KR100307344B1 - 고농도 오존 가스의 제조 방법 및 그 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수분이 존재하는 시스템에 있어서도 오존 흡착능이 우수한 특정 오존 흡착제를 압력 스윙 흡착 장치에 적용하여, 오존을 효율적으로 농축할 수 있는 고농도 오존 가스의 제조 방법 및 그 장치를 제공하고자 하는 것이다. 또한 오존 흡착제를 충진하는 복수의 흡착층을 구비한 압력 스윙 흡착 장치를 이용하여, 흡착 공정의 흡착층에 비교적 고압인 오존 함유 가스를 도입해서 오존을 흡착하고, 탈착 공정의 흡착층을 비교적 저압으로 하여 농축 오존 가스를 회수하는 고농도 오존 가스의 제조 방법에 있어서, 상기 오존 흡착제로서 고 실리카 펜타실 제올라이트, 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실시케이트의 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 흡착제를 이용하는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 방법 및 그 장치이다. TSA 흡착 방식을 채용하여, 오존 발생 장치로부터의 오존 함유 가스를 미리 냉각한 후에 상기 흡착 공정의 흡착층에 도입하여, 해당 흡착층으로부터 비교적 저온인 산소 농축 가스를 유출시키고, 상기 탈착 공정의 흡착층에는 비교적 고온인 퍼지 가스를 상기 흡착 공정의 가스 흐름과 역방향으로 흐르게 하여 연속적으로 농축 오존 가스를 회수하는 고농도 오존 가스의 제조 방법에 있어서, 상기 오존 흡착제로서 고 실리카 펜타실 제올라이트, 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실리케이트의 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 것을 이용하여, 상기 흡착 공정의 흡착층으로부터 유출되는 비교적 저온인 산소 농축 가스로 상기 오존 발생 장치로부터의 오존 함유 가스를 냉각시키는 것을 특징으로하는 고농도 오존 가스의 제조 방법 및 그 장치이다.
Description
본 발명은 흡착 압력과 탈착 압력에 있어서의 오존 흡착량의 차, 즉 오존 흡착능이 큰 특정 고 실리카 오존 흡착제를 충진한 복수의 흡착층을 갖는 압력 스윙 흡착 장치(PSA 장치)를 이용하는 고농도 오존 가스의 제조 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 수분이 존재하는 시스템에 있어서도 높은 오존 흡착능을 갖는 특정 오존 흡착제를 이용하여, 비교적 저온인 오존 흡착 공정과 비교적 고온인 오존 회수 공정을 전환하는 온도 스윙 흡착 방식에 의해 오존을 농축하는 고농도 오존의 제조 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
오존은 무성 방전 장치나 물 전해 장치를 이용하여 제조되지만, 이들 장치에서 얻어지는 오존 가스는 농도가 낮기 때문에, 통상은 오존 흡착 장치 등에 의해 농축하여 이용된다.
오존 농축 장치로서는, 액체 산소를 이용한 산소 리사이클 오존 발생 장치가 제안되어 있다(일본 특허 공개 공보 제 78-64690 호). 이 장치의 개략도를 도 15에 나타낸다. 이 장치에서는, 산소 원료로서 액체 산소를 이용하는 것을 특징으로 한다. 이 액체 산소(31)를 오존 발생 장치(32)에 도입하여 오존을 발생시키고, 그 오존 함유 가스를 열 교환기(33) 및 냉동기(34)로 -60℃정도 까지 냉각시킨 후, 실리카 겔을 충진한 오존 흡착탑(35)에 도입하여 오존을 흡착시키며, 해당 흡착탑(35)으로부터 유출되는 산소 함유 가스를 상기 열 교환기(33)에 도입하여 상기 오존 함유 가스를 냉각시킨 후, 오존 발생 장치(32)의 원료측에 복귀시킨다. 한편, 오존을 흡착한 흡착탑(35)을 탈착 공정으로 이행하여, 건조기(36)로 건조시킨 공기(37)를 열 교환기(38)로 가열한 후, 상기 오존 흡착탑(35)에 도입하여 가열 퍼지 탈착하여 농축 오존 가스(39)를 회수함과 동시에, 탈착된 농축 오존 가스(39)를 상기 열 교환기(38)에 도입하여 상기 건조 공기를 가열한다. 그리고, 오존을 탈착하여 재생된 흡착탑(35)을 탈착 공정으로부터 흡착 공정으로 이행한다.
실리카 겔은 상기 바와 같이 오존 흡착제로서 알려져 있지만, 오존에 비해서 수분의 흡착능이 매우 크기 때문에, 흡착제와 접촉하는 가스(피처리 가스, 퍼지 가스 등)중에 수분이 존재하면, 실리카 겔에 수분이 우선적으로 흡착되고, 일단 흡착된 수분을 탈착하는 것이 어려워져 수분이 축적되기 때문에, 소정의 오존 흡착능을 확보하는 것이 어렵다. 그 결과, 일정한 가스 처리량을 확보하기 위해서 다량의실리카 겔을 필요로 하고, 흡착 장치도 대형으로 하지 않을 수 없었다. 또한, 수분의 흡착 탈착이 반복되면, 실리카 겔은 분화(粉化)되어 흡착능을 저하시키는 우려도 있다.
그러므로, 상기 장치에서는 산소 원료로서 액체 산소를 이용하고, 또한 퍼지 가스를 미리 건조한 후에 흡착탑에 도입함에 의해, 실리카 겔을 충진하는 흡착탑에 수분이 혼입되는 것을 방지하고, 액체 산소의 저온을 활용하여 오존 흡착량을 증가시킨 것이다.
또한, 오존의 흡착량은 일반적으로 온도가 낮을수록 크지만, 특수한 냉동기를 제외하여 -60℃보다 저온으로 하는 것은 어렵고, 일반적으로 처리 가스량을 많게 하기 위해서는 다량의 흡착제를 사용해야 하므로, 장치는 대형화하지 않을 수 없고, 장치의 제조 비용 및 운전 비용을 인상시키는 요인이 되었다.
본 발명은 상기 문제를 해소하고, 수분이 존재하는 시스템에 있어서도 오존 흡착능이 우수한 특정 고 실리카 오존 흡착제를 이용하여, 이 흡착제를 압력 스윙 흡착 장치 또는 온도 스윙 흡착 장치에 적용하여 오존을 효율적으로 농축할 수 있는 고농도 오존 가스의 제조 방법 및 그 장치를 제공하고자 하는 것이다. 또한, 특정 오존 발생 장치와 상기 압력 스윙 흡착 장치 또는 온도 스윙 흡착 장치를 조합함으로써, 오존 농축 효율이 한층 더 우수한 고농도 오존 가스의 제조 방법 및 그 장치를 제공하고자 하는 것이다.
(제 1 그룹의 발명)
제 1 그룹의 발명은 다음의 구성을 채용함에 의해, 상기 과제의 해결에 성공하였다.
(1) 오존 흡착제를 충진하는 복수의 흡착층을 구비한 압력 스윙 흡착 장치를 이용하여, 흡착 공정의 흡착층에 비교적 고압인 오존 함유 가스를 도입해서 오존을 흡착하고, 탈착 공정의 흡착층을 비교적 저압으로 하여 농축 오존 가스를 회수하는 고농도 오존 가스의 제조 방법에 있어서, 상기 오존 흡착제로서 고 실리카 펜타실 제올라이트, 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실리케이트의 군으로부터 선택된 흡착제를 이용하는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 방법.
(2) 상기 고 실리카 펜타실 제올라이트로서 SiO2/Al2O3비가 70 이상, 바람직하게는 100 이상의 것, 상기 탈 알루미늄 포자사이트로서 SiO2/Al2O3비가 20 이상, 바람직하게는 50 이상의 것 및 상기 메소형 다공성 실리케이트로서 SiO2/Al2O3비가 20 이상, 바람직하게는 50 이상의 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 고농도 오존 가스의 제조 방법.
(3) 상기 흡착 공정의 흡착층을 -60℃ 내지 25℃의 온도로 유지하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고농도 오존 가스의 제조 방법.
(4) 상기 흡착 공정의 흡착 압력을 1.05atm 내지 5atm 범위로 선택하고, 상기 탈착 공정의 탈착 압력을 0.04atm 내지 0.3atm 범위로 선택하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3)중 어느 하나에 기재된 고농도 오존 가스의 제조 방법.
(5) 상기 압력 스윙 흡착 장치의 전환 시간을 1분 내지 10분 범위로 선택하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (4)중 어느 하나에 기재된 고농도 오존 가스의 제조 방법.
(6) 상기 흡착 공정의 흡착층으로부터 유출되는 고압의 산소 농축 가스의 일부를 감압 밸브로 감압되어 탈착 공정의 흡착층에 도입해서 퍼지시키는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (5)중 어느 하나에 기재된 고농도 오존 가스의 제조 방법.
(7) 상기 퍼지 조작에 있어서의 퍼지율을 1 내지 2 범위로 선택하는 것을 특징으로 하는 상기 (6)에 기재된 고농도 오존 가스의 제조 방법.
(8) 고압 사양의 물 전해 오존 발생 장치를 이용하여 오존을 발생시키고, 상기 압력 스윙 흡착 장치의 흡착 공정의 흡착층에 상기 오존 함유 가스를 도입함과 동시에, 상기 흡착 공정의 흡착층으로부터 유출되는 고압 산소 농축 가스의 일부를 상기 물 전해 오존 발생 장치의 수소극실로 복귀시켜 산소 감극을 도모하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (7)중 어느 하나에 기재된 고농도 오존 가스의 제조 방법.
(9) 고압 사양의 무성 방전 오존 발생 장치를 이용하여 오존을 발생시키고, 상기 압력 스윙 흡착 장치의 흡착 공정의 흡착층에 상기 오존 함유 가스를 도입함과 동시에, 상기 흡착 공정의 흡착층으로부터 유출되는 고압 산소 농축 가스의 일부를 상기 무성 방전 오존 발생 장치의 원료측에 복귀시키는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (7)중 어느 하나에 기재된 고농도 오존 가스의 제조 방법.
(10) 오존 발생 장치와, 오존 흡착제를 충진한 복수의 흡착층을 구비한 압력 스윙 흡착 장치로 이루어지는 고농도 오존 가스의 제조 장치에 있어서, 상기 오존 발생 장치로서 고압 사양의 물 전해 오존 발생 장치를 이용하고, 상기 오존 흡착제로서 고 실리카 펜타실 제올라이트, 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실리케이트의 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 흡착제를 이용하며, 상기 오존 발생 장치를 흡착 공정의 흡착층에 접속하는 오존 함유 가스 공급용 도관에 압축기와 전환 밸브를 설치하여, 상기 흡착층으로부터 유출되는 산소 농축 가스 순환용 도관을 전환 밸브를 거쳐서 상기 물 전해 오존 발생 장치의 수소극실에 접속하여 산소 감극을 가능하게 하고, 상기 산소 농축 가스 순환용 도관을 분기한 퍼지 가스 공급용 도관을 감압 밸브 및 전환 밸브를 거쳐서 탈착 공정에 있는 흡착층에 접속하고, 또한 오존 회수용 도관을 전환 밸브를 거쳐서 상기 탈착 공정에 있는 흡착층에 접속하여 고농도 오존 가스의 회수를 가능하게 하는, 상기 모든 전환 밸브를 전환하여 상기 흡착층을 흡착 공정과 탈착 공정으로 교대로 설정하는 제어 장치를 설치한 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 장치.
(11) 오존 발생 장치와, 오존 흡착제를 충진한 복수의 흡착층을 구비한 압력 스윙 흡착 장치로 이루어지는 고농도 오존 가스의 제조 장치에 있어서, 상기 오존 발생 장치로서 고압 사양의 무성 방전 오존 발생 장치를 이용하고, 상기 오존 흡착제로서 고 실리카 펜타실 제올라이트, 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실리케이트의 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 흡착제를 이용하며, 상기 오존 발생 장치를 흡착 공정의 흡착층에 접속하는 오존 함유 가스 공급용 도관에 압축기와 전환 밸브를 설치하여, 상기 흡착층으로부터 유출되는 비교적 고압인 산소 농축 가스 순환용 도관을 전환 밸브를 거쳐서 상기 무성 방전 오존 발생 장치의 산소 원료도입용 도관에 접속하고, 상기 산소 농축 가스 순환용 도관을 분기한 퍼지 가스 공급용 도관을 감압 밸브 및 전환 밸브를 거쳐서 탈착 공정에 있는 흡착층에 접속하며, 또한 오존 회수용 도관을 전환 밸브를 거쳐서 상기 탈착 공정에 있는 흡착층에 접속하여 고농도 오존 가스의 회수를 가능하게 하는, 상기 모든 전환 밸브를 전환하여 상기 흡착층을 흡착 공정과 탈착 공정으로 교대로 설정하는 제어 장치를 설치한 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 장치.
제 1 그룹의 발명은, 상기의 구성을 채용함에 의해, 수분이 존재하는 시스템에 있어서도 오존을 효율적으로 농축할 수 있으므로, 그 결과 고농도 오존 가스의 제조 장치의 소형화를 가능하게 하고, 또한 장치의 제조 비용 및 운전 비용의 대폭적인 저감을 가능하게 하였다. 또한, 고압 사양의 무성 방전 오존 발생 장치나 고압 사양의 물 전해 오존 발생 장치의 조합에 의해, 압력 스윙 흡착 장치와의 정합성을 높일 수 있고, 또한 흡착 공정의 농축 산소 가스를 물 전해 오존 발생 장치의 수소극에 도입함에 의해 산소 감극 작용을 촉진하여, 인가 전력의 감소화를 가능하게 하였다.
(제 2 그룹의 발명)
제 2 그룹의 발명은 다음의 구성을 채용함에 의해, 상기의 과제 해결에 성공하였다.
(12) 오존 흡착제를 충진하는 흡착층을 2개 이상 이용하고, 상기 흡착층을비교적 저온인 흡착 공정으로부터 비교적 고온인 탈착 공정, 또한 상기 흡착 공정으로 복귀시키는 온도 스윙 흡착 방식을 채용하여, 오존 발생 장치로부터의 오존 함유 가스를 미리 냉각한 후에 상기 흡착 공정의 흡착층에 도입하고, 해당 흡착층으로부터 비교적 저온인 산소 농축 가스를 유출시키며, 상기 탈착 공정의 흡착층에는 비교적 고온인 퍼지 가스를 상기 흡착 공정의 가스 흐름과 역방향으로 흐르게 하여 연속적으로 농축 오존 가스를 회수하는 고농도 오존 가스의 제조 방법에 있어서, 상기 오존 흡착제로서 고 실리카 펜타실 제올라이트, 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실리케이트의 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 것을 이용하고, 상기 흡착 공정의 흡착층으로부터 유출되는 비교적 저온인 산소 농축 가스로 상기 오존 발생 장치로부터의 오존 함유 가스를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 방법.
(13) 상기 고 실리카 펜타실 제올라이트로서 SiO2/Al2O3비가 70 이상의 것, 상기 탈 알루미늄 포자사이트로서 SiO2/Al2O3비가 20 이상의 것 및 상기 메소형 다공성 실리케이트로서 SiO2/Al2O3비가 20 이상의 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 상기 (12)에 기재된 고농도 오존 가스의 제조 방법.
(14) 상기 흡착층을 3개 이상 이용하고, 상기 흡착층을 비교적 저온인 흡착 공정으로부터 비교적 고온인 탈착 공정, 또한 냉각 공정을 거쳐서 상기 흡착 공정으로 복귀시키는 온도 스윙 흡착 방식을 채용하며, 상기 흡착 공정으로부터 유출되는 비교적 저온인 산소 농축 가스의 일부를 상기 냉각 공정의 흡착층에 도입하여냉각하는 것을 특징으로 하는 상기 (12) 또는 (13)에 기재된 고농도 오존 가스의 제조 방법.
(15) 상기 흡착 공정의 흡착층으로부터 유출되는 비교적 저온인 산소 농축 가스의 일부를 퍼지 온도까지 가열하고, 상기 탈착 공정의 흡착층에 상기 흡착 공정의 가스 흐름과는 역방향으로 흐르게 하여 오존을 가열 퍼지 탈착하는 것을 특징으로 하는 상기 (12) 내지 (14)중 어느 하나에 기재된 고농도 오존 가스의 제조 방법.
(16) 상기 고농도 오존 가스의 사용 목적에 적절한 퍼지 가스를 퍼지 온도까지 가열하고, 상기 탈착 공정의 흡착층에 상기 흡착 공정의 가스 흐름과는 역방향으로 흐르게 하여 오존을 가열 퍼지 탈착하는 것을 특징으로 하는 상기 (12) 내지 (15)중 어느 하나에 기재된 고농도 오존 가스의 제조 방법.
(17) 상기 퍼지 조작에 있어서의 퍼지율을 1 내지 2 범위로 선택하는 것을 특징으로 하는 상기 (12) 내지 (16)중 어느 하나에 기재된 고농도 오존 가스의 제조 방법.
(18) 상기 흡착 공정의 흡착 온도를 -100℃ 내지 -30℃ 범위, 바람직하게는 -60℃ 내지 -30℃ 범위로 선택하고, 상기 탈착 공정의 탈착 온도를 0℃ 내지 50℃ 범위로 선택하는 것을 특징으로 하는 상기 (12) 내지 (17)중 어느 하나에 기재된 고농도 오존 가스의 제조 방법.
(19) 상기 흡착 공정의 흡착 압력을 1atm 내지 4atm 범위로 선택하는 것을 특징으로 하는 상기 (12) 내지 (18)중 어느 하나에 기재된 고농도 오존 가스의 제조 방법.
(20) 상기 온도 스윙 흡착 방식의 전환 시간을 10분 내지 60분 범위로 선택하는 것을 특징으로 하는 상기 (12) 내지 (19)중 어느 하나에 기재된 고농도 오존 가스의 제조 방법.
(21) 상기 오존 발생 장치로서 물 전해 오존 발생 장치를 이용하고, 상기 흡착 공정의 흡착층으로부터 유출되는 산소 농축 가스의 일부를 상기 물 전해 오존 발생 장치의 수소극실로 복귀시켜 산소 감극을 도모하는 것을 특징으로 하는 상기 (12) 내지 (20)중 어느 하나에 기재된 고농도 오존 가스의 제조 방법.
(22) 상기 오존 발생 장치로서 무성 방전 오존 발생 장치를 이용하고, 상기 흡착 공정의 흡착층으로부터 유출되는 산소 농축 가스의 일부를 상기 무성 방전 오존 발생 장치의 산소 원료측에 복귀시키는 것을 특징으로 하는 상기 (12) 내지 (20)중 어느 하나에 기재된 고농도 오존 가스의 제조 방법.
(23) 오존 발생 장치와, 오존 흡착제를 충진한 복수의 흡착층을 구비한 온도 스윙 흡착 장치로 이루어지는 고농도 오존 가스 제조 장치에 있어서, 상기 오존 발생 장치로서 물 전해 오존 발생 장치를 이용하고, 상기 오존 흡착제로서 고 실리카 펜타실 제올라이트, 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실리케이트의 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 것을 이용하며, 상기 오존 발생 장치를 흡착 공정의 흡착층에 접속하는 오존 함유 가스 공급용 도관에 열 교환기, 냉각기 및 전환 밸브를 설치하고, 상기 흡착층으로부터 유출되는 비교적 저온인 산소 농축 가스 순환용 도관을 전환 밸브를 거쳐서 상기 열 교환기에 접속하며, 상기 열 교환기에있어서 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스로 상기 오존 함유 가스를 냉각시키고, 상기 열 교환기의 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스의 출구측을 도관에 의해 상기 물 전해 오존 발생 장치의 수소극실에 접속하며, 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스를 상기 수소극실에 공급하여 산소 감극 작용을 촉진하고, 또한 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스 순환용 도관으로부터 퍼지 가스 공급용 도관을 분기하여 탈착 공정의 흡착층에 접속하며, 상기 퍼지 가스 공급용 도관에 히터와 전환 밸브를 설치하여 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스를 가열 퍼지 가스로서 상기 흡착층에 공급가능하게 하고, 상기 탈착 공정의 흡착층의 다른쪽 단부를 전환 밸브를 거쳐서 고농도 오존 가스 회수용 도관에 접속하며, 상기 모든 전환 밸브를 동시에 전환하여 흡착층을 흡착 공정과 탈착 공정 사이에서 교대로 사용가능하게 한 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스 제조 장치.
(24) 오존 발생 장치와, 오존 흡착제를 충진한 3개 이상의 흡착층을 구비한 메리고라운드(merry-go-round)형 온도 스윙 흡착 장치로 이루어지는 고농도 오존 가스 제조 장치에 있어서, 상기 오존 발생 장치로서 물 전해 오존 발생 장치를 이용하고, 상기 오존 흡착제로서 고 실리카 펜타실 제올라이트, 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실리케이트의 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 것을 이용하며, 흡착 공정에 있는 흡착층의 전후에는 상기 오존 발생 장치로부터의 오존 함유 가스를 공급하기 위한 도관과, 산소 농축 가스의 순환용 도관을 접속가능하게 하고, 탈착 공정에 있는 흡착층의 전후에는 가열 퍼지 가스 공급용 도관과, 고농도 오존 가스의 회수용 도관을 접속가능하게 하며, 냉각 공정에 있는 흡착층의전후에는 상기 산소 농축 가스의 순환용 도관을 분기한 냉각 가스 공급용 도관과, 상기 냉각 가스 회수용 도관을 접속가능하게 하며, 상기 흡착층으로 이루어지는 메리고라운드를 회전시킴에 의해 상기 흡착 공정, 탈착 공정 및 냉각 공정을 순차적으로 이행가능하게 하고, 상기 오존 함유 가스 공급용 도관에는 열 교환기 및 냉각기를 부착 설치하고, 상기 산소 농축 가스의 순환용 도관을 상기 열 교환기에 접속하며, 상기 흡착 공정의 흡착층으로부터 유출되는 비교적 저온인 산소 농축 가스로 오존 함유 가스를 냉각하고, 또한 상기 냉각기에 의해 흡착 온도까지 냉각가능하게 하며, 상기 열 교환기의 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스의 출구측을 도관에 의해 상기 물 전해 오존 발생 장치의 수소극실에 접속하며, 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스를 상기 수소극실에 공급하여 산소 감극 작용을 촉진하는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스 제조 방법.
(25) 오존 발생 장치와, 오존 흡착제를 충진한 복수의 흡착층을 구비한 온도 스윙 흡착 장치로 이루어지는 고농도 오존 가스 제조 장치에 있어서, 상기 오존 발생 장치로서 무성 방전 오존 발생 장치를 이용하고, 상기 오존 흡착제로서 고 실리카 펜타실 제올라이트, 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실리케이트의 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 것을 이용하며, 상기 오존 발생 장치를 흡착 공정의 흡착층에 접속하는 오존 함유 가스 공급용 도관에 열 교환기, 냉각기 및 전환 밸브를 설치하고, 상기 흡착층으로부터 유출되는 비교적 저온인 산소 농축 가스 순환용 도관을 전환 밸브를 거쳐서 상기 열 교환기에 접속하며, 상기 열 교환기에 있어서 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스로 상기 오존 함유 가스를 예비 냉각하고, 상기 열 교환기의 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스의 출구측을 도관에 의해 상기 무성 방전 오존 발생 장치의 산소 원료 공급측에 접속하여 산소 농축 가스를 재이용가능하게 하고, 또한 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스 순환용 도관으로부터 퍼지 가스 공급용 도관을 분기하여 탈착 공정의 흡착층에 접속하고, 상기 퍼지 가스 공급용 도관에 히터와 전환 밸브를 설치하여 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스를 가열 퍼지 가스로서 상기 흡착층에 공급가능하게 하며, 상기 탈착 공정의 흡착층의 다른쪽 단부를 전환 밸브를 거쳐서 고농도 오존 가스 회수용 도관에 접속하며, 상기 모든 전환 밸브를 동시에 전환하여 흡착층을 흡착 공정과 탈착 공정 사이에서 교대로 사용가능하게 한 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스 제조 장치.
(26) 오존 발생 장치와, 오존 흡착제를 충진한 3개 이상의 흡착층을 구비한 메리고라운드형 온도 스윙 흡착 장치로 이루어지는 고농도 오존 가스 제조 장치에 있어서, 상기 오존 발생 장치로서 무성 방전 오존 발생 장치를 이용하고, 상기 오존 흡착제로서 고 실리카 펜타실 제올라이트, 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실리케이트의 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 것을 이용하며, 흡착 공정에 있는 흡착층의 전후에는 상기 오존 발생 장치로부터의 오존 함유 가스를 공급하기 위한 도관과, 산소 농축 가스의 순환용 도관을 접속가능하게 하고, 탈착 공정에 있는 흡착층의 전후에는 가열 퍼지 가스 공급용 도관과, 고농도 오존 가스의 회수용 도관을 접속가능하게 하며, 냉각 공정에 있는 흡착층의 전후에는 상기 산소 농축 가스의 순환용 도관을 분기한 냉각 가스 공급용 도관과, 상기 냉각 가스회수용 도관을 접속가능하게 하며, 상기 흡착층으로 이루어지는 메리고라운드를 회전시킴에 의해 상기 흡착 공정, 탈착 공정 및 냉각 공정을 순차적으로 이행가능하게 하고, 상기 오존 함유 가스 공급용 도관에는 열 교환기 및 냉각기를 부착 설치하고, 상기 산소 농축 가스의 순환용 도관을 상기 열 교환기에 접속하며, 상기 흡착 공정의 흡착층으로부터 유출되는 비교적 저온인 산소 농축 가스로 오존 함유 가스를 에열 냉각하고, 또한 상기 냉각기로 흡착 온도까지 냉각가능하게 하며, 상기 열 교환기의 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스의 출구측을 도관으로 상기 무성 방전 오존 발생 장치의 산소 원료 공급측에 접속하여 산소 농축 가스를 재이용가능하게 한 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스 제조 장치.
제 2 그룹의 발명은, 상기의 구성을 채용함에 의해, 수분이 존재하는 시스템에 있어서도 오존을 효율적으로 농축할 수 있으므로, 그 결과 고농도 오존 가스의 제조 장치의 소형화를 가능하게 하고, 또한 장치의 제조 비용 및 운전 비용의 대폭적인 감소를 가능하게 하였다. 또한, 흡착 공정으로부터 유출되는 농축 산소 가스를 물 전해 오존 발생 장치의 수소극에 도입함에 의해 산소 감극 작용을 촉진하여, 인가 전력의 감소화를 가능하게 하였다. 또한, 흡착 공정으로부터 유출되는 농축 산소 가스를 무성 방전 오존 발생 장치의 산소 원료측으로 복귀시킴으로써 농축 산소의 유효 이용이 가능하게 되었다.
도 1은 제 1 그룹의 발명의 고농도 오존 제조 장치의 개념도로서, 물 전해 오존 발생 장치와 오존 농축 압력 스윙 흡착 장치를 조합한 도면,
도 2는 제 1 그룹의 발명의 또 다른 1개의 고농도 오존 제조 장치의 개념도로서, 무성 방전 오존 발생 장치와 오존 농축용 압력 스윙 흡착 장치를 조합한 도면,
도 3은 메소형 다공성 실리케이트와, 탈 알루미늄 포자사이트와, 실리카 겔을 도 1의 장치의 흡착탑에 충진하여 오존 농축율을 비교한 그래프,
도 4는 메소형 다공성 실리케이트를 도 1의 장치의 흡착탑에 충진하고, 사이클 타임을 변화시켰을 때의 오존 함유 가스의 처리량을 나타낸 그래프,
도 5는 메소형 다공성 실리케이트를 도 1의 장치의 흡착탑에 충진하고, 탈착 압력을 변화시켰을 때의 오존 농축율을 나타낸 그래프,
도 6은 메소형 다공성 실리케이트를 도 1의 장치의 흡착탑에 충진하고, 흡착 압력을 변화시켰을 때의 오존 농축율을 나타낸 그래프,
도 7은 메소형 다공성 실리케이트를 도 1의 장치의 흡착탑에 충진하고, 퍼지율을 변화시켰을 때의 오존 농축율을 나타낸 그래프,
도 8은 제 2 그룹의 발명의 고농도 오존 제조 장치의 개념도로서, 물 전해 오존 발생 장치와 오존 농축용 온도 스윙 흡착 장치를 조합한 도면,
도 9는 제 2 그룹의 발명의 또 다른 1개의 고농도 오존 제조 장치의 개념도로서, 무성 방전 오존 발생 장치와 오존 농축용 온도 스윙 흡착 장치를 조합한 도면,
도 10은 제 2 그룹의 발명의 다른 고농도 오존 제조 장치의 개념도로서, 물 전해 오존 발생 장치와 메리고라운드형 오존 농축용 온도 스윙 흡착 장치를 조합한 도면,
도 11은 제 2 그룹의 발명의 다른 고농도 오존 제조 장치의 개념도로서, 무성 방전 오존 발생 장치와 메리고라운드형 오존 농축용 온도 스윙 흡착 장치를 조합한 도면,
도 12는 고 실리카 펜타실 제올라이트, 탈 알루미늄 포자사이트와, 메소형 다공성 실리케이트와, 실리카 겔을 도 8의 장치의 흡착탑에 충진하여 오존 농축율을 비교한 그래프,
도 13은 메소형 다공성 실리케이트를 도 8의 장치의 흡착탑에 충진하여, 사이클 타임을 변화시켰을 때의 오존 함유 가스의 처리량을 나타낸 그래프,
도 14는 메소형 다공성 실리케이트를 도 8의 장치의 흡착탑에 충진하여, 탈착 온도를 변화시켰을 때의 오존 농축율을 나타낸 그래프,
도 15는 종래의 오존 농축 장치의 개념도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 오존 발생 장치 2 : 이온 교환막
3 : 오존극실 4 : 수소극실
5 : 직류 전원 6, 7 : 흡착탑
10, 11, 13, 14, 16, 17, 20, 21 : 전환 밸브
12, 15 : 도관 19 : 감압 밸브
22 : 무성 방전 오존 발생 장치 23 : 산소 농축용 압력 스윙 흡착 장치
본 발명자 등은 고 실리카 오존 흡착제, 특히 고 실리카 펜타실 제올라이트,가장 안정적인 Y형 제올라이트(USY) 등의 탈 알루미늄 포자사이트 및 MCM-41, FSM-16, 테트라에톡시실란을 실리카 원으로 하는 저온 산성 합성 메소형 다공성 실리케이트, 저분자 규산을 실리카 원으로 하는 저온 산성 합성 메소형 다공성 실리케이트 등의 메소형 다공성 실리케이트가 수분이 존재하는 시스템에 있어서도 우수한 오존 흡착능을 갖는 것을 발견하여, 오존 농축용 압력 스윙 흡착 장치 또는 온도 스윙 흡착 장치에 이것을 적용함으로써, 고농도 오존 가스를 효율적으로 제조할 수 있어, 그 결과 고농도 오존 가스의 제조 장치의 소형화를 가능하게 하고, 또한 장치의 제조 비용 및 운전 비용의 대폭적인 저감을 가능하게 하였다.
본 발명에 사용되는 고 실리카 펜타실 제올라이트는 우수한 오존의 흡착능을 갖는 것으로, 실리카 원으로서 규산나트륨이나 분무된(fumed) 실리카를 사용하여, 유기 템플레이트로서 테트라프로필 암모늄브롬화물을 사용하여 150℃ 내지 180℃에서 열수(熱水) 합성하여 얻을 수 있다. 본 발명의 고 실리카 펜타실 제올라이트는 SiO2/Al2O3비가 70 이상의 것이 바람직하고, 100 이상의 것이 보다 바람직하다. 또한, 고 실리카 펜타실 제올라이트 자체는 공지되어 있지만, 상기 오존 흡착능을 구비하는 것은 본 발명자 등이 처음으로 발견한 것이다.
본 발명에 사용되는 탈 알루미늄 포자사이트는 수분이 존재하는 시스템에 있어서도 우수한 오존의 흡착능을 갖는 것으로, SiO2/Al2O3비가 5 정도인 Na-Y형 제올라이트를 암모니아수로 처리함에 의해, 제올라이트 골격의 Al의 대부분을 제거하여 제조할 수 있다. 본 발명의 탈 알루미늄 포자사이트는 SiO2/Al2O3비가 20 이상의것이 바람직하고, 50 이상의 것이 더 바람직하다. 또, 탈 알루미늄 포자사이트 자체는 공지되어 있지만, 상기의 오존 흡착능을 구비하는 것은 본 발명자 등이 처음으로 발견한 것이다.
본 발명에 사용되는 메소형 다공성 실리케이트는 10Å 내지 1000Å의 메소형 구멍을 갖는 실리카계의 다공질체로서, 수분이 존재하는 시스템에 있어서도 우수한 오존의 흡착능을 갖는다. 본 발명의 메소형 다공성 실리케이트는 여러가지 방법으로 제조할 수 있지만, SiO2/Al2O3비가 20 이상의 것이 바람직하고, 50 이상의 것이 더 바람직하다. 또, 메소형 다공성 실리케이트 자체는 하기에 기술하는 바와 같이 공지되어 있지만, 상기 오존 흡착능을 구비하는 것은 본 발명자 등이 처음으로 발견한 것이다.
예를 들면, MCM-41은 모빌사에 의해 개발된 것으로, 실리카 원으로서 물유리, 규산나트륨, 유기 템플레이트로서 카티온계 계면 활성제(탄소수 8 이상)를 이용하고, 온도 140℃, pH 13.5에서 열수 합성하여 얻어지는 비 표면적 1600㎡/g 정도, SiO2/Al2O3비가 1000 정도인 메소형 다공성 실리케이트이다.
또한, FMS-16은 구로다, 이네다 등에 의해 개발된 카네마이트에 카티온계 계면 활성제를 사이에 끼워 얻어지는 SiO2/Al2O3비가 1000 정도인 메소형 다공성 실리케이트로서, MCM-41와 유사한 구조를 갖는다.
저온 메소형 다공성 실리케이트①는 스턱키(Stucky) 등에 의해 제창된 방법에 의해 얻어지는 것으로, 실리카 원으로서 테트라에톡시실란(TEOS)을 유기 템플레이트로서 카티온계 계면 활성제를 이용하여 실온에서 pH 1 이하로 합성하는 것이다. 또한, 저온 메소형 다공성 실리케이트②는 본 발명자 등이 개발한 방법에 의해 얻어지는 것으로, 실리카 원으로서 축중합한 실리카를 포함하지 않는 규산을 유기 템플레이트로서 카티온계 계면 활성제를 이용하여 실온에서 pH 1 이하로 합성하는 것이다. 이들 저온 메소형 다공성 실리케이트는 제조 조건 등에 의해, SiO2/Al2O3비가 10인 것으로부터 성분상에 있어서 실질적으로 SiO2만 있는 것까지 얻을 수 있다.
(제 1 그룹의 발명)
제 1 그룹의 발명은 무성 방전 장치나 물 전해 장치 등의 오존 발생 장치에 의해 오존 함유 가스를 제조하고, 특정 고 실리카 오존 흡착제를 충진한 복수의 흡착층을 이용하여, 흡착 공정의 흡착층에 상기 오존 함유 가스를 비교적 고압으로 공급하여 오존을 흡착하는 반면, 탈착 공정의 흡착층을 비교적 저압으로 하여 오존을 탈착하고, 필요에 따라 탈착 공정에서 퍼지 가스를 공급하며, 상기 흡착층을 비교적 고압의 흡착 공정과 비교적 저압의 탈착 공정 사이에서 단 시간에 교대로 전환하는 압력 스윙 흡착 방식을 채용함으로써 오존을 농축하는 고농도 오존 가스의 제조 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
제 1 그룹의 발명에서는 오존 발생 장치로서 고압 사양의 무성 방전 장치를 이용하여, 오존 농축용 압력 스윙 흡착 장치의 흡착 공정으로부터 유출되는 고압 산소 농축 가스를, 상기 무성 방전 장치의 원료측에 복귀시켜 산소 원료로서 이용함으로써, 상기 무성 방전 오존 발생 장치로부터 유출되는 오존 함유 가스를 고압으로 회수할 수 있어, 압력 스윙 흡착 장치로의 공급용 압축기의 부담을 경감할 수 있다. 또, 상기 무성 방전 오존 발생 장치에 공급하는 산소 원료 가스로서, 산소 농축용의 압력 스윙 흡착 장치 등에 의해 제조한 고압 산소 농축 가스를 이용하는 것은 장치 전체의 효율화 및 고성능화에 유효하다.
또한, 오존 발생 장치로서 고압 사양의 물 전해 장치를 이용하고, 오존 농축용 압력 스윙 흡착 장치의 흡착 공정으로부터 유출되는 산소 농축 가스의 일부를 상기 물 전해 장치의 수소극실로 복귀시켜 수소와 반응시키고, 산소 감극 작용에 의해 물 전해 장치의 인가 전력을 저감시킬 수 있다고 하는 이점이 있다.
오존 농축용 압력 스윙 흡착 장치의 탈착 공정으로 이행된 흡착탑은, 예를 들면 감압 펌프 등을 이용하여 상대적으로 낮은 탈착 압력으로 하여 오존 농축 가스를 회수하지만, 흡착 공정으로부터 유출되는 고압 산소 농축 가스의 일부를 감압 밸브를 거쳐서 탈착 공정의 흡착층에 도입하여 퍼지함으로써 탈착을 촉진하는 것도 가능하다. 그 때, 필요에 따라 감압 밸브의 하류측에 열 교환기나 가열기를 부착 설치하여 상기 산소 농축 가스를 퍼지에 적절한 온도까지 가열하더라도 좋다.
도 1은 고압 사양의 물 전해 오존 발생 장치(1)와 2탑식의 오존 농축용 압력 스윙 흡착 장치를 조합한 고농도 오존 제조 장치의 개념도이다. 흡착탑(6) 및 흡착탑(7)에는 상기 고 실리카 펜타실 제올라이트, 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실리케이트의 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 오존 흡착제가 충진되어 있다. 상기 물 전해 오존 발생 장치(1)는 PbO2등의 오존극실(3)과, Pt 등의 수소극실(4)에 이온 교환막(2)을 사이에 끼운 구조로 되어 있고, 직류 전원(5)을 접속시킴으로써 전자를 공급하여, 오존극실(3)에서 오존을 발생시키고, 수소극실(4)에서는 수소가 발생시킨다.
도 1은 전환 밸브(10, 13, 17, 21)를 개방하고, 전환 밸브(11, 14, 16, 20)를 폐쇄함에 의해, 흡착탑(6)을 흡착 공정으로, 흡착탑(7)을 탈착 공정에 유지한 상태를 나타낸 것으로, 전환 밸브의 개폐를 반대로 함으로써 상기 공정을 흡착으로부터 탈착으로, 탈착으로부터 흡착으로 전환할 수 있다. 오존 발생 장치(1)로부터의 오존 함유 가스는 도관(8)에 설치된 압축기(9)에 의해 흡착 압력까지 가압되어 흡착 공정의 흡착탑(6)으로 공급되어 오존을 오존 흡착제에 흡착시키고, 흡착탑(6)으로부터 유출되는 산소 농축 가스는 도관(12)에 의해 물 전해 오존 발생 장치(1)의 수소극실(4)에 공급되며, 산소 감극 작용에 의해 오존 발생 장치의 소비 전력을 저감한다. 또, 고압 사양의 물 전해 오존 발생 장치를 이용하면, 압력 스윙 흡착 장치로의 오존 함유 가스 공급용 압축기의 부하를 저감할 수 있기 때문에, 장치 전체의 효율화 및 고성능화를 도모할 수 있다.
한편, 오존 회수계는 탈착 압력으로 유지되어 있고, 도관(15)의 전환 밸브(17)를 개방함에 의해 탈착 공정의 흡착탑(7)으로부터 감압 탈착에 의해 오존을 회수한다. 또, 흡착 공정의 흡착탑(6)으로부터 유출되는 고압 산소 농축 가스의 일부는, 도관(12)으로부터 분기된 퍼지 가스 공급용 도관(18)에 설치된 감압 밸브(19)에 의해 탈착 압력까지 감압되어, 탈착 공정의 흡착탑(7)으로 공급되어 백 워시(back wash) 퍼지함에 의해 탈착을 촉진할 수도 있다. 퍼지 가스를 다량으로 사용하면 그 만큼 오존 농도가 저하된다. 바람직한 퍼지율은 1 내지 2 범위, 보다 바람직한 퍼지율은 1.2 내지 1.5 범위이다(도 7참조).
도 2는 도 1의 고농도 오존 제조 장치에 있어서, 고압 사양의 물 전해 오존 발생 장치 대신에 고압 사양의 무성 방전 오존 발생 장치(22)를 채용한 고농도 오존 제조 장치의 개념도로서, 압력 스윙 흡착 장치의 구조는 도 1의 장치와 동일하므로, 장치의 부호를 일치시켰다. 또, 도 2에는 무성 방전 오존 발생 장치(22)의 전단에 산소 농축용 압력 스윙 흡착 장치(23)를 부착 설치하도록 기재하였다. 이 산소 농축용 압력 스윙 흡착 장치(23)는 필수적이지는 않지만, 장치 전체의 효율화 및 고성능화를 도모하는 데에 있어서 유효하다.
오존 농축용 압력 스윙 흡착 장치의 흡착 사이클은 도 1의 경우와 동일하지만, 흡착 공정의 흡착탑(6)으로부터 유출되는 고압 산소 농축 가스의 일부는, 필요에 따라 도관(12)을 거쳐서 무성 방전 오존 발생 장치(22)의 산소 원료 공급용 도관에 복귀시켜 산소 농축 가스의 유효 이용을 도모할 수 있다. 또한, 고압 사양의 무성 방전 오존 발생 장치를 이용하면, 압력 스윙 흡착 장치로 오존 함유 가스 공급하는 압축기(9)의 부담을 감소시킬 수 있기 때문에, 장치 전체의 효율화 및 고성능화를 도모하는 데에 있어서 유효하다.
(제 2 그룹의 발명)
제 2 그룹의 발명은 오존 흡착제를 충진하는 흡착층을 2개 이상 이용하고,흡착층을 비교적 저온인 흡착 공정으로부터 비교적 고온인 탈착 공정, 또한 흡착 공정으로 복귀시키는 온도 스윙 흡착 방식을 채용하며, 오존 발생 장치로부터의 오존 함유 가스를 미리 냉각시킨 후에 흡착 공정의 흡착층에 도입하고, 해당 흡착층으로부터 비교적 저온인 산소 농축 가스를 유출시키며, 탈착 공정의 흡착층에는 비교적 고온인 퍼지 가스를 흡착 공정의 가스 흐름과 역방향으로 흐르게 하여 연속적으로 농축 오존 가스를 회수하는 고농도 오존 가스의 제조 방법에 있어서, 상기 오존 흡착제로서 수분이 존재하는 시스템에 있어서도 오존 흡착능이 우수한 특정 고 실리카 오존 흡착제를 이용하는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 방법 및 그 장치이다.
제 2 그룹의 발명에 있어서는, 오존 농축용 온도 스윙 흡착 장치의 흡착 공정으로부터 유출되는 비교적 저온인 산소 농축 가스에 의해 오존 발생 장치로부터의 오존 함유 가스를 냉각하여 냉각 에너지를 효율적으로 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 오존 발생 장치로서 물 전해 오존 발생 장치를 이용할 때에는, 오존 농축용 온도 스윙 흡착 장치의 흡착 공정으로부터 유출되는 산소 농축 가스의 일부를 물 전해 오존 발생 장치의 수소극실로 복귀시킴으로써, 물 전해 장치의 산소 감극 작용에 의해 인가 전력을 저감시키는 것이 바람직하다.
또한, 오존 발생 장치로서 무성 방전 오존 발생 장치를 이용하고, 오존 농축용 온도 스윙 흡착 장치의 흡착 공정으로부터 유출되는 비교적 저온인 산소 농축 가스를, 무성 방전 오존 발생 장치의 산소 원료측에 복귀시켜, 산소의 유효 이용을도모하는 것이 바람직하다.
도 8은 물 전해 오존 발생 장치(101)와 2탑식의 오존 농축용 온도 스윙 흡착 장치를 조합한 고농도 오존 제조 장치의 개념도이다. 흡착탑(108, 109)에는 상기 고 실리카 펜타실 제올라이트, 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실리케이트의 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 오존 흡착제가 충진되어 있다. 또, 오존 흡착제는 허니콤 형상 등으로 성형하여 사용할 수도 있다. 상기 물 전해 오존 발생 장치(101)는 PbO2등의 오존극실(103) 및 Pt 등의 수소극실(104)에 의해 이온 교환막(102)을 사이에 끼운 구조로 되어 있고, 직류 전원(105)을 접속함에 의해 전자를 공급하여, 오존극실(103)에서 오존을 발생시키고, 수소극실(104)에서는 수소를 발생시킨다.
도 8의 장치에서는, 전환 밸브(113, 116, 122, 125)를 개방하고 전환 밸브(114, 117, 121, 124)를 폐쇄함에 의해, 도 1과 같이 흡착탑(108)을 흡착 공정으로, 흡착탑(109)을 탈착 공정으로 세트하고, 상기 공정을 종료한 후에는 상기 전환 밸브를 반대로 개폐하여 흡착탑(108)을 흡착 공정으로부터 탈착 공정으로, 흡착탑(109)을 탈착 공정으로부터 흡착 공정으로 이행시킨다. 물 전해 오존 발생 장치(101)의 오존극실(103)과 흡착탑(108)을 접속하는 오존 함유 가스 공급용 도관(110)에는 열 교환기(112) 및 냉각기(111)를 설치하고, 오존 함유 가스를 흡착 온도까지 냉각시킨 후, 흡착 공정의 흡착탑(108)에 공급하여 오존을 흡착시키고, 흡착탑(108)으로부터 유출되는 비교적 저온인 산소 농축 가스는 도관(115)을 거쳐서 열 교환기(112)에 보내어, 상기 오존 함유 가스를 예비 냉각한다. 또한, 열 교환기(112)로부터 유출되는 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스를 물 전해 오존 발생 장치(101)의 수소극실(104)에 도입하여 수소와 반응시켜, 산소 감극 작용에 의해 물 전해 오존 발생 장치(101)의 인가 전력을 감소시킨다. 또, 참조부호(106)는 물의 공급용 도관이고, 참조부호(107)는 수소극실부터의 수소 배출용 도관이다. 또한, 참조부호(105)는 직류 전원이다.
한편, 흡착탑(108)으로부터 유출되는 비교적 저온인 산소 농축 가스의 일부는 도관(118), 필요에 따라 감압 밸브(119), 또한 히터(120)를 거쳐서 탈착 공정의 흡착탑(109)에 공급하여 오존을 가열 퍼지 탈착하고, 고농도 오존 가스를 도관(123)으로부터 회수한다. 그 때의 퍼지 가스를 다량으로 이용하면, 그 만큼 오존 농도가 저하된다. 바람직한 퍼지율은 1 내지 2 범위가 적당하다. 퍼지 가스로서, 상기 산소 농축 가스 대신에, 질소, 건조 공기, 아르곤, 헬륨 등을 사용하여 시스템 밖으로부터 공급될 수도 있다.
도 9는 도 8의 고농도 오존 제조 장치에 있어서, 물 전해 오존 발생 장치 대신에 무성 방전 오존 발생 장치(126)를 채용한 고농도 오존 제조 장치의 개념도이다. 도 8의 장치와 공통되는 부분은 동일 부호를 부여하였다. 도 9에는 무성 방전 오존 발생 장치(126)의 전단에 산소 농축용의 온도 스윙 흡착 장치(127)를 부착 설치하도록 기재하였지만, 이 흡착 장치는 필수적인 것은 아니다. 그러나, 장치 전체의 정합성을 도모하기 위해서 채용하는 것이 바람직하다. 도 9의 장치에서는 산소 원료, 예를 들면 공기를 도관(128)에 의해 산소 농축용의 온도 스윙 흡착 장치(127)에 공급하여, 농축 산소 가스를 도관(129)으로부터 유출시키고, 무성 방전 오존 발생 장치(126)에 공급하도록 되어 있다. 오존 농축용 온도 스윙 흡착 장치의 흡착 사이클은 도 8과 동일하지만, 흡착 공정의 흡착탑으로부터 유출되는 산소 농축 가스의 일부는 오존 함유 가스의 예비 냉각용 열 교환기(112)를 거쳐서, 도관(130)에 의해 무성 방전 오존 발생 장치(126)의 산소 원료측에 복귀시켜 산소의 유효 이용을 도모하는 것이 바람직하다.
도 10은 물 전해 오존 발생 장치(101)와, 흡착층(131) 내지 흡착층(134)으로 이루어지는 메리고라운드형 오존 농축용 온도 스윙 흡착 장치를 조합한 고농도 오존 제조 장치의 개념도이다. 도 10의 상태에서는 흡착층(131) 및 흡착층(132)이 흡착 공정에 있고, 흡착층(133)은 탈착 공정으로, 흡착층(134)은 탈착 공정으로 계속되는 냉각 공정에 있다. 흡착층은 필요에 따라 더욱 세분화되고, 각각의 공정의 사이클 타임에 맞추어 복수의 흡착층을 사용하는 것도 가능하다. 흡착층의 메리고라운드는 화살표 방향으로 회전시킴에 의해, 전환 밸브를 사용하지 않고서 상기 공정을 순차적으로 이행시킬 수 있다. 물 전해 오존 발생 장치(101)의 오존극실(103)에서 발생한 오존 함유 가스를 도관(110)의 열 교환기(112) 및 냉각기(111)에 의해 흡착 온도까지 냉각시킨 후, 흡착 공정에 있는 흡착층(131) 및 흡착층(132)에 공급하여 오존을 흡착하고, 이들 흡착층으로부터 유출되는 비교적 저온인 산소 농축 가스는 도관(137, 138, 139, 140)을 거쳐서 상기 열 교환기(112)에, 또한 물 전해 오존 발생 장치(101)의 수소극실(104)로 공급되어 산소 감극을 도모한다.
흡착 공정의 흡착층(131) 및 흡착층(132)으로부터 유출된 비교적 저온인 산소 농축 가스의 일부는 도관(139)으로부터 분기된 도관(141)에 의해 냉각 공정의 흡착층(134)으로 공급되고, 탈착 공정을 종료한 후의 흡착층(134)을 냉각한다. 이 흡착층(134)으로부터 유출되는 산소 농축 가스를 퍼지 가스로서 사용할 때에는, 도관(142)에 히터(143)를 설치하여 탈착 온도까지 가열한 후, 탈착 공정의 흡착층(133)에 공급하여 가열 퍼지 탈착을 실행한다. 탈착용 퍼지 가스를 따로 이용할 때에는, 해당 퍼지 가스를 도관(144)으로부터 공급되어 히터(145)로 탈착 온도까지 가열된 후, 마찬가지로 흡착층(133)에 공급되어 탈착된 고농도 오존 가스는 도관(146)을 거쳐서 회수계에 보내여진다.
도 11은 도 10의 고농도 오존 제조 장치에 있어서, 물 전해 오존 발생 장치 대신에 무성 방전 오존 발생 장치(126)를 채용한 것으로, 도 10의 장치와 동일 부분은 동일 부호를 부여하였다. 도 11의 장치에서는 무성 방전 오존 발생 장치(126)의 전단에 산소 농축용의 온도 스윙 흡착 장치(127)를 배치하여, 산소 원료 예를 들면 공기를 도관(128)으로부터 산소 농축용 온도 스윙 흡착 장치(127)에 공급하여 산소를 농축하고, 도관(129)에 의해 무성 방전 오존 발생 장치(126)로 공급하는 구성으로 되어 있지만, 본 발명에서는 산소 농축용 온도 스윙 흡착 장치(127)가 필수적인 것은 아니다. 메리고라운드형 오존 농축용 온도 스윙 흡착 장치의 흡착 조작은 도 10의 장치와 동일하다. 흡착 공정의 흡착층(131) 및 흡착층(132)으로부터 유출되는 비교적 저온인 산소 농축 가스는, 도 10의 장치와 같이 열 교환기(112)에서 오존 함유 가스를 예비 냉각 한 후, 도관(130)을 거쳐서 무성방전 오존 발생 장치(126)의 산소 원료측으로 복귀시켜 농축 산소 가스를 효율적으로 이용한다.
(실시예 1)
도 1의 고농도 오존 가스 제조 장치의 흡착탑에, 본 발명의 오존 흡착제인 고 실리카 펜타실 제올라이트, 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실리케이트와, 종래의 오존 흡착제인 실리카 겔을 충진하고, 오존 농축율을 측정하여 오존 흡착능을 비교하였다. 여기서는 SiO2/Al2O3비가 100인 고 실리카 펜타실 제올라이트, SiO2/Al2O3비가 70인 탈 알루미늄 포자사이트, SiO2/Al2O3비가 1000인 메소형 다공성 실리케이트 및 시판의 실리카 겔을 이용하여, 흡착탑에 각각 5㎏씩 충진하였다.
그리고, 물 전해 오존 발생 장치에서는, 10vol%의 O3와, 87vol%의 O2와, 3vol%의 H2O로 이루어지는 오존 가스(오존 농도 10%)를 발생시켜, 압축기로 1.1atm으로 가압하고, 15㎥N/h의 가스 유량으로 흡착 공정의 흡착탑에 공급하여 오존을 흡착시켰다. 한편, 탈착 공정의 흡착탑은 감압 펌프에 의해 0.1atm으로 감압하고, 퍼지는 실행하지 않고서 오존을 탈착 회수하였다. 흡착 온도를 -60℃, -30℃ 및 25℃ 3개의 케이스로 설정하여 오존의 농축 실험을 실행하였다. 또, 탈착 공정에서는 흡착탑의 온도를 특별히 제어하지 않았다. 흡착 공정과 탈착 공정의 전환 시간, 즉 사이클 타임는 3분으로 설정하였다.
얻어진 오존 농축 가스의 오존 농도를 측정하여, 물 전해 오존 발생 장치에서 생성된 가스의 오존 농도와 비교하여 오존 농축율을 구하고, 흡착 온도와 오존 농축율을 대비시켜 도 3에 나타내었다. 이 도면으로부터 명백한 바와 같이, 실리카 겔에 비해서 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실리케이트가 대단히 큰 오존 흡착능을 나타내는 것을 알 수 있다. 또, 실리카 겔의 작은 오존 흡착능은 오존 함유 가스중의 수분이 영향을 미치고 있는 것으로 고려된다.
또한, 범용의 냉각기의 능력을 고려하면, 흡착 온도를 -60℃ 이상으로 설정하는 것이 바람직하고, 회수 오존 가스의 이용을 고려하면 흡착 온도는 실온인 25℃ 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
(실시예 2)
오존 흡착능이 가장 큰 메소형 다공성 실리케이트를 이용하여, 사이클 타임을 0.5분에서 3분까지 변화시켜 오존 함유 가스의 처리량(㎥N/h/흡착제 1ton)을 조사하였다. 이 실험은 실시예 1과 동일한 도 1의 장치를 이용하고, 흡착 온도를 -60℃와 25℃ 2개의 케이스로 설정하고, 흡착 압력은 1.05atm, 탈착 압력은 0.05atm으로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 오존의 농축 실험을 실행하였다. 그 결과는 도 4와 같았다.
물 전해 오존 발생 장치로부터의 오존 함유 가스의 오존 농도는 10vol%이었지만, 탈착 공정에서 회수한 가스의 오존 농도는 50vol%이고(오존 농축율 5), 오존의 회수율은 95%이었다. 이 도면으로부터 명백한 바와 같이, 흡착 온도가 낮고, 사이클 타임이 짧은 쪽이 처리량이 많고, 비교적 소량의 흡착제로 소정의 처리량을 확보할 수 있기 때문에 흡착탑을 소형화하는 것이 용이하지만, 큰 냉각 에너지를필요로 한다. 반면, 흡착 온도가 실온에 가까워질수록 처리량은 적어지지만, 냉각 에너지를 필요로 하지 않는다고 하는 이점이 있다. 또한, 실온에 가까워지면 사이클 타임의 영향이 작아진다.
(실시예 3)
실시예 2와 마찬가지로 메소형 다공성 실리케이트를 이용하여, 탈착 압력을 0.04atm에서 0.3atm까지 변화시켜 오존 농축율을 조사하고, 탈착 압력의 의존성을 조사하였다. 이 실험에서도 실시예 1과 동일한 도 1의 장치를 이용하며, 흡착 온도를 -60℃와 25℃의 2개의 케이스로 설정하고, 흡착 압력은 1.05atm에 고정한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 오존의 농축 실험을 실행하였다. 그 결과는 도 5와 같았다.
도 5로부터 명백한 바와 같이, 탈착 압력 0.3atm에서의 오존 농축율은 흡착 온도 160℃와 25℃에서 차이가 거의 없지만, 탈착 압력이 낮아짐에 따라 오존 농축율에 차이가 발생하였으며, 0.04atm에서는 상기 흡착 온도의 차이에 의한 오존 농축율의 차가 5배와 4배가 되었다.
(실시예 4)
실시예 3와 마찬가지로 메소형 다공성 실리케이트를 이용하여, 탈착 압력을 0.1atm에 고정하고, 흡착 압력을 1atm 내지 5atm 사이에서 변화시켜 오존 농축율을 조사하고, 흡착 압력의 의존성을 조사하였다. 이 실험에서도 실시예 1과 동일한 도 1의 장치를 이용하여, 흡착 온도는 -60℃와 25℃의 2개의 케이스에 설정한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 오존의 농축 실험을 실행하였다. 그 결과는 도 6과 같았다.
도 6으로부터 명백한 바와 같이, 오존 농축율은 흡착 압력이 높아짐에 따라 거의 비례하여 상승하고, 흡착 온도가 -60℃와 25℃인 경우에는 전자가 약 0.5배만큼 높은 오존 농축율을 나타내었다. 이 도면으로부터 바람직한 흡착 압력을 1.05atm 내지 5atm 범위로 하였다.
(실시예 5)
실시예 3과 마찬가지로 메소형 다공성 실리케이트를 이용하여, 흡착 압력을 1.05atm, 탈착 압력은 0.05atm로 고정하고, 흡착 온도는 25℃로 설정하며, 탈착 공정의 흡착탑의 온도는 특히 제어하지 않고, 흡착 공정의 흡착탑으로부터 유출되는 산소 농축 가스의 일부를 감압 밸브를 거쳐서 탈착 공정의 흡착탑에 퍼지 가스로서 도입하고, 해당 감압 밸브를 조절하여 퍼지율을 0.9 내지 2 범위로 변화시켰을 때의 오존 농축율을 조사하고 퍼지율의 의존성을 조사하였다. 그 결과는 도 7과 같았다.
도 7로부터 명백한 바와 같이, 상기 퍼지 가스를 도입하는 쪽이 오존 농축율을 향상시킬 수 있지만, 퍼지 가스량을 증가시키면 회수 가스의 오존 농도가 저하된다. 도면을 보았을 때, 오존 농축율을 2배 이상으로 하기 위해서는 퍼지율을 1 내지 2 범위로 조제하는 것이 바람직하다.
(실시예 6)
도 8의 고농도 오존 가스 제조 장치의 흡착탑에 본 발명의 오존 흡착제인 고 실리카 펜타실 제올라이트, 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실리케이트와, 종래의 오존 흡착제인 실리카 겔을 각각 충진하고, 오존 농축율을 측정하여 오존 흡착능을 비교하였다. 여기서는 SiO2/Al2O3비가 100인 고 실리카 펜타실 제올라이트, SiO2/Al2O3비가 70인 탈 알루미늄 포자사이트, SiO2/Al2O3비가 1000인 메소형 다공성 실리케이트 및 시판의 실리카 겔을 이용하여, 흡착탑에 각각 5㎏씩 충진하였다.
그리고, 물 전해 오존 발생 장치에서는 10vol%의 O3와, 87vol%의 O2와, 3vol%의 H2O를 함유하는 가스(오존 농도 10%)를 발생시키고, 흡착 공정의 흡착탑으로부터 유출되는 비교적 저온인 산소 농축 가스와 열교환하여 미리 냉각시키며, 이어서 냉각기에 의해 흡착 온도까지 냉각시키며, 15㎥N/h의 가스유량으로 흡착 공정의 흡착탑에 공급하여 오존을 흡착시켰다. 반면, 탈착 공정의 흡착탑에는, 흡착 공정의 흡착탑으로부터 유출되는 산소 농축 가스의 일부를 탈착 온도인 25℃까지 가열하여 퍼지 가스를 흡착 공정의 가스 흐름과 역방향으로 흐르게 하여 오존을 가열 퍼지 탈착하여 회수하였다. 흡착 온도는 -30℃, -50℃ 및 -100℃ 3개의 케이스로 설정하여 오존의 농축 실험을 실행하였다. 또, 흡착 공정과 탈착 공정의 전환 시간, 즉 사이클 타임은 30분으로, 퍼지율은 조절 밸브를 이용하여 약 1.5로 설정하였다. 흡착 압력 및 탈착 압력은 특별히 조절하지 않아서 약 1.05atm이었다.
얻어진 오존 농축 가스의 오존 농도를 측정하고, 물 전해 오존 발생 장치로부터 생성된 가스의 오존 농도와 비교하여 오존 농축율을 구하여, 흡착 온도와 오존 농축율을 대비시킨 그래프를 도 12에 나타내었다. 이 도면으로부터 명백한 바와 같이, 실리카 겔에 비해서 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실리케이트가 매우 큰 오존 흡착능을 나타내는 것을 알 수 있다. 또, 실리카 겔의 작은 오존 흡착능은 오존 함유 가스중의 수분이 영향을 미치고 있는 것으로 고려된다.
흡착 온도 -100℃ 내지 -30℃ 범위로 선택되지만, 범용의 냉각기의 능력을 고려하면, 흡착 온도는 -60℃보다도 높은 온도로 설정하는 것이 바람직하다.
(실시예 7)
오존 흡착능이 가장 큰 메소형 다공성 실리케이트를 이용하여, 사이클 타임을 10분에서 60분까지 변화시켜 오존 함유 가스의 처리량(㎥N/h/흡착제 1ton)을 조사하였다. 이 실험은 실시예 6과 동일한 도 8의 장치를 이용하며, 흡착 온도는 -60℃와 -30℃ 2개의 케이스로 고정한 것 이외에는 실시예 6와 마찬가지로 오존의 농축 실험을 실행하였다. 그 결과는 도 13과 같았다.
물 전해 오존 발생 장치로부터의 오존 함유 가스의 오존 농도는 10vol%이었지만, 탈착 공정에서 회수한 가스의 오존 농도는 50vol%이고(오존 농축율 5), 오존의 회수율은 95%이었다. 이 도면으로부터 명백한 바와 같이, 흡착 온도가 낮고, 사이클 타임이 짧은 쪽이 처리량이 많으며, 비교적 소량의 흡착제로 소정의 처리량을 확보할 수 있기 때문에, 흡착탑을 소형화하는 것이 용이하지만, 큰 냉각 에너지를 필요로 한다.
(실시예 8)
실시예 7와 마찬가지로 메소형 다공성 실리케이트를 이용하여, 탈착 온도를 0℃에서 75℃까지 변화시켜 오존 농축율을 조사하고, 탈착 온도의 의존성을 조사하였다. 이 실험에서도 실시예 6과 동일한 도 8의 장치를 이용하며, 흡착 온도를 -60℃와 -30℃ 2개의 케이스로 설정한 것 이외에는 실시예 6과 마찬가지로 오존의 농축 실험을 실행하였다. 그 결과는 도 14와 같았다.
도 14로부터 명백한 바와 같이, 탈착 온도가 75℃일 때에는 흡착 온도 -60℃와 -30℃ 사이에 있어서 오존 농축율의 차이가 없으며, 오존 농축율은 탈착 온도가 20℃ 전후일 때에 피크를 가지며, 탈착 온도가 0℃일 때에는, 흡착 온도 -60℃ 및 -30℃에 있어서의 오존 농축율이 3과 2의 차이를 발생하였다. 온도가 낮아짐에 따라 오존 농축율에 차이가 발생하며, 탈착 온도가 0℃일 때의, 상기 흡착 온도의 차이는 오존 농축율 3과 2의 차이를 발생시켰다.
본 발명에 따르면, 수분이 존재하는 시스템에 있어서도 오존 흡착능이 우수한 특정 고 실리카 오존 흡착제를 이용하여, 이 흡착제를 압력 스윙 흡착 장치 또는 온도 스윙 흡착 장치에 적용하여 오존을 효율적으로 농축할 수 있는 고농도 오존 가스의 제조 방법 및 그 장치를 제공할 수 있다. 또한, 특정 오존 발생 장치와 상기 압력 스윙 흡착 장치 또는 온도 스윙 흡착 장치를 조합함으로써, 오존 농축 효율이 한층 더 우수한 고농도 오존 가스의 제조 방법 및 그 장치를 제공할 수 있다.
Claims (24)
- 오존 흡착제를 충진하는 복수의 흡착층을 구비한 압력 스윙 흡착 장치를 이용하여, 흡착 공정의 흡착층에 비교적 고압인 오존 함유 가스를 도입해서 오존을 흡착하고, 탈착 공정의 흡착층을 비교적 저압으로 하여 농축 오존 가스를 회수하는 고농도 가스의 제조 방법에 있어서,상기 오존 흡착제로서 고 실리카 펜타실 제올라이트, 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실리케이트의 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 흡착제를 이용하는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 흡착 공정의 흡착층을 -60℃ 내지 25℃의 온도로 유지하는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 흡착 공정의 흡착 압력을 1.05atm 내지 5atm 범위로 선택하고, 상기 탈착 공정의 탈착 압력을 0.04atm 내지 0.3atm 범위로 선택하는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 압력 스윙 흡착 장치의 전환 시간을 1분 내지 10분 범위로 선택하는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 흡착 공정의 흡착층으로부터 유출되는 고압의 산소 농축 가스의 일부를 감압 밸브로 감압되어 탈착 공정의 흡착층에 도입해서 퍼지시키는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 퍼지 조작에 있어서의 퍼지율을 1 내지 2 범위로 선택하는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,고압 사양의 물 전해 오존 발생 장치를 이용하여 오존을 발생시키고, 상기 압력 스윙 흡착 장치의 흡착 공정의 흡착층에 상기 오존 함유 가스를 도입함과 동시에, 상기 흡착 공정의 흡착층으로부터 유출되는 산소 농축 가스의 일부를 상기 물 전해 오존 발생 장치의 수소극실로 복귀시켜 산소 감극을 도모하는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,고압 사양의 무성 방전 오존 발생 장치를 이용하여 오존을 발생시키고, 상기 압력 스윙 흡착 장치의 흡착 공정의 흡착층에 상기 오존 함유 가스를 도입함과 동시에, 상기 흡착 공정의 흡착층으로부터 유출되는 고압 산소 농축 가스의 일부를 상기 무성 방전 오존 발생 장치의 원료측에 복귀시키는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 방법.
- 오존 발생 장치와, 오존 흡착제를 충진한 복수의 흡착층을 구비한 압력 스윙 흡착 장치로 이루어지는 고농도 오존 가스의 제조 장치에 있어서,상기 오존 발생 장치로서 고압 사양의 물 전해 오존 발생 장치를 이용하고, 상기 오존 흡착제로서 고 실리카 펜타실 제올라이트, 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실리케이트의 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 흡착제를 이용하며, 상기 오존 발생 장치를 흡착 공정의 흡착층에 접속하는 오존 함유 가스 공급용 도관에 압축기와 전환 밸브를 설치하고, 상기 흡착층에 접속하는 오존 함유가스 공급용 도관에 압축기와 전환 밸브를 설치하며, 상기 흡착층으로부터 유출되는 산소 농축 가스 순환용 도관을 전환 밸브를 거쳐서 상기 물 전해 오존 발생 장치의 수소극실에 접속하여 산소 감극을 가능하게 하고, 상기 산소 농축 가스 순환용 도관을 분기한 퍼지 가스 공급용 도관을 감압 밸브 및 전환 밸브를 거쳐서 탈착 공정의 흡착층에 접속하고, 또한 오존 회수용 도관을 전환 밸브를 거쳐서 상기 탈착 공정의 흡착층에 접속하여 고농도 오존 가스의 회수를 가능하게 하며, 상기 모든 전환 밸브를 동시에 전환하여 흡착층을 흡착 공정과 탈착 공정 사이에서 교대로 사용가능하게 한 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 방법.
- 오존 발생 장치와, 오존 흡착제를 충진한 복수의 흡착층을 구비한 압력 스윙 흡착 장치로 이루어지는 고농도 오존 가스의 제조 장치에 있어서,상기 오존 발생 장치로서 고압 사양의 무성 방전 오존 발생 장치를 이용하고, 상기 오존 흡착제로서 고 실리카 펜타실 제올라이트, 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실리케이트의 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 흡착제를 이용하며, 상기 오존 발생 장치를 흡착 공정의 흡착층에 접속하는 오존 함유 가스 공급용 도관에 압축기와 전환 밸브를 설치하고, 상기 흡착층으로부터 유출되는 비교적 고압인 산소 농축 가스 순환용 도관을 전환 밸브를 거쳐서 상기 무성 방전 오존 발생 장치의 산소 원료 도입용 도관에 접속하며, 상기 산소 농축 가스 순환용 도관을 분기한 퍼지 가스 공급용 도관을 감압 밸브 및 전환 밸브를 거쳐서 탈착 공정의 흡착층에 접속하며, 또한 오존 회수용 도관을 전환 밸브를 거쳐서 상기 탈착 공정의 흡착층에 접속하여 고농도 오존가스의 회수를 가능하게 하는, 모든 상기 전환 밸브를 동시에 전환하여 흡착층을 흡착 공정과 탈착 공정 사이에서 교대로 사용가능하게 한 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 장치.
- 오존 흡착제를 충진하는 흡착층을 2개 이상 이용하고, 상기 흡착층을 비교적 저온인 흡착 공정으로부터 비교적 고온인 탈착 공정, 또한 상기 흡착 공정으로 복귀시키는 온도 스윙 흡착 방식을 채용하여, 오존 발생 장치로부터의 오존 함유 가스를 미리 냉각한 후 상기 흡착 공정의 흡착층에 도입하고, 상기 흡착층으로부터 비교적 저온인 산소 농축 가스를 유출시키며, 상기 탈착 공정의 흡착층에는 비교적 고온인 퍼지 가스를 상기 흡착 공정의 가스 흐름과 역방향으로 흐르게 하여 연속적으로 농축 오존 가스를 회수하는 고농도 오존 가스의 제조 방법에 있어서,상기 오존 흡착제로서 고 실리카 펜타실 제올라이트, 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실리케이트의 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 것을 이용하고, 상기 흡착 공정의 흡착층으로부터 유출되는 비교적 저온인 산소 농축 가스로 상기 오존 발생 장치로부터의 오존 함유 가스를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 흡착층을 3개 이상 이용하고, 상기 흡착층을 비교적 저온인 흡착 공정으로부터 비교적 고온인 탈착 공정, 또한 냉각 공정을 거쳐서 상기 흡착 공정으로 복귀시키는 온도 스윙 흡착 방식을 채용하며, 상기 흡착 공정에서 유출되는 비교적 저온인 산소 농축 가스의 일부를 상기 냉각 공정의 흡착층에 도입하여 냉각시키는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 방법.
- 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,상기 흡착 공정의 흡착층으로부터 유출되는 비교적 저온인 산소 농축 가스의 일부를 퍼지 온도까지 가열하고, 상기 탈착 공정의 흡착층에 상기 흡착 공정의 가스 흐름과는 역방향으로 흐르게 하여 오존을 가열 퍼지 탈착하는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 방법.
- 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,상기 고농도 오존 가스의 사용 목적에 적합한 퍼지 가스를 퍼지 온도까지 가열하고, 상기 탈착 공정의 흡착층에 상기 흡착 공정의 가스 흐름과는 역방향으로 흐르게 하여 오존을 가열 퍼지 탈착하는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의제조 방법.
- 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,상기 퍼지 조작에 있어서의 퍼지율을 1 내지 2 범위로 선택하는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 방법.
- 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,상기 흡착 공정의 흡착 온도를 -100℃ 내지 -30℃ 범위로 선택하고, 상기 탈착 공정의 탈착 온도를 0℃ 내지 50℃ 범위로 선택하는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 방법.
- 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,상기 흡착 공정의 흡착 압력을 1atm 내지 4atm 범위로 선택하는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 방법.
- 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,상기 온도 스윙 흡착 방식의 전환 시간을 10분 내지 60분 범위로 선택하는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 방법.
- 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,상기 오존 발생 장치로서 물 전해 오존 발생 장치를 이용하고, 상기 흡착 공정의 흡착층으로부터 유출되는 산소 농축 가스의 일부를 상기 물 전해 오존 발생 장치의 수소극실로 복귀시켜 산소 감극을 도모하는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 방법.
- 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,상기 오존 발생 장치로서 무성 방전 오존 발생 장치를 이용하고, 상기 흡착 공정의 흡착층으로부터 유출되는 산소 농축 가스의 일부를 상기 무성 방전 오존 발생 장치의 산소 원료측에 복귀시키는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스의 제조 방법.
- 오존 발생 장치와, 오존 흡착제를 충진한 복수의 흡착층을 구비한 온도 스윙 흡착 장치로 이루어지는 고농도 오존 가스 제조 장치에 있어서,상기 오존 발생 장치로서 물 전해 오존 발생 장치를 이용하고, 상기 오존 흡착제로서 고 실리카 펜타실 제올라이트, 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실리케이트의 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 것을 이용하며, 상기 오존 발생 장치를 흡착 공정의 흡착층에 접속하는 오존 함유 가스 공급용 도관에 열 교환기, 냉각기 및 전환 밸브를 설치하고, 상기 흡착층으로부터 유출되는 비교적 저온인 산소 농축 가스 순환용 도관을 전환 밸브를 거쳐서 상기 열 교환기에 접속하며, 상기 열 교환기에 있어서 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스로 상기 오존 함유 가스를 예비 냉각시키고, 상기 열 교환기의 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스의 출구측을 도관에 의해 상기 물 전해 오존 발생 장치의 수소극실에 접속하며, 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스를 상기 수소극실에 공급하여 산소 감극 작용을 촉진하고, 또한 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스 순환용 도관으로부터 퍼지 가스 공급용 도관을 분기하여 탈착 공정의 흡착층에 접속하며, 상기 퍼지 가스 공급용 도관에 히터와 전환 밸브를 설치하여 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스를 가열 퍼지 가스로서 상기 흡착층에 공급가능하게 하고, 상기 탈착 공정의 흡착층의 다른쪽 단부를 전환 밸브를 거쳐서 고농도 오존 가스 회수용 도관에 접속하며, 상기 모든 전환 밸브를 동시에 전환하여 흡착층을 흡착 공정과 탈착 공정 사이에서 교대로 사용가능하게 한 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스 제조 방법.
- 오존 발생 장치와, 오존 흡착제를 충진한 3개 이상의 흡착층을 구비한 메리고라운드형 온도 스윙 흡착 장치로 이루어지는 고농도 오존 가스 제조 장치에 있어서,상기 오존 발생 장치로서 물 전해 오존 발생 장치를 이용하고, 상기 오존 흡착제로서 고 실리카 펜타실 제올라이트, 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실리케이트의 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 것을 이용하며, 흡착 공정에 있는 흡착층의 전후에는 상기 오존 발생 장치로부터의 오존 함유 가스를 공급하기 위한 도관과, 산소 농축 가스의 순환용 도관을 접속가능하게 하고, 탈착 공정의 흡착층의 전후에는 가열 퍼지 가스 공급용 도관과, 고농도 오존 가스의 회수용 도관을 접속가능하게 하며, 냉각 공정에 있는 흡착층의 전후에는 상기 산소 농축 가스의 순환용 도관을 분기한 냉각 가스 공급용 도관과, 상기 냉각 가스 회수용 도관을 접속가능하게 하며, 상기 흡착층으로 이루어지는 메리고라운드를 회전시킴에 의해 상기 흡착 공정, 탈착 공정 및 냉각 공정을 순차적으로 이행가능하게 하고, 상기 오존 함유 가스 공급용 도관에는 열 교환기 및 냉각기를 부착 설치하고, 상기 산소 농축 가스의 순환용 도관을 상기 열 교환기에 접속하며, 상기 흡착 공정의 흡착층으로부터 유출되는 비교적 저온인 산소 농축 가스로 오존 함유 가스를 예비 냉각하고, 또한 상기 냉각기에 의해 흡착 온도까지 냉각가능하게 하며, 상기 열 교환기의 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스의 출구측을 도관에 의해 상기 물 전해 오존 발생 장치의 수소극실에 접속하며, 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스를 상기 수소극실에 공급하여 산소 감극 작용을 촉진하는 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스 제조 장치.
- 오존 발생 장치와, 오존 흡착제를 충진한 복수의 흡착층을 구비한 온도 스윙 흡착 장치로 이루어지는 고농도 오존 가스 제조 장치에 있어서,상기 오존 발생 장치로서 무성 방전 오존 발생 장치를 이용하고, 상기 오존 흡착제로서 고 실리카 펜타실 제올라이트, 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실시케이트의 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 것을 이용하며, 상기 오존 발생 장치를 흡착 공정의 흡착층에 접속하는 오존 함유 가스 공급용 도관에 열 교환기, 냉각기 및 전환 밸브를 설치하고, 상기 흡착층으로부터 유출되는 비교적 저온인 산소 농축 가스 순환용 도관을 전환 밸브를 거쳐서 상기 열 교환기에 접속하며, 상기 열 교환기에 있어서 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스로 상기 오존 함유 가스를 예비 냉각시키며, 상기 열 교환기의 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스의 출구측을 도관에 의해 상기 무성 방전 오존 발생 장치의 산소 원료 공급측에 접속하여 산소 농축 가스를 재이용가능하게 하고, 또한 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스 순환용 도관으로부터 퍼지 가스 공급용 도관을 분기하여 탈착 공정의 흡착층에 접속하고, 상기 퍼지 가스 공급용 도관에 히터와 전환 밸브를 설치하여 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스를 가열 퍼지 가스로서 상기 흡착층에 공급가능하게 하며, 상기 탈착 공정의 흡착층의 다른쪽 단부를 전환 밸브를 거쳐서 고농도 오존 가스 회수용 도관에 접속하고, 상기 모든 전환 밸브를 동시에 전환하여 흡착층을 흡착 공정과 탈착 공정 사이에서 교대로 사용가능하게 한 것을 특징으로 한 고농도 오존 가스 제조 장치.
- 오존 발생 장치와, 오존 흡착제를 충진한 3개 이상의 흡착층을 구비한 메리고라운드형 온도 스윙 흡착 장치로 이루어지는 고농도 오존 가스 제조 장치에 있어서,상기 오존 발생 장치로서 물 전해 오존 발생 장치를 이용하고, 상기 오존 흡착제로서 고 실리카 펜타실 제올라이트, 탈 알루미늄 포자사이트 및 메소형 다공성 실리케이트의 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 것을 이용하며, 흡착 공정에 있는 흡착층의 전후에는 상기 오존 발생 장치로부터의 오존 함유 가스를 공급하기 위한 도관과, 산소 농축 가스의 순환용 도관을 접속가능하게 하고, 탈착 공정의 흡착층의 전후에는 가열 퍼지 가스 공급용 도관과, 고농축 오존 가스의 회수용 도관을 접속가능하게 하며, 냉각 공정에 있는 흡착층의 전후에는 상기 산소 농축 가스의 순환용 도관을 분기한 냉각 가스 공급용 도관과, 상기 냉각 가스 회수용 도관을 접속가능하게 하며, 상기 흡착층으로 이루어지는 메리고라운드를 회전시킴에 의해 상기 흡착 공정, 탈착 공정 및 냉각 공정을 순차적으로 이행가능하게 하며, 상기 오존 함유 가스 공급용 도관에는 열 교환기 및 냉각기를 부착 설치하고, 상기 산소 농축 가스의 순환용 도관을 상기 열 교환기에 접속하며, 상기 흡착 공정의 흡착층으로부터 유출되는 비교적 저온인 산소 농축 가스로 오존 함유 가스를 예비 냉각시키고, 또한 상기 냉각기에 의해 흡착 온도까지 냉각가능하게 하며, 상기 열 교환기의 상기 비교적 저온인 산소 농축 가스의 출구측을 도관에 의해 상기 무성 방전 오존 발생 장치의 산소 원료 공급측에 접속하여 산소 농축 가스를 재이용가능하게 한 것을 특징으로 하는 고농도 오존 가스 제조 장치.
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