JP2010195673A - オゾン製造のための方法及び装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】放電によるオゾン発生器と吸着による分離および酸素の回収、リサイクルを備えるオゾン発生システムにおいて、NOxなどの望ましくない副生物を生じさせずに、効率よくオゾンを製造する方法と装置を提供する。
【解決手段】オゾン発生器へ導入される酸素流に添加物質としてヘリウムを導入し、発生器の流出物を吸着プロセスへ導く。オゾンの発生及び回収プロセスを維持するのに必要とされる補給ヘリウムと酸素の量を減らすようにされる改良PSAサイクル。
【選択図】図1

Description

オゾンは、化学薬品生産、消毒、飲用水処理、空気浄化、布帛及び木材パルプの漂白、廃水処理、及び食品加工において使用される酸素の反応性三原子同素体である。これらの用途に使用されるオゾンのほとんどは、空気又は高純度酸素を供給ガスとして使用するコロナ放電システムによって製造される。オゾンはまた、紫外線の作用によって又は低温プラズマ発生器によって空気又は酸素から製造されることもある。
オゾンの大抵の大規模工業用途において、オゾン発生器供給ガスとしては高純度酸素が使用される。商業的なコロナ放電発生器での酸素からオゾンへの転化率は、典型的には4〜13%であり、そして特定の用途では、結果として得られた酸素・オゾン混合物は、更なる処理を施さずに下流側の使用者に製品として直接提供される。未反応酸素のコストは、オゾンシステム運転コストの主要な部分を占めるので、多くの状況では、オゾン発生器への再循環のために、酸素・オゾン混合物から酸素を回収することが望ましい。これは、例えば圧力スイング吸着(PSA)によって行われる。この圧力スイング吸着では、オゾン発生器の出口流からオゾンを選択的に吸着し、そして回収されたオゾンの減少した酸素をオゾン発生器へ再循環させる。吸着されたオゾンは、スイープガス、例えば空気又は窒素、によって脱着され、そしてオゾンとスイープガスとの混合物が下流側の使用者に製品として提供される。
オゾン・酸素PSAシステムはしばしば、酸素からオゾンを選択的に吸着するためにゼオライト吸着剤を使用する。ゼオライト吸着剤は、オゾンの分解を促進することがあり、そしてこのオゾン分解度は、オゾンのコストに不都合な影響を及ぼし、またオゾン消費プロセスの運転コストを高くするおそれがあることが知られている。オゾン分解度は、米国特許第5810910号明細書に記載されているように、予め吸着された成分、例えば水、二酸化炭素、アルゴン、又は六フッ化硫黄など、を含有するゼオライトを使用することにより、低減することができる。オゾンとは非反応性であるこれらの成分は、オゾン吸着の前に吸着剤に吸着される。
オゾンの発生のために低温プラズマ発生器を使用するオゾン・酸素PSAシステムでは、プラズマ放電を安定化させるのを目的として、多くの場合、酸素供給ガスに窒素を加える。あいにく、発生プロセスへ窒素を加えるのは、多くの場合、NOxが生成する結果となり、オゾン・酸素PSAシステムに様々な有害な影響を及ぼしかねない。湿分が存在すると、NOxは硝酸を生じさせ、これは非常に腐食性であり、そして例えばオゾン発生器のカソードを始めとする、システムの構成部品の有効寿命を短縮しかねない。その上、NOxは、オゾン・酸素PSAシステムで用いられる多くのタイプの吸着剤に吸着し、そして「スイープ工程」(吸着剤からオゾンを取り出すための)で使用されるガスの容積が吸着したNOxを取り出すのにも十分でない場合には蓄積しかねない。吸着したNOxはまた、オゾンの分解に触媒作用を及ぼし、これが製造ガス流で回収できるオゾンの量を低下させる。
米国特許第5810910号明細書
低温プラズマオゾン発生のために安定性と効率とを、例えばNOxなどの望ましくない副生物を生じさせずに、向上させるための代替手段が必要とされている。
1つの態様において、本発明は、(a)供給ガスラインから誘電プラズマオゾン発生器を通して供給ガス混合物を供給し、該供給ガスラインは酸素供給源とヘリウム供給源に接続され、該酸素供給源は少なくとも90%の酸素を含み、該供給ガス混合物は少なくとも1%のヘリウムを含むこと、及び(b)オゾンを含む発生器流出物を製造すること、を含む方法を含む。
もう1つの態様において、本発明は、
(a)供給ガスラインから誘電プラズマオゾン発生器を通して供給ガス混合物を供給し、該供給ガスラインは酸素供給源とヘリウム供給源に接続され、該酸素供給源は少なくとも90%の酸素を含み、該供給ガス混合物は少なくとも1%の希ガスを含むこと、
(b)少なくとも2%のオゾンを含む発生器流出物を製造すること、
(c)それぞれの吸着剤容器が酸素又はヘリウムに対するよりもオゾンに対して大きな吸着親和性を有する吸着剤を含んでいる、少なくとも1つの吸着剤容器のそれぞれにおいて、次の工程、すなわち、
(i)吸着剤容器を通して上記発生器流出物を供給し、吸着剤容器を出たガスを供給ガスラインと流体連通する回収ラインに送る工程、及び
(ii)吸着剤容器を通してスイープガスを供給し、そして吸着剤容器を出たガスを回収ラインを通して送給する工程、及び
(iii)吸着剤容器を通してパージガスを供給し、そしてパージガスとオゾンとを含む製品ガスを吸着剤容器から抜き出す工程、
を順番に繰り返し実施することを含む吸着サイクルを実施すること、
を含む方法を含む。
更に別の態様において、本発明は、オゾン発生器と、供給ガス混合物をオゾン発生器へ供給するのに適合した供給ガスラインと、少なくとも90%の酸素からなるガスを供給ガスラインへ供給することができる酸素供給源と、供給ガスラインへヘリウムを供給することができるヘリウム供給源と、供給ガス混合物が少なくとも1%のヘリウムを含むように、ヘリウム供給源から供給ガスラインへのヘリウムの流量を操作して制御するよう設定される制御器と、を含む装置を含む。
本発明の1つの実施形態のプロセスフロー図である。 異なる供給ガス混合物組成を使用した3つのオゾン発生試験からのデータを示す表である。 図1に示したPSAオゾンシステムのためのシステムサイクルを示す図表である。
本発明は、例えば誘電放電(低温プラズマ)オゾン発生器などのオゾン発生器へ導入される酸素流へ添加物質としてヘリウムを導入することを含み、発生器の流出物は酸素からオゾンを分離するための吸着プロセスへ導かれる。本発明は更に、オゾンの発生及び回収プロセスを維持するのに必要とされる補給ヘリウムと酸素の量を減らすようにされる、改良PSAサイクルを含む。
ここでは特に断りのない限り、明細書、図面、及び特許請求の範囲において特定された全ての百分率は、体積を基準としたものと理解すべきである。
特許請求の範囲では、記載した工程を特定するために、文字を使用する(例えば、(a)、(b)及び(c))。これらの文字は、方法の工程を参照するのを助けるために使用されるものであり、請求項において順序が具体的に記載されているのでない限り、請求項に記載した工程を実施する順序を示そうとするものではない。
図1を参照すると、PSAオゾンシステム10が示されている。このシステム10は、オゾンを発生させるオゾン発生サブシステム11と、吸着サブシステム13とを含む。吸着サブシステム13は、オゾン発生プロセスの流出物からオゾンを分離し、そのオゾンを一時的に貯え、次いで工業プロセスで使用するために製品ガスライン22を介してオゾンを移送する。
オゾン発生サブシステム11は、供給ガスライン24を介して供給ガス混合物をオゾン発生器12に導入することにより、オゾンを発生させる。この実施形態では、オゾン発生器12は誘電放電(低温プラズマ)オゾン発生器である。供給ガスライン24の供給ガス混合物は好ましくは、本質的に酸素とヘリウムからなる。供給ガスライン24は、酸素供給源14に接続されており、酸素供給源14は、少なくとも90%の酸素、より好ましくは少なくとも99%の酸素を含む空気を提供する。供給ガスライン24は、ヘリウム供給源16にも接続され、これは好ましくは、供給ガス混合物において少なくとも1%のヘリウム濃度、より好ましくは2〜5%のヘリウム濃度を維持する。供給ガス混合物はまた、再循環ライン29からの再循環ガスを含む。好ましくは、供給ガス混合物では少なくとも90%、より好ましくは少なくとも95%の酸素濃度が維持される。再循環ガスの典型的な組成については、本明細書中で一層詳しく説明する。ライン26を流れる、オゾン発生器12からの発生器流出物は、本質的に酸素とヘリウムとオゾンからなる。典型的な誘電放電オゾン発生器は、供給ガス中の酸素の約4〜13%をオゾンに変える。
この実施形態では、酸素とヘリウムは液化ガスタンクを介して供給される。あるいは、信頼性の高い酸素及びヘリウムの供給源を提供する任意の適切な手段を使用することもできる。酸素供給源は周囲空気よりも好ましい。と言うのは、周囲空気は酸素含有割合がより低く、かなりの量の窒素を含有しているからである。所望の供給ガス混合物組成を得るために、任意の好適な手段、例えば制御器及び調節可能な弁(図示せず)を使用して、酸素供給源14、ヘリウム供給源16、及び回収ライン28からの流れを制御することができる。
本明細書においてより詳細に説明するように、回収ライン28は、酸素とヘリウムの回収を可能にするために、ひいてはオゾン発生プロセスを維持するのに必要とされる補給酸素とヘリウムの量を低減するために設けられている。回収ライン28は好ましくは圧縮機20を含み、これはシステム10全体にわたる圧力降下を補償し、そして再循環ライン29の、ひいては供給ガスライン24の、所望の圧力を維持する。
この実施形態では、供給ガス混合物は好ましくは、それがオゾン発生器12に入るとき(すなわち供給ガスライン24において)、0.2%以下の窒素を含有している。窒素レベルを監視するために、回収ライン28は好ましくは、窒素センサ34を含む。回収ライン28はまた任意選択的に、弁38を有するガス抜きライン36を含んでおり、この弁を、回収ライン28の窒素濃度が好ましいレベルを超えたならば回収ライン28からガス抜きするために使用することができる。本明細書中でより詳細に説明するように、システムサイクルはまた、回収ライン28に導入される窒素量を低減するのに適応している。
この実施形態では、吸着サブシステム13は、3つの吸着剤容器C1〜C3を含んでおり、これらの容器のそれぞれが同様の吸着床を収容している。吸着剤は、酸素、窒素又はヘリウムに対するよりもオゾンに対して大きな吸着親和性を有している。ゼオライト吸着剤が一般に使用される。この実施形態におけるゼオライト吸着剤は、好ましくは、菱沸石、エリオナイト、モルデナイト、オフレタイト、ZSM−5、HZSM−5、ZSM−11、ZSM−12、L−ゼオライト、フェリエライト、ベータゼオライト、Y型ゼオライト、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。
スイープガスの供給源18が設けられている。本明細書中でより詳細に説明するように、スイープガスは、吸着剤容器C1〜C3からオゾンを脱着して、それを最終的に使用する工業プロセスにオゾンを移送するために使用される。スイープガスは好ましくは周囲空気であり、そしてそれは圧縮し、−70°F(−57℃)以下の露点まで、より好ましくは−100°F(−73℃)以下の露点まで、乾燥されている。複数の弁V50〜V64とガスラインが設けられており、これらは、吸着剤容器C1〜C3のそれぞれを通るガスの流量を制御し、そして吸着剤容器C1〜C3のそれぞれからの流出物を本明細書に記載されたプロセス工程のそれぞれにおいて望まれるとおりに導くために使用される。
図2は、供給ガス混合物へのヘリウムの添加により動力の節約がなされ、そしてオゾンの発生に悪影響を及ぼすことはないことを確認するために行われた試験の結果を示している表である。これらの試験は、Wedesco GSO−50オゾン発生器を使って行われた。3つの全ての試験について、オゾン発生器への供給ガス流量を18スタンダードリットル/分(slpm)に設定し、圧力を1.17bar(ゲージ)に設定した。オゾン発生器のための使用動力データ(比動力を計算するために使用した)を測定して、4分間の平均値を求めた。試験1では、供給ガス混合物は100%酸素からなり、添加物質を含まなかった。試験2では、供給ガス混合物は96.9%の酸素と3.1%の窒素からなり、その結果流出物中のオゾン濃度がわずかに高くなり、オゾン製造の非動力が低下した。試験3では、供給ガス混合物は96.9%の酸素と3.1%のヘリウムからなり、その結果流出物中のオゾン濃度が試験1より高くなったが、試験2よりも低くなった。特に、ヘリウムを添加した結果として、非動力が試験1又は試験2より小さくなった。動力の節約がもっと大きくなるとオゾンの製造がより大規模になるものと期待される。
以下の段落では、各吸着剤容器C1〜C3の吸着サイクルの4つの好ましい段階をそれらの好ましい順番に説明する。システム10の運転中、各容器C1〜C3は好ましくは、これらの段階をそれらの好ましい順番でもって、連続的に繰り返す。簡潔にするために、各段階について、対応する弁V50〜V52及びV59〜V60を使用して吸着剤容器C1に関連して説明する。言うまでもなく、それぞれの段階は、吸着剤容器C2、C3でも、それぞれの吸着剤容器について対応する弁を使用して、同じように実施される。例えば、オゾン供給段階が吸着剤容器C1で行われているときには、弁V50及びV59が開いている。オゾン供給段階が吸着剤容器C2で行われているときには、弁V53及びV61が開いている。これも言うまでもなく、以下の説明では、吸着剤容器における特定の段階の実施中に開いている弁について具体的に言及する。その吸着剤容器と関連する全ての他の弁は、説明している段階の実施中には閉じられていると想定することができる。弁の開閉は、任意の適合する手段、例えば制御器40など、によって行うことができる。図面を簡単にするために、弁と制御器40との接続は示していない。吸着サイクル工程とプロセス流量制御のために用いられる制御器の例は、プロセスの各工程の実施中に所望の流量を維持し弁を開閉するようプログラムされる、プログラマブルロジックコントローラ(PLC)である。吸着剤容器周りの弁は、電気作動式のオンオフ弁、電磁弁が付属する空気作動式のオンオフ弁、電気作動式の制御弁、及び/又は制御電磁弁が付属する空気作動式の制御弁でよい。
〔オゾンの供給〕
オゾン供給段階の目的は、ライン26の発生器流出物が吸着剤容器に流入するのを可能にし、そしてオゾンを吸着するのを可能にすることである。オゾン供給段階は、弁V50を開くことにより吸着剤容器C1で実施される。この弁は、ライン26の発生器流出物(本質的に酸素、ヘリウム及びオゾンからなる)が吸着剤容器C1に流入するのを可能にする。発生器流出物が吸着剤容器C1を通って流れると、オゾンが吸着剤に吸着される。弁V59を開いて吸着剤容器C1からの流出物が回収ライン28に流入するのを可能にすることによって、発生器流出物の非吸着成分(この実施形態では主に酸素とヘリウム)が好ましく回収される。
〔製品の洗浄〕
製品洗浄段階の目的は、オゾン供給段階に続き、その吸着剤容器で空気スイープ段階が行われる前に、吸着剤容器内に残っている酸素とヘリウムを再利用することである。これは、パージガスを吸着剤容器を通して供給する一方で、吸着剤容器からの流出物を回収ライン28に導くことにより行われる。この実施形態では、製品洗浄段階は、空気スイープ段階にある別の吸着剤容器(この事例では、吸着剤容器C3)からの流出物のうちの一部をパージガスとして使用することにより、吸着剤容器C1で実施される。吸着剤容器C3での空気スイープ段階の実施中、弁V64及びV57は開いている。吸着剤容器C1で製品洗浄段階を開始するために、弁V51及びV59が開かれる。好ましくは、製品洗浄段階は、パージガスからの窒素が吸着剤容器C1の上部を「破過」し始めるまで実施され、そして相当量の窒素が回収ライン28に入る直前(窒素センサ34によって検出される)に停止されるべきである。あるいは、スイープガス18を、この段階におけるパージガスとして使用してもよい(弁及び配管は示さず)。
〔空気スイープ〕
空気スイープ段階の目的は、オゾン供給段階の実施中に吸着されたオゾンを脱着し、そしてオゾン富化製品ガスを製品ガスライン22に移送することである。製品ガスライン22は、オゾンが最終的に使用される工業プロセスへ製品ガスを移送する。吸着剤容器C1では、空気スイープ段階は、弁V60及びV51を開き、スイープガス(この段階ではパージガスとしての役割を果たす)が吸着剤容器C1を流れ製品ガスライン22を通って流出するようにすることによって行われる。この実施形態では、各吸着剤容器C1〜C3での空気スイープ段階の長さは、所望のシステムサイクル全体の長さが得られるように選択される。これについては下記でより詳しく検討する。
〔酸素の洗浄〕
酸素洗浄段階の目的は、オゾン供給段階の間にスイープガス(これは有意の量の窒素を含有している)を回収ライン28へ抜き出さないように、空気スイープ段階の後で吸着剤容器からスイープガスをなくすことである。この実施形態では、酸素洗浄段階は弁V52を開き、酸素がバイパスライン30を介して吸着剤容器C1へ流入するのを可能にすることにより、吸着剤容器C1で行われる。バイパスライン30は好ましくは、ヘリウムの損失を減らすために、再循環ライン29とヘリウム供給源16よりも上流で酸素供給源14と接続する。好ましくは、酸素洗浄段階は吸着剤容器C1から窒素がほぼ完全に除去されるまで続けられる。酸素洗浄段階が短すぎると、オゾン供給段階を開始して流出物の流れを回収ライン28へ切り換えたときに、好ましくなく高い濃度の窒素が回収ライン28の窒素センサ34によって検出される。
任意選択的に、酸素洗浄段階を実施している吸着剤容器からの流出物の全て又は一部を、別の塔のオゾン回収を助けるために、スイープガスと組み合わせてもよい。あるいは、それほど好ましくはないが、流出物をガス抜き口に導く(弁と配管は示していない)か、又は製品流22に導く(弁と配管の構成は示していない)こともできる。
図3を参照すると、3つの吸着剤容器C1〜C3の吸着サイクルは、オゾン発生器12の比較的定常状態の運転を可能にし製品ガス中のオゾン濃度の変動を低減するように、互いにずらされている。システムサイクルは、図3に示されている9つの工程からなる。それぞれの逐次的な工程の実施中に、吸着剤容器C1〜C3のうちの1つは、その吸着サイクルにおける次に続く段階に切りかわる。製品ガス中のオゾン濃度を安定化するために、システムサイクルの各工程中において吸着剤容器C1〜C3のうちの少なくとも1つが空気スイープ段階にあることが望ましい。
吸着剤容器C1〜C3のそれぞれのための全吸着サイクル時間は、好ましくは、製造ガスライン22のオゾン濃度と、製品ガスのオゾン濃度の一貫性と、酸素とヘリウムの節約とのバランスをとるように選択される。相対的な言い方をすれば、吸着サイクル時間が長いと、再循環のための酸素とヘリウムの回収率が高くなるが、製品流におけるオゾン濃度が低くなるという犠牲を払うことになる。反対に、吸着サイクル時間が短いと、酸素と窒素の回収率が低くなるが、製品ガス中のオゾン濃度は高くなる。
別の実施形態では、ヘリウムの代わりに、ほかの添加物質(例えば、ほかの希ガスなど)を、供給ガス混合物へ導入することができる。更に、オゾン発生サブシステム11を、ほかのタイプの吸着サブシステム、例えば真空スイング吸着システムなどとともに使用することができる。最後に、吸着サブシステム13は任意の数の吸着剤容器を含むことができる。
上記のように、好ましい実施形態及びそれとは別の実施形態に関して発明を開示してきた。もちろんながら、本発明の意図された理念と範囲を逸脱することなしに、本発明の教示内容からの種々の変更、改変、及び修正が当業者によって考えられよう。本発明は、特許請求の範囲によってのみ限定されるものとする。

Claims (20)

  1. 次の(a)及び(b)を含む方法:
    (a)供給ガスラインから誘電プラズマオゾン発生器を通して供給ガス混合物を供給し、該供給ガスラインは酸素供給源とヘリウム供給源に接続され、該酸素供給源は少なくとも90%の酸素を含み、該供給ガス混合物は少なくとも1%のヘリウムを含むこと、及び
    (b)該誘電プラズマオゾン発生器からオゾンを含む発生器流出物を製造すること。
  2. (c)酸素又はヘリウムに対するよりもオゾンに対して大きな吸着親和性を有する吸着剤を収容している第1の吸着剤容器を通して前記発生器流出物を供給すること、及び
    (d)該第1の吸着剤容器を通してスイープガスを供給し、そして該スイープガスとオゾンとを含む製品ガスを該吸着剤容器から抜き出すこと、
    を更に含む、請求項1記載の方法。
  3. 工程(c)が更に、前記第1の吸着剤容器を出たガスを前記供給ガスラインと流体連通する回収ラインに送ることを含む、請求項2記載の方法。
  4. (e)前記スイープガス、及び/又は工程(d)を実施している別の吸着剤容器からの製品ガスのうちの一部を、前記第1の吸着剤容器を通して供給し、そして前記第1の吸着剤容器を出たガスを前記回収ラインへ送ること、
    を更に含む、請求項3記載の方法。
  5. 工程(e)を、工程(c)の後且つ工程(d)の前に実施することを更に含む、請求項3記載の方法。
  6. (f)前記第1の吸着剤容器を通して洗浄ガスを供給し、そして前記第1の吸着剤容器を出たガスを前記回収ライン以外のラインを通して送給し、該洗浄ガスは酸素供給源からのガスからなること、
    を更に含む、請求項3記載の方法。
  7. 工程(f)を工程(d)の後に実施することを更に含む、請求項6記載の方法。
  8. 工程(c)〜(f)を請求項5及び請求項7に記載した順番で繰り返すことからなる吸着サイクルを実施することを更に含む、請求項7記載の方法。
  9. 工程(a)が、供給ガス混合物を供給ガスラインから誘電プラズマオゾン発生器を通して供給し、該供給ガスラインは酸素供給源とヘリウム供給源とに接続していて、該酸素供給源は少なくとも90%の酸素を含み、該供給ガス混合物は少なくとも1%のヘリウムを含むこと、を含む、請求項1記載の方法。
  10. 工程(a)が、供給ガス混合物を供給ガスラインから誘電プラズマオゾン発生器を通して供給し、該供給ガスラインは酸素供給源とヘリウム供給源とに接続していて、該酸素供給源は少なくとも90%の酸素を含み、該供給ガス混合物は2〜5%のヘリウムを含むこと、を含む、請求項1記載の方法。
  11. 工程(a)が、供給ガス混合物を供給ガスラインから誘電プラズマオゾン発生器を通して供給し、該供給ガスラインは酸素供給源とヘリウム供給源とに接続していて、該酸素供給源は少なくとも90%の酸素を含み、該供給ガス混合物は少なくとも1%のヘリウムと0.2%以下の窒素を含むこと、を含む、請求項1記載の方法。
  12. 工程(d)が、スイープガスを前記第1の吸着剤容器を通して供給し、そして該第1の吸着剤容器から該スイープガスとオゾンとを含む製品ガスを抜き出し、該パージガスは露点が−57℃以下の周囲空気からなること、を更に含む、請求項2記載の方法。
  13. 工程(f)が、前記第1の吸着剤容器を出たガスを工程(d)を実施している別の吸着剤容器へ供給することを更に含む、請求項6記載の方法。
  14. 次の(a)〜(c)を含む方法:
    (a)供給ガスラインから誘電プラズマオゾン発生器を通して供給ガス混合物を供給し、該供給ガス混合物は少なくとも90%の酸素と少なくとも1%の希ガスとを含むこと、
    (b)該誘電プラズマオゾン発生器から少なくとも2%のオゾンを含む発生器流出物を製造すること、
    (c)それぞれの吸着剤容器が酸素又はヘリウムに対するよりもオゾンに対して大きな吸着親和性を有する吸着剤を含んでいる、少なくとも1つの吸着剤容器のそれぞれにおいて、次の工程、すなわち、
    (i)吸着剤容器を通して上記発生器流出物を供給し、該吸着剤容器を出たガスを上記供給ガスラインと流体連通する回収ラインに送る工程、
    (ii)該吸着剤容器を通してパージガスを供給し、そして該吸着剤容器を出たガスを該回収ラインを通して送給する工程、及び
    (iii)該吸着剤容器を通してパージガスを供給し、そして該パージガスとオゾンとを含む製品ガスを該吸着剤容器から抜き出す工程、
    を順番に繰り返し実施することを含む吸着サイクルを実施すること。
  15. 前記吸着サイクルが更に、工程(c)(iii)の後且つ工程(c)(i)を繰り返す前に、前記少なくとも1つの吸着剤容器のおのおのにおいて次の工程、すなわち、
    (iv)前記吸着剤容器を通して洗浄ガスを供給し、そして該吸着剤容器を出たガスを前記回収ライン以外のラインを通して送給し、該洗浄ガスは酸素供給源からのガスからなるものである工程、
    を実施することを含む、請求項14記載の方法。
  16. 工程(a)が、
    (a)供給ガス混合物を供給ガスラインから誘電プラズマオゾン発生器を通して供給し、該供給ガスラインは酸素供給源とヘリウム供給源とに接続していて、該酸素供給源は少なくとも90%の酸素を含み、該供給ガス混合物は少なくとも1%の希ガスを含み、この希ガスはヘリウムからなること、
    を含む、請求項14記載の方法。
  17. 工程(a)が、
    (a)供給ガス混合物を供給ガスラインから誘電プラズマオゾン発生器を通して供給し、該供給ガスラインは酸素供給源とヘリウム供給源とに接続していて、該酸素供給源は少なくとも90%の酸素を含み、該供給ガス混合物は少なくとも1%の希ガスと0.2%以下の窒素を含むこと、
    を含む、請求項14記載の方法。
  18. 工程(c)が更に、工程(c)(i)〜(c)(iv)を、少なくとも3つの吸着剤容器のおのおのにおいて順番に実施することを含む、請求項15記載の方法。
  19. 工程(c)が更に、前記少なくとも3つの吸着剤容器のうちの少なくとも1つが常に工程(c)(iii)を実施しているように、該少なくとも3つの吸着剤容器のおのおのにおいて工程(c)(i)〜(c)(iv)をずらせて実施することを含む、請求項18記載の方法。
  20. オゾン発生器と、
    供給ガス混合物を該オゾン発生器へ供給するのに適合した供給ガスラインと、
    少なくとも90%の酸素からなるガスを該供給ガスラインへ供給することができる酸素供給源と、
    該供給ガスラインへヘリウムを供給することができるヘリウム供給源と、
    該供給ガス混合物が少なくとも1%のヘリウムを含むように、該ヘリウム供給源から該供給ガスラインへのヘリウムの流量を操作して制御するよう設定される制御器と、
    を含む装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019234882A1 (ja) * 2018-06-07 2019-12-12 三菱電機株式会社 オゾン供給装置およびオゾン供給方法

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8029603B2 (en) 2009-01-23 2011-10-04 Air Products And Chemicals, Inc. Pressure swing adsorption cycle for ozone production
FR2975307A1 (fr) 2011-05-16 2012-11-23 Air Liquide Procede de purification par adsorption avec regeneration au moyen d'un gaz comprenant un constituant non desire dans le gaz purifie
JP5740525B2 (ja) * 2012-03-09 2015-06-24 株式会社日立ハイテクノロジーズ イオン化方法、イオン化装置及び質量分析システム。
US9126855B2 (en) 2012-06-14 2015-09-08 Air Products And Chemicals, Inc. Methods for using ozone to enhance anaerobic digestion
US9067788B1 (en) * 2012-11-01 2015-06-30 Rick B. Spielman Apparatus for highly efficient cold-plasma ozone production
US20140130922A1 (en) * 2012-11-12 2014-05-15 Intermolecular, Inc. Control Methods and Hardware Configurations for Ozone Delivery Systems
US9808755B2 (en) 2015-07-24 2017-11-07 Air Products And Chemicals, Inc. Sour pressure swing adsorption process
GB2545759A (en) 2015-12-21 2017-06-28 Linde Ag Methods for producing ozone
US10058815B2 (en) * 2016-09-08 2018-08-28 Linde Aktiengesellschaft Methods for separating ozone
CN110062650B (zh) * 2016-12-13 2021-10-08 林德股份公司 分离臭氧的方法
CN108579481B (zh) * 2018-05-07 2024-05-31 苏州中世太新能源科技有限公司 多模块气液混合控制系统
US10695710B2 (en) 2018-08-02 2020-06-30 Messer Industries Usa, Inc. Methods for producing ozone and oxygen mixtures
US10730004B2 (en) 2018-08-03 2020-08-04 Messer Industries Usa, Inc. Recovery of oxygen used in ozone production

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01282104A (ja) * 1988-05-06 1989-11-14 Sumitomo Precision Prod Co Ltd 高純度、高濃度オゾンをほとんど経時変化なく発生させる方法
JPH09208202A (ja) * 1995-11-27 1997-08-12 Sumitomo Precision Prod Co Ltd オゾンガス配管における金属不純物低減方法
JPH11292513A (ja) * 1998-04-02 1999-10-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 高濃度オゾンガスの製造方法及びその装置
WO2005080263A1 (ja) * 2004-02-25 2005-09-01 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation オゾン発生装置およびオゾン発生方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5370846A (en) 1990-10-26 1994-12-06 Sumitomo Precision Products Co., Ltd. Apparatus and method for generating high concentration ozone
US5578213A (en) * 1992-07-28 1996-11-26 Pall Corporation Fluid treatment process
CA2136265C (en) * 1993-11-22 1999-07-27 Masami Shimizu Apparatus for generating and condensing ozone
US5810910A (en) 1995-10-06 1998-09-22 Air Products And Chemicals, Inc. Adsorbents for ozone recovery from gas mixtures
DE19648514A1 (de) 1995-11-27 1997-05-28 Sumitomo Precision Prod Co Verfahren zum verringern metallischer Verunreinigungen in einer Ozongasleitung
US5846298A (en) 1997-05-09 1998-12-08 Air Products And Chemicals, Inc. Ozone recovery by zeolite adsorbents
GB9712165D0 (en) 1997-06-11 1997-08-13 Air Prod & Chem Processes and apparatus for producing a gaseous product
NO329817B1 (no) 1998-04-02 2010-12-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Fremgangsmate og apparat for fremstilling av ozongass med hoy konsentrasjon
US6916359B2 (en) 2002-04-25 2005-07-12 The Boc Group, Inc. Ozone production processes
CN100411974C (zh) * 2006-08-10 2008-08-20 中国科学技术大学 一种臭氧产生方法和臭氧发生装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01282104A (ja) * 1988-05-06 1989-11-14 Sumitomo Precision Prod Co Ltd 高純度、高濃度オゾンをほとんど経時変化なく発生させる方法
JPH09208202A (ja) * 1995-11-27 1997-08-12 Sumitomo Precision Prod Co Ltd オゾンガス配管における金属不純物低減方法
JPH11292513A (ja) * 1998-04-02 1999-10-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 高濃度オゾンガスの製造方法及びその装置
WO2005080263A1 (ja) * 2004-02-25 2005-09-01 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation オゾン発生装置およびオゾン発生方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019234882A1 (ja) * 2018-06-07 2019-12-12 三菱電機株式会社 オゾン供給装置およびオゾン供給方法
CN112203974A (zh) * 2018-06-07 2021-01-08 三菱电机株式会社 臭氧供给装置及臭氧供给方法
CN112203974B (zh) * 2018-06-07 2023-08-04 三菱电机株式会社 臭氧供给装置及臭氧供给方法

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