RU2027663C1

RU2027663C1 - Method of production of ozone and apparatus for its accomplishment

Info

Publication number: RU2027663C1
Authority: RU
Inventors: Аркадий Кононович Рудько; Галина Константиновна Хотина
Original assignee: Аркадий Кононович Рудько; Галина Константиновна Хотина
Priority date: 1992-07-15
Filing date: 1992-07-15
Publication date: 1995-01-27

Abstract

FIELD: production of ozone. SUBSTANCE: air or oxygen is supplied to compressor 2, then it is supplied under pressure to plasma generator 1. The temperature in the plasma generator is about 4000 K. Plasma is cooled down to the room temperature in refrigerator 3 and mixed up with air or oxygen in mixing unit 4. The mixture is held in ozone generator 5 until the maximum concentration of ozone is attained. Ozone concentration - up to 10 percent by mass, power consumption - 10 kW h/kg of ozone for air plasma and 3 kW h/kg of ozone for oxygen plasma. EFFECT: no expensive and difficultly available reagent are used. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к газовой электрохимии, в частности к способам получения озона с помощью электрического разряда и устройствам их реализации. The invention relates to gas electrochemistry, in particular to methods for producing ozone using an electric discharge and devices for their implementation.

Наиболее близким к изобретению являются способ и устройство для получения озона. Closest to the invention are a method and apparatus for producing ozone.

Способ включает нагрев кислородсодержащего газа в электроразрядном подогревателе, охлаждение полученной смеси и ее подачу в генератор озона. Устройство включает источник кислородсодержащего газа, электроразрядный подогреватель, холодильник и генератор озона. Приведенные способ и устройство не обеспечивают достижения высоких концентраций озона в продуктах синтеза, и для получения озона используются дорогие и дефицитные реагенты. The method includes heating an oxygen-containing gas in an electric-discharge heater, cooling the resulting mixture and supplying it to an ozone generator. The device includes an oxygen-containing gas source, an electric-discharge heater, a refrigerator, and an ozone generator. The above method and device do not provide high concentrations of ozone in the synthesis products, and expensive and scarce reagents are used to produce ozone.

В основу изобретения положена задача создания способа и устройства для получения озона, обеспечивающие достижение высоких концентраций озона в продуктах синтеза и позволяющие использовать доступные и дешевые реагенты. The basis of the invention is the creation of a method and device for producing ozone, ensuring the achievement of high concentrations of ozone in the synthesis products and allowing the use of affordable and cheap reagents.

Это достигается тем, что в способе получения озона путем термосинтеза из плазмы, образованной в электродуговом подогревателе (плазмотроне), при котором осуществляют охлаждение плазмы с атомами невысокой концентрации и молекулами кислорода до температуры по крайней мере не выше комнатной, а затем производят синтез атомов в смеси с молекулами кислорода в молекулы озона, в качестве плазмообразующего газа используют молекулярный кислород или воздух, а синтез получившейся в плазме смеси атомов (высокой концентрации) и молекул кислорода в молекулы озона, производят с подмешиванием дополнительного молекулярного кислорода, в том числе и кислорода воздуха. При этом осуществляют выдержку во времени результирующей смеси (атомов и молекул кислорода с дополнительным молекулярным кислородом) в генераторе озона до завершения процесса синтеза. This is achieved by the fact that in the method of producing ozone by thermosynthesis from plasma formed in an electric arc heater (plasma torch), in which the plasma is cooled with atoms of low concentration and oxygen molecules to a temperature of at least not higher than room temperature, and then the synthesis of atoms in a mixture with oxygen molecules in ozone molecules, molecular oxygen or air is used as a plasma-forming gas, and the synthesis of a mixture of atoms (high concentration) and oxygen molecules in a plasma ozone molecules are produced by mixing additional molecular oxygen, including atmospheric oxygen. At the same time, the resulting mixture is kept in time (oxygen atoms and molecules with additional molecular oxygen) in an ozone generator until the synthesis process is completed.

Устройство для реализации способа получения озона включает электродуговой подогреватель (плазмотрон), соединенный с источником сжатого плазмообразующего газа, генератор озона и холодильник. Отличием предложенного устройства является то, что оно содержит узел смешения для дополнительной подачи кислородсодержащего газа в реакционный объем. A device for implementing the method for producing ozone includes an electric arc heater (plasmatron) connected to a source of compressed plasma-forming gas, an ozone generator and a refrigerator. The difference of the proposed device is that it contains a mixing unit for additional supply of oxygen-containing gas in the reaction volume.

На чертеже изображена схема установки, реализующей предложенный способ получения озона. The drawing shows a diagram of an installation that implements the proposed method for producing ozone.

Установка состоит из плазмотрона 1, вход которого соединен с источником плазмообразующего газа 2 (кислорода или воздуха). На выходе из плазмотрона размещен холодильник 3, соединенный с узлом смешения и дозирования 4 и генератором озона 5. Стенки плазмотрона 1 и холодильника 3 охлаждаются водой, поступающей из насоса 6. Узел 4 смешения и дозирования соединен с источником кислорода или воздуха. Холодильник 3 соединен непосредственно с камерой плазмотрона 1, а узел 4 смешения и дозирования установлен на выходе из холодильника 3 и соединен с генератором озона 5. The installation consists of a plasma torch 1, the input of which is connected to a source of plasma-forming gas 2 (oxygen or air). At the outlet of the plasma torch there is a refrigerator 3 connected to the mixing and dosing unit 4 and an ozone generator 5. The walls of the plasma torch 1 and the refrigerator 3 are cooled by water coming from the pump 6. The mixing and dosing unit 4 is connected to an oxygen or air source. The refrigerator 3 is connected directly to the plasma torch chamber 1, and the mixing and dosing unit 4 is installed at the outlet of the refrigerator 3 and connected to the ozone generator 5.

Способ термосинтеза озона реализуют следующим образом. The method of thermosynthesis of ozone is implemented as follows.

Воздух или кислород подают в источник газа 2, откуда он под давлением поступает в электродуговой подогреватель (плазмотрон 1), где молекулы кислорода в результате подогрева до температуры около 4000 К в значительной мере разлагаются на атомы. Полученную таким образом плазму охлаждают до комнатной температуры в теплообменнике-холодильнике 3, в результате чего плазма переходит в неравномерное состояние, в котором атомы кислорода начинают реагировать с молекулами кислорода, образуя озон. При этом в реакции участвуют как молекулы кислорода, неразложившиеся в плазмотроне, так и дополнительно подмешанные молекулы кислорода (воздуха) в узле 4 дозирования и смешения. Количество молекул кислорода дозируется так, чтобы их поступало больше, чем атомов. Процесс синтеза озона проходит в плазмотроне и завершается в генераторе озона 5, откуда смесь озона с газами (азотом, кислородом), разбавляющими озон до необходимых концентраций, подают к потребителю. Для охлаждения плазмы в теплооб- меннике-холодильнике используется вода, которую подают под давлением от насоса 6 и используют для охлаждения стенок плазмотрона. Процесс синтеза в генераторе озона завершается по достижении максимальных концентраций озона. Air or oxygen is supplied to gas source 2, from where it is supplied under pressure to an electric arc heater (plasmatron 1), where oxygen molecules decompose to a large extent into atoms as a result of heating to a temperature of about 4000 K. The plasma thus obtained is cooled to room temperature in a heat exchanger-refrigerator 3, as a result of which the plasma goes into an uneven state in which oxygen atoms begin to react with oxygen molecules, forming ozone. In this case, both oxygen molecules not decomposed in the plasmatron and additionally mixed oxygen (air) molecules in the dosing and mixing unit 4 are involved in the reaction. The number of oxygen molecules is dosed so that they are delivered more than atoms. The ozone synthesis process takes place in a plasma torch and ends in ozone generator 5, from where a mixture of ozone with gases (nitrogen, oxygen) diluting ozone to the required concentrations is supplied to the consumer. To cool the plasma in the heat exchanger-cooler, water is used, which is supplied under pressure from pump 6 and used to cool the walls of the plasma torch. The synthesis process in the ozone generator is completed upon reaching maximum ozone concentrations.

Высокая степень диссоциации молекул кислорода на атомы в плазмотроне 1 и последующая высокая полнота использования атомов кислорода для синтеза озона в результате подмешивания дополнительных молекул кислорода в узле смешения 4, а также полнота прохождения синтеза в генераторе озона обеспечивают получение высоких концентраций озона (до 10% по весу) и низких энергетических затрат (около 10 кВт ˙ ч/кг озона для воздушной плазмы и около 3 кВт˙ ч/кг озона для кислородной плазмы). У известных озонаторов (с барьерным разрядом) те же характеристики, соответственно не выше 2-3% и 15-40 кВт˙ ч/кг озона. The high degree of dissociation of oxygen molecules into atoms in the plasmatron 1 and the subsequent high completeness of the use of oxygen atoms for ozone synthesis as a result of mixing additional oxygen molecules in the mixing unit 4, as well as the completeness of the synthesis in the ozone generator, provide high concentrations of ozone (up to 10% by weight ) and low energy costs (about 10 kWh / kg of ozone for air plasma and about 3 kWh / kg of ozone for oxygen plasma). Known ozonizers (with a barrier discharge) have the same characteristics, respectively, not higher than 2-3% and 15-40 kW˙ h / kg of ozone.

Значительная теплонапряженность процессов в плазмотроне и генераторе озона обеспечивают высокую производительность, малую металлоемкость, небольшую потребную площадь и низкую стоимость конструкции для термосинтезатора озона. В результате конструкции для получения озона, основанные на предложенном способе, могут в десятки раз по отмеченным характеристикам (производительности, металлоемкости, стоимости) превосходить известные выпускаемые озонаторы равной производительности. Significant heat intensity of the processes in the plasmatron and ozone generator provide high performance, low metal consumption, small space requirement and low construction cost for the ozone thermosynthesizer. As a result, designs for producing ozone, based on the proposed method, can be tens of times greater than the known produced ozonizers of equal productivity by the noted characteristics (productivity, metal consumption, cost).

Claims

METHOD FOR PRODUCING OZONE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION.

1. A method of producing ozone, including heating an oxygen-containing gas in an electric-discharge heater, cooling the resulting reaction gas mixture and feeding it to an ozone generator, characterized in that the reaction gas mixture is cooled to a temperature not exceeding room temperature, after which air is additionally introduced into said mixture or oxygen and maintain it in the ozone generator until the maximum concentration of the latter.

2. A device for producing ozone, including a source of oxygen-containing gas, an electric discharge heater, a refrigerator and an ozone generator, characterized in that a mixing unit is installed between the refrigerator and the ozone generator for additional supply of oxygen-containing gas to the reaction mixture.