RU2105711C1

RU2105711C1 - Method for production of pure oxygen

Info

Publication number: RU2105711C1
Application number: RU93039922A
Authority: RU
Inventors: Василий Георгиевич Куйдин
Original assignee: Василий Георгиевич Куйдин
Priority date: 1993-08-05
Filing date: 1993-08-05
Publication date: 1998-02-27

Abstract

FIELD: medicine, machine building, transport, agriculture, metallurgy and others. SUBSTANCE: air stream is fed into discharge device having metal net and needle cathodes. Potential of cathodes is more than 2.2 eV, but less than 13.6 eV. EFFECT: improved efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к ионной технологии и может быть использовано в медицине, машиностроении, на транспорте, в том числе речном и морском, в автомобильной промышленности, сельском хозяйстве, авиации, космической технике, металлургии, энергетике. The invention relates to ionic technology and can be used in medicine, mechanical engineering, transport, including river and sea, in the automotive industry, agriculture, aviation, space technology, metallurgy, energy.

Известен способ разделения потока воздуха [1] При этом отрицательные и положительные ионы под действием энергии постоянного электрического тока перемещаются вдоль силовых линий электрического поля к разноименным электродам. Поток воздуха поочередно проходит мимо электродов, на которых создается коронный разряд, т.е. создаются положительная и отрицательная короны. Под действием ударной ионизации молекулы газов, из которых состоит воздух, превращаются в положительные и отрицательные ионы. По силовым линиям электрического поля эти ионы перемещаются к соответствующим электродам, где рекомбинируют, и полученные нейтральные молекулы газов отводятся к потребителям. A known method of separation of the air flow [1] In this case, negative and positive ions under the action of direct current electric energy move along the electric field lines to opposite electrodes. The air flow alternately passes by the electrodes on which a corona discharge is created, i.e. positive and negative crowns are created. Under the influence of impact ionization, the molecules of the gases that make up the air turn into positive and negative ions. On the lines of force of the electric field, these ions move to the corresponding electrodes, where they recombine, and the resulting neutral gas molecules are transferred to consumers.

Недостатком известного способа является его энергоемкость, так как для создания и поддержания электрической короны на электродах требуется значительное количество энергии. Следовательно, себестоимость кислорода, полученного при помощи установки, работающей по этому способу, будет довольно высока. The disadvantage of this method is its energy intensity, since a significant amount of energy is required to create and maintain an electric corona on the electrodes. Therefore, the cost of oxygen obtained using the installation operating in this way will be quite high.

Наиболее близок к изобретению способ непрерывного получения чистого кислорода путем разделения воздуха методом ионизации [2] Недостатками этого способа являются его энергоемкость и сложность. Closest to the invention is a method for the continuous production of pure oxygen by air separation by ionization [2] The disadvantages of this method are its energy intensity and complexity.

Изобретение решает задачу непрерывного получения чистого кислорода простым, рентабельным способом с низкой энергоемкостью. The invention solves the problem of continuous production of pure oxygen in a simple, cost-effective way with low energy intensity.

Это достигается тем, что в способе непрерывного получения чистого кислорода путем разделения воздуха методом ионизации воздух пропускают в разрядном устройстве по воздуховоду, снабженному металлической сеткой с игольчатыми катодами, потенциал которых обеспечивает проявление сродства к электрону молекулы кислорода, но недостаточен для получения коронного разряда. This is achieved by the fact that in the continuous production of pure oxygen by air separation by ionization, air is passed in a discharge device through a duct equipped with a metal grid with needle cathodes, the potential of which provides the manifestation of electron affinity for the oxygen molecule, but is insufficient to obtain a corona discharge.

Сущность изобретения заключается в следующем. The invention consists in the following.

На игольчатые катоды подают постоянный электрический ток, потенциал которых обеспечивает проявление сродства к электрону молекулы кислорода, т.е. согласно справочным данным превышает 2,2 эВ, но недостаточен для получения коронного разряда, а именно менее 13,6 эВ. Сродство нейтральных молекул к электронам выражается энергией, которая выделяется при слиянии молекулы с электроном, или которую необходимо затратить на это слияние. Из распространенных в природе газов наибольшим сродством к электронам обладает кислород. Потенциал сродства с электроном его молекулы равен 2,2 эВ, причем эта энергия положительна, т.е. отрицательные ионы кислорода весьма устойчивы. Известно, что атмосферный воздух это смесь газов, основными из которых являются азот (78,2 об.) и кислород (20,9 об.), потенциал сродства молекул азота к электронам низок и имеет отрицательное значение (-0,6 эВ), поэтому возле отрицательного электрода отрицательные ионы молекул азота практически не образуются либо тут же распадаются. Поэтому при прохождении потока воздуха возле указанного отрицательного электрода в данном потоке будут образовываться только отрицательные ионы кислорода. Далее они двигаются вдоль силовых линий электрического поля к положительному электроду, где рекомбинируют, и полученные нейтральные молекулы кислорода отводятся к потребителю. A constant electric current is supplied to the needle cathodes, the potential of which ensures the manifestation of electron affinity for the oxygen molecule, i.e. according to reference data, it exceeds 2.2 eV, but is insufficient to obtain a corona discharge, namely, less than 13.6 eV. The affinity of neutral molecules to electrons is expressed by the energy that is released during the fusion of a molecule with an electron, or which must be spent on this fusion. Of the gases common in nature, oxygen has the highest electron affinity. The electron affinity potential of its molecule is 2.2 eV, and this energy is positive, i.e. negative oxygen ions are very stable. It is known that atmospheric air is a mixture of gases, the main of which are nitrogen (78.2 vol.) And oxygen (20.9 vol.), The potential affinity of nitrogen molecules to electrons is low and has a negative value (-0.6 eV), therefore, near the negative electrode, negative ions of nitrogen molecules practically do not form or immediately decay. Therefore, when an air stream passes near the specified negative electrode, only negative oxygen ions will form in this stream. Then they move along the lines of force of the electric field to the positive electrode, where they recombine, and the resulting neutral oxygen molecules are transferred to the consumer.

Данный способ может быть реализован в устройстве, схема которого показана на чертеже. This method can be implemented in a device, a diagram of which is shown in the drawing.

Поток воздуха, двигающийся по воздуховоду, в данном случае по трубе 1, проходит сквозь металлическую сетку 2 с игольчатыми электродами, направленными по движению воздуха. Сетка 2 с электродами вакуумно плотно изолирована от соприкосновения с трубой 1 посредством диэлектрической прокладки 3, и на нее подается отрицательное высокое напряжение (не менее 25 кВ) постоянного тока, передаваемое при помощи высоковольтного провода 4 с устройства получения высокого напряжения 5. С острозаточенных отрицательных электродов 2 с большой скоростью (обеспечивающейся высоким напряжением) стекают электроны, которые захватываются нейтральными молекулами кислорода. Из них в результате захвата лишнего электрона получаются отрицательные ионы. Далее в трубу 1 вводится труба 6, конец которой направлен навстречу движению воздуха. Диаметр трубы 6 выбирается из условия, чтобы расход газа через нее составил 20 об. от общего количества воздуха, поступающего в трубу 1. На конце трубы 6 устанавливается сетка 7, на которую подается положительное высокое напряжение, получаемое в установке высокого напряжения 5, через высоковольтный провод 8. Место прохода провода 8 через трубу 1 уплотняется диэлектрическим уплотнением 9. Сетка 7 изолирована от корпуса трубы 6 диэлектрической прокладкой 10. Минимальное расстояние между положительным электродом 7 отрицательным электродом 2 выбирается из условия возникновения искрового разряда, а максимальное расстояние из условия живучести ионов. Отрицательные ионы кислорода, двигаясь вдоль силовых линий электрического поля, приближаются к положительно зараженной сетке 7, где рекомбинируют, т.е. отдают захваченные электроны. Полученные нейтральные молекулы кислорода отводятся по трубе 6 к потребителю. Молекулы азота, вытесненные отрицательными ионами кислорода на периферию трубы 1, проходят снаружи трубы 6 и отводятся по трубе 11. The flow of air moving through the duct, in this case through the pipe 1, passes through a metal grid 2 with needle electrodes directed along the movement of air. The grid 2 with the electrodes is vacuum-tightly isolated from contact with the pipe 1 by means of a dielectric strip 3, and a negative high voltage (at least 25 kV) of direct current is transmitted to it, transmitted using high-voltage wire 4 from the device for producing high voltage 5. From sharpened negative electrodes 2 with a high speed (provided by a high voltage), electrons flow off, which are captured by neutral oxygen molecules. From them, as a result of the capture of an excess electron, negative ions are obtained. Next, pipe 6 is inserted into the pipe 1, the end of which is directed towards the movement of air. The diameter of the pipe 6 is selected so that the gas flow through it is 20 vol. of the total amount of air entering the pipe 1. At the end of the pipe 6, a grid 7 is installed, to which a positive high voltage, obtained in the high voltage installation 5, is supplied through the high-voltage wire 8. The passage of the wire 8 through the pipe 1 is sealed with a dielectric seal 9. The grid 7 is isolated from the pipe body 6 by a dielectric gasket 10. The minimum distance between the positive electrode 7 by the negative electrode 2 is selected from the conditions for the occurrence of a spark discharge, and the maximum distance from ion survivability Negative oxygen ions, moving along the lines of force of the electric field, approach the positively infected network 7, where they recombine, i.e. give captured electrons. The obtained neutral oxygen molecules are discharged via pipe 6 to the consumer. Nitrogen molecules displaced by negative oxygen ions to the periphery of the pipe 1 pass outside the pipe 6 and are discharged through the pipe 11.

Изобретение позволяет непрерывно получать необходимое количество дешевого кислорода, что дает возможность удешевить реанимационные мероприятия в медицине, уменьшить себестоимость в машиностроении той продукции, где используются газовая сварка или резка металла, уменьшить себестоимость чистого железа, получаемого в металлургии путем выжигания углерода из железа. Кроме того, неограниченное количество дешевого кислорода, получаемое в малогабаритных установках, позволит интенсифицировать процесс горения в тепловых двигателях, печах, котлах и т.д. А это позволит увеличить их мощность, снизить расход топлива, либо использовать топливо более низкого качества и уменьшить выбросы вредных веществ в атмосферу. The invention allows to continuously obtain the necessary amount of cheap oxygen, which makes it possible to reduce the cost of resuscitation in medicine, to reduce the cost in mechanical engineering of those products that use gas welding or metal cutting, to reduce the cost of pure iron obtained in metallurgy by burning carbon from iron. In addition, the unlimited amount of cheap oxygen obtained in small-sized plants will intensify the combustion process in heat engines, furnaces, boilers, etc. And this will increase their power, reduce fuel consumption, or use lower quality fuel and reduce emissions of harmful substances into the atmosphere.

Claims

A method of continuously producing pure oxygen by air separation by ionization, characterized in that the air is passed in a discharge device through an air duct equipped with a metal grid with needle cathodes, the potential of which provides the manifestation of electron affinity for the oxygen molecule, but is insufficient to obtain a corona discharge.