專利名稱：臭氧制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提供臭氧。
背景臭氧廣泛用于各種工藝，例如飲用水消毒和控制氣體污染物如NOx。然而，對于大型系統(tǒng)，臭氧制造設(shè)備運轉(zhuǎn)的費用占整個系統(tǒng)成本非常大的一部分。因此，已經(jīng)實施了許多降低制造臭氧成本的方法。例如，在臭氧制造設(shè)備中，將排空臭氧的氧氣回收到臭氧發(fā)生器中，并使用氧氣發(fā)生器排放的廢氣來凈化變壓吸附過程中的臭氧。然而，仍然需要對臭氧制造設(shè)備進行再改進以降低用于如下工藝的臭氧制造設(shè)備的整個系統(tǒng)成本例如飲用水消毒、廢水處理和控制氣體污染物如NOx。
概述本發(fā)明提供一種在所選擇的高于大氣壓的壓力下提供臭氧的方法，該方法包括將在高于所選擇的壓力下加壓的清洗氣體供應到至少一個臭氧吸附裝置中；用所說的加壓清洗氣體使臭氧從所說的臭氧吸附裝置中脫附；和在所選擇的壓力下輸送所說臭氧和所說清洗氣體的混合物而不用進一步壓縮。
在一個實施方案中，提供一種在所選擇的高于大氣壓的壓力下提供臭氧的方法，該方法包括在高于所選擇壓力的壓力下提供一批壓縮的干燥空氣；將所說壓縮干燥空氣的第一部分輸送至氧氣發(fā)生器；用所說的氧氣發(fā)生器產(chǎn)生氧氣；將所說的氧氣輸送至臭氧發(fā)生器；用所說的臭氧發(fā)生器產(chǎn)生富臭氧的氧氣；使所說的富臭氧的氧氣通過至少一個變壓吸附塔；
在所說的變壓吸附塔中，從所說的富臭氧的氧氣中吸附臭氧，從而提供排空臭氧的氧氣；將排空臭氧的氧氣回收至所說的臭氧發(fā)生器；將所說壓縮干燥空氣的第二部分輸送至所說的變壓吸附塔；使用所說的第二部分壓縮干燥空氣使所說的臭氧從所說的變壓吸附塔中脫附；在所選擇的壓力下，輸送來自所說變壓吸附塔的臭氧和所說的第二部分壓縮空氣的混合物而不用進一步壓縮。
附圖簡述

圖1是臭氧制造設(shè)備的示意圖，該設(shè)備具有使用氮吸附床來產(chǎn)生氧氣和使用干燥劑床來產(chǎn)生壓縮干燥空氣的氧氣發(fā)生器。
圖2是臭氧制造設(shè)備的示意圖，該設(shè)備具有使用低溫氧氣發(fā)生器來產(chǎn)生氧氣和干燥氮氣的氧氣發(fā)生器。
圖3是臭氧制造設(shè)備的示意圖，該設(shè)備具有使用低溫氧氣發(fā)生器來產(chǎn)生干燥氧氣和壓縮干燥空氣的氧氣發(fā)生器。
圖4是用于氧氣清洗和增壓循環(huán)以及用于壓縮排空臭氧的氧氣的蒸發(fā)液態(tài)氧的示意圖。
圖5是雙塔變壓吸附設(shè)備的示意圖。
圖6是改進的雙塔變壓吸附設(shè)備示意圖。
圖7是說明在廢氣清洗循環(huán)的過程中，使用干燥氮氣的臭氧吸附-脫附的試驗結(jié)果的曲線圖。
圖8是說明在廢氣清洗循環(huán)的過程中，使用濕氮氣的臭氧吸附-脫附的試驗結(jié)果的曲線圖。
詳述提供一種改進臭氧制造設(shè)備運轉(zhuǎn)的方法。在某些實施方案中，在利用廢氣和臭氧的氣體混合物之前消除了對額外壓縮的需要。在某些實施方案中，可以使用各種低溫氧氣發(fā)生器，這些氧氣發(fā)生器特別適合于產(chǎn)生大量使用臭氧的過程中使用的氧氣?？梢允褂谜舭l(fā)的液體氧氣來簡化將排空臭氧的氧氣回收至臭氧發(fā)生器?？梢栽谧儔何竭^程的氧氣清洗和加壓循環(huán)期間使用高純氧氣而不是排空臭氧的氧氣以減少氧氣循環(huán)的過程中產(chǎn)生惰性物質(zhì)如氮氣。也可以縮小用于降低臭氧壓力波動和濃度波動的臭氧緩沖罐的尺寸?？梢约訜嵩趶U氣清洗循環(huán)過程中使用的廢氣以使廢氣清洗循環(huán)過程中使用的壓力高于臭氧吸附循環(huán)過程中形成的壓力。在廢氣清洗循環(huán)過程中可以使廢氣保持濕潤，從而在用于臭氧脫附之前消除對壓縮干燥空氣進行干燥的需要，并且可以使使用的吸附劑具有更高臭氧吸附量。
如附圖所示，通常用數(shù)字10表示制造臭氧的設(shè)備。在本發(fā)明的某些實施方案中，臭氧制造設(shè)備10具有臭氧發(fā)生器11和雙塔變壓吸附(PSA)裝置或設(shè)備12。雙塔PSA設(shè)備12的第一個塔13和第二個塔14各自具有一個用于吸附和脫附循環(huán)的吸附床(未示出)。這些吸附床可以含吸附劑如硅膠、高二氧化硅絲光沸石、脫鋁的Y型分子篩及不破壞大量臭氧的其它材料。除硅膠以外的吸附劑本身需要有一些水分，以使臭氧被破壞至可接受的程度。這些吸附劑在用下面描述的臭氧發(fā)生設(shè)備10產(chǎn)生臭氧的過程中吸附臭氧并使臭氧脫附。而且，盡管具有吸附床的雙塔典型地用于臭氧制造，但也可以使用額外的塔和它們相應的吸附床以使臭氧制造設(shè)備10更連續(xù)地運轉(zhuǎn)。
第一個塔13和第二個塔14的吸附床要經(jīng)過增壓、臭氧吸附、廢氣清洗(也被稱為臭氧脫附和再生)和氧氣清洗循環(huán)。分別設(shè)計圖1-3的雙塔PSA設(shè)備12以便于這些循環(huán)。例如，雙塔PSA設(shè)備12裝備有第一開關(guān)系統(tǒng)17和第二開關(guān)系統(tǒng)18。這些開關(guān)系統(tǒng)有連通和斷開第一個塔13或第二個塔14與不同供應管的各種閥門。不同氣體供應管間歇的連通和斷開使第一個塔13和第二個塔14彼此異相地運轉(zhuǎn)。這種相位差使得雙塔PSA設(shè)備12相對連續(xù)地運轉(zhuǎn)。
將描述如圖1-3所示的臭氧制造設(shè)備的常規(guī)運轉(zhuǎn)，這只是為了說明而不是用于限制。向臭氧發(fā)生器11提供氧氣15。臭氧發(fā)生器11運轉(zhuǎn)，向第一開關(guān)系統(tǒng)17提供富臭氧的氧氣16。通過第一開關(guān)系統(tǒng)17將富臭氧的氧氣16輸送到雙塔PSA設(shè)備12中。
第一個塔13和第二個塔14都利用富臭氧的氧氣16，并且都可以按照相同的變壓吸附過程運轉(zhuǎn)。然而，兩個塔之間的相位差使得在任何給定的時間兩者都處于不同的運轉(zhuǎn)模式下。例如，在指定的時間，第一個塔13的吸附床可以進行吸附循環(huán)，而第二個塔14的吸附床可以進行廢氣清洗循環(huán)。變壓吸附循環(huán)的一次總循環(huán)時間約為2-30分鐘。為簡單起見，下面進一步描述第一個塔13的常規(guī)運轉(zhuǎn)。
為了使第一個塔13開始運轉(zhuǎn)，第一開關(guān)系統(tǒng)17向第一個塔13輸送富臭氧的氧氣16，在那里，在吸附循環(huán)的過程中使用富臭氧的氧氣16。富臭氧的氧氣16的壓力約為5-50磅/平方英寸，可以在約為-50℃-50℃的溫度范圍下進行該吸附循環(huán)。在吸附循環(huán)的過程中，富臭氧的氧氣16中的臭氧被第一個塔13的吸附床吸附。排空臭氧的氧氣20的一部分被第二開關(guān)系統(tǒng)18輸送到第二個塔14(在第二個塔14中發(fā)生的變壓吸附過程中使用)，其余的被送往鼓風機21。鼓風機21可以將一部分排空臭氧的氧氣20送回到臭氧發(fā)生器11以進行再循環(huán)。
在廢氣清洗循環(huán)過程中，廢(或清洗)氣體22(例如，壓縮的干燥空氣34、52或氮氣44)使從富臭氧的氧氣16中吸附的臭氧從吸附床上脫附。廢氣22的壓力約為1-30磅/平方英寸，可以在約為-50℃-100℃的溫度范圍下進行廢氣清洗循環(huán)。典型地，廢氣22的壓力低于進入臭氧發(fā)生器的氧氣15的壓力，但是可以根據(jù)使用的需要調(diào)整廢氣22的壓力。而且，廢氣22的質(zhì)量流量可以高于或低于富臭氧的氧氣16的質(zhì)量流量，然而相對流量必須足夠大以獲得穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)的變壓吸附過程。正如在下文中將要討論的，可以由氧氣發(fā)生裝置23、39和49產(chǎn)生廢氣22，并且可以通過第二開關(guān)系統(tǒng)18將廢氣22輸送到第一個塔13中。廢氣22清洗來自第一個塔13的臭氧，隨后將產(chǎn)生的廢氣和臭氧的氣體混合物24通過第一開關(guān)系統(tǒng)17輸送到使用臭氧的場合，例如飲用水消毒系統(tǒng)。
在氧氣清洗和加壓循環(huán)的過程中，可以用第二開關(guān)裝置18將來自第二個塔14的排空臭氧的氧氣20輸送到第一個塔13中。可以相繼用任何過量的廢氣22清洗第一個塔13，并使用排空臭氧的氧氣20對第一個塔13加壓。隨后在第一個塔13中重復變壓吸附循環(huán)。而且，在臭氧產(chǎn)生過程中，在第一個塔13和第二個塔14中都繼續(xù)進行變壓吸附過程。
正如以上所討論的，可以將廢氣和臭氧的氣體混合物24輸送到飲用水消毒系統(tǒng)(提純)、廢水處理系統(tǒng)或NOx治理系統(tǒng)中。這種飲用水消毒系統(tǒng)和廢水處理系統(tǒng)需要壓力約為10-25磅/平方英寸的氣體混合物24。NOx治理系統(tǒng)需要壓力為10-15磅/平方英寸的臭氧供氣。然而，對離開第一個塔13和第二個塔14后的氣體混合物24進行額外的壓縮需要壓縮機和與其有關(guān)的電源，而這會導致臭氧損失。如果使用來自圖1中氮吸附床30和31的廢氣而非壓縮的干燥空氣34作為用于廢氣清洗循環(huán)的廢氣22，則是這種情況。在這種情況下，來自氮吸附床30和31的廢氣接近大氣壓，氣體混合物24接近大氣壓并需要壓縮。正如以下進一步要討論的，如上所述的臭氧制造和方法消除了對氣體混合物24進行額外壓縮的需要。
在臭氧制造設(shè)備10中，可以使用各種氧氣發(fā)生器23、39和49來制造氧氣15和廢氣22。在圖1-3中所示的氧氣發(fā)生器23、39和49的每一個實施方案中，在上述討論的廢氣清洗循環(huán)過程中，供應到第一個塔13和第二個塔14中的廢氣22具有高壓，考慮到已知的整個系統(tǒng)的壓降，這足以在所需要的壓力下提供氣體混合物24。例如，最初通過壓縮機33將壓縮空氣32壓縮至所需的壓力。將該壓縮空氣輸送至氧氣發(fā)生器23，在那里制造氧氣15和廢氣22。將廢氣22輸送到第一個塔13和第二個塔14中，由于開始用壓縮機33進行了壓縮，所以就不需要進行額外的壓縮了。
盡管圖1-3中分別描述的氧氣發(fā)生器23、39和49中的每一個都消除了對廢氣22進行額外壓縮的需要，但是這些氧氣發(fā)生器運轉(zhuǎn)不同。例如，圖1描述了使用變壓吸附或真空搖擺吸附(PSA或VSA)來產(chǎn)生氧氣15的氧氣發(fā)生器23。該氧氣發(fā)生器23分為干燥劑床28和29以及氮吸附床30和31。干燥劑床28和29從壓縮空氣32中除去水分。離開干燥劑床28和29后，分開產(chǎn)生的壓縮干燥空氣34。一部分成為廢氣22，而另一部分被輸送到氮吸附床30和31中。氮吸附床30和31從壓縮干燥空氣34中吸附氮氣以制造氧氣15。
圖2顯示了使用低溫氧氣發(fā)生器39制造氧氣，該氧氣發(fā)生器39聯(lián)合使用低溫蒸鎦單元42與空氣預凈化單元40和41。預凈化單元40和41使用變溫吸附或變壓吸附過程來從壓縮空氣32中除去水分和二氧化碳。在被輸送到低溫單元42之后，將產(chǎn)生的凈化空氣43冷卻至深冷溫度，并將其分為用作氧氣15的氧氣和氮氣44。分開氮氣44，其中一部分作為上述討論的廢氣22，另一部分作為用于空氣預凈化單元40和41的再生氣體45。間歇地顛倒空氣預凈化單元40和41中的過程以便于再生，并使用再生氣體45來更新空氣預凈化單元40和41。再生之后，再生氣體45作為廢氣流46離開空氣預凈化單元40和41。
如果需要壓力更高的廢氣22，則可以對圖2的低溫氧氣發(fā)生器39進行改造。與在圖1的氧氣發(fā)生器23的情況下一樣，當使用低溫蒸鎦制造氧氣時，可以制造分離的壓縮干燥空氣。圖3中描述了得到的改進型低溫氧氣發(fā)生器49。圖3中，使用干燥劑床50和51來干燥壓縮空氣32。分開產(chǎn)生的壓縮干燥空氣52。一部分成為以上所討論的廢氣22，而另一部分被輸送到空氣預凈化單元53和54中。與圖2中一樣，圖3中低溫氧氣發(fā)生器49的空氣預凈化單元53和54從壓縮的干燥空氣52中除去其它雜質(zhì)如二氧化碳。而且，在被輸送到低溫單元55中之后，將產(chǎn)生的凈化空氣56冷卻至深冷溫度，并將其分為用作氧氣15的氧氣和氮氣57。使用氮氣57來更新空氣預凈化單元53和54。也間歇地顛倒空氣預凈化單元53和54中的過程以便于再生，氮氣57作為廢氣流58離開空氣預凈化單元53和54以及干燥劑床50和51。
使用如上所述的各種氧氣發(fā)生器23、39和49的臭氧制造設(shè)備10的常規(guī)運轉(zhuǎn)消除了對廢氣22進行額外壓縮的需要。而且，該低溫氧氣發(fā)生器39和49特別適合于使用大量臭氧的過程。這些使用大量臭氧的過程尤其包括用于NOx治理的LoTOx過程。對于使用大量臭氧的用戶，用低溫氧氣發(fā)生器39和49產(chǎn)生的氧氣15提供了一種比其它產(chǎn)生氧氣的方法更加經(jīng)濟合算的方法。
對臭氧制造設(shè)備10的改進可提高臭氧生產(chǎn)過程的效率，并進一步降低成本。例如，當使用如液氧貯罐提供的蒸發(fā)的液態(tài)氧來提供給臭氧發(fā)生器11作為氧氣15時，還可以使用該蒸發(fā)的液態(tài)氧來簡化排空臭氧的氧氣20的回收。如圖4所示，將排空臭氧的氧氣20和具有高壓(高達200磅/平方英寸)的蒸發(fā)液態(tài)氧氣59輸送至排泄器60中。在排泄器60中混合氣體，因此壓縮了排空臭氧的氧氣20。對排空臭氧的氧氣20的有效壓縮迫使排空臭氧的氧氣20作為混合氧氣61的一部分返回到臭氧發(fā)生器11中。對該排空臭氧的氧氣20的有效壓縮消除了對鼓風機的需要。
通過改進雙塔PSA設(shè)備12中的變壓吸附過程也可以提高效率。換句話說，變壓吸附過程不限于如上所述的各個循環(huán)，也可以使用其它或改進的循環(huán)來提高效率。下面的表1中描述了雙塔PSA設(shè)備12中的變壓吸附過程。
表1
圖5說明了利于各個循環(huán)的雙塔PSA設(shè)備12的結(jié)構(gòu)，并詳細描述了形成第一開關(guān)系統(tǒng)17的閥門V1-V4和形成第二開關(guān)系統(tǒng)18的閥門V5-V10。表1引用了圖5中描述的閥門V1到V10，并詳細描述了在變壓吸附過程的各個循環(huán)中，哪個閥門是打開的。通過間歇地打開和關(guān)閉閥門V1到V10來實現(xiàn)這些循環(huán)，并且通常通過可編程邏輯控制器(未示出)來控制閥門按規(guī)定的時間間隔(僅作為舉例而不限于表1-4中的那些)開關(guān)。
盡管表1中描述了整個變壓過程，但是為了說明，還將描述該過程的第一部分。如表1所示，當?shù)诙€塔14進行臭氧吸附循環(huán)時，第一個塔13進行氧氣清洗循環(huán)。為了進行這些循環(huán)，閥門V2、V3、V5、V6和V10打開所選擇的一段時間，例如0.25分鐘。因此，部分富臭氧的氧氣16通過閥門V2被輸送到第二個塔14中。
第二個塔14的臭氧吸附床從富臭氧的氧氣16中吸附臭氧。排空臭氧的氧氣20離開第二個塔14，隨后被分開。排空臭氧的氧氣的第一部分通過閥門V10被輸送到第一緩沖罐80中，最終被回收到臭氧發(fā)生器11中。排空臭氧的氧氣20的第二部分通過閥門V5和V6被輸送到第一個塔13中。
在氧氣清洗循環(huán)的過程中，排空臭氧的氧氣20的第二部分經(jīng)過第一個塔13。隨后，排空臭氧的氧氣20的第二部分和在氧氣清洗循環(huán)過程中收集的任何污染物都被輸送到第二緩沖罐81中。第二緩沖罐81降低了其中接收的氣體的壓力波動。而且，也可以使用第二緩沖罐81來減緩臭氧濃度波動。最終，將第二緩沖罐81中接收的氣體輸送到使用臭氧的場合，例如飲用水消毒系統(tǒng)。在第一個塔13中氧氣清洗循環(huán)的過程中，變壓吸附過程根據(jù)表1繼續(xù)進行。
如上文所討論的，第一個塔13和第二個塔14的吸附床彼此異相地運轉(zhuǎn)。通過使一個塔的運轉(zhuǎn)與另一個塔的運轉(zhuǎn)互補而使這種運轉(zhuǎn)提高過程的效率。例如，雙塔PSA設(shè)備12的異相運轉(zhuǎn)使離開一個塔的排空臭氧的氧氣20在另一個塔的氧氣清洗循環(huán)中使用。
然而，如圖6所示，可以通過在氧氣清洗和加壓循環(huán)的過程中使用高純氧氣71而非排空臭氧的氧氣20來提高變壓吸附過程的效率。高純氧氣71可以是來自液氧貯罐中的氧氣或來自低溫氧氣發(fā)生器的氣態(tài)氧氣，例如圖2和3中的氧氣15。當回收排空臭氧的氧氣20時，最終這會在最終被輸送到臭氧發(fā)生器11中的排空臭氧的氧氣20中產(chǎn)生大的不能接受的惰性物質(zhì)濃度(大于30％)。對本說明書來說，將空氣中的氮氣和氬氣看作是惰性物質(zhì)。存在這種惰性物質(zhì)會降低臭氧發(fā)生器11的效率超過20％。然而，高純氧氣71會降低被輸送到臭氧發(fā)生器11中的排空臭氧的氧氣20中的惰性物質(zhì)濃度至小于約5％。這種氮氣的濃度對臭氧發(fā)生器11的效率幾乎沒什么影響。使用高純氧氣71而非排空臭氧的氧氣20的改進變壓吸附過程描述于表2中。
表2
在將富臭氧的氧氣16供應到第一個塔13和第二個塔13的吸附床的過程中，臭氧被吸附在吸附床上，而氧氣通過。在使用廢氣22的脫附過程中，臭氧從吸附床上脫附，并與廢氣22混合。在被輸送到使用臭氧的場合如飲用水處理之前，將產(chǎn)生的臭氧和廢氣22的氣體混合物24收集到第二緩沖罐81中。在脫附過程中，離開吸附床的氣體混合物24中臭氧的濃度不是恒定的，可以改變兩倍或更大。也可以改變離開吸附床的氣體混合物24的壓力和流量。第二緩沖罐81混合氣體混合物24，從而向使用臭氧的場合提供幾乎恒定的臭氧濃度和流量?？梢杂脤嶒灥姆椒ɑ蛲ㄟ^工藝仿真來確定所需的臭氧緩沖罐的尺寸。
也可以通過減小第二緩沖罐81的尺寸來增加該過程的效率。因為在如表2所示的各個加壓循環(huán)過程中不是將氣體從第一個塔13或第二個塔13輸送到第二緩沖罐81中，所以在第二緩沖罐81中存在巨大的壓力和濃度波動。為了克服這些波動，必須顯著增加第二緩沖罐81的尺寸。然而，與小的緩沖罐相比，巨大的緩沖罐增加了臭氧分解的可能性，因此，會降低該過程的效率。與大量臭氧相匹配的緩沖罐會十分昂貴。如果消除回填(backfill)步驟，因為有恒定的臭氧流向臭氧緩沖罐，所以可以減少臭氧緩沖罐的尺寸50％或更大。
為了使第二緩沖罐81保持小尺寸，第二緩沖罐81必須接收恒定的含臭氧的氣體。用表3中描述的過程替換表2中描述的過程將提供這種恒定的含臭氧的氣體。
表3
在表3所示的供料加壓循環(huán)過程中，第一個塔13和第二個塔14將接收富臭氧的氧氣16，其最初用于加壓，然后用于臭氧吸附和制造排空臭氧的氧氣20。因此，第一個塔13和第二個塔14可以被有效地加壓而不需要表2的加壓循環(huán)。而且，在表3所示的過程中，當一個塔進行供料加壓和臭氧吸附循環(huán)時，另一個塔進行廢氣清洗循環(huán)或氧氣清洗循環(huán)，因此能向第二緩沖罐81提供恒定的含臭氧的氣體。
表3中的循環(huán)會降低第二緩沖罐81的尺寸以及相應的成本。通過減少臭氧在第二緩沖罐81中的停留時間也會減少第二緩沖罐81內(nèi)的臭氧分解。除了表3中描述的過程之外，也存在其它減小或消除第二緩沖罐81的可能性。例如，如果使用臭氧制造設(shè)備10來處理大量的飲用水或廢水，那么用于使臭氧和水接觸的大盆本身也可以充當臭氧緩沖罐以消除上述濃度波動，并消除或者明顯減小第二緩沖罐81的尺寸。
通過加熱在廢氣清洗循環(huán)過程中使用的廢氣22可以進一步提高該過程的效率。正如以上所討論的，使用壓縮的干燥空氣34、52和氮氣44作為廢氣22來使臭氧從吸附床上脫附。對于至少部分廢氣清洗循環(huán)而言，將廢氣22加熱至高于富臭氧的氧氣16約10-30℃可以降低所需的廢氣22的數(shù)量。而且，加熱廢氣22也使廢氣清洗循環(huán)過程中使用的壓力高于在用具有與排空臭氧的供氣16相似溫度的廢氣脫附過程中提供的壓力。因此，可以如圖6所示提供加熱器92來加熱廢氣22。而且，當產(chǎn)生壓縮的干燥空氣34、52時，可以使用在制造壓縮的干燥空氣34、52的過程中產(chǎn)生的壓縮熱來加熱廢氣22。使用加熱廢氣22的代表性循環(huán)描述于表4中。
表4
通過在廢氣清洗循環(huán)過程中使用濕的廢氣22可以進一步提高該過程的效率。這種濕的再生氣體可以通過壓縮大氣至脫附壓力來制造。在氣體清洗循環(huán)的過程中使用濕的廢氣22在吸附能力方面有一些損失。然而，因為當使用濕的吸附劑時臭氧破壞(或分解)顯著減少，所以可以提高總的臭氧回收率。通過在進入臭氧發(fā)生器11之前只干燥排空臭氧的氧氣20還可以顯著節(jié)約能量。因此，應該在去臭氧發(fā)生器11之前通過一些合適干燥方法來干燥排空臭氧的氧氣20。這些干燥過呈包括但不限于PSA、TSA或合適的膜。實際上，氧氣15中的水分量可以比廢氣22中的水分少10％，這會顯著地節(jié)約再生能量。
交替使用潤濕和干燥的氮氣44作為廢氣22的實驗的結(jié)果如圖7和8所示。例如，富臭氧的氧氣16(氧氣混合物中臭氧為10％)中的臭氧被吸附在由硅膠組成的吸附床上約5分鐘。隨后使用濕潤和干燥的氮氣44使吸附的臭氧脫附5分鐘。富臭氧的氧氣16與濕潤和干燥的氮氣44的流量相同。在循環(huán)吸附和脫附過程中，吸附床出口處的臭氧濃度如圖7和8所示。對比產(chǎn)生的臭氧濃度表明使用濕潤或干燥氮氣的吸附能力明顯不同。
在再生過程中使用濕的廢氣22有可能使用其它吸附劑，例如高二氧化硅絲光沸石和脫鋁的Y型分子篩。這些吸附劑的臭氧吸附能力是硅膠的2-3倍。然而，由于分解造成臭氧明顯損失，所以當吸附劑是干的時，不能使用它們。
應該理解的是本文中描述的實施方案僅僅是示范性的，所屬技術(shù)領(lǐng)域人員可以進行許多不背離本發(fā)明精神和范圍的改變和調(diào)整。可以根據(jù)情況交替或組合地實施各個實施方案。所有這些調(diào)整和改變都包括在如從屬權(quán)利要求中所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在選擇的高于大氣壓的壓力下提供臭氧的方法，該方法包括將在高于選擇壓力下加壓的清洗氣體供應到至少一個臭氧吸附裝置中；用所說的加壓清洗氣體使臭氧從所說的臭氧吸附裝置中脫附；和在選擇壓力下輸送所說的臭氧和所說的清洗氣體的混合物而不進行進一步壓縮。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中供應到至少一個臭氧吸附裝置中的加壓清洗氣體選自壓縮的干燥空氣和氮氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，該方法進一步包括壓縮空氣；將所說的壓縮空氣供應至氧氣發(fā)生器；和，用所說的氧氣發(fā)生器產(chǎn)生氧氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所說的產(chǎn)生所說氧氣的氧氣發(fā)生器包括串聯(lián)排列的至少一個干燥劑床和至少一個氮吸附床。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中壓縮的干燥空氣離開所說的干燥劑床，將所說的壓縮干燥空氣的第一部分輸送到所說的氮吸附床中，而所說的壓縮干燥空氣的第二部分成為所說的加壓清洗氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所說的產(chǎn)生所說氧氣的氧氣發(fā)生器包括串聯(lián)排列的至少一個空氣預凈化單元和低溫單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所說的空氣預凈化單元除去所說的壓縮空氣中的污染物，從而形成離開所說空氣預凈化單元的凈化壓縮空氣，將所說的凈化壓縮空氣輸送到所說的低溫單元中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所說的低溫單元將所說的凈化壓縮空氣分解成所說的氧氣和氮氣，所說的氮氣成為所說的加壓清洗氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所說的產(chǎn)生所說氧氣的氧氣發(fā)生器包括串聯(lián)排列的至少一個干燥劑床、至少一個空氣預凈化單元和低溫單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中壓縮的干燥空氣離開所說的干燥劑床，將所說的壓縮干燥空氣的第一部分輸送到所說的空氣預凈化單元中，而所說的壓縮干燥空氣的第二部分成為所說的加壓清洗氣體。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中干燥的凈化壓縮空氣離開所說的空氣預凈化單元，并將所說的干燥凈化空氣輸送到所說的低溫裝置中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所說的低溫單元至少部分地將所說干燥的凈化壓縮空氣分解成所說的氧氣和氮氣。
13.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，該方法進一步包括將所說的氧氣輸送到臭氧發(fā)生器中；和使用所說的臭氧發(fā)生器產(chǎn)生富臭氧的氧氣。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，該方法進一步包括將所說的富臭氧的氧氣輸送到所說的至少一個臭氧吸附裝置中；在所說的至少一個臭氧吸附裝置中，從所說的富臭氧的氧氣中吸附臭氧，從而形成排空臭氧的氧氣；和將排空臭氧的氧氣回收到所說的臭氧發(fā)生器中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，該方法進一步包括將所說的排空臭氧的氧氣與具有高壓的蒸發(fā)液態(tài)氧氣混合，形成壓縮的混合氧氣；和，將該壓縮的混合氧氣輸送到所說的臭氧發(fā)生器中。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，該方法進一步包括向所說的至少一個臭氧吸附裝置供應高純氧氣；使用所說的高純氧氣從所說的至少一個臭氧吸附裝置中清洗所說的加壓清洗氣體；和用所說的高純氧氣對所說的至少一個臭氧吸附裝置進行加壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，該方法進一步包括在進入所說的至少一個臭氧吸附裝置之前，加熱所說的加壓清洗氣體。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，該方法包括至少以下一個步驟在高于選擇的壓力下，將大氣壓縮至脫附壓力，從而提供加壓的清洗氣體；和引入所說的加壓清洗氣體以使臭氧從所說的臭氧吸附裝置中脫附而不首先干燥所說的加壓清洗氣體。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，該方法包括將富臭氧的氧氣輸送到至少第二臭氧吸附裝置中，同時用所說的加壓清洗氣體使臭氧從所說的至少一個臭氧吸附裝置中脫附；從而提供恒定的含臭氧的氣體。
20.一種在選擇的高于大氣壓的壓力下提供臭氧的方法，該方法包括在高于選擇壓力的壓力下提供壓縮的干燥空氣；將所說壓縮干燥空氣的第一部分輸送至氧氣發(fā)生器；用所說的氧氣發(fā)生器產(chǎn)生氧氣；將所說的氧氣輸送至臭氧發(fā)生器；用所說的臭氧發(fā)生器產(chǎn)生富臭氧的氧氣；使所說的富臭氧的氧氣通過至少一個變壓吸附塔；在所說的變壓吸附塔中，從所說的富臭氧的氧氣中吸附臭氧，從而提供排空臭氧的氧氣；將排空臭氧的氧氣回收至所說的臭氧發(fā)生器；將所說壓縮干燥空氣的第二部分輸送至所說的變壓吸附塔；使用所說的第二部分壓縮干燥空氣使所說的臭氧從所說的變壓吸附塔中脫附；在選擇的壓力下，輸送來自所說變壓吸附塔的臭氧和所說的第二部分壓縮空氣的混合物而不用進一步壓縮。
全文摘要
在所選擇的高于大氣壓的壓力在提供臭氧的方法，該方法包括在高于所選擇的壓力下向至少一個臭氧吸附裝置(12)中提供清洗氣體(22)；用加壓的清洗氣體(22)使臭氧從臭氧吸附裝置(12)中脫附；和在所選擇的壓力下輸送臭氧和清洗氣體(24)的混合物而不進行進一步的壓縮。一個方法包括以下步驟在高于所選擇的壓力下提供一批壓縮的干燥空氣(34)；將第一部分壓縮的干燥空氣(34)輸送至氧氣發(fā)生器(23)；產(chǎn)生氧氣(15)；將氧氣(15)輸送至臭氧發(fā)生器(11)；產(chǎn)生富臭氧的氧氣(16)；該富臭氧的氧氣(16)通過至少一個變壓吸附塔(13，14)，并從富臭氧的氧氣(16)中吸附臭氧，從而提供排空臭氧的氧氣(20)；將該排空臭氧的氧氣(20)循環(huán)至臭氧發(fā)生器(11)；將第二部分壓縮的干燥空氣(34)輸送至變壓吸附塔(13，14)，并用該壓縮的干燥空氣(34)使臭氧脫附；和在所選擇的壓力下輸送臭氧和壓縮空氣(24)的混合物而不進行進一步壓縮。
文檔編號B01D53/047GK1490242SQ0313077
公開日2004年4月21日 申請日期2003年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月25日
發(fā)明者R·吉恩, R 吉恩 申請人:波克股份有限公司