JPH0639232A - オゾンによる物質の処理 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 オゾンと混合した酸素ガスをリサイクルする
が、清浄化を必要とせず、また圧縮機や真空ポンプのよ
うな回転機械を通さない、オゾンを用いて物質を処理す
る改良された方法および装置を提供する。 【構成】 ＰＳＡプラント２からの酸素富有ガスをオゾ
ン発生器４に通し、次にそうして生成したオゾン化した
酸素を直接ＰＳＡプラント２に戻して、そこで容器６，
８内に含まれる吸着剤物質床１０，１０′にオゾンを吸
着させることを特徴とするオゾンの製造方法。脱着工程
中に、これも容器６，８内に配設されている床１２，１
２′に吸着されていた窒素が床１０，１０′からオゾン
を脱着させて、窒素−オゾンガスは管路４４を経てＰＳ
Ａプラント２から出る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、オゾンで液体のような物質を処
理する方法および装置に関する。

【０００２】オゾンは、たとえば、水を、飲料製品を製
造するために処理するのに用いられる酸化剤である。

【０００３】圧力スィング吸着（ＰＳＡ）プラントから
生成された酸素富有原料ガスを用いて、オゾン発生器で
オゾンを生成させることは公知である。ＰＳＡ法によっ
て生成された酸素富有ガスを利用することは、該ガスが
８％の窒素およびアルゴンを含んで、実質的に水蒸気を
含まずに、オゾン発生器の効率を高める限りは、オゾン
生成法として極めて好ましい。オゾン発生器の原料ガス
として酸素富有ＰＳＡガスを用いる場合に、到達できる
オゾンの最高濃度は通常１０容量％未満であるが、オゾ
ン発生器は５容量％までの濃度のオゾンを生成させるよ
うに設定されていることが多い。

【０００４】オゾン発生器の原料ガスとして、空気を使
用する場合と比較すると、オゾンの同一生産に対してオ
ゾン発生器の大きさは小さくなるけれども、オゾンに転
化されなかった酸素富有ガスの残りは、時にはむだにな
って、以後のプロセスの別の部分で用いられるか、また
は清浄化して、工程に戻す必要がある。

【０００５】日本公開特許出願第５２０８１０９２号は
オゾン製造の方法および装置を開示している。優先的に
窒素を吸着する吸着剤床が配設されているＰＳＡプラン
トの圧力容器形成部分に原料空気を通す。圧力容器を出
る酸素富有空気は、次にオゾン発生器に送られ、そこで
高電圧の無声放電処理が行われて、酸素の一部がオゾン
化する。次いでオゾン化した酸素はオゾン発生器を出
て、別個の低温オゾン吸着装置に導入され、そこで吸着
によりオゾンが分離され、一方酸素はオゾン吸着装置を
出て、フロアーによりリサイクルされて、圧力容器から
出てオゾン発生器に入る前の酸素に混合されることがで
きる。

【０００６】圧力容器で生成した窒素は、直接低温オゾ
ン吸着装置に送られ、そこでオゾンを脱着させて、オゾ
ン／窒素原料ガスの形で排出され、処理する物質に送ら
れる。

【０００７】日本公開特許出願第５２０８１０９２号に
記載された装置の欠点は、リサイクルされた酸素富有ガ
スは、再利用可能となる前に、再圧縮を必要とするとい
うことである。さらに、該装置は別個の低温オゾン吸着
装置を必要とする。

【０００８】本発明の目的は、オゾンと混合した酸素ガ
スをリサイクルするが、清浄化を必要とせず、また圧縮
機や真空ポンプのような回転機械を通さない、オゾンを
用いて物質を処理する改良された方法および装置を提供
することにある。

【０００９】本発明の一つの態様によれば、オゾンで物
質を処理する方法は、ＰＳＡプラントの容器形成部分内
に配設された、酸素と比較して、優先的に窒素および二
酸化炭素を吸着する最初の吸着剤物質床に原料空気を通
し、こうして分離した酸素富有ガスをオゾン発生器に通
して、オゾン化した酸素を生成させ、オゾン化した酸素
を、酸素と比較して、優先的にオゾンを吸着する後の吸
着剤物質床に通し、窒素が最初の吸着剤物質床から脱着
されるときに、該窒素で後の吸着剤物質床からオゾンを
脱着させ、それからオゾン−窒素ガス混合物を処理する
物質に送ることを含み、さらに後の床も容器内に配設さ
れ、かつオゾンが後の床で吸着された後に残る酸素富有
ガスを直ちに原料空気とともに最初の床に通すことを特
徴とする。

【００１０】原料空気は容器に通す前に、乾燥剤層を通
過させるのが好ましい。

【００１１】少なくとも若干のオゾン−窒素ガス混合物
は処理物質に通す前に、乾燥剤層を通過させるのが好ま
しい。

【００１２】好ましい態様において、圧力スィング吸着
プラントは、それぞれ最初の床および後の床を含有する
少なくとも二つの容器を含んで成り、各容器では吸着工
程、平衡工程および脱着工程を含むサイクルが行われ、
サイクルは１８０°位相遅れに調整され、それにより酸
素の実質的連続供給がもたらされる。

【００１３】本発明の別の態様によれば、オゾンで物質
を処理する装置は、圧縮原料空気から酸素を生成させる
ＰＳＡプラントを含んで成り、ＰＳＡプラントは、酸素
と比較して、優先的に窒素および二酸化炭素を吸着する
吸着剤物質床を含む圧力容器、酸素を圧力容器からオゾ
ン発生器に送って、オゾン化した酸素を生成させる手
段、優先的にオゾンを吸着する後の吸着剤物質床を含む
圧力容器にオゾン化した酸素を戻し、残留する酸素を圧
縮原料空気とともに、酸素と比較して、優先的に窒素お
よび二酸化炭素を吸着する前記吸着剤物質床に通す手
段、および圧力容器を脱着させて、窒素−オゾンガス混
合物を圧力容器から処理する物質に送る手段を含む。

【００１４】ここで、オゾンで物質を処理する装置の略
工程系統図である添付線図の図面を参照しながら、実施
例によって本発明の態様を説明する。

【００１５】図示するように、装置は酸素富有ガスを生
成させる酸素ＰＳＡプラント２およびオゾン発生器４を
含んで成る。ＰＳＡプラント２は、二つの実質的に同一
の圧力容器６，８を含む二床のＰＳＡプラントであっ
て、各圧力容器６，８は、明らかなようにオゾンの吸着
用には、たとえば、シリカゲルの第一吸着剤床１０，１
０′および酸素と比較して、優先的に窒素および二酸化
炭素を吸着する第二吸着剤床１２，１２′を含有してい
る。

【００１６】技術的に周知のように、各床１２，１２′
では操作中、吸着工程、平衡工程および再生工程を含む
サイクルを行い、二つの圧力容器６，８のサイクルは１
８０°の位相遅れに調整されて、連続的な酸素富有生成
ガスをもたらす。各圧力容器６，８は弁３０，３０′に
よって制御される管路２８，２８′を有している。管路
２８，２８′は弁３４によって制御される管路３２によ
り炭素モレキュラーシーブ床を含む緩衝容器１４と連通
している。

【００１７】弁４７によって制御される管路３５は、一
端が容器１４の内部と通じ、他端が外界大気と通じてい
る。

【００１８】容器１４とオゾン発生器４との間にさら
に、弁３６が配設されている。

【００１９】各圧力容器６，８に付随して、乾燥剤、た
とえばアルミナを含む容器１６，１６′がある。

【００２０】圧縮機２０は管路２２および弁２４を経て
容器１６に接続され、また管路２２′および弁２４′を
経て容器１６′に接続される。各容器１６，１６′はそ
れぞれ管路２６，２６′を経て関連圧力容器６，８に接
続される。各容器１６，１６′の間に延びる管路４０が
あり、その中に弁４２，４２′が配設され、管路４０は
オゾン接触容器（図示せず）に通じる管路４４と接続し
ている。

【００２１】オゾン発生器４は管路３７および弁３９に
よって圧力容器６に、また管路３７および弁３９′によ
り圧力容器８に接続されている。緩衝容器３８は管路３
７と連通している。

【００２２】使用中で、圧力容器６内の吸着剤床１２が
吸着工程にあるとすると、圧縮機２０は、原料空気を圧
縮して、加圧原料空気を管路２２および開口弁２４を経
て容器１６に供給し、そこで乾燥させ、乾燥原料空気は
圧力容器６に入る。吸着剤物質床１２は、選択的に窒素
および二酸化炭素を吸着し、酸素富有生成ガスは、管路
２８および開口弁３０を経て圧力容器６を出る。酸素富
有生成ガスは管路２８、弁３０を経て管路３２、開口弁
３４からさらに炭素モレキュラーシーブを満たした緩衝
容器１４に入る。酸素は炭素モレキュラーシーブによっ
て大部分吸着され、炭素モレキュラーシーブ間の間隙空
間はアルゴン富有ガスで満たされる。酸素は緩衝容器１
４か開口弁３６を経てオゾン発生器に入る。

【００２３】オゾン発生器では、それ自体公知のように
無声放電によってオゾンが生成する。オゾン化した酸素
は、次に管路３７を経て第二の緩衝容器３８に入る。オ
ゾン化した酸素はさらに、緩衝容器３８から開口弁３
９′を通り、床１２′が再生された時および圧力容器６
の床１２との平衡工程後のサイクル時点に圧力容器８に
入る。圧力平衡は、原料空気がもはや圧力容器６に入ら
ないように弁２４を閉じ、かつ加圧ガスが管路２８を経
て圧力容器６を出て、弁３０，３０′を経て、管路２
８′から、さらに圧力容器８に入るように弁３０，３
０′を開くことによって行われる。

【００２４】オゾン化した酸素中の酸素は、圧力容器８
に入ると、吸着剤１０′を通過して床１２′に移行し、
一方、オゾンは床１０′に吸着される。そのとき、原料
空気を開口弁２４′を経て、容器１６′および管路２
６′に方向転換させると、圧力容器８内に含まれる床１
２′は直ちに吸着工程の状態になる。

【００２５】圧力容器８内の床１２′が再生工程に達す
ると、オゾンを床１０′から脱着させるとともに、窒素
富有ガスを床１２′から脱着させて、窒素−オゾン混合
物を容器１６′から弁４２′および管路４０，４４を経
て、たとえばそれ自体公知のように廃水処理用のオゾン
接触容器の方に送る。

【００２６】炭素モレキュラーシーブを満たした緩衝容
器１４は系内のアルゴンの増大を調整させる手段として
働き、オゾン発生器４に適当な生成物の圧縮力を保つた
めに時々弁４７から少量のガスを放出する。

【００２７】乾燥剤を含む容器１６，１６′は、それぞ
れの圧力容器６，８と離間しているように図示されてい
るけれども、容器１６，１６′は圧力容器６，８の内部
に収容することもできよう。

【００２８】ところで、「窒素−オゾン流」中に含まれ
るオゾンの濃度は約０．２容量％である。これはオゾン
の危害および解離を低減させる多くの場合に有利であ
る。オゾンを水素で使用しようとする場合には、窒素と
の溶解度比が酸素との場合の２倍もあるのでオゾンは塔
内で混合物から容易に分離することができる。

【００２９】前記の態様では、オゾン／酸素混合物は乾
燥していて、容器１６，１６′内に含まれるアルミナ層
に移行しない。しかし、もしも扱いやすくするために、
容器１６，１６′をシリカゲル層を含むように作るなら
ば、酸素／オゾン混合物の乾燥度は、オゾンのほとんど
が、シリカゲルに捕捉されたままであることを確実にす
るであろう。

【００３０】変更態様では、オゾンを、容器１６，１
６′の乾燥剤層を通さずに、床１０，１０′から脱着さ
せることができよう。しかし、窒素の一部は乾燥剤を再
生させるのに必要と思われる。この場合には、活性化オ
ゾンデストラクターを排気管路に置くことになろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するための好ましい態様の装
置の概略図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・ロバート・コーツ イギリス国サリー，ファーナム，ウェイボ ーン・ロード 42

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＰＳＡプラント（２）の容器（６，８）
   形成部分に位置する酸素と比較して、優先的に窒素およ
   び二酸化炭素を吸着する最初の吸着剤物質床（１２，１
   ２′）に原料空気を通し、そして分離した酸素富有ガス
   をオゾン発生器（４）に通して、オゾン化した酸素を生
   成させ、酸素と比較して、優先的にオゾンを吸着する追
   加の吸着剤物質床（１０，１０′）にそのオゾン化した
   酸素を通し、窒素が最初の吸着剤物質床（１２，１
   ２′）から脱着されるときに、該窒素で追加の吸着剤物
   質床（１０，１０′）からオゾンを脱着させ、さらにオ
   ゾン−窒素ガス混合物を処理する物質に通すことを含ん
   で成るオゾンで物質を処理する方法において、追加の床
   （１０，１０′）も容器（６，８）内に位置し、かつオ
   ゾンが追加の床（１０，１０′）に吸着された後に残る
   酸素富有ガスを直ちに原料空気とともに最初の床（１
   ２，１２′）に通すことを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 原料空気を容器（６，８）に通す前に、
   乾燥剤層（１６，１６′）に通すことを特徴とする請求
   項１の方法。
3. 【請求項３】 少なくとも若干のオゾン−窒素ガス混合
   物を処理する物質に通す前に乾燥剤層（１６，１６′）
   に通すことを特徴とする請求項１または２の方法。
4. 【請求項４】 圧力スィング吸着プラント（２）が、そ
   れぞれ最初の床（１２，１２′）および追加の床（１
   ０，１０′）を含む少なくとも二つの容器（６，８）を
   含んで成り、各容器（６，８）では吸着工程、平衡工程
   および脱着工程を含むサイクルが行われ、該サイクル１
   ８０°の位相遅れに調整されて、酸素の実質的連続供給
   をもたらすことを特徴とする請求項１ないし請求項３の
   いずれか１つの項の方法。
5. 【請求項５】 圧縮された原料ガスから酸素を生成させ
   るＰＳＡプラント（２）を含み、該ＰＳＡプラント
   （２）が、酸素と比較して、優先的に窒素および二酸化
   炭素を吸着する吸着剤物質床（１２，１２′）、圧力容
   器（６，８）からオゾン発生器（４）へ酸素を送ってオ
   ゾン化した酸素を生成させる手段を含むオゾンで物質を
   処理する装置において、オゾン化した酸素を、優先的に
   オゾンを吸着する追加の吸着剤物質床（１０，１０′）
   を含む圧力容器（６，８）に戻し、残留酸素を圧縮原料
   空気とともに、酸素と比較して、優先的に窒素および二
   酸化炭素を吸着する前記吸着剤物質床（１２，１２′）
   に通す手段、および圧力容器（６，８）を脱着させて、
   窒素−オゾンガス混合物を圧力容器（６，８）から処理
   する物質に移行させる手段を特徴とする装置。
6. 【請求項６】 乾燥剤を含む容器（１６，１６′）を備
   えて、圧縮原料空気が圧力容器（６，８）に入る前に該
   空気を乾燥することを特徴とする請求項５の装置。