包含臭氧的流体的臭氧浓度为5-20％(例如，可以为5-20％(v/v)、6-20％(v/v)、7-20％(v/v)、8-20％(v/v)、9-20％(v/v)、10-20％(v/v)、11-20％(v/v)、12-20％(v/v)、13-20％(v/v)、14-20％(v/v)、15-20％(v/v)、16-20％(v/v)、17-20％(v/v)、18-20％(v/v)、19-20％(v/v))；b)使步骤a)产生的包含臭氧的流体中的臭氧的至少一部分被吸附剂吸附，且未被吸附的流体形成通过流股，所述通过流股的臭氧浓度为1-5％(例如，可以为1-5％(v/v)、2-5％(v/v)、3-5％(v/v)、4-5％(v/v)、4.5-5％(v/v))；c)使步骤b)中被吸附的所述臭氧在负压下被解吸到流体中并且所述臭氧形成微泡，所述微泡的臭氧浓度为5-90％(例如，可以为5-90％(v/v)、5-85％(v/v)、5-80％(v/v)、5-75％(v/v)、5-70％(v/v)、5-65％(v/v)、5-60％(v/v)、5-55％(v/v)、5-50％(v/v)、5-45％(v/v)、5-40％(v/v)、5-35％(v/v)、5-30％(v/v)、5-25％(v/v)、5-20％(v/v)、5-15％(v/v)、5-10％(v/v))；以及，d)将所述通过流股的至少一部分混合到所述包含氧气的流体中，用于经臭氧发生处理而产生包含臭氧的流体，所述百分比为体积百分比。

本申请的方法可以包括使包含氧气的流体经臭氧发生处理而产生包含臭氧的流体。所述包含氧气的流体中，以流体的总体积计，氧气的含量通常可以为至少约10％(v/v)、约20％(v/v)，约30％(v/v)、约40％(v/v)、约50％(v/v)、约60％(v/v)、约70％(v/v)、约85％(v/v)、或约90％(v/v)。

本申请中，臭氧发生处理的方法通常可以是高压放电臭氧发生处理、紫外线照射臭氧发生处理、电解臭氧发生处理等方法中的一种或多种，或者它们的任意组合。

所述高压放电臭氧发生处理通常是指使用一定频率的高压电流制造高压电晕电场，使电场内或电场周围的氧分子发生电化学反应，从而制造臭氧的方法，所述高压通常指不小于约500V、不小于约1000V、不小于约1500V、不小于约2000V、不小于约2500V、不小于约3000V、不小于约3500V、不小于约4000V、不小于约4500V、或不小于约5000V的电压。电压的频率可以是不小于约50Hz、不小于约100Hz、不小于约200Hz、不小于约300Hz、不小于约400Hz、不小于约500Hz、不小于约600Hz、不小于约700Hz、不小于约800Hz、不小于约900Hz、或不小于约1000Hz。例如，电压的频率可以是约50Hz至约100Hz，约100Hz至约200Hz，约200Hz至约300Hz，约300Hz至约400Hz，约400Hz至约500Hz，约500Hz至约600Hz，约600Hz至约700Hz，约700Hz至约800Hz，约800Hz至约900Hz，约900Hz至约1000Hz，或约1000Hz以上。

所述紫外线照射臭氧发生处理通常是指使用紫外线照射氧分子，使氧分子分解而产生臭氧的方法，紫外线的波长可以为170-200nm、175-195nm、180-190nm、182-188nm、184-186nm或185nm。

所述电解臭氧发生处理通常是指采用低压直流电固态膜电极导通水，水在阳极溶液界面上以质子交换的形式被分离为氢氧分子，氢从阴极溶液界面上直接被排放，氧分子在阳极界面上聚合成臭氧分子的方法，其中，低压通常指不高于20V的电压，例如可以是不高于20V、不高于18V、不高于16V、不高于14V、不高于12V、不高于10V、不高于8V、不高于6V或者不高于2V的电压。

其中，固态膜通常为质子交换膜(PEM，proton exchange membrane)，质子交换膜通常是指只允许水和质子(或称水合质子，H₃O⁺)穿过的膜，例如，可以是水合质子同质子交换膜中的磺酸基结合，然后从一个磺酸基到另一个磺酸基，最终穿过质子交换膜。

在本申请的所述方法中，使所述包含氧气的流体在经受臭氧发生处理之前，还可以经受分离处理，分离处理可以产生浓缩流股。所述浓缩流股中氧气的含量通常高于经受分离处理前包含氧气的流体中的氧气的含量，其中所述浓缩流股中氧气的含量可以为至少约10％(v/v)、至少约20％(v/v)，、至少约30％(v/v)、至少约40％(v/v)、至少约50％(v/v)、至少约60％(v/v)、至少约70％(v/v)、至少约80％(v/v)、至少约90％(v/v)、至少约92％(v/v)、至少约94％(v/v)、至少约96％(v/v)、至少约98％(v/v)、或至少约99％(v/v)。

本申请的所述方法在步骤d)中，还可以包括将所述通过流股的至少一部分混合到所述浓缩流股中，用于经臭氧发生处理而产生包含臭氧的流体的步骤。由于包含氧气的流体经臭氧发生处理而产生包含臭氧的流体，所以所述通过流股中的氧气含量通常低于经受臭氧发生处理前的流体中的氧气含量，例如，所述通过流股中的氧气含量可以为不大于约90％(v/v)、约80％(v/v)、约70％(v/v)、约60％(v/v)、约50％(v/v)、约40％(v/v)、约30％(v/v)、约20％(v/v)、或约10％(v/v)。

所述分离处理可以包括吸附分离处理、膜分离处理和分馏处理中的一种或多种。所述吸附分离处理通常可以包括变压吸附处理、变温吸附处理、变压变温吸附处理、膜分离处理、分馏处理等方法中的一种或多种，或者它们的任意组合。

例如，所述变压吸附处理可以是在高压的条件下使用吸附剂吸附包含氧气的流体中的氧气，并在低压的情况下脱附而产生浓缩流股的方法；所述变压吸附处理也可以是在一定压力条件下使用吸附剂吸附包含氧气的流体中除氧气以外的其他组分，从而产生浓缩流股的方法，被吸附的除氧气以外的其他组分还可以在低压的条件下被脱附。再例如，所述变温吸附处理可以是在低温的条件下使用吸附剂吸附包含氧气的流体中的氧气，并在高温的情况下脱附而产生浓缩流股的方法；所述变温吸附处理也可以是在一定温度条件下使用吸附剂吸附包含氧气的流体中除氧气以外的其他组分，从而产生浓缩流股的方法，被吸附的除氧气以外的其他组分还可以在高温的条件下被脱附。再例如，所述变压变温吸附处理可以是在高压低温的条件下使用吸附剂吸附包含氧气的流体中的氧气，并在低压高温的情况下脱附而产生浓缩流股的方法；所述变压变温吸附处理也可以是在一定温度和压力条件下使用吸附剂吸附包含氧气的流体中除氧气以外的其他组分，从而产生浓缩流股的方法，被吸附的除氧气以外的其他组分还可以在高温和/或低压的条件下被脱附。

所述吸附分离处理的吸附剂通常可以为本领域各种可用于吸附氧气或其它气体成分的吸附剂，本领域技术人员可根据需求进行选择。例如，所述吸附剂可以是包括但不限于活性炭、炭分子筛、天然沸石、改性沸石、介孔分子筛、钛基分子筛、金属有机框架材料、硅胶、改性硅胶中的一种或多种，或者它们的任意组合。

所述膜分离处理通常是指利用具有选择性分离功能的膜实现混合物中不同组分的分离、纯化、浓缩的技术，例如可以是将包含氧气的流体中的氧气与其他的至少一部分分离，从而产生浓缩流股。

所述分馏处理通常是指利用不同物质沸点和/或溶点的不同实现混合物中不同组分的分离、纯化、浓缩的技术，例如可以是在精馏塔中把液态的包含氧气的流体一次或多次蒸发和冷凝，将氧气与其他组分分离开来，从而可以产生浓缩流股的方法。分离处理所产生的浓缩流股还可以进一步经受臭氧发生处理，从而可以产生包含臭氧的流体。

所述吸附可以包括变压吸附、变温吸附和变压变温吸附等方法中的一种或多种，或者它们的任意组合。例如，所述变压吸附处理可以在高压的条件下使用吸附剂吸附包含臭氧的流体中的臭氧，被吸附的臭氧还可以在低压的情况下脱附。再例如，所述变温吸附处理可以是在低温的条件下使用吸附剂吸附包含臭氧的流体中的臭氧，被吸附的臭氧还可以在高温的情况下脱附。再例如，所述变压变温吸附处理可以在高压低温的条件下使用吸附剂吸附包含臭氧的流体中的臭氧，被吸附的臭氧还可以在低压高温的情况下脱附。吸附时所使用的吸附剂通常可以为本领域各种可用于吸附臭氧的吸附剂，例如，可以是包括但不限于活性炭、炭分子筛、天然沸石、改性沸石、介孔分子筛、钛基分子筛、金属有机框架材料、硅胶、改性硅胶中的一种或者它们的任意组合。例如，可以在一定湿度下使用活性氧化铝改性硅胶。所述的湿度可以是适宜活性氧化铝改性硅胶发挥吸附功能的湿度。例如，所述湿度可以为露点温度50℃至-40℃。

在某些实施方式中，所述吸附包括两次或两次以上的连续吸附。例如，经第一次吸附后得到的未被吸附的第一通过流股可经第二次吸附。在所述第二次吸附中，所述第一通过流股中包含的臭氧被吸附剂吸附，而未吸附部分成为第二通过流股。所述第二通过流股的至少一部分可被混合到所述包含氧气的流体中，用于经臭氧发生处理而产生包含臭氧的流体。视需要(例如，通过检测通过流股中的臭氧含量)，可进行三次或三次以上连续吸附，直至通过流股中的臭氧含量约为1-2％(v/v)、1.1-2％(v/v)、1.2-2％(v/v)、1.3-2％(v/v)、1.4-2％(v/v)、1.5-2％(v/v)、1.6-2％(v/v)、1.7-2％(v/v)、1.8-2％(v/v)、1.9-2％(v/v)。

在本申请的所述方法中，所述吸附的过程中吸附臭氧时吸附装置(例如，吸附材料或包含吸附材料的装置)的温度可以为，例如不高于约50摄氏度，不高于约40摄氏度，不高于约30摄氏度，不高于约25摄氏度，不高于约20摄氏度，不高于约15摄氏度，不高于约10摄氏度，不高于约5摄氏度，不高于约0摄氏度，不高于约-5摄氏度，不高于约-10摄氏度，不高于约-15氏度，不高于约-20摄氏度，不高于约-25摄氏度，不高于约-30摄氏度，不高于约-35摄氏度，不高于约-40摄氏度或不高于约-45摄氏度。例如，所述吸附的过程中吸附臭氧时吸附装置(例如，吸附材料或包含吸附材料的装置)的温度为不高于约-45摄氏度。

在本申请的所述方法中，所述吸附的过程中解吸臭氧时吸附装置(例如，吸附材料或包含吸附材料的装置)的温度可以为，至少约10摄氏度，至少约20摄氏度，至少约30摄氏度，至少约40摄氏度，至少约50摄氏度，至少约55摄氏度或至少约60摄氏度。例如，所述吸附的过程中解吸臭氧时吸附装置(例如，吸附材料或包含吸附材料的装置)的温度可以为至少60摄氏度。

在本申请的所述方法中，所述吸附的过程中吸附臭氧时吸附装置中的压力可以为，例如绝压不小于约0.5MPa，不小于约0.4MPa，不小于约0.3MPa，不小于约0.2MPa，不小于约0.1MPa，不小于约0.05MPa，不小于约0.02MPa，或不小于约0.01MPa。例如，所述吸附的过程中吸附臭氧时吸附装置的压力可以为绝压不小于0.01MPa。

在本申请的所述方法中，所述吸附的过程中解吸臭氧时吸附装置中的压力可以为，表压不高于-0.01MPa、不高于-0.02MPa、不高于-0.03MPa、不高于-0.04MPa、不高于-0.05MPa、不高于-0.06MPa、不高于-0.07MPa、不高于-0.08MPa、不高于-0.09MPa或不高于-0.10MPa。例如，所述吸附的过程中解吸臭氧时吸附装置的压力可以为表压不高于-0.09MPa。

本申请的所述方法还可以包括使被吸附的所述臭氧在负压下被解吸到流体中并且所述臭氧形成微泡。被吸附的所述臭氧通常指被吸附剂吸附的臭氧，如上所述，被吸附剂吸附的臭氧可以在负压下被解吸到流体(例如，水)中，并可以形成臭氧微泡。所述负压通常指低于101325Pa的气体压力状态，在本申请一些实施方式中，所述负压可以为真空。

在本申请的一些实施方式中，通过文丘里效应产生负压。例如当流量一定的流体进入缩小的过流断面时，流体出现流速增大，其流速与过流断面成反比，流速的增大伴随流体压力的降低，从而可以与外界产生压力差，这个压力差可以成为用于产生负压的吸力，例如可以用于抽出一定空间内气体。

例如，所述文丘里效应中由动力输送的流体在管道中的平均流速可以为5-30m/s、10-30m/s、10-25m/s、15-25m/s或20-25m/s。

例如，所述文丘里效应中由动力输送的流体流动的动压可以为0.01-0.2Mpa、0.02-0.2Mpa、0.03-0.2Mpa、0.04-0.2Mpa、0.05-0.2Mpa、0.06-0.2Mpa、0.07-0.2Mpa、0.08-0.2Mpa、0.09-0.2Mpa、0.1-0.2Mpa、0.1-0.18Mpa或0.1-0.15Mpa。

例如，所述文丘里效应中喉管处的流断面的直径大小(例如，流体入口的直径)可以为0.5cm-5cm、1cm-5cm、1cm-4cm、1cm-3cm或1cm-2cm。

在本申请的方法中，形成微泡的方法可以是例如膜分散法或溶气释气法。例如，所述分散法可以是通过高速剪切、搅拌等方式把气体混合在液体中以产生微泡的方法，或通过膜再溶入液体内的膜分散法。再例如，所述溶气释气法可以是通过加压使气体溶于液体中，再通过减压使气体从水中释放并产生微泡的方法。在本申请的方法中，利用文丘里效应产生负压，使气体在负压下被抽出并与液体混合而产生微泡的方法为文丘里法。在本申请一些实施方式中，可以通过文丘里效应产生负压，并同时利用文丘里效应产生的负压使气体被抽出并与液体(例如，水)混合而产生微泡。用于形成微泡的流体通常为液体，例如可以是水。

本申请的所述方法还可以包括所述通过流股的至少一部分混合到所述包含氧气的流体中，用于经臭氧发生处理而产生包含臭氧的流体。例如，在本申请一些实施方式中，所述通过流股的至少一部分可以与未经受分离处理的包含氧气的流体混合，混合所得流股可以进一步经受分离处理，从而可以产生浓缩流股。所述通过流股与包含氧气的流体混合时，可以对通过流股和/或包含氧气的流体计量，以获得所需混合比例的流股。例如，通过流股与包含氧气的流体混合后所获得的流股中，氧气的含量通常可以为至少约10％(v/v)、约20％(v/v)，约30％(v/v)、约40％(v/v)、约50％(v/v)或约60％(v/v)。

在本申请一些实施方式中，所述通过流股的至少一部分可以与浓缩流股(即包含氧气的流体经受分离处理所获得)混合，混合所得流股可以进一步经受臭氧发生处理，从而可以产生包含臭氧的流体。通过流股与浓缩流股混合时，可以对通过流股和/或浓缩流股计量，以获得所需混合比例的流股。例如，通过流股与浓缩流股混合所获得的流股中，氧气的含量通常可以为至少约30％(v/v)、约40％(v/v)，约50％(v/v)、约60％(v/v)、约70％(v/v)、约80％(v/v)或约90％。

用于生产臭氧的系统

在另一个方面，本申请提供了一种用于生产臭氧的系统。所述系统包括臭氧发生单元，吸附单元和混合单元，其中所述臭氧发生单元与所述吸附单元流体连通且所述吸附单元与所述混合单元流体连通，其中包含氧气的流体经所述臭氧发生单元处理而产生包含臭氧的流体，所述包含臭氧的流体的臭氧浓度为5-20％(例如，可以为5-20％(v/v)、6-20％(v/v)、7-20％(v/v)、8-20％(v/v)、9-20％(v/v)、10-20％(v/v)、11-20％(v/v)、12-20％(v/v)、13-20％(v/v)、14-20％(v/v)、15-20％(v/v)、16-20％(v/v)、17-20％(v/v)、18-20％(v/v)、19-20％(v/v))，所述包含臭氧的流体中的臭氧的至少一部分经所述吸附单元吸附且未被吸附的流体形成通过流股，所述通过流股的臭氧浓度为1-5％(例如，可以为1-5％(v/v)、2-5％(v/v)、3-5％(v/v)、4-5％(v/v)、4.5-5％(v/v))，所述混合单元产生负压使被吸附的臭氧解吸到流体中并形成包含臭氧的微泡，所述微泡的臭氧浓度为5-90％(例如，可以为5-90％(v/v)、5-85％(v/v)、5-80％(v/v)、5-75％(v/v)、5-70％(v/v)、5-65％(v/v)、5-60％(v/v)、5-55％(v/v)、5-50％(v/v)、5-45％(v/v)、5-40％(v/v)、5-35％(v/v)、5-30％(v/v)、5-25％(v/v)、5-20％(v/v)、5-15％(v/v)、5-10％(v/v))，其中所述包含氧气的流体与所述通过流股流体连通并且所述通过流股的至少一部分混合到所述包含氧气的流体中用于经所述臭氧发生单元处理而产生包含臭氧的流体，所述百分比为体积百分比。

所述系统可以包括臭氧发生单元，所述臭氧发生单元可以用于使包含氧气的流体经受臭氧发生处理，从而可以产生包含臭氧的流体。所述包含氧气的流体中，以流体的总体积计，氧气的含量通常可以为至少约10％(v/v)、约20％(v/v)，约30％(v/v)、约40％(v/v)、约50％(v/v)、约60％(v/v)、约70％(v/v)、约85％(v/v)、或约90％(v/v)。

本申请中，所述臭氧发生单元通常包括臭氧发生装置，所述臭氧发生装置通常可以包括高压放电臭氧发生装置、紫外线照射臭氧发生装置、电解臭氧发生装置等中的一种或多种，或者它们的任意组合。

本申请中，所述系统还可以包括氧分离单元，所述氧分离单元可以与所述臭氧发生单元流体连通，包含氧气的流体可以被引入氧分离单元，所述氧分离单元可以用于使所述包含氧气的流体在经受臭氧发生处理之前，还经受分离处理，所述分离处理可以产生浓缩流股。所述浓缩流股中氧气的含量通常高于经受分离处理前包含氧气的流体中的氧气的含量，其中所述浓缩流股中氧气的含量可以为至少约10％(v/v)、至少约20％(v/v)，、至少约30％(v/v)、至少约40％(v/v)、至少约50％(v/v)、至少约60％(v/v)、至少约70％(v/v)、至少约80％(v/v)、至少约90％(v/v)、至少约92％(v/v)、至少约94％(v/v)、至少约96％(v/v)、至少约98％(v/v)、或至少约99％(v/v)。

本申请中，所述分离单元通常可以包括分离装置，所述分离装置通常可以包括变压吸附装置、变温吸附装置、变压变温吸附装置、膜分离装置、分馏装置等中的一种或多种，或者它们的任意组合。例如，所述变压吸附装置可以是在高压的条件下通过吸附剂吸附包含氧气的流体中的氧气，并在低压的情况下脱附而产生浓缩流股；所述变压吸附装置也可以是在一定压力条件下通过吸附剂吸附包含氧气的流体中除氧气以外的其他组分，从而产生浓缩流股，被吸附的除氧气以外的其他组分还可以在低压的条件下被脱附。再例如，所述变温吸附装置可以是在低温的条件下通过吸附剂吸附包含氧气的流体中的氧气，并在高温的情况下脱附而产生浓缩流股的方法；所述变温吸附装置也可以是在一定温度条件下通过吸附剂吸附包含氧气的流体中除氧气以外的其他组分，从而产生浓缩流股的方法，被吸附的除氧气以外的其他组分还可以在高温的条件下被脱附。再例如，所述变压变温吸附装置可以是在高压低温的条件下通过吸附剂吸附包含氧气的流体中的氧气，并在低压高温的情况下脱附而产生浓缩流股；所述变压变温吸附装置也可以是在一定温度和压力条件下通过吸附剂吸附包含氧气的流体中除氧气以外的其他组分，从而产生浓缩流股，被吸附的除氧气以外的其他组分还可以在高温和/或低压的条件下被脱附。

本申请中，所述分离装置吸附时所使用的吸附剂通常可以为本领域各种可用于吸附氧气的吸附剂，例如，可以是包括但不限于活性炭、炭分子筛、天然沸石、改性沸石、介孔分子筛、钛基分子筛、金属有机框架材料、硅胶、改性硅胶中的一种或者它们的任意组合。

所述膜分离装置通常是指利用具有选择性分离功能的膜实现混合物中不同组分的分离、纯化、浓缩的装置，例如可以是将包含氧气的流体中的氧气与其他的至少一部分分离，从而可以产生浓缩流股。

所述分馏装置通常是指利用不同物质沸点和/或融点的不同实现混合物中不同组分的分离、纯化、浓缩的装置，例如可以是精馏塔，在精馏塔中把液态的包含氧气的流体一次或多次蒸发和冷凝，将氧气与其他组分分离开来，从而可以产生浓缩流股。分离处理所产生的浓缩流股还可以进一步被引入臭氧发生单元经受臭氧发生处理，从而可以产生包含臭氧的流体。

本申请中，所述系统还可以包括吸附单元，所述吸附单元可以与所述臭氧发生单元流体连通，所述包含臭氧的流体可以被引入所述吸附单元中，所述吸附单元可以用于使包含臭氧的流体中的臭氧的至少一部分经所述吸附单元吸附且未被吸附的流体形成通过流股。由于包含氧气的流体被引入臭氧发生单元而产生包含臭氧的流体，所以所述通过流股中的氧气含量通常低于被引入臭氧发生单元的流体中的氧气含量，例如，所述通过流股中的氧气含量可以为不大于约90％(v/v)、约80％(v/v)、约70％(v/v)、约60％(v/v)、约50％(v/v)、约40％(v/v)、约30％(v/v)、约20％(v/v)、或约10％(v/v)。

所述吸附单元可以包括吸附装置，所述吸附装置通常可以包括变压吸附装置、变温吸附装置和变压变温吸附装置中的一种或多种，或者它们的任意组合。例如，所述变压吸附装置可以在高压的条件下通过吸附剂吸附包含臭氧的流体中的臭氧，被吸附的臭氧还可以在低压的情况下脱附。再例如，所述变温吸附装置可以在低温的条件下通过吸附剂吸附包含臭氧的流体中的臭氧，被吸附的臭氧还可以在高温的情况下脱附。再例如，所述变压变温吸附装置可以在高压低温的条件下通过吸附剂吸附包含臭氧的流体中的臭氧，被吸附的臭氧还可以在低压高温的情况下脱附。所述吸附装置中所使用的吸附剂通常可以为本领域各种可用于吸附臭氧的吸附剂，例如，可以是包括但不限于活性炭、炭分子筛、天然沸石、改性沸石、介孔分子筛、钛基分子筛、金属有机框架材料、硅胶、改性硅胶中的一种或者它们的任意组合。

在本申请的所述系统中，吸附臭氧时所述吸附单元(例如，吸附材料或包含吸附材料的装置)的温度可以为，例如不高于约50摄氏度，不高于约40摄氏度，不高于约30摄氏度，不高于约25摄氏度，不高于约20摄氏度，不高于约15摄氏度，不高于约10摄氏度，不高于约5摄氏度，不高于约0摄氏度，不高于约-5摄氏度，不高于约-10摄氏度，不高于约-15氏度，不高于约-20摄氏度，不高于约-25摄氏度，不高于约-30摄氏度，不高于约-35摄氏度，不高于约-40摄氏度或不高于约-45摄氏度。例如，吸附臭氧时所述吸附单元的温度可以为不高于-45摄氏度。

在本申请的所述系统中，解吸臭氧时所述吸附单元(例如，吸附材料或包含吸附材料的装置)的温度可以为，至少约10摄氏度，至少约20摄氏度，至少约30摄氏度，至少约40摄氏度，至少约50摄氏度，至少约55摄氏度或至少约60摄氏度。例如，解吸臭氧时所述吸附单元的温度可以为至少30摄氏度。例如，解吸臭氧时所述吸附单元的温度可以为至少60摄氏度。

在本申请的所述系统中，吸附臭氧时所述吸附单元的压力可以为，例如绝压不小于约0.5MPa，不小于约0.4MPa，不小于约0.3MPa，不小于约0.2MPa，不小于约0.1MPa，不小于约0.05MPa，不小于约0.02MPa，或不小于约0.01MPa。例如，吸附臭氧时所述吸附单元的压力可以为表压不小于0.01MPa。

在本申请的所述系统中，解吸臭氧时所述吸附单元的压力可以为，表压不高于-0.01MPa、不高于-0.02MPa、不高于-0.03MPa、不高于-0.04MPa、不高于-0.05MPa、不高于-0.06MPa、不高于-0.07MPa、不高于-0.08MPa、不高于-0.09MPa或不高于-0.10MPa。例如，解吸臭氧时所述吸附单元的压力可以为表压不高于-0.09MPa。

在本申请的所述系统中，所述吸附装置可以包含冷却单元，所述冷却系统在吸附臭氧时用于降低所述吸附装置和/或吸附材料的温度。所述冷却单元可以为，例如低温液体或低温气体。

在本申请的所述系统中，所述吸附装置可以包含加热单元，所述加热系统在解吸臭氧时使所述吸附单元和/或吸附材料的温度升高。所述加热单元可以为，例如高温液体或高温气体。

本申请中，所述系统还可以包括混合单元，所述混合单元可以与所述吸附单元流体连通，所述混合单元可以用于产生负压使被吸附的臭氧解吸到流体中并形成包含臭氧的微泡。如上所述，被吸附剂吸附的臭氧可以在负压下被解吸到流体中，并可以形成微泡。所述负压通常指低于101325Pa的气体压力状态，在本申请一些实施方式中，所述负压可以为真空。

所述混合单元可以包括混合装置，所述混合装置可以是膜分散装置、溶气释气装置或文丘里装置。

例如，分散空气装置可以是通过高速剪切、搅拌等方式把气体混合在液体中以产生微泡的装置。再例如，所述溶气释气装置可以是通过加压使气体溶于液体中，再通过减压使气体从水中释放并产生微泡的装置。

例如，所述文丘里装置可以是利用文丘里效应产生负压，将气体抽出并与液体混合产生微泡的装置。例如，所述文丘里装置可以是文丘里管。在某些实施方式中，本申请的系统中的文丘里管可以包括下述部分中的一个或多个：流体(例如，水)入口端，收缩段、喉道、流体扩散段、一个或多个测压环、一个或多个测压孔以及一个或多个压力计。例如，所述测压环可通向压力计，从而可通过压力计的刻度或自动记录仪测量所述入口端截面同最小截面(即喉道截面)处的压力差。

所述入口端的直径可以为，例如1cm-15cm、2cm-15cm、3cm-15cm、4cm-15cm、5cm-15cm、6cm-15cm、7cm-15cm、8cm-15cm、9cm-15cm、10cm-15cm、11cm-15cm、12cm-15cm、13cm-15cm、或14cm-15cm。例如，所述入口端的直径可以为5cm。

所述收缩段的直径可以为，例如0.5cm-5cm、1cm-5cm、1.5cm-5cm、2cm-5cm、2.5cm-5cm、3cm-5cm、4cm-5cm或4.5cm-5cm。例如，所述收缩段的直径可以为0.5cm。

所述收缩段的长度可以为例如，5cm-50cm、5cm-45cm、5cm-40cm、5cm-35cm、5cm-30cm、5cm-25cm、5cm-20cm、5cm-15cm、5cm-10cm或5cm-8cm。例如，所述收缩段的长度可以为25cm。

所述收缩段可以为，例如锥形管。所述锥形管的锥角可以为例如约15°至约28°。例如，所述锥形管的锥角可以为约15°，约16°，约17°，约18°，约19°，约20°，约21°，约22°，约23°，约24°，约25°，约26°，约27°，或约28°。

所述喉道的直径可以为，例如0.5cm-5cm、1cm-5cm、1.5cm-5cm、2cm-5cm、2.5cm-5cm、3cm-5cm、4cm-5cm或4.5cm-5cm。

在某些实施方式中，所述喉道的长度与所述喉道的直径相同或基本上相同。或者，在某些实施方式中，所述喉道的长度为所述喉道的直径的0.8倍，0.9倍，1.0倍，1.1倍，1.2倍，1.3倍，1.4倍，1.5倍，或1.6倍。

所述扩散段可以为，例如锥形管。所述锥形管的锥角可以为例如约8°至约15°。例如，所述锥角可以为约8°，约9°，约10°，约11°，约12°，约13°，约14°或约15°。

所述流体在所述入口端截面处的平均速度可以为5-30m/s、5-25m/s、5-20m/s、5-15m/s、5-10m/s或5-8m/s。

所述流体在所述入口端截面处的平均压力可以为0.01-0.2MPa、0.02-0.2MPa、0.03-0.2MPa、0.04-0.2MPa、0.05-0.2MPa、0.06-0.2MPa、0.07-0.2MPa、0.08-0.2MPa、0.09-0.2MPa、0.1-0.2MPa、0.12-0.2MPa、0.14-0.2MPa、0.16-0.2MPa或0.18-0.2MPa。

所述流体的密度可以为700-1100kg/m³、750-1100kg/m³、800-1100kg/m³、850-1100kg/m³、900-1100kg/m³、950-1100kg/m³、1000-1100kg/m³或1050-1100kg/m³。

在本申请的系统中，用于形成微泡的流体通常为液体，例如可以是水或所处理的溶液。

本申请的所述系统中，所述包含氧气的流体可以与所述通过流股流体连通，所述通过流股的至少一部分可以混合到所述包含氧气的流体中用于经所述臭氧发生单元处理而产生包含臭氧的流体。例如，在本申请一些实施方式中，所述通过流股的至少一部分可以与未经受分离处理的包含氧气的流体混合，混合所得流股可以进一步被引入氧分离单元，从而可以产生浓缩流股。通过流股与包含氧气的流体混合时，可以对通过流股和/或包含氧气的流体计量，以获得所需混合比例的流股。例如，通过流股与包含氧气的流体混合后所获得的流股中，氧气的含量通常可以为至少约10％(v/v)、约20％(v/v)、约30％(v/v)、约40％(v/v)、约50％(v/v)、或约60％(v/v)。

例如，在本申请一些实施方式中，所述通过流股的至少一部分可以与浓缩流股混合，混合后可以进一步被引入臭氧发生单元，从而可以产生包含臭氧的流体。通过流股与浓缩流股混合时，可以对通过流股和/或浓缩流股计量，以获得所需混合比例的流股。例如，通过流股与浓缩流股混合所获得的流股中，氧气的含量通常可以为至少约30％(v/v)、约40％(v/v)，约50％(v/v)、约60％(v/v)、约70％(v/v)、约80％(v/v)或约90％(v/v)。

图1显示了本申请的用于生产臭氧的系统的一个实例。该系统包括臭氧发生单元1、吸附单元2、混合单元3和氧分离单元4，氧分离单元4与臭氧发生单元1流体连通，臭氧发生单元1与吸附单元2流体连通，且吸附单元2与混合单元3流体连通。包含氧气的流体111被引入氧分离单元4以经受分离处理，分离处理可以产生浓缩流股117，包含氧气的流体111中氧气的含量为至少10％(v/v)，浓缩流股中氧气的含量为至少90％(v/v)。浓缩流股117可以直接被引入臭氧发生单元1以经受臭氧发生处理。臭氧发生处理可以产生包含臭氧的流体112。包含臭氧的流体112被引入吸附单元2以经受吸附处理，未被吸附的流体形成通过流股116。浓缩流股117也可以与通过流股116的至少一部分混合，混合所获得的流体再被引入臭氧发生单元1以经受臭氧发生处理。被吸附的臭氧可以被解吸获得解吸臭氧流股113，解吸臭氧流股113可以被引入混合单元3，可以在水114中形成包含臭氧的微泡。混合单元3中可包含文丘里装置，从而当水114流过时可产生负压(例如真空)以使被吸附在吸附装置2中的臭氧解吸到水114中，形成包含臭氧的微泡以及包含臭氧微泡的水115。

图2显示了本申请的用于生产臭氧的系统的另一个实例。该系统包括臭氧发生单元1、吸附单元2、混合单元3和氧分离单元4，氧分离单元4与臭氧发生单元1流体连通，臭氧发生单元1与吸附单元2流体连通，且吸附单元2与混合单元3流体连通。包含氧气的流体111可以被引入氧分离单元4以经受分离处理。分离处理可以产生浓缩流股117，包含氧气的流体111中氧气的含量为至少10％(v/v)，浓缩流股中氧气的含量为至少90％(v/v)。浓缩流股117被引入臭氧发生单元1以经受臭氧发生处理。臭氧发生处理可以产生包含臭氧的流体112。包含臭氧的流体112被引入吸附单元2以经受吸附处理，未被吸附的流体形成通过流股116。包含氧气的流体111也可以与通过流股116的至少一部分混合，混合所获得的流体再被引入氧分离单元4以经受分离处理。被吸附的臭氧可以被解吸获得解吸臭氧流股113，解吸臭氧流股113可以被引入混合单元3，可以在水114中形成包含臭氧的微泡，以及包含臭氧微泡的水115。混合单元3中可包含文丘里装置，从而当水114流过时可产生负压(例如真空)以使被吸附在吸附装置2中的臭氧解吸到水114中，形成包含臭氧的微泡以及包含臭氧微泡的水115。

本申请所提供的用于生产臭氧的方法和系统可以通过吸附剂吸附所生成的臭氧，未被吸附的流体可以循环用于臭氧发生处理，并且可通过文丘里作用产生的负压使被吸附的臭氧解吸。因为，本申请的发明充分利用了现有资源，降低了生产成本和能耗，并提高了臭氧的使用率，从而提供了一种更合理和高效的生产臭氧的方法和系统。

本申请提供了如下的实施方案：

1、一种用于生产臭氧的方法，其包括：

a)使包含氧气的流体经臭氧发生处理而产生包含臭氧的流体，所述包含臭氧的流体的臭氧浓度为5-20％；

b)使步骤a)产生的包含臭氧的流体中的臭氧的至少一部分被吸附剂吸附，且未被吸附的流体形成通过流股，所述通过流股的臭氧浓度为1-5％；

c)使步骤b)中被吸附的所述臭氧在负压下被解吸到流体中并且所述臭氧形成微泡，所述微泡的臭氧浓度为5-90％；以及，

d)将所述通过流股的至少一部分混合到所述包含氧气的流体中，用于经臭氧发生处理而产生包含臭氧的流体，所述百分比为体积百分比。

2、根据实施方案1所述的方法，其中所述包含氧气的流体中氧气的含量为至少10％，所述百分比为体积百分比。

3、根据实施方案2所述的方法，其中所述包含氧气的流体中氧气的含量为至少90％，所述百分比为体积百分比。

4、根据实施方案1-3中任一项所述的方法，其中所述臭氧发生处理的方法是高压放电臭氧发生处理、紫外线照射臭氧发生处理、电解臭氧发生处理中的一种或多种，或者它们的任意组合。

5、根据实施方案4所述的方法，其中所述高压放电臭氧发生处理为通过使用高压的电流制造高压电晕电场，使所述高压电晕电场内或周围的氧分子发生电化学反应的方法。

6、根据实施方案4-5中任一项所述的方法，其中所述高压为不小于500V的电压。

7、根据实施方案6所述的方法，其中所述高压为不小于5000V的电压。

8、根据实施方案4-7中任一项所述的方法，其中所述高压的频率为不小于50Hz。

9、根据实施方案8所述的方法，其中所述高压的频率为不小于1000Hz。

10、根据实施方案4所述的方法，其中所述紫外线照射臭氧发生处理为使用紫外线照射氧分子使氧分子分解而产生臭氧的方法。

11、根据实施方案10所述的方法，其中所述紫外线的波长为170-200nm。

12、根据实施方案11所述的方法，其中所述紫外线的波长为184-186nm。

13、根据实施方案4所述的方法，其中所述电解臭氧发生处理为采用低压直流电固态膜电极导通水，使所述水在阳极溶液界面上以质子交换的形式被分离为氢氧分子，氢从阴极溶液界面上直接被排放，而氧分子在阳极界面上聚合成臭氧分子的方法。

14、根据实施方案13所述的方法，其中所述低压为不高于20V的电压。

15、根据实施方案13或14所述的方法，其中所述固态膜为质子交换膜。

16、根据实施方案1-15中任一项所述的方法，其中所述步骤a)包括：

a1)使所述包含氧气的流体经分离处理而产生浓缩流股，其中所述浓缩流股中氧气的含

量为至少10％，所述百分比为体积百分比；和

a2)使所述浓缩流股经臭氧发生处理而产生包含臭氧的流体。

17、根据实施方案16中所述的方法，其中所述浓缩流股中氧气的含量为至少99％，所述百分比为体积百分比。

18、根据实施方案1-17中任一项所述的方法，其中所述分离处理为吸附分离处理、膜分离处理和分馏处理中的一种或多种。

19、根据实施方案1-18中任一项的方法，其中在步骤d)中，将所述通过流股的至少一部分混合到所述浓缩流股中，用于经臭氧发生处理而产生包含臭氧的流体。

20、根据实施方案19所述的方法，所述通过流股中的氧气含量为不大于90％，所述百分比为体积百分比。

21、根据实施方案20所述的方法，所述通过流股中的氧气含量为不大于10％，所述百分比为体积百分比。

22、根据实施方案18-21中任一项所述的方法，其中所述吸附分离处理为变压吸附、变温吸附和变压变温吸附中的一种或多种。

23、根据实施方案18-22中任一项所述的方法，其中所述吸附分离处理的吸附剂包括选自下述的物质：活性炭、分子筛、天然沸石、改性沸石、介孔分子筛、钛基分子筛、金属有机框架材料、硅胶和改性硅胶中的一种或多种。

24、根据实施方案18-23中任一项所述的方法，其中所述吸附分离处理包括两次或两次以上的连续吸附，所述连续吸附使所述通过流股中的臭氧含量为1-2％，所述百分比为体积百分比。

25、根据实施方案1-24中任一项所述的方法，其中所述吸附的过程中吸附臭氧时吸附装置的温度为不高于约50摄氏度。

26、根据实施方案25所述的方法，其中所述吸附的过程中吸附臭氧时吸附装置的温度为不高于-45摄氏度。

27、根据实施方案1-26中任一项所述的方法，其中所述吸附的过程中解吸臭氧时吸附装置的温度为至少10摄氏度。

28、根据实施方案27所述的方法，其中所述吸附的过程中解吸臭氧时吸附装置的温度为至少60摄氏度。

29、根据实施方案1-28中任一项所述的方法，其中所述吸附的过程中吸附臭氧时吸附装置的压力为绝压不小于0.5MPa。

30、根据实施方案29所述的方法，其中所述吸附的过程中吸附臭氧时吸附装置的压力为绝压不小于0.01MPa。

31、根据实施方案1-30中任一项所述的方法，其中所述吸附的过程中解吸臭氧时吸附装置的压力为表压不高于-0.01MPa。

32、根据实施方案31所述的方法，其中所述吸附的过程中解吸臭氧时吸附装置的压力表压为不高于-0.09MPa。

33、根据实施方案1-32中任一项所述的方法，其中通过文丘里效应产生所述负压。

34、根据实施方案33中任一项所述的方法，其中所述负压为真空。

35、根据实施方案34所述的方法，所述文丘里效应中由动力输送的流体在管道中的平均流速为5-30m/s。

36、根据实施方案33-35中任一项所述的方法，所述文丘里效应中由动力输送的流体流动的动压为0.01-0.2MPa。

37、根据实施方案33-36中任一项所述的方法，所述文丘里效应中喉管处的流断面的直径大小为0.5cm-5cm。

38、根据实施方案1-37中任一项所述的方法，其中所述微泡形成的方法为膜分散法或溶气释气法。

39、根据实施方案1-38中任一项所述的方法，其中所述方法还包括以下的步骤：所述通过流股的至少一部分混合到所述包含氧气的流体中，用于经臭氧发生处理而产生包含臭氧的流体。

40、根据实施方案39所述的方法，所述通过流股与包含氧气的流体混合后所获得的流股中，氧气的含量为至少10％，所述百分比为体积百分比。

41、根据实施方案40所述的方法，所述氧气的含量为至少60％，所述百分比为体积百分比。

42、根据实施方案1-41中任一项所述的方法，其中所述方法还包括以下的步骤：所述通过流股的至少一部分可以与包含氧气的流体经受分离处理所获得的浓缩流股混合，混合所得流股可以进一步经受臭氧发生处理，从而产生包含臭氧的流体。

43、根据实施方案42所述的方法，所述通过流股与所述浓缩流股混合所获得的流股中，氧气的含量为至少30％，所述百分比为体积百分比。

44、根据实施方案43所述的方法，所述氧气的含量为至少90％，所述百分比为体积百分比。

45、一种用于生产臭氧的系统，其包括臭氧发生单元，吸附单元和混合单元，其中所述臭氧发生单元与所述吸附单元流体连通且所述吸附单元与所述混合单元流体连通，其中包含氧气的流体经所述臭氧发生单元处理而产生包含臭氧的流体，所述包含臭氧的流体的臭氧浓度为5-20％，所述包含臭氧的流体中的臭氧的至少一部分经所述吸附单元吸附且未被吸附的流体形成通过流股，所述通过流股的臭氧浓度为1-5％，所述混合单元产生负压使被吸附的臭氧解吸到流体中并形成包含臭氧的微泡，所述微泡的臭氧浓度为5-90％，其中所述包含氧气的流体与所述通过流股流体连通并且所述通过流股的至少一部分混合到所述包含氧气的流体中用于经所述臭氧发生单元处理而产生包含臭氧的流体，所述百分比为体积百分比。

46、根据实施方案45所述的系统，其中所述包含氧气的流体中氧气的含量为至少10％，所述百分比为体积百分比。

47、根据实施方案46所述的系统，其中所述包含氧气的流体中臭氧的含量为至少90％，所述百分比为体积百分比。

48、根据实施方案45-47中任一项所述的系统，其中所述臭氧发生单元包括臭氧发生装置，所述臭氧发生装置通常可以包括高压放电臭氧发生装置、紫外线照射臭氧发生装置和电解臭氧发生装置中的一种或多种。

49、根据实施方案45-48中任一项所述的系统，其还包括氧分离单元，所述氧分离单元与所述臭氧发生单元流体连通，且所述包含氧气的流体经所述氧分离单元处理而产生浓缩流股，其中所述浓缩流股中氧气的含量为至少10％，所述百分比为体积百分比；其中所述浓缩流股经所述臭氧发生单元处理而产生包含臭氧的流体。

50、根据实施方案45-49中任一项所述的系统，其中所述分离单元包括分离装置，所述分离装置包括变压吸附装置、变温吸附装置、变压变温吸附装置、膜分离装置和分馏装置中的一种或多种。

51、根据实施方案50所述的系统，其中所述分离装置吸附时所使用的吸附剂为活性炭、炭分子筛、天然沸石、改性沸石、介孔分子筛、钛基分子筛、金属有机框架材料、硅胶和改性硅胶中的一种或多种。

52、根据实施方案50所述的系统，其中所述分馏装置为精馏塔。

53、根据实施方案45-52中任一项所述的系统，其中所述系统还包括吸附单元，所述吸附单元用于使包含臭氧的流体中的臭氧的至少一部分经所述吸附单元吸附且未被吸附的流体形成通过流股。

54、根据实施方案53所述的系统，所述通过流股中的氧气含量为不大于90％，所述百分比为体积百分比。

55、根据实施方案54所述的系统，所述通过流股中的氧气含量为不大于10％，所述百分比为体积百分比。

56、根据实施方案45-55中任一项所述的系统，其中所述系统包括吸附单元，所述吸附单元包括变压吸附单元、变温吸附单元和变压变温吸附单元中的一种或多种。

57、根据实施方案56所述的系统，吸附臭氧时所述吸附单元的温度为不高于50摄氏度。

58、根据实施方案57所述的系统，吸附臭氧时所述吸附单元的温度为不高于-45摄氏度。

59、根据实施方案56-58中任一项所述的系统，解吸臭氧时所述吸附单元的温度为至少30摄氏度。

60、根据实施方案59所述的系统，解吸臭氧时所述吸附单元的温度为至少60摄氏度。

61、根据实施方案56-60中任一项所述的系统，所述吸附单元吸附臭氧时的压力为绝压不小于0.5Mpa。

62、根据实施方案61所述的系统，吸附臭氧时所述吸附单元的压力为绝压不小于0.01Mpa。

63、根据实施方案56-62中任一项所述的系统，解吸臭氧时所述吸附装置的压力为表压不高于-0.01MPa。

64、根据实施方案63所述的系统，解吸臭氧时所述吸附装置的压力为表压不高于-0.09MPa。

65、根据实施方案56-64中任一项所述的系统，所述吸附单元还含有冷却系统，所述冷却系统在吸附臭氧时用于降低所述吸附装置和/或吸附材料的温度。

66、根据实施方案56-65中任一项所述的系统，所述吸附单元还含有加热系统，所述加热系统在解吸臭氧时使所述吸附单元和/或吸附材料的温度升高。

67、根据实施方案56-66中任一项所述的系统，所述系统还包括混合单元，所述混合单元与所述吸附单元流体连通，所述混合单元用于产生负压使被吸附的臭氧解吸到流体中并形成包含臭氧的微泡。

68、根据实施方案67所述的系统，其中所述负压为真空。

69、根据实施方案67或68所述的系统，所述混合单元包括膜分散装置、溶气释气装置或文丘里装置。

70、根据实施方案67-69中任一项所述的系统，其中所述混合单元通过文丘里效应产生所述负压。

71、根据实施方案69或70所述的系统，所述文丘里装置为文丘里管，所述文丘里管包括下述部分中的一个或多个：流体的入口端、收缩段、喉道、流体扩散段、一个或多个测压环、一个或多个测压孔以及一个或多个压力计。

72、根据实施方案71所述的系统，所述入口端直径为1cm-15cm。

73、根据实施方案71或72所述的系统，所述收缩段直径为0.5cm-5cm。

74、根据实施方案71-73中任一项所述的系统，所述收缩段长度为5cm-50cm。

75、根据实施方案71-74中任一项所述的系统，所述收缩段为锥形管，所述锥形管的锥角为15°至28°。

76、根据实施方案71-75中任一项所述的系统，所述喉道的直径为0.5cm-5cm。

77、根据实施方案71-76中任一项所述的系统，所述喉道的长度为所述喉道的直径的0.8-1.6倍。

78、根据实施方案71-77中任一项所述的系统，所述流体扩散段为锥形管，所述锥形管的锥角为8°至15°。

79、根据实施方案71-78中任一项所述的系统，所述流体在所述入口端截面处的平均速度为5-30m/s。

80、根据实施方案71-79中任一项所述的系统，所述流体在所述入口端截面处的平均压力为0.01-0.2MPa。

81、根据实施方案71-80中任一项所述的系统，所述流体的密度为700-1100kg/m³。

82、根据实施方案45-81中任一项所述的系统，所述包含氧气的流体与所述通过流股流体连通，所述通过流股的至少一部分混合到所述包含氧气的流体中用于经所述臭氧发生单元处理而产生包含臭氧的流体。

83、根据实施方案82所述的系统，所述通过流股与包含氧气的流体混合后所获得的流股中，氧气的含量为至少10％，所述百分比为体积百分比。

84、根据实施方案45-83中任一项所述的系统，所述通过流股的至少一部分可以与浓缩流股混合，混合后进一步被引入臭氧发生单元，从而产生包含臭氧的流体。

85、根据实施方案84所述的系统，所述通过流股与浓缩流股混合所获得的流股中，氧气的含量为至少30％，所述百分比为体积百分比。

下面通过实施例对本申请的发明予以进一步说明，但并不因此而限制本申请的范围。

实施例1

含99％(v/v)氧气的流体经臭氧发生器后生成含13.8％(v/v)臭氧的含臭氧的流体，该含臭氧的流体经含95％相对湿度处理的活性氧化铝改性硅胶吸附，吸附进行时不断测量吸附床出口的氧气的含量，至氧气含量从99％(v/v)下降至97％(v/v)时停止吸附，分别形成被吸附的臭氧和未吸附的通过流股。未吸附的通过流股(其中臭氧含量为2％(v/v))返回到臭氧发生器作为氧气气源。吸附单元由两个含95％相对湿度处理的活性氧化铝改性硅胶的吸附床组成，轮流使用。

被吸附的臭氧在真空条件下(-0.02Mpa)解吸，真空来源于文丘里发生器的缩径处，文丘里发生器所用的喷射液体来源于独立的水源，流体夹带臭氧形成微泡并喷入水中。所述微泡中的臭氧含量为52％(v/v)。

实施例2

含59％(v/v)氧气的流体经臭氧发生器后生成含10.0％(v/v)臭氧的含臭氧的流体，该含臭氧的流体经含55％相对湿度处理的活性氧化铝改性硅胶吸附和经活性炭混合床吸附，吸附进行时不断测量混合床出口氧气的含量，至氧气含量从49％(v/v)下降至48％(v/v)时停止吸附，分别形成被吸附的臭氧和未吸附的通过流股。未吸附的通过流股(其中臭氧含量为2％(v/v))返回到臭氧发生器作为氧气气源。

被吸附的臭氧在真空条件下(-0.02Mpa)解吸，真空来源于文丘里发生器的缩径处，文丘里发生器所用的喷射液体来源于待处理的溶液，流体夹带臭氧形成微泡并喷入水中。所述微泡中的臭氧含量为34％(v/v)。

前述详细说明是以解释和举例的方式提供的，并非要限制所附权利要求的范围。目前本文所列举的优选的实施方案的多种变化对本领域普通技术人员来说是显而易见的，且保留在所附的权利要求和其等同方案的范围内。

Claims (10)

1.一种用于生产臭氧的方法，其包括：

a)使包含氧气的流体经臭氧发生处理而产生包含臭氧的流体，所述包含臭氧的流体的臭氧浓度为5-20％；

b)使步骤a)产生的包含臭氧的流体中的臭氧的至少一部分被吸附剂吸附，且未被吸附的流体形成通过流股，所述通过流股的臭氧浓度为1-5％；

c)使步骤b)中被吸附的所述臭氧在负压下被解吸到流体中并且所述臭氧形成微泡，所述微泡的臭氧浓度为5-90％；以及，

d)将所述通过流股的至少一部分混合到所述包含氧气的流体中，用于经臭氧发生处理而产生包含臭氧的流体，

所述百分比为体积百分比。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤a)包括：

a1)使所述包含氧气的流体经分离处理而产生浓缩流股，其中所述浓缩流股中氧气的含量为至少10％，所述百分比为体积百分比；和

a2)使所述浓缩流股经臭氧发生处理而产生包含臭氧的流体。

3.根据权利要求2所述的方法，其中在步骤d)中，将所述通过流股的至少一部分混合到所述浓缩流股中，用于经臭氧发生处理而产生包含臭氧的流体。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括以下的步骤：所述通过流股的至少一部分混合到所述包含氧气的流体中，用于经臭氧发生处理而产生包含臭氧的流体。

5.根据权利要求2所述的方法，其中所述方法还包括以下的步骤：所述通过流股的至少一部分可以与包含氧气的流体经受分离处理所获得的浓缩流股混合，混合所得流股可以进一步经受臭氧发生处理，从而产生包含臭氧的流体。

6.一种用于生产臭氧的系统，其包括臭氧发生单元，吸附单元和混合单元，其中所述臭氧发生单元与所述吸附单元流体连通且所述吸附单元与所述混合单元流体连通，其中包含氧气的流体经所述臭氧发生单元处理而产生包含臭氧的流体，所述包含臭氧的流体的臭氧浓度为5-20％，所述包含臭氧的流体中的臭氧的至少一部分经所述吸附单元吸附且未被吸附的流体形成通过流股，所述通过流股的臭氧浓度为1-5％，所述混合单元产生负压使被吸附的臭氧解吸到流体中并形成包含臭氧的微泡，所述微泡的臭氧浓度为5-90％，其中所述包含氧气的流体与所述通过流股流体连通并且所述通过流股的至少一部分混合到所述包含氧气的流体中用于经所述臭氧发生单元处理而产生包含臭氧的流体，所述百分比为体积百分比。

7.根据权利要求6所述的系统，其还包括氧分离单元，所述氧分离单元与所述臭氧发生单元流体连通，且所述包含氧气的流体经所述氧分离单元处理而产生浓缩流股，其中所述浓缩流股中氧气的含量为至少10％，所述百分比为体积百分比；其中所述浓缩流股经所述臭氧发生单元处理而产生包含臭氧的流体。

8.根据权利要求6所述的系统，其还包括吸附单元，所述吸附单元用于使包含臭氧的流体中的臭氧的至少一部分经所述吸附单元吸附且未被吸附的流体形成通过流股。

9.根据权利要求6所述的系统，其还包括混合单元，所述混合单元与所述吸附单元流体连通，所述混合单元用于产生负压使被吸附的臭氧解吸到流体中并形成包含臭氧的微泡。

10.根据权利要求6所述的系统，所述包含氧气的流体与所述通过流股流体连通，所述通过流股的至少一部分混合到所述包含氧气的流体中用于经所述臭氧发生单元处理而产生包含臭氧的流体。