способ получения озона и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения озона из кислорода, включающий адсорбцию кислорода поверхностью гранул возбужденного пористого катализатора, отличающийся тем, что, с целью повышения экологичности и снижения энергозатрат, поверхность гранул пористого катализатора возбуждают электрическим разрядом.

2. Устройство для получения озона из кислорода, содержащее генератор накачки, стальной корпус озонатора, заполненный гранулами пористого катализатора, снабженный герметичной крышкой, патрубками подвода кислорода и отвода озона, отличающееся тем, что, с целью повышения экологичности и снижения энергозатрат, оно снабжено электродом, установленным в крышке корпуса на проходном изоляторе коаксиально с корпусом, снабженным рубашкой водяного охлаждения, генератор накачки выполнен в виде источника электрического поля, один выход которого соединен с корпусом озонатора, а другой с электродом, уровень засыпки гранул пористого катализатора составляет 0,85 0,9 высоты корпуса озонатора, нижний конец электрода отстоит от дна корпуса озонатора на 0,1 0,15 высоты корпуса озонатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к неорганической химии, точнее к способам получения озона, и может быть использовано в химической промышленности, очистке сточных вод, подготовке питьевой воды и т.д.

Известен способ получения озона, основанный на радиационно-химической реакции адсорбированных молекул кислорода, заключающийся в облучении охлажденного до -60 -100^оС катализатора-сорбента с адсорбированным на нем кислородом [1] Сущность способа заключается в использовании образующихся под влиянием облучения возбуждений (экситоны, электронно-дырочные пары) решетки специально подобранного катализатора для селективного возбуждения молекул кислорода, адсорбированных на поверхности катализатора.

Катализатор подбирают таким образом, чтобы ширина запрещенной зоны, а, следовательно, и энергия возбуждений соответствовала уровням возбуждения кислорода, определяющим максимальный выход реакции.

О₂^* + О₂ _________ О₃ + О.

Этот способ выбран в качестве прототипа. Он отличается высоким выходом по реакции.

Накачка кристаллической решетки происходит за счет поглощения энергии ионизирующего излучения.

Этот способ реализуется в устройстве, содержащем капсулу с катализатором и приспособлением для его охлаждения и нагрева. Капсула помещена в камеру из стали Х18Н9Т, имеющую окно из алюминиевой фольги для облучения катализатора, например силикагеля, внешним облучателем, а также газовую арматуру для напуска кислорода.

Недостатком этого способа и устройства является использование мощных источников излучения, что в ряде случаев нежелательно как с точки зрения охраны окружающей среды, так и с точки зрения экономики процесса. Т.к. установки с мощными источниками излучения достаточно сложны и требуют специальной защиты, нерентабельно создавать подобные установки небольшой производительности, в чем зачастую возникает необходимость.

Цель изобретения упрощение и удешевление процесса получения озона из кислорода за счет исключения радиационных источников энергии, сохраняя высокий энергетический выход метода.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения озона из кислорода, включающем адсорбцию кислорода поверхностью возбужденного пористого катализатора, поверхность катализатора возбуждают электрическим разрядом в атмосфере кислорода.

Физический смысл метода состоит в том, что для возбуждения поверхностных состояний катализатора используются медленные электроны, имеющие электронную температуру 8-9 эВ, получаемые в электрическом разряде, происходящем в атмосфере кислорода. Кроме того: в результате катодо-стимулированной адсорбции увеличивается сорбция кислорода 3; в отличии от прототипа возбуждаются поверхностные состояния, а не внутриобъемные, часть которых в процессе диффузии к поверхности рекомбинируют и, следовательно, не вносят вклад в реакции (1) 3; катализатор играет роль диэлектрического барьера и стабилизирует разряд.

На чертеже представлено устройство для реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит стальной корпус (капсула) озонатора, катализатор в виде пористых гранул 2,например силикагель, электрод 3, генератор 4, изолятор 5, патрубки 6 и 7 входа кислорода и выхода озоно-кислородной смеси соответственно, крышку 8 капсулы, рубашку системы 9 охлаждения, патрубки 10 и 11 входа и выхода воды системы охлаждения, причем уровень засыпки гранул пористого катализатора в корпус озонатора составляет 0,85-0,9 высоты корпуса озонатора, нижний конец электрода отстоит от дна корпуса озонатора на 0,1-0,15 от его высоты, что обеспечивает оптимальный режим работы озонатора при приведенной ниже величине напряжения.

Устройство работает следующим образом.

На электрод 3 подается напряжение порядка 12 кВ с частотой 50 Гц. Через патрубок 6 под давлением 1,4 атм подается осушенный кислород. Полученный озон удаляется через патрубок 7. Предусмотрено водяное охлаждение устройства.

По самым грубым оценкам затраты электроэнергии снижаются более чем в 2 раза и составляет около 10-12 кВт/ч на 1 кг озона.

Исключение источников радиации и предельная простота предлагаемого устройства позволяют изготавливать озонаторы любой мощности с минимальными затратами. Устройство не требует специально подготовленного обслуживающего персонала и не нуждается в наладке и ремонте, поэтому срок его службы практически не ограничен. Кроме того, после сравнительно несложной переделки уже существующие озонаторы можно использовать по данному способу, и более эффективно использовать существующий парк озонаторов.