RU2056685C1 - Method for production of oxygen with single spectral line for chemical laser with continuous operations - Google Patents

Method for production of oxygen with single spectral line for chemical laser with continuous operations Download PDF

Info

Publication number
RU2056685C1
RU2056685C1 SU5030298A RU2056685C1 RU 2056685 C1 RU2056685 C1 RU 2056685C1 SU 5030298 A SU5030298 A SU 5030298A RU 2056685 C1 RU2056685 C1 RU 2056685C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
oxygen
hydrogen peroxide
generator
singlet oxygen
laser
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.А. Зимин
Original Assignee
Всесоюзный научно-исследовательский институт экспериментальной физики
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Всесоюзный научно-исследовательский институт экспериментальной физики filed Critical Всесоюзный научно-исследовательский институт экспериментальной физики
Priority to SU5030298 priority Critical patent/RU2056685C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2056685C1 publication Critical patent/RU2056685C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Lasers (AREA)

Abstract

FIELD: lasers with continuous operations. SUBSTANCE: method involves preparation of alkali solution of hydrogen peroxide and chlorine gas, supply of compounds to generator of oxygen with single spectral line, purification of generated flow, supply of this flow to generation of laser light. Invention improves preparation of alkali solution of hydrogen peroxide for supply to generator of oxygen with single spectral line. This is done by electrolysis of alkali solution of hydrogen peroxide which is enriched by chloride of alkali metal. Electrolysis runs in bath with diaphragm and involves generation of oxygen at cathode. Cathode of electrolyzer is supplied with oxygen-containing gas, which is enriched with oxygen which is emitted from laser. Chlorine gas that is emitted at anode of electrolyzer is directed back to generator of oxygen with single spectral line. EFFECT: increased functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к квантовой электронике, преимущественно к химическим лазерам непрерывного действия, и может быть использовано при создании кислородно-иодных лазеров различного назначения для получения синглетного кислорода энергоносителя лазеров этого типа. The invention relates to quantum electronics, mainly to continuous chemical lasers, and can be used to create oxygen-iodine lasers for various purposes to produce singlet oxygen energy carrier of this type of laser.

В настоящее время известны способы получения синглетного кислорода для химического кислородно-иодного лазера непрерывного действия, включающие приготовление щелочного раствора пероксида водорода путем смешивания водного раствора гидроокиси щелочного металла (например, КОН) типичной концентрации 1-3 моль/л c водным раствором пероксида водорода типичной концентрации 5-10 моль/л. приготовление газообразного хлора путем перевода его из жидкой фазы в газообразную, подачу полученных реагентов в генератор синглетного кислорода и проведение в нем газожидкостной реакции хлорирования, очистку генерированного потока синглетного кислорода от примесей и подачу его на генерацию лазерного излучения (см. например, Басов Н.Г. и др. Теоретический анализ химических кислородно-иодных лазеров. Труды ФИАН, 1986, т. 171, с. 30-53; P. Avizonis (AFWL, USA); GCL Seventh international Symposium on Gas Flow Chemical Lasers. Vienna, August 22-26, 1988). Currently known methods for producing singlet oxygen for a chemical oxygen-iodine continuous laser, including the preparation of an alkaline solution of hydrogen peroxide by mixing an aqueous solution of alkali metal hydroxide (e.g. KOH) of a typical concentration of 1-3 mol / l with an aqueous solution of hydrogen peroxide of a typical concentration 5-10 mol / l. preparation of gaseous chlorine by transferring it from the liquid phase to the gaseous phase, feeding the reagents obtained to the singlet oxygen generator and conducting a gas-liquid chlorination reaction in it, purifying the generated singlet oxygen stream from impurities and supplying it to the generation of laser radiation (see, for example, N. Basov et al. Theoretical analysis of chemical oxygen-iodine lasers. Proceedings of the Lebedev Physical Institute, 1986, v. 171, pp. 30-53; P. Avizonis (AFWL, USA); GCL Seventh international Symposium on Gas Flow Chemical Lasers. Vienna, August 22 -26, 1988).

Известный способ получения синглетного кислорода, описанный в трудах ФИАН, 1986, т. 171, с. 30-53, выбран в качестве прототипа. The known method for producing singlet oxygen, described in the proceedings of the Lebedev Physical Institute, 1986, v. 171, p. 30-53, selected as a prototype.

Характерной особенностью этих способов является потребность постоянного восполнения расходуемых веществ и утилизации продуктов реакции для обеспечения непрерывной работы кислородно-иодного лазера. Так, для генерации излучения мощностью в несколько киловатт, что при современном уровне знания соответствует массовому расходу 0,3 моль/л cинглетного кислорода в генераторе лазерного излучения, в течение 8 ч непрерывной работы лазера потребность в исходных реагирующих веществах составляет не менее 612,6 кг хлора, 969,6 кг гидроокиси калия и 293,9 кг пероксида водорода. При этом расход воды на приготовление водных растворов гидроокиси щелочного металла и пероксида водорода требуемой концентрации составляет не менее 6623 кг. За это время выработано не менее 276,5 кг газообразного кислорода, а в щелочном растворе пероксида водорода накопится не менее 1288,3 кг хлорида калия и добавится не менее 311,3 кг воды, что делает невозможным дальнейшее использование этого раствора. К тому же исходные реагирующие вещества представляют собой довольно агрессивные вещества, хранение и транспортирование которых, а также обращение с которыми представляют серьезную опасность для обслуживающего персонала и окружающей среды. A characteristic feature of these methods is the need for continuous replenishment of consumables and disposal of reaction products to ensure continuous operation of the oxygen-iodine laser. So, to generate radiation with a power of several kilowatts, which at the current level of knowledge corresponds to a mass flow rate of 0.3 mol / L singlet oxygen in a laser radiation generator, for 8 hours of continuous laser operation, the need for starting reactants is at least 612.6 kg chlorine, 969.6 kg of potassium hydroxide and 293.9 kg of hydrogen peroxide. At the same time, the water consumption for the preparation of aqueous solutions of alkali metal hydroxide and hydrogen peroxide of the required concentration is not less than 6623 kg. During this time, at least 276.5 kg of gaseous oxygen has been produced, and in an alkaline solution of hydrogen peroxide, at least 1288.3 kg of potassium chloride will accumulate and at least 311.3 kg of water will be added, which makes further use of this solution impossible. In addition, the initial reacting substances are quite aggressive substances, the storage and transportation of which, as well as the handling of which pose a serious danger to staff and the environment.

Известна также технологическая схема получения 5-10-нормального водного раствора пероксида водорода путем электролиза насыщенного раствора хлорида щелочного металла (например, КCl) в ванне с диафрагмой по методу катодного восстановления кислорода с последующим осаждением пероксида в водном растворе хлорида кальция CaCl2:H2O и конверсией полученного в осадке оксида кальция СаО2·8Н2О с помощью оксида углерода СО2 в водный раствор пероксида водорода и карбонат кальция СаСО3. Нейтрализация последнего хлороводородом дает возможность циклического использования оксида углерода и водного раствора хлорида кальция для процессов конверсии и осаждения пероксида соответственно. При этом в качестве побочного продукта на аноде электролизера получают газообразный хлор (см. например, Химия и технология перекиси водорода. /Под ред. Г.А. Серышева. Л. Химия, 1984, с. 53-61).There is also a known technological scheme for producing a 5-10-normal aqueous solution of hydrogen peroxide by electrolysis of a saturated solution of alkali metal chloride (for example, KCl) in a bath with a diaphragm according to the method of cathodic oxygen reduction, followed by precipitation of peroxide in an aqueous solution of calcium chloride CaCl 2 : H 2 O and the conversion of the precipitated calcium oxide CaO 2 · 8H 2 O using carbon monoxide CO 2 into an aqueous solution of hydrogen peroxide and calcium carbonate CaCO 3 . Neutralization of the latter with hydrogen chloride allows the cyclic use of carbon monoxide and an aqueous solution of calcium chloride for the conversion and precipitation of peroxide, respectively. In this case, chlorine gas is obtained as a by-product at the anode of the electrolyzer (see, for example, Chemistry and technology of hydrogen peroxide. / Under the editorship of GA Seryshev. L. Chemistry, 1984, pp. 53-61).

В качестве способа приготовления реагентов для газожидкостной реакции хлорирования в генераторе синглетного кислорода известная технологическая схема обладает избыточными процессами, предназначенными для выделения из электролита водного раствора пероксида водорода, и вырабатывает только два из трех требуемых реагента, а именно водный раствор пероксида водорода и газообразный хлор. Кроме того, процесс нейтрализации карбоната кальция СаСО3 требует постоянного восполнения хлороводорода, т.е.сохраняет потребность расходуемого вещества с агрессивными свойствами.As a method of preparing reagents for a gas-liquid chlorination reaction in a singlet oxygen generator, the known technological scheme has redundant processes for extracting an aqueous solution of hydrogen peroxide from an electrolyte, and produces only two of the three required reagents, namely, an aqueous solution of hydrogen peroxide and gaseous chlorine. In addition, the process of neutralizing calcium carbonate CaCO 3 requires constant replenishment of hydrogen chloride, i.e. saves the need for consumables with aggressive properties.

При разработке способа получения синглетного кислорода стояла задача создания экологически чистого химического лазера непрерывного действия с обеспечением экономии исходных реагирующих веществ и сокращения количества отработанных веществ. When developing a method for producing singlet oxygen, the task was to create an environmentally friendly chemical continuous-wave laser with the aim of saving initial reactants and reducing the amount of waste substances.

Сущность изобретения заключается в том, что способ получения синглетного кислорода, включающий приготовление щелочного раствора пероксида водорода и газообразного хлора, подачу полученных реагентов в генератор синглетного кислорода, проведение газожидкостной реакции хлорирования, очистку генерированного потока от примесей и подачу его на генерацию лазерного излучения, может быть механизирован таким образом, что на основании механизма получения синглетного кислорода, лежащего в основе газожидкостной реакции хлорирования щелочного раствора пероксида водорода, который можно представить уравнением
HO - 2 +Cl2 __→ O2(′Δ)+Cl-+HCl и механизма получения пероксида водорода при электролизе насыщенного водного раствора хлорида щелочного металла в ванне с диафрагмой по методу катодного восстановления кислорода, который можно представить уравнениями

Figure 00000001
O
Figure 00000002
Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000005

или
Figure 00000006
O
Figure 00000007
Figure 00000008
о
Figure 00000009
реде);
или
HO - 2 +H2O
Figure 00000010
H2O2+OH- (в щелочной среде), приготовление щелочного раствора пероксида водорода для подачи его в генератор синглетного кислорода ведут с помощью электролиза щелочного раствора пероксида водорода, обогащенного в результате газожидкостной реакции хлорирования хлоридом щелочного металла, в ванне с диафрагмой по методу катодного восстановления кислорода, при этом на катод электролизера подают кислородсодержащий газ, обогащенный кислородом, поступающим из генератора лазерного излучения, а выделяющийся на аноде электролизера газообразный хлор подают в генератор синглетного кислорода.The essence of the invention lies in the fact that the method of producing singlet oxygen, including the preparation of an alkaline solution of hydrogen peroxide and gaseous chlorine, feeding the resulting reagents to a singlet oxygen generator, conducting a gas-liquid chlorination reaction, cleaning the generated stream from impurities and feeding it to generate laser radiation, can be is mechanized in such a way that, based on the mechanism of producing singlet oxygen, which underlies the gas-liquid alkali chlorination reaction hydrogen peroxide solution, which can be represented by the equation
HO - 2 + Cl 2 __ → O 2 (′ Δ) + Cl - + HCl and the mechanism for producing hydrogen peroxide in the electrolysis of a saturated aqueous solution of alkali metal chloride in a bath with a diaphragm by the method of cathodic oxygen reduction, which can be represented by the equations
Figure 00000001
O
Figure 00000002
Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000005

or
Figure 00000006
O
Figure 00000007
Figure 00000008
about
Figure 00000009
rede);
or
HO - 2 + H 2 O
Figure 00000010
H 2 O 2 + OH - (in an alkaline medium), the preparation of an alkaline hydrogen peroxide solution for feeding it to a singlet oxygen generator is carried out by electrolysis of an alkaline hydrogen peroxide solution enriched as a result of a gas-liquid chlorination reaction of alkali metal chloride in a diaphragm bath according to the method cathodic oxygen reduction, while an oxygen-containing gas enriched with oxygen coming from a laser radiation generator is supplied to the cathode of the electrolyzer, and gaseous th chlorine is fed to a singlet oxygen generator.

Реализация изобретения по предложенной совокупности признаков позволяет перерабатывать продукты газожидкостной реакции хлорирования щелочного раствора пероксида водорода в исходные реагенты, образуя, таким образом, замкнутую систему движения компонентов реакции, что обеспечивает экономию исходных реагирующих веществ и экологическую чистоту химического лазера непрерывного действия. The implementation of the invention according to the proposed set of features allows you to process the products of the gas-liquid reaction of chlorination of an alkaline solution of hydrogen peroxide into the starting reagents, thus forming a closed system of movement of the reaction components, which saves the starting reactants and the ecological purity of a continuous chemical laser.

Новый результат, полученный предложенной совокупностью признаков, не достигнут ни одним из известных способов, выявленных при анализе уровня техники. A new result obtained by the proposed combination of features has not been achieved by any of the known methods identified in the analysis of the prior art.

Способ иллюстрируется принципиальной схемой движения исходных реагентов газожидкостной реакции хлорирования и ее продуктов в химическом кислородно-иодном лазере непрерывного действия, представленной на чертеже. The method is illustrated by the basic motion scheme of the starting reagents of the gas-liquid chlorination reaction and its products in a continuous oxygen-iodine chemical laser, shown in the drawing.

Кислородно-иодный лазер содержит устройство 1 заправки, электролизер 2, генератор 3 синглетного кислорода, устройство 4 дозирования хлора, сепаратор 5 водяного пара, генератор 6 лазерного излучения, сепаратор 7 иода. The oxygen-iodine laser contains a refueling device 1, an electrolyzer 2, a singlet oxygen generator 3, a chlorine dosing device 4, a water vapor separator 5, a laser radiation generator 6, an iodine separator 7.

Способ получения синглетного кислорода реализуют следующим образом. The method of producing singlet oxygen is implemented as follows.

Через устройство 1 заправки в систему циркуляции электролита, включающую в себя электролизер 2 и генератор 3 синглетного кислорода, заливают (в установившемся режиме доливают) требуемое количество дистиллированной воды, а насадку электролизера 2 наполняют (в установившемся режиме пополняют) определенным количеством мелкодисперсного кристаллического хлорида щелочного металла. С помощью насоса генератора 3 синглетного кислорода начинают прокачивать через систему циркуляции электролита дистиллированную воду, которая в теплообменнике генератора синглетного кислорода приобретает установленную для щелочного раствора пероксида водорода температуру, а затем в насадке на входе в электролизер 2 происходит ее насыщение соответствующим количеством хлорида щелочного металла. После достижения раствором требуемой степени насыщения на электролизер 2 подают электрическое напряжение, а на его катод кислородсодержащий газ, например атмосферный воздух или кислород из баллона. После выхода электролизера 2 на установившийся режим работы включают устройство 4 дозирования хлора, и хлор начинает поступать в генератор синглетного кислорода. Включают систему подачи синглетного кислорода, который после очистки в сепараторе 5 водяного пара, гашения на иоде в генераторе 6 лазерного излучения и очистки в сепараторе 7 иода начинает поступать на катод электролизера 2, обогащая кислородсодержащий газ. По достижении потоком синглетного кислорода требуемого уровня включают подачу газообразного иода в генератор лазерного излучения, в котором возникает процесс лазерного излучения. Through the refueling device 1, the required amount of distilled water is poured (in the steady state) into the electrolyte circulation system, which includes the electrolyzer 2 and the singlet oxygen generator 3, and the required amount of distilled water is filled (in the steady state) and the nozzle of the electrolyzer 2 is filled (in the steady state) replenished with a certain amount of fine crystalline alkali metal chloride . Using the pump of the singlet oxygen generator 3, distilled water begins to be pumped through the electrolyte circulation system, which in the heat exchanger of the singlet oxygen generator acquires the temperature set for the alkaline hydrogen peroxide solution, and then in the nozzle at the inlet of the electrolyzer 2 it is saturated with an appropriate amount of alkali metal chloride. After the solution reaches the desired degree of saturation, an electrolyzer 2 is supplied with electric voltage, and an oxygen-containing gas, for example atmospheric air or oxygen from a cylinder, is supplied to its cathode. After the electrolyzer 2 has reached a steady state operation, the chlorine dosing device 4 is turned on, and chlorine begins to flow into the singlet oxygen generator. They include a singlet oxygen supply system, which after cleaning in the separator 5 of water vapor, quenching on the iodine in the laser generator 6 and cleaning in the separator 7 of iodine, begins to flow to the cathode of the electrolyzer 2, enriching the oxygen-containing gas. Upon reaching the required level by the flow of singlet oxygen, the supply of gaseous iodine to the laser radiation generator, in which the laser radiation process occurs, is switched on.

Использование предлагаемого способа получения синглетного кислорода позволит создать химический кислородно-иодный лазер непрерывного действия в экологически чистом исполнении, для питания которого в установившемся режиме необходима только электроэнергия, а для вывода на этот режим дополнительно необходимы хлорид щелочного металла и дистиллированная вода. Using the proposed method for producing singlet oxygen, it will be possible to create a continuous oxygen-iodine chemical laser in an environmentally friendly design, which requires only electricity in the steady state, and alkali metal chloride and distilled water are additionally required for this mode.

Claims (1)

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНГЛЕТНОГО КИСЛОРОДА ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ЛАЗЕРА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ, включающий приготовление щелочного раствора пероксида водорода и газообразного хлора, подачу полученных реагентов в генератор синглетного кислорода и проведение в нем газожидкостной реакции хлорирования, очистку генерированного синглетного кислорода в сепараторе водяного пара и подачу его в генератор лазерного излучения, отличающийся тем, что приготовление щелочного раствора пероксида водорода ведут электролизом щелочного раствора продуктов газожидкостной реакции хлорирования, обогащенного хлоридом щелочного металла, в электролизере по методу катодного восстановления кислорода, подаваемого из генератора лазерного излучения, а выделяющийся в электролизере хлор подают в генератор синглетного кислорода. A METHOD FOR PRODUCING SINGLET OXYGEN FOR A CONTINUOUS CHEMICAL LASER, including the preparation of an alkaline solution of hydrogen peroxide and gaseous chlorine, the supply of the obtained reagents to a singlet oxygen generator and the gas-liquid chlorination reaction in it, the purification of the generated singlet oxygen in a laser-water vapor separator and characterized in that the preparation of an alkaline solution of hydrogen peroxide is carried out by electrolysis of an alkaline solution of products ha ozhidkostnoy chlorination reaction enriched in alkali metal chloride in an electrolytic cell by the method of cathodic reduction of oxygen supplied from the laser oscillator, and eye-catching in an electrolytic chlorine generator is fed to singlet oxygen.
SU5030298 1992-03-02 1992-03-02 Method for production of oxygen with single spectral line for chemical laser with continuous operations RU2056685C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5030298 RU2056685C1 (en) 1992-03-02 1992-03-02 Method for production of oxygen with single spectral line for chemical laser with continuous operations

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5030298 RU2056685C1 (en) 1992-03-02 1992-03-02 Method for production of oxygen with single spectral line for chemical laser with continuous operations

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2056685C1 true RU2056685C1 (en) 1996-03-20

Family

ID=21598367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5030298 RU2056685C1 (en) 1992-03-02 1992-03-02 Method for production of oxygen with single spectral line for chemical laser with continuous operations

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2056685C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105776144A (en) * 2014-12-17 2016-07-20 中国科学院大连化学物理研究所 Two phase transfer system-based singlet state oxygen generation method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
P.Avizonis. GCL Seventh International Symposium on Gas Flow Chemical Lasers. Vienna, August, 22-26, 1988. Басов Н.Г. и др. Теоретический анализ химических кислородно-иодных лазеров, Труды ФИАН, 1986, т.171, с.30-53. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105776144A (en) * 2014-12-17 2016-07-20 中国科学院大连化学物理研究所 Two phase transfer system-based singlet state oxygen generation method
CN105776144B (en) * 2014-12-17 2018-03-20 中国科学院大连化学物理研究所 A kind of creating singlet oxygen production method based on two phase transfer systems

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4337126A (en) Electrolysis of carbonates to produce hydroxides
US6562225B2 (en) Chemical oxygen-iodine laser with electrochemical regeneration of basic hydrogen peroxide and chlorine
GB2316091A (en) Electrolytic treatment of aqueous salt solutions
US3763006A (en) Process for producing chlorine dioxide
RU2056685C1 (en) Method for production of oxygen with single spectral line for chemical laser with continuous operations
US9297082B2 (en) Process for synthesis of calcium oxide
KR0148248B1 (en) Process for producing chlorine dioxide
ES2105057T3 (en) METHOD FOR ELECTROLYZING AN AQUEOUS SOLUTION OF ALCALINE CHLORIDE.
RU2108413C1 (en) Method for production of aqueous acidified solution containing chlorate ions, method for electrochemical treatment of aqueous solution of mixture of salts of alkali metals, method for production of chlorine dioxide
US6884337B2 (en) Production of basic hydrogen peroxide for chemical oxygen-iodine laser devices
US6674781B1 (en) Method and system for fueling a closed cycle chemical oxygen iodine laser
US7195740B2 (en) Treatment of chloralkali feeds containing hydrogen peroxide and base
US3535215A (en) Method for operating electrolytic cells
Vetrovec Electrochemical production of basic hydrogen peroxide and chlorine for use in chemical oxygen-iodine laser
JP7463323B2 (en) System and method for fixing carbon dioxide by seawater electrolysis
US20220170171A1 (en) Electrochemical method, apparatus and system with improved production efficiency and co2 sequestration
JPS5851882B2 (en) Kasanka Isono Seihou
KR100353437B1 (en) Heavy water (d2o) separation method using photoexcitation and electrolysis
JP2769975B2 (en) Regeneration method of waste liquid of excited oxygen generator
KR820000613B1 (en) Process for the electrolysis of sodium chloride
RU2154125C1 (en) Sodium chlorate production process
RU2127331C1 (en) Method of producing calcium dithionite
RU2236485C1 (en) Method for preparing chlorine dioxide
US3312608A (en) Electrolytic process for preparing d-ribose
JP2023056838A (en) fuel cell system