DE2617059A1

DE2617059A1 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von ozon

Info

Publication number: DE2617059A1
Application number: DE19762617059
Authority: DE
Inventors: Frank Eugene Lowther
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1975-04-17
Filing date: 1976-04-17
Publication date: 1976-10-28
Also published as: NL7604083A; BR7602288A; SE7604401L; AU1308576A; FR2307763A1; NO761301L; US3970567A; ZA762296B

Description

PATENTANWALT DIPL.-LNG. GERHARD SCHWAN

8000 MÜNCHEN 83 - ELFENSTRASSE 32 2 G 1 7 0 5 9

1 & fiprsi t-76

L-1O783-G

UNION CARBIDE CORPORATION 27O Park Avenue, New York, N.Y. 10017, V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Ozon

Die Erfindung befaßt sich mit dem Gebiet der Ozonsynthese und betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Erzeugen von Ozon aus einem sauerstoffhaitigen Gas. Eine derartige Ozonerzeugung ist für zahlreiche industrielle Oxydationsprozesse erforderlich, beispielsweise für die Herstellung von Peroxiden und organischen Säuren, die Behandlung von kommunalem Abwasser und Fertigungsabfällen, die Desinfektion und Geruchsbeeinflussung in großem Maßstab, für Bleichprozesse sowie für das Behandeln von Trinkwasser.

Es sind verschiedene Methoden zur Erzeugung von Ozon im Labormaßstab bekannt. Allgemein wird aber davon ausgegangen, daß sich für die industrielle Ozonerzeugung eine elektrische Koronaentladung, für gewöhnlich eine stille elektrische Entladung, am besten eignet. Ozongeneratoren, die entsprechend diesem Prinzip arbeiten, bestehen in der Regel aus zwei Elektroden (oder einer Mehrzahl solcher Elektrodengruppen), von denen mindestens eine mit einer dielektrischen Platte abgedeckt ist,

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FERNSPRECHER: 089/6012039 ■ KABEL: ELECTRtCPATENT MÜNCHEN

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um einen Entladungsraum zu begrenzen. Die Elektroden sind an eine Spannung angeschlossen, die zu einem elektrischen Stromfluß führt, der in dem Entladungsraum von einem blaßblau-violetten Licht begleitet ist. Sauerstoff oder ein mit Sauerstoff gemischtes Gas strömt durch den Entladungsraum hindurch; Kollisionen mit aufprallenden Elektronen liefern die für die Ozonbildung notwendige Energie. Das Dielektrikum verteilt und stabilisiert die Entladung, wodurch eine Funkenbildung verhindert wird. Die herkömmliche Ozonerzeugung hängt von mehreren Variablen ab, zu denen die Durchflußmengen der durchgesetzten Gase, die Amplitude und die Frequenz der an den Platten anliegenden Spannung sowie Druck, Temperatur und Zusammensetzung des Gases gehören.

Der elektrische Wirkungsgrad bekannter Ozongeneratoren ist sehr gering. Da bei der Ozonerzeugung die Energiekosten den größten Kostenanteil ausmachen, ist jede Steigerung des Wirkungsgrades von Bedeutung. Typischerweise liegt die Ausnutzung der zugeführten Energie bei nur ungefähr 10 %. Die übrigen 90 % der Energie werden in Wärme umgesetzt, die eine Ozonzerlegung mit sich bringt und den Wirkungsgrad vermindert. Ein Hauptziel der Erfindung ist es, eine Ozonzersetzung zu vermeiden .

Bei Ozongeneratoren kann das Problem der Aufheizung teilweise durch Wasserkühlung ausgeräumt werden. Eine derartige Kühlung

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hat jedoch nur eine begrenzte Wirkung, weil die Kühlung nur an der Oberfläche und nicht in der Mitte des Entladungsraums erfolgt. Außerdem eignet sich eine Wasserkühlung nicht für eine Elektrode, die nicht an Masse liegt.

Die Gewinnung des frisch erzeugten Ozons aus einem Koronagenerator kann auf verschiedenerlei Weise erfolgen/ Bei einem der erfolgreicheren Verfahren wird ein selektives Adsorptionsmittel verwendet, das Ozon aus dem austretenden Gas beseitigt.

Eine Adsorptionseinheit zum Gewinnen von Ozon und Rückleiten von Sauerstoff ist bekannt (US-PS 2 872 397). Dabei wird Sauerstoff in einem mit einer elektrischen Entladung arbeitenden Reaktor in .Ozon umgewandelt. Das erhaltene Gasgemisch, das einen größeren Anteil an Sauerstoff und einen kleineren Anteil an Ozon enthält, wird durch ein Bett aus Adsorptionsmittelteilchen, beispielsweise Kieselgel, hindurchgeleitet. Das Ozon wird durch das Kieselgel adsorbiert; der verbleibende Sauerstoff durchläuft das Bett, um wiedergewonnen und zurückgeleitet zu werden. Der Rücklaufstrom wird kontinuierlich oder periodisch mit Sauerstoff in ausreichender Menge ergänzt, um den Sauerstoff zu kompensieren, der im Generator in Ozon umgewandelt wurde. Typischerweise wird eine ausreichende Anzahl von Adsorptionseinheiten vorgesehen, so daß dann, wenn das das. Adsorptionsmittel bildende Kieselgel in einem Behälter den Sättigungspunkt für die Ozonaufnahme erreicht, das ozon-

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haltige Gas auf andere Adsorptionseinheiten umgeschaltet werden kann. Während der o.zonhaltige, sauerstoff reiche Gasstrom, der von dem Ozongenerator kommt, in der zweiten Adsorptionseinheit behandelt wird, wird das in der ersten Einheit befindliche Ozon aus dem Adsorptionsmittel abgetrennt, wobei ein Stripperg.aSr beispielsweise Luft, Stickstoff oder ein anderes Verdünnungsgas ι verwendet wird,, das als Träger für den Ozon wirkt. Auf diese Weise wird ein sicheres Gemisch aus; Ozon und Trägergas erhalten, das sich für anschließende chemisghe Reaktionen eignet, ohne daß die Gefahr von Explosionen besteht, wie dies bei Gemischen aus Sauerstoff und Ozon der Fall ist. Bei bekannten Verfahren kann die Adsorptionstemperatur zwischen ungefähr -80 C und +2O C liegen. Da das Adsorptionsvermögen von Kieselgel bei Temperaturen erheblich absinkt, die sich der Raumtemperatur nähern, wurde mit einem Kälteträger gekühlt, um die Kapazität des Bettes zu steigern. Es ist auch bekannt, daß.das Ozongleichgewicht zwischen dem Adsorptionsmittel und der Gasphase eine Funktion des Qzonpartialdruckes ist. Infolgedessen wurde im Rahmen früherer Versuche, Kieselgel als Adsorptionsmittel bei der Ozonsynthese zu benutzen, bevorzugt mit hohen 0.,-Konzentrgtionen, einem, hohen Druck und niedrigen Temperaturen gearbeitet.

Mit der Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung^ zum Erzeugen von Ozon geschaffen, bei denen ein sauerstoffhaltiger Gasstrom durch den Ozonisierungsprozeß hindurchgelei-

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tet wird, während der Gasstrom im Ozonisator mit einem festen Adsorptionsmittel in Kontakt gebracht wird, um Ozon zu adsorbieren und abzutrennen.

Mit der Erfindung sollen eine Ozonerzeuger- und Gewinnungsanlage und ein Verfahren geschaffen werden, bei denen ein sauerstoff haltiges Gas durch eine elektrische Koronaentladung hindurchgeleitet wird, um Ozon zu synthetisieren, während der Gasstrom mit Silicagel in situ in Kontakt gebracht wird, um das Ozon zu adsorbieren und einen sauerstoffreichen Gasstrom zurückzugewinnen. Es ist ferner dafür gesorgt, daß der sauerstoffhaltige Gasstrom in dem Ozonerzeugersystem zurückgeleitet wird. Die Ozonrückgewinnung kann erfolgen, indem das mit Ozon beladene Adsorptionsmittel mit einem Trägergas in Kontakt gebracht wird, um Ozon zu desorbieren und ein Ozonprodukt im Trägergas zu erhalten. Mit der Erfindung soll ferner eine Luftzerlegungseinrichtung mit Mitteln zum Zerlegen von Luft in einen sauerstoffreichen Gasstrom, der als Sauerstoffquelle für die Ozongeneratoren dient, und einen stickstoffreichen Gasstrom vorgesehen werden, mit Hilfe dessen das Ozon mit Stickstoff desorbiert wird.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zum Erzeugen und Abtrennen von Ozon, die gekennzeichnet ist durch eine für einen stickstoffreichen Strom und einen sauerstoffreichen Strom sorgende Luftzerlegungseinrichtung, mehrere

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Ozonisatoren, von denen jeder in Abstand voneinander angeordnete und mit einem dünnen Dielektrikum überzogene, eine Koronakammer bildende Metallelektroden aufweist, eine Spannungsversorgung zur Ausbildung eines stillen Entladungspotentials in der Koronakammer, eine Einrichtung zum Aufrechterhalten eines Bettes aus Kieselgel-Adsorptionsmittelteilchen in der Koronakammer, mittels deren das dort erzeugte Ozon adsorbierbar ist, eine Einrichtung zum Hindurchleiten des sauerstoffreichen Stroms durch einen ersten Ozonisator zwecks Ausbildung eines ozonhaltigen Gasgemisches, eine Einrichtung, mittels deren das Gasgemisch mit dem Kieselgel zwecks Adsorption von Ozon während der Durchleitung von Sauerstoff in Kontakt bringbar ist, eine Einrichtung zum Zurückleiten von sauerstoff haltigem Gas in den ersten Ozonisator, eine Einrichtung, mittels deren gleichlaufend mit dem Betrieb des ersten Ozonisators Ozon aus einem zweiten Ozonisator durch Einleiten von stickstoffreichem Gas aus der Luftzerlegungseinrichtung unter Ausbildung eines Stickstoff-Ozon-Mischgasstromes desorbierbar ist, und eine Steuereinrichtung zum Umschalten der Ozonisatoren zwecks zyklischer Ozonerzeugung und Desorption.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Fließschema für eine typische Ozonerzeuger- und

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. · .Rückgewinnungsvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 . ' ein.en lotrechten Querschnitt .eines Festbett-■.■·-...-. ozonds.ators_T ; --.---.-..- _:

Fig. 3 "-. im Schnitt ,eine ·schematische Darstellung einer " . . abgewandelten, mit bewegten Adsorptionsmittel-. """.-- teilchen;arbeitenden Ausführungsform und

Fig. 4 einend lot rechten Schnitt, durch eine weitere - · -■- - Ausführung.s.fprm mit einem Fli.eßbettozonisator,

Bei der in Fig.vi veranschauliqhten Anordnung wird ein Einsatzgasst:rom,.;. der im wesentlichen, aus trockener Luft besteht, einer Lu.ftzerlegungsanlage 10 zugeführt,- wo er in einen sauerstoff reichen; ;Stro^m und. einen .stickstof freie hen .Strom zerlegt,. _.._ wird. Die Zerlegungsanlage kann^kontinuierlich.oder bedarfsweise arbeiten », Der -Sauerstoff strom wird über einen .Verdichter 12.und ein VieTwegeventil 14 einem ersten Ozongeneratpr 20 zugeführt r um eiri-ozonhaltiges Sauerstoff gas zu erzeugen,, das in situ mit einem selektiven Adsorptionsmittel in Kontakt gebracht wird,_r..yrn.,das- Ozon abztitrennen. Sauerstoff wira^ von :· denrr Ozongenetrgtor« 20 über ■ eine· Rücklauf leitung .21 und, einen Kühler 22 zum Verdichter 12 zurückgeleitet, um das.Verfahren, wirtschaftlich zu gestalten. Das mit Ozon beladene Adsorptionsmittel kann, regeneriert werden, indem ein Träg.ergas_;, beispie.ls-

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ORIGINAL INSPECTED

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weise Stickstoff oder trockene Luft, durch einen zweiten Festbett-Ozongenerator 2OA hindurchgeleitet wird, während der erste Ozongenerator 20 auf Ozonerzeugung und Adsorption geschaltet ist. Vorzugsweise wird als Trägergas das trockene stickstoff reiche Gas von der Luftzerlegungsanlage verwendet, das über das Ventil 14 läuft. Das Produkt Ozon wird dann in dem Trägergasstrom zurückgewonnen. Von der Luftzerlegungsanlage Iu Κοιιικίυΐιϋυΐ !_> LickL. Lo I f wird dubui iSO güioiLet, duU adöui bx<ji tes Ozon vom Ozongenerator 2OA zurückgewonnen und ein Produktgas erhalten wird, das im wesentlichen aus trockenem Stickstoff und einer kleineren Menge an Ozon besteht. Das Ozon wird aus dem mit Kieselgel gefüllten Ozongenerator mittels Stickstoff ausgetrieben und über ein Vierwegeventil 30 zur Niederdruckseite einer Verdichterpumpe 32 geleitet, die in der stromabwärts angeordneten Produktleitung liegt.

Die Anlage wird einfach umgesteuert, indem die Ventile 14 und 3O gleichzeitig betätigt werden, um die Gasströme entsprechend umzuleiten. Das Einsatzgas strömt dann über das Ventil 14, den regenerierten zweiten Ozongenerator 2OA und den Verdichter 12. Sauerstoff wird wiederum in dem Ozonerzeugerkreislauf über die Leitung 21, den Wärmeaustauscher 22 und den Verdichter 12 zurückgeleitet. Die Arbeitsweise des übrigen Teils der Ozonerzeuger- und Gewinnungsanlage entspricht dem zuvor beschriebenen ersten Zyklus.

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Fig. 2 zeigt einen Ozongenerator 20 mit in Abstand voneinander angeordneten metallischen Elektroden 40,41, die jeweils mit einer dünnen dielektrischen Schicht 44 versehen sind. An gegenüberliegenden Kanten der Elektroden 40,41 sind Seitenteile 49 angeordnet, wodurch eine Koronakammer begrenzt wird. Eine Spannungsquelle 5O sorgt in der Koronakammer für eine stille Entladungsspannung. Der Ozonisator ist an die Sauerstoff gaszufuhr über eine Leitung 46 angeschlossen, von der aus das sauerstoffhaltige Einsatzgas durch die Koronakammer hindurchtritt und diese über eine Leitung 48 verläßt. Stirnseitig angeordnete Gitter 47 halten ein Bett aus Kieselgel-Adsorptionsmittelteilchen 60 in der Koronakammer, um erzeugtes Ozon zu adsorbieren. Indem die Teilchen in der Koronakammer auf den Raum zwischen dem Gaseinlaß und dem Gasauslaß beschränkt werden, wird ein Festbett aufrechterhalten.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich auf jeder die Koronakammer begrenzenden Elektrodeninnenfläche des Ozongenerators eine dünne dielektrische Schicht. In der Koronakammer zwecks Adsorption von Ozon angeordnete dielektrische Kieselgelteilchen können schmirgelartig wirken. Infolgedessen kann es wichtig sein, eine harte und dauerhafte dielektrische Auskleidung vorzusehen. Koronaentladungsgeräte können mit nur einem einzigen durchgehenden Dielektrikum arbeiten, das die Elektroden voneinander trennt; in der Praxis werden jedoch für gewöhnlich den Elektroden zwei dielektrische Schich-

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ten zugeordnet.

Der Rücklaufstrom läßt sich kontinuierlich oder intermittierend behandeln, um schädliche Verunreinigungen oder unerwünschtes Inertgas zu beseitigen, den Wirkungsgrad der Ozonerzeugung zu erhöhen und für eine hohe Produktreinheit zu sorgen. Für diesen Zweck kann ein Bett aus einem kristallinen Aluminiumsilikat-Molekularsieb oder ein anderes Gaszerlegungsmittel als Teil einer Hilfseinheit vorgesehen werden, die in der Rücklaufleitung liegt.

Es ist im Rahmen der Ozonerzeugung bekannt, daß Wasser die Ausbeute und den elektrischen Wirkungsgrad ungünstig beeinflußt. Die Anordnung kann mit einem Vortrockner ausgestattet sein, um unerwünschtes Wasser vor der Luftzerlegung zu beseitigen; ein derartiger Trockner kann auch einen Teil der Luftzerlegungsanlage bilden. Um für optimale Arbeitsverhältnisse im Ozongenerator zu sorgen, wird vorzugsweise Trockengas mit einem Taupunkt von unter ungefähr -45 C benutzt. Für diesen Zweck kann ein Kieselgel, ein Aluminiumsilikatzeolith oder ein anderes Trokkenmittel verwendet werden. Zusätzlich zu dem Vortrocknen des Einsatzluftstroms oder statt dessen kann der zurückgeleitete Sauerstoff in einer oder mehreren Stufen behandelt werden, um Wasser oder andere schädliche Verunreinigungen zu beseitigen.

Die Zerlegung von Luft in ihre Hauptkomponenten, Stickstoff

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und Sauerstoff, ist bekannt. Im Rahmen der Erfindung lassen sich Luftzerlegungsanlagen verwenden, die beispielsweise mit im Druckkreisverfahren betriebenen Molekularsieb-Adsorberbetten oder mit einer Tieftemperaturverflüssigung arbeiten. Es stehen kryogene Prozesse zur Verfügung, die auf dem Joule-Thompson-Effekt beruhen. Bei zahlreichen industriellen Gaserzeugungsanlagen wird mit dem modifizierten Linde-Fränk'1-Prozeß gearbeitet. Typische Verfahren dieser Art sind in den US-PSen 2 431 866 und 2 856 756 sowie in der Abhandlung "Cryogenics" von McClintock, Reinhold Publications, 1964, beschrieben. Die die Anlage verlassenden Ströme bestehen im allgemeinen im wesentlichen aus Op- oder Np-Gas, das jeweils mindestens 90 Vol.% des betreffenden Stromes bildet.

Der sauerstoffreiche Strom und das Stickstoffträgergas können auch durch andere Arten von Luftzerlegungsanlagen erhalten werden. In den letzten Jahren wurden" selektive Adsorptionseinheiten entwickelt, die mit einem Druckkreisprozeß arbeiten. Unter Ausnutzung der bevorzugten Adsorption von Stickstoffgas aus Luft verwenden diese Systeme einen verminderten Druck, um die Gleichgewichtsbedingungen zu ändern und den adsorbierten Stickstoff zurückzugewinnen. Mit einem Druckkreisverfahren arbeitende typische Luftzerlegungsanlagen sind in den US-PSen 3 564 816, 3 717 974 und'3 738 087 beschrieben.

Koronageneratoren, die einen hohen Gasdurchsatz haben und für

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die vorliegenden Zwecke geeignet sind, sind u.a. aus der US-PS 3 798 457 bekannt. Ozonisatoren dieser Art erlauben einen sehr hohen Sauerstoffdurchsatz. Beispielsweise kann ein mit parallelen flachen Platten ausgerüsteter Generator mit hohem Gasdurchsatz unter wirtschaftlicher Erzeugung von Ozon bei einer Leistungsaufnahme von ungefähr 16 kW/m betrieben werden. Bei einem Einsatzgasdruck von ungefähr 1 bis 2 Atmosphären wird Ozon in der gewünschten Konzentration erzeugt; dabei beträgt die Einlaßtemperatur ungefähr 2O°C und die Auslaßtemperatur ungefähr 90 C. Es ist günstig, den ozonisierten Strom vor der Adsorptionsstufe zu kühlen. Der ozonhaltige Sauerstoffstrom wird auf einer niedrigen Temperatur, vorzugsweise unter ungefähr 1OO C₁ gehalten. Im Vergleich zu typischen wassergekühlten Generatoren haben luftgekühlte Einheiten einen hohen elektrischen Raumwirkungsgrad; dieser liegt für gewöhnlich bei ungefähr 15 bis 50 kW/m Elektrodenfläche.

Das den Koronagenerator verlassende Gas hat normalerweise eine Temperatur von ungefähr 50 C bis 1OO C. Es kann auf ungefähr Raumtemperatur (d. h. O bis 35°C) gekühlt werden, bevor es zurückgeleitet wird, um einen Wärmeaufbau zu vermeiden. Rippenrohr-Wärmeaustauscher können zwischen den Ozonisierungsstufen und an deren Ende vorgesehen werden, um den sauerstoffreichen Gasstrom zwecks wirkungsvollerer Adsorption durch Kieselgel zu kühlen. Für einen Gas-Gas-Wärmeaustausch kann Außenluft als Kühlmedium benutzt werden. Im Rahmen der vorliegend

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erläuterten Anlage können auch andere Kühleinheiten, beispielsweise Mantel- und Rohrwärmeaustauscher, eingesetzt werden .

Die Ozongeneratoreinheiten lassen sich bei einer in weiten Grenzen änderbaren Energiezufuhr betreiben. Es stehen Koronaeinrichtungen mit hohem Durchsatz zur Verfügung, die mit einer verhältnismäßig hohen Energiedichte arbeiten, und zwar typischerweise mit einem Wert von 15 bis 5O kW/m , basierend auf einer ständigen mittleren Leistung je Einheit der effektiven Elektrodenfläche. Fortschritte, die hinsichtlich der für eine Ozonproduktion benutzten Koronaentladungs-Energiequellen erzielt werden, führen zu einer Verbesserung der Energieausnutzung, von der vorliegend Gebrauch gemacht werden kann. So ist eine mit Thyristoren arbeitende Energiequelle, die sich für die vorliegenden Zwecke eignet, in der US-PS 3 784 838 beschrieben. Es können jedoch auch andere elektrische Systeme verwendet werden, um eine Energiedichte zu erhalten, die sich für ein System mit hohem Gasdurchsatz eignet. Der elektrische Gesamtwirkungsgrad wird für gewöhnlich als die Energiemenge ausgedrückt, die je Gewichtseinheit des erzeugten Ozons verbraucht wird. Die derzeit zur Verfügung stehenden Geräte und Verfahren erlauben eine Ozonerzeugung bei weniger als 5 Wattstunden je Gramm (Wh/g), während gleichzeitig für eine brauchbare Gasdurchflußmenge, beispielsweise ungefähr 25 l/m s, gesorgt wird.

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Mit Ozon beladenes Kieselgel kann leicht von dem Ozon mittels reinem trockenem Stickstoffgas oder einem Gemisch von Stickstoff mit inerten Gasen bei einem Druck befreit werden, der geringfügig unter dem Adsorptionsdruck liegt, beispielsweise bei einem mäßigen Unterdruck, wobei mit Gastemperaturen von O bis 35°C gearbeitet wird. Ein bevorzugter Adsorptions-Desorptions-Zyklus hat eine Dauer von ungefähr 5 Minuten; die Taktdauer hängt jedoch von der Bettgröße und dem Durchsatzvermögen der Anordnung ab. Eine typische Anlage zur Adsorption von 2 % O in 98 % O„ verwendet bei einer Taktdauer von 5 Minuten ungefähr 5 Gewichtsteile Adsorptionsmittel je Gewichtsteil O₃ pro Tag (z. B. 5 g Kieselgel je 1 g täglicher Kapazität) .

Die Ozonisatoreinheiten können in herkömmlicher Weise aufgebaut sein, beispielsweise entsprechend Fig. 2 eine geschlossene Kammer 2O aufweisen, die eine Packung aus einem Adsorptionsmittelbett in Form von Kieselgelteilchen, z. B. Davison Type 407, enthält. Um einen kontinuierlichen Prozeß zu erhalten, werden mehrere parallelgeschaltete Ozonisatoren vorgesehen. Es kann mit jeder beliebigen Anzahl von Ozonisatoren gearbeitet werden; in den meisten Fällen sind jedoch bevorzugt zwei oder drei Ozongeneratoren vorhanden, um den Kapitalaufwand in Grenzen zu halten. Das Umschalten der Gasströme kann von Hand oder selbsttätig erfolgen, so daß ein zyklisches System erhalten wird, bei dem die Adsorberbetten wechselweise

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auf Betrieb geschaltet sind. Es kann zweckmäßig sein, zwischen den Adsorptions- und Desorptionsschritten die Koronakammern auszupumpen, um Sauerstoff oder Trägergas zu beseitigen und auf diese Weise eine Verschmutzung des Produktstroms oder des RücklaufStroms zu verhindern. Bei der veranschaulichten Anlage lassen sich für diesen Zweck in bekannter Weise geeignete Pumpen zufügen.

Entsprechend Fig. 3 kann ein sich bewegendes Adsorberbett benutzt werden. Dabei wird ein sauerstoffhaltiges Gas, z.B. Trockenluft, mittels der Pumpe 12 verdichtet und nach oben durch den aufrecht stehenden Ozongenerator 20 hindurchgeleitet. Adsorptionsmittelteilchen 6O fallen durch die Koronakammer hindurch. Diese Feststoffteilchen werden mittels motorisch angetriebenen Förderschnecken 66, 67 von einem Vorratsbunker 65 aus angeliefert und auf einem Siebförderer 70 gesammelt, der von Förderrollen 71,72 angetrieben wird. Von einer Kammer 74 aus wird Luft nach oben durch das mit Öffnungen versehene Band 7O hindurchgerichtet. Ozonbeladene Teilchen werden vom Band 70 aus in Wagen 76 abgegeben. Sie können durch Unterdruck oder mittels eines Trägergases in bekannter Weise regeneriert werden. Bei dem in Fig. 4 veranschaulichten Ozongenerator sind eine Speisevorrichtung, die dem Einsatzgas Kieselgelteilchen zusetzt·, und eine Einrichtung vorgesehen, um die Kieselgelteilchen mit dem Einsatzgas in der Koronakammer in fließfähigen Zustand zu bringen. Dies geschieht, indem

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Adsorptionsmittelteilchen 60 vom Vorratsbunker oder Fülltrichter 65A aus über eine Förderschnecke 66A zugeführt werden, die mittels eines Motors 67A angetrieben ist. Mit Hilfe eines Zyklonscheiders 7OA werden die mit Ozon beladenen Kieselgelteilchen von dem Einsatzgas abgetrennt. Es ist ferner eine Einrichtung zum Regenerieren des Kieselgels zwecks Rückgewinnung des adsorbierten Ozons vorgesehen. Die Ausbildung des Fließbettes kann auch in einer Vorrichtung der aus der US-PS 3 734 846 bekannten Art vorgenommen werden.

Die Sättigung des Adsorberbettes hängt von dem Ozonpartialdruck abj zwischen der Adsorptions- und der Desorptionsstufe kann vorzugsweise mit Gleichgewichtsbedingungen gearbeitet werden. Die kontinuierliche Abtrennung von Ozon aus einem Sauerstoffstrom ist als solche bekannt (US-PS 2 872 397). Die Größe des Kieselgelbettes ist eine Funktion mehrerer Faktoren, so u.a. der Adsorptionstemperatur, des Ozonpartialdrucks, der Taktdauer und dergleichen. Das Gewicht des Adsorptionsmittels macht für gewöhnlich mehr als das 5-fache des Gewichts der täglichen Ozonproduktion aus; je nach den Konstruktionsgegebenheiten kann es zwischen dem 20-fachen und mehr als dem 1000-fachen liegen.

Das Adsorptionsmittel, das benutzt wird, um Ozon aus dem den Ozongenerator verlassenden Gasstrom abzutrennen, sollte mehrere Bedingungen erfüllen. Zu diesen gehören eine hohe Ozon-

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Selektivität und eine verhältnismäßig geringe Adsorption von Sauerstoff oder Stickstoff. Das Adsorptionsmittel kann periodisch reaktiviert werden, um kleinere Prozeßkomponenten oder Verunreinigungen, beispielsweise Wasser, zu entfernen. Im Hinblick auf die konstruktive Ausgestaltung und eine einfache Handhabung der Prozeßmedien wird vorzugsweise mit Feststoffteilchen gearbeitet, die eine mittlere Teilchengröße von 1 bis lOOOyjm haben. Die Adsorptionsmittel haben vorzugsweise ein großes Ozonsorptionsvermögen bei mäßigen Arbeitsbedingungen; sie lassen sich bei Raumtemperatur und Normaldruck mittels eines stickstoffreichen Gases leicht desorbieren. Während verschiedene kristalline Aluminiumsilikate in begrenztem Maße als selektives Ozonadsorptionsmittel geeignet sind, erwiesen sich bekannte Versuche mit Kieselgel als besonders erfolgreich, Verschiedene Systeme für eine Ozonsorption und Überführung in ein Trägergas sind in Aufsätzen von Cook et al und Balcar et al in "Advances in Chemistry Series No. 21", American Chem. Soc. 1959, beschrieben.

Für die vorliegenden Zwecke wird als Adsorptionsmittel bevorzugt Davison 407 Kieselgel (Teilchengröße 0,84 bis 2,38 mm) benutzt. Die betreffenden Adsorptionskenndaten sind in dem vorstehend genannten Aufsatz von Cook et al angegeben.

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Claims

2617UB9 Ansprüche

1. Ozongenerator, gekennzeichnet durch mehrere in Abstand voneinander angeordnete metallische Elektroden und mindestens eine zwischen den Elektroden befindliche, dünne dielektrische Schicht zur Bildung einer Koronakammer, eine elektrische Energiequelle zur Aufrechterhaltung eines stillen Entladungspotentials in der Koronakammer, eine Einspeiseeinrichtung zum Hindurchleiten eines sauerstoffhaitigen Gases durch die Koronakammer, ein Bett aus Kieselgeladsorptionsmittel und eine Einrichtung, die das Bett aus Kieselgeladsorptionsmittelteilchen in der Koronakammer zwecks Adsorption des dort erzeugten Ozons hält, sowie eine Einrichtung zum Desorbieren des Ozons aus dem Kieselgel.

2. Ozongenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die den Gasstrom in der Koronakammer führt, sowie durch Anschlüsse für den Einlaß und den Auslaß des Gasstroms.

3. Ozongenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeiseeinrichtung mit Mitteln zur Zugabe von Kieselgelteilchen zu dem Gas sowie Mitteln zum Fluidisieren der Kieselgelteilchen mit dem Gas in der Koronakammer versehen ist.

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4. Ozongenerator nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Abtrennen von ozonbeladenen Kieselgelteilchen von dem Gas und eine Einrichtung zum Regenerieren des Kieselgels zwecks Rückgewinnung von adsorbiertem Ozon.

5. Ozongenerator mit mindestens einer dielektrischen Schicht zwischen in Abstand voneinander angeordneten Elektroden und mit einer Koronakammer, dadurch gekennzeichnet, daß in der Koronakammer dielektrische feste Adsorptionsmittelteilchen für eine selektive Adsorption von Ozon angeordnet sind.

6. Ozongenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die das Kieselgel in Form eines Festbettes in der Koronakammer hält.

7. Kontinuierliches Verfahren zum Erzeugen und Abtrennen von Ozon, dadurch gekennzeichnet, daß Luft in einen stickstoffreichen Strom und einen sauerstoffreichen Scrom zerlegt wird, der sauerstoffreiche Strom durch einen Ozongenerator unter Ausbildung eines Sauerstoff und Ozon enthaltenden Gasgemisches hindurchgeleitet wird, während das Gasgemisch im Ozongenerator zwecks Adsorption von Ozon mit einem selektiven Adsorptionsmittel in Kontakt gebracht wird, sauerstoffhaltiges Gas durch den Ozongenerator hindurch zurückgeleitet wird und Ozon aus dem Adsorptionsmittel desorbiert wird.

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8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Adsorptionsmittel im wesentlichen feste Kieselgelteilchen verwendet werden, die sich im Ozongenerator zwischen den Elektroden befinden.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem sauerstoffreichen Strom gearbeitet wird, der mindestens 90 Vol.% O₂ enthält.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kieselgeladsorptionsmittel enthaltende Ozongeneratoren alternierend in Adsorptions- und Regenerationsbetrieb gefahren werden, indem das Gasgemisch vom Ozongenerator über eine an die Ozongeneratoren angeschlossene Ventilanordnung umgeschaltet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zurückgeleitete sauerstoffhaltige Gas gekühlt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft durch kryogene Gaszerlegung zerlegt wird und ein im wesentlichen aus Stickstoff bestehendes Trägergas verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel im wesentlichen aus teilchenförmigen!

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Kieselgel besteht.

14. Vorrichtung zum Erzeugen und Abtrennen von Ozon, gekennzeichnet durch eine für einen stickstoffreichen Strom und einen sauerstoffreichen Strom sorgende Luftzerlegungseinrichtung, mehrere Ozonisatoren, von denen jeder in Abstand voneinander angeordnete und mit einem dünnen Dielektrikum überzogene, eine Koronakammer bildende Metallelektroden aufweist, eine elektrische Energiequelle zur Ausbildung eines stillen Entladungspotentials in der Koronakammer, eine Einrichtung zum Aufrechterhalten eines Bettes aus Kieselgeladsorptionsmittelteilchen in der Koronakammer, mittels deren das dort erzeugte Ozon adsorbierbar ist, eine Einrichtung zum Hindurchleiten des sauerstoffreichen Stroms durch einen ersten Ozonisator zwecks Ausbildung eines ozonhaltigen Gasgemischs, eine Einrichtung, mittels deren das Gasgemisch mit dem Kieselgel zwecks Adsorption von Ozon während der Durchleitung von Sauerstoff in Kontakt bringbar ist, eine Einrichtung zum Zurückleiten von sauerstoffhaltigem Gas in den ersten Ozonisator, eine Einrichtung, mittels deren gleichlaufend mit dem Betrieb des ersten Ozonisators Ozon aus einem zweiten Ozonisator durch Einleiten von stickstoffreichem Gas aus der Luftzerlegungseinrichtung unter Ausbildung eines Stickstoff-Ozon-Mischgasstroms desorbierbar ist, und eine Steuereinrichtung zum Umschalten der Ozonisatoren zwecks zyklischer Ozonerzeugung und Desorption.

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15. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Vierwegesteueranordnung, die derart angeschlossen ist, daß ozonhaltiges Gas einem der Ozonisatoren zugeführt wird, während ein anderer der Ozonisatoren mit stickstoffreichem Gas regeneriert wird.

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