CH659997A5 - Verfahren zur erzeugung von ozon. - Google Patents

Description

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Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Erzeugung von Ozon durch Hindurchleiten eines sauerstoffreichen Gasgemisches durch einen elektrischen Ozonerzeuger, wobei das Gasgemisch von einer Luftzerlegungsanlage bereitgestellt wird, welche einen ersten, im wesentlichen nur aus Sauerstoff und einen zweiten, im wesentlichen nur aus Stickstoff bestehenden Gasstrom liefert, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Gasstrom vor dem Ozonerzeuger ein Teil des zweiten Gasstromes zugemischt wird und dieses Gasgemisch, das maximal 50 Gew.-% Stickstoff enthält, dem Ozonerzeuger zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzerlegungsanlage nach dem kryogenischen Prinzip arbeitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasgemisch mit 95 Gew.-% Sauerstoff und 5 Gew.-% Stickstoff verwendet werden.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Ozon gemäss dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

Heutige Ozonerzeuger werden überwiegend mit Luft oder Sauerstoff betrieben. Steht bei der Auslegung eine Minimierung des Energieverbrauchs im Vordergrund, so ergibt sich für Luftozonerzeuger ein optimaler Arbeitspunkt bei relativ kleinen Ozonkonzentrationen von ca. 2 Gew.-%. Bei noch kleineren Konzentrationen steigt der Energiebedarf für die Luftaufberei-tung (Kompression plus Trocknung), bei grösseren Konzentrationen steigt der Energiebedarf für den Ozonerzeuger.

Bei der Ozonerzeugung aus reinem Sauerstoff liegt der spezifische Energiebedarf des Ozonerzeugers wesentlich tiefer. Dafür fallen zusätzliche Energiekosten bei der Sauerstofftrennung an, die besonders niedrig sind in Grossanlagen zur Luftverflüssigung (ca. 50 000 m3 02/h). Steht solch kryogener Sauerstoff zur Verfügung, so ergibt sich ein optimaler Arbeitspunkt bei einer Ozonkonzentration von ca. 5 Gew.-%. Allerdings erfordert eine Luftverflüssigungsanlage erhebliche Investitionskosten, die weitaus höher liegen können als die der ganzen Ozonerzeugungsanlage.

Die bei der Ozonerzeugung aus reinem Sauerstoff erreichbaren hohen Ozonkonzentrationen bieten für viele Anwendungen erhebliche verfahrenstechnische Vorteile. Bei chemischen Oxi-dationsprozessen und Ozonanwendungen im Wasser bestimmt die Ozonkonzentration in der Gasphase die Reaktionsgeschwindigkeit und die Lösungsgeschwindigkeit und Endkonzentration im Wasser. Damit hat die Ozonkonzentration in der Gasphase einen wichtigen Einfluss auf die Grösse der nachfolgenden Reaktionsstufen. Es wäre daher für viele Anwendungen wünschenswert, zu höheren Ozonkonzentrationen zu gelangen, als sie mit Luftozonisatoren erreichbar sind.

Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Ozon zu schaffen, das eine möglichst grosse Ozonkonzentration bei möglicht geringem Gesamtenergiebedarf ermöglicht.

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass bestimmte Sauerstoff-Stickstoff-Mischungen, vorzugsweise 95% Oz/5% N2j höhere Ozonkonzentrationen erreichen als reiner Sauerstoff bzw. bei gleicher Ozonkonzentration einen deutlich verminderten Energiebedarf haben. Durch die erfindungsge-mässe nachträgliche Beimengung kleiner Stickstoffmengen zu reinem Sauerstoff lässt sich somit in nicht ohne weiteres vorhersehbarer Weise die Ozonausbeute erhöhen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung, in der

Fig. 1 ein Flussdiagramm einer Ozonerzeugungsanlage;

Fig. 2 ein Schaubild für den spezifischen Energiebedarf zeigt,

näher erläutert.

In Fig. 1 wird einer Luftzerlegungseinrichtung 1, welche eine kryogene Luftverflüssigungs- und Fraktioniereinrichtung umfasst, in üblicher Weise aufbereitete Aussenluft zugeführt. Ein erster getrockneter, im wesentlichen aus reinem Sauerstoff bestehender Gasstrom wird über eine Leitung 2 unmittelbar einer Mischeinrichtung 3 zugeführt. Ein zweiter getrockneter, im wesentlichen aus reinem Stickstoff bestehender Gasstrom gelangt über eine Leitung 4 in einen Mengenregler 5, der derart gesteuert ist, dass nur noch etwa 1 Gew.-% der ihm zugeführten Stickstoff menge über eine Leitung 6 in die Mischeinrichtung 3 gelangen. Der überschüssige Stickstoff wird über eine weitere Leitung 7 einem anderweitigen Verwendungszweck zugeführt. Das die Mischeinrichtung 3 über die Leitung 8 verlassende Gasgemisch enthält etwa 95 Gew.-% Sauerstoff und 5 Gew.-% Stickstoff. Es wird einem Ozonerzeuger 9 zugeleitet und dort in bekannter Weise mit Ozon angereichert und gelangt über eine Leitung 10 in eine Ozonbehandlungsanlage 11, in welcher der Oxydationsprozess abläuft.

Das beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere für grosstechnische Anlagen mit Luftzerlegungeinrichtungen, die reinen Sauerstoff in der Grössenordnung von 30 000 und mehr m3 02/h bereitstellen. Die Komponenten, aus denen sich das Einsatzgas für den Ozonerzeuger zusammensetzt, müssen keinem besonderen Gastrocknungsprozess mehr unterworfen werden, da sie infolge des kryogenen Trennungsverfahrens optimal trok-ken sind.

In Fig. 2 ist der mit dem beschriebenen Verfahren aufzuwendende Energiebedarf für die Gasaufbereitung und Ozonerzeugung in Abhängigkeit von der Ozonkonzentration mit verschiedenen Zusammensetzungen des Einsatzgases (für den Ozonerzeuger) veranschaulicht. Die Kurven gelten für einen gekühlten Ozonerzeuger mit einer Leistungsdichte von 3 kW pro m3 Elektrodenfläche und einer Kühlwassertemperatur von 25 °C.

Auf der Ordinate ist der spezifische Energiebedarf E in kWh/ kg03 und auf der Abszisse die Ozonkonzentration C0 in Gewichtsprozenten eingetragen. Die Kurve I gilt für reinen Sauerstoff, die Kurve II für ein Gasgemisch mit 95 Gew.-% 02 und 5 Gew.-% N2. Deutlich ist die Abnahme des spezifischen Energiebedarfs ab Ozonkonzentrationen grösser 4 Gew.-% zu erkennen.

Zum Vergleich ist ferner die Kurve III für Luft eingetragen, wobei zu beachten ist, dass für Luft (Kurve III) ein Teil des Gesamtenergiebedarfs-etwa 0,1 kWh/kg-für die Aufbereitung des Einsatzgases (Trocknung und Kompression) aufgebracht werden müssen, während für die Luftverflüssigung (Kurven I und II) etwa 0,3 kWh/kg02 aufzuwenden sind.

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1 Blatt Zeichnungen