KR20210153625A - 오존 발생 방법 및 오존 발생 장치 - Google Patents

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시에그하르드 세이르링
루카 라모이노
유겐 라이슈
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수에즈 그룹
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Abstract

오존 발생 방법은 다음의 단계를 포함한다:
ㆍ 산소 및 메탄을 포함하는 원료 공급 가스를 공급하는 단계,
ㆍ 처리된 공급 가스를 획득하기 위해 상기 원료 공급 가스로부터 메탄의 촉매 산화를 수행하는 단계,
ㆍ 상기 처리된 공급 가스로부터 오존을 발생시키는 단계.

Description

오존 발생 방법 및 오존 발생 장치
본 발명은 오존 발생 방법 및 오존 발생 장치에 관한 것이다.
오존은 세척, 소독, 표백, 탈취 및 화학적 산화의 그 속성으로 인해 다양한 산업에서 널리 사용된다.
오존은 보통 실질적으로 순수한 산소의 공급 가스(feed gas)로부터 생산된다. 그러나, 순수한 산소는 보통 소량의 메탄, 예를 들어 1 내지 수백 ppm에 의해 오염된다.
이러한 소량의 메탄은 오존의 생산에 유해할 수 있고 오존 발생기의 전반적인 효율을 감소시킬 수 있다. 문서 GB 785 671은 본질적으로 산소를 포함하는 원시 가스(raw gas)에서 메탄의 촉매 산화의 프로세스를 개시한다. 그러나, 이러한 프로세스는 788℃의 고온을 필요로 하고 경제적으로 그리고 환경적으로 실행 가능하지 않다.
결과적으로, 경제적으로 그리고 환경적으로 실행 가능한 개선된 오존 발생 방법 및 개선된 오존 발생 장치를 제안할 필요성이 있다.
이러한 상기 목적은 다음을 포함하는 오존 발생 방법에 의해 달성된다:
ㆍ 산소 및 메탄을 포함하는 원료 공급 가스를 공급하는 단계,
ㆍ 처리된 공급 가스를 획득하기 위해 상기 원료 공급 가스로부터 메탄의 촉매 산화를 수행하는 단계,
ㆍ 상기 처리된 공급 가스로부터 오존을 발생시키는 단계.
본 방법은 오존 발생기로의 메탄 분해를 회피함으로써 오존을 발생시키기 위해 요구되는 에너지를 절약하는 것을 허용한다.
유리하게, 본 방법은 처리된 공급 가스를 획득하기 위해 원료 공급 가스로부터 메탄의 촉매 산화를 수행하기 전에 및/또는 그 동안에 원료 공급 가스를 적어도 150℃, 바람직하게는 적어도 200℃ 다시 바람직하게는 적어도 220℃ 및 가장 바람직하게는 300℃ 또는 340℃의 온도로 가열하는 추가적인 단계를 포함한다. 이러한 가열 단계는 원료 공급 가스로부터 메탄의 높은 산화 속도를 달성하는 것을 허용한다. 바람직하게는, 원료 공급 가스는 최대 700℃, 보다 바람직하게는 최대 530℃ 및 다시 바람직하게는 최대 440℃의 온도로 가열된다.
바람직한 실시형태에서, 본 방법은 다음의 추가적인 단계를 포함한다:
- 상기 처리된 공급 가스로부터 상기 열의 적어도 일부를 회수하는 단계,
- 원료 공급 가스를 적어도 150℃ 및/또는 최대 700℃의 온도로 가열하기 전에 또는 그 동안에 회수된 열로 원료 공급 가스를 가열하는 단계.
처리된 공급 가스의 열의 일부를 재사용하는 것은 오존 발생 방법의 전반적인 에너지 효율을 향상시키는 것을 허용한다.
유리하게, 촉매 산화를 수행하는 단계는 특히 산화물로서, 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 레늄, 크롬, 코발트, 구리, 금 또는 그 조합 중에서 선택되는 촉매로 수행된다. 바람직하게는, 촉매 산화는 원료 공급 가스의 적당한 온도에서 메탄의 효율적인 산화를 제공하는, 팔라듐, 백금 및 백금-팔라듐 중에서 선택되는 촉매로 수행된다. 다시 바람직하게는, 촉매는 팔라듐이다.
유리하게, 방법은 처리된 공급 가스로부터 오존을 발생시키기 전에 적어도 일부, 바람직하게는 대부분 및 다시 바람직하게는 모든 물을 제거하기 위해 처리된 공급 가스를 건조시키는 추가적인 단계를 포함한다. 처리된 공급 가스를 건조시키는 것은 수착(sorption), 예를 들어 흡수 또는 흡착에 의해 달성될 수 있다. 이것은 또한 저온 하에서 물을 응축시킴으로써 달성될 수 있을 것이다. 예를 들어 메탄 산화에서 기인하는 물을 제거하는 것은 오존 발생의 효율을 증가시키는 것을 허용한다.
유리하게, 방법은 오존 발생의 효율을 증가시키기 위해, 처리된 공급 가스로부터 오존을 발생시키기 전에, 예를 들어 최대 70℃, 바람직하게는 최대 50℃의 온도로 및 다시 바람직하게는 상온으로, 처리된 공급 가스를 냉각시키는 단계를 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 방법은 냉각액(cooling liquid)으로 오존 발생기를 냉각시키는 추가적인 단계를 포함한다. 예를 들어, 처리된 공급 가스를 냉각시키는 단계는 오존 발생기로부터 출력되는 냉각액의 적어도 일부 및 바람직하게는 전부로 수행된다.
본 발명의 제2 양태는 오존-발생 장치에 관한 것이며, 다음을 포함한다:
ㆍ 산소 및 메탄을 포함하는 원료 공급 가스의 공급기,
ㆍ 처리된 공급 가스를 획득하기 위해 상기 원료 공급 가스로부터 메탄의 촉매 산화를 수행하도록 조정되는 촉매 유닛,
ㆍ 상기 처리된 공급 가스에 의해 공급되도록 조정되는 오존 발생기.
유리하게, 오존 발생 장치는 원료 공급 가스를 가열하고/하거나 촉매 유닛을 적어도 150℃, 바람직하게는 적어도 200℃, 다시 바람직하게는 적어도 220℃ 및 최대 바람직하게는 300℃ 또는 340℃로 가열하도록 조정되는 가열 유닛을 더 포함한다. 예를 들어, 가열 유닛은 원료 공급 가스를 최대 700℃, 보다 바람직하게는 최대 530℃ 및 다시 바람직하게는 최대 440℃로 가열하도록 조정된다.
유리하게, 오존 발생 장치는 처리된 공급 가스로부터 열의 적어도 일부를 회수하고 원료 공급 가스 및/또는 촉매 유닛을 회수된 열로 가열 또는 예열하도록 조정되는 열 교환기를 더 포함한다.
유리하게, 오존 발생 장치는 처리된 공급 가스로부터 적어도 일부, 바람직하게는 대부분 및 다시 바람직하게는 모든 물을 제거하도록 조정되는 건조 유닛을 더 포함한다.
유리하게, 오존 발생 장치는 처리된 공급 가스를, 예를 들어 최대 70℃, 최대 50℃, 최대 30℃ 또는 상온의 온도로 냉각시키도록 조정되는 냉각 유닛을 더 포함한다. 바람직하게는, 냉각 유닛은 처리된 공급 가스를 50℃ 이하로 냉각시키도록 조정된다.
유리하게, 오존 발생기는 냉각액에 의해 냉각되도록 조정된다. 예를 들어, 오존 발생 유닛은 냉각 유닛을 향하여 오존 발생기로부터 출력되는 냉각액의 적어도 일부 및 바람직하게는 모든 냉각액을 순환시키도록 조정되는 순환 수단을 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 촉매 유닛은 특히 산화물로서, 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 레늄, 크롬, 코발트, 구리, 금 또는 그 조합 중에서 선택되는 촉매를 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 촉매는 적절한 지지체 예컨대 알루미나 또는 탄소 및 바람직하게는 세라믹 지지체 예컨대 알루미나 상에 지지된다. 알루미나 이외의 세라믹 지지체는 ZnAl2O4 스피넬, 실리카 및 실리케이트를 포함한다.
촉매의 예는 란타늄 및 루테늄 산화물, 예컨대 알루미나 상에 지지되는 La3.5Ru4.0O13, 백금, 팔라듐, 백금-팔라듐 또는 알루미나 상에 지지되는 레늄, 금, 코발트 산화물 예컨대 알루미나 상에 지지되는 Co3O4, 크롬 산화물 예컨대 알루미나 상에 지지되는 ZnCrO4, CuCrO4, PbCrO4 또는 Cr2O3, 알루미나 상에 지지되는 구리 산화물 및 망간 산화물 예컨대 La0.6Sr0.4MnO3을 포함한다.
유리한 촉매는 바람직하게는 구체(sphere)의 형태 하에서 알루미나 상에 지지되는 팔라듐으로 구성된다. 다른 유리한 촉매는 백금 및 알루미나 상에 지지되는 팔라듐의 조합으로 구성된다.
예를 들어, 촉매는 벌크 파우더로서, 구체로서, 입상 물질로서 또는 벌집 구조로서 촉매 유닛으로 배치될 수 있다.
본 발명의 제3 양태는 오존 발생기의 공급 가스에 대한 처리 방법이며, 방법은 다음 단계를 포함한다:
ㆍ 산소 및 메탄을 함유하는 원료 공급 가스를 제공하는 단계,
ㆍ 원료 공급 가스를 적어도 150℃, 바람직하게는 적어도 200℃ 다시 바람직하게는 적어도 220℃ 및 최대 바람직하게는 300℃ 또는 340℃의 온도, 및/또는 최대 700℃, 바람직하게는 최대 530℃ 및 다시 바람직하게는 최대 440℃의 온도로 선택적으로 가열하는 단계.
ㆍ 바람직하게는 팔라듐 또는 백금-팔라듐을 포함하는 촉매 상에서, 처리된 공급 가스를 획득하기 위해 원료 공급 가스로부터 메탄의 촉매 산화를 수행하는 단계.
유리하게, 처리 방법은 다음의 추가적인 단계를 더 포함한다:
ㆍ 처리된 공급 가스로부터 열의 적어도 일부를 회수하는 단계,
ㆍ 원료 공급 가스를 적어도 150℃의 온도로 가열하기 전에 또는 그 동안에 회수된 열로 원료 공급 가스를 가열하는 단계.
본 발명의 제4 양태는 오존 발생기의 원료 공급 가스를 처리하도록 조정되는 촉매 장치에 관한 것이며, 촉매 장치는 다음을 포함한다:
ㆍ 산소 및 메탄을 함유하는 원료 공급 가스를 적어도 150℃, 바람직하게는 적어도 200℃, 다시 바람직하게는 적어도 220℃ 및 최대 바람직하게는 300℃ 또는 340℃, 및/또는 최대 700℃, 바람직하게는 최대 530℃ 및 다시 바람직하게는 최대 440℃로 가열하도록 조정되는 선택적 가열 유닛.
ㆍ 처리된 공급 가스를 획득하기 위해 원료 공급 가스로부터 메탄의 촉매 산화를 수행하도록 조정되는 촉매 유닛.
유리하게, 촉매 장치는 처리된 공급 가스로부터 열의 적어도 일부를 회수하도록 조정되는 열 교환기를 더 포함하고 열 교환기는 가열 유닛에 의한 가열 전에 또는 그 동안에 원료 공급 가스를 가열하기 위해 회수된 열을 사용하도록 더 조정된다.
바람직한 실시형태에서, 촉매 유닛은 산화물과 같은, 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 레늄, 크롬, 코발트, 금 또는 그 조합을 포함한다. 바람직하게는, 촉매 유닛은 팔라듐 또는 백금-팔라듐을 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 촉매는 적절한 지지체 예컨대 알루미나 또는 탄소 및 바람직하게는 세라믹 지지체 예컨대 알루미나 상에 지지된다. 알루미나 이외의 세라믹 지지체는 ZnAl2O4 스피넬, 실리카 및 실리케이트를 포함한다.
촉매의 예는 란타늄 및 루테늄 산화물, 예컨대 알루미나 상에 지지되는 La3.5Ru4.0O13, 백금, 팔라듐, 백금-팔라듐 또는 알루미나 상에 지지되는 레늄, 금, 코발트 산화물 예컨대 알루미나 상에 지지되는 Co3O4, 크롬 산화물 예컨대 알루미나 상에 지지되는 ZnCrO4, CuCrO4, PbCrO4 또는 Cr2O3, 알루미나 상에 지지되는 구리 산화물 및 망간 산화물 예컨대 La0.6Sr0.4MnO3을 포함한다.
유리한 촉매는 알루미나 상에 지지되는 팔라듐으로 구성된다. 다른 유리한 촉매는 백금 및 알루미나 상에 지지되는 팔라듐의 조합으로 구성된다.
예를 들어, 촉매는 벌크 파우더로서, 입상 물질로서, 구체로서 또는 벌집 구조로서 촉매 유닛으로 배치될 수 있다.
본 발명의 추가 이점 및 바람직한 실시형태는 다음의 상세 설명 및 도면으로부터 명백하게 될 것이며, 여기서:
도 1은 본 발명에 따른 오존 발생 장치의 개략도이다.
도 2는 촉매 산화의 단계 동안 원료 공급 가스의 온도의 함수로서(X-축), 처리된 공급 가스의 3020-3010 cm-1에서 메탄의 피크 흡수의 값(Y-축)의 그래프를 도시한다.
도 3은 촉매 산화 동안 원료 공급 가스의 상이한 온도에서, 처리된 공급 가스의 IR 전달 스펙트럼을 도시한다.
본 오존 발생 방법 및 오존 발생 장치는 오존을 필요로 하는 모든 장소에서 그리고 모든 적용에 대해 사용되도록 의도된다. 예를 들어, 오존은 소독, 탈취, 살균, 세척, 살충 또는 기생충 박멸을 위해 또는 화학 산업용 원료(raw material)로서 사용될 수 있다. 본 오존 발생 장치는 수처리 플랜트와 같은, 예를 들어 전용 산업 시설의 일부로서, 고정된 위치에 설치될 수 있다. 대안적으로, 본 오존 발생 장치는 예를 들어 이동식 농업 처리 유닛으로서 또는 세탁물 세정 및/또는 수영장 위생을 위한 유람선 내에서 이동식일 수 있다.
오존 발생 장치
이제 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 오존 발생 장치는 공급기로서 원료 공급 가스 입력(A), 촉매 장치(10), 오존 발생기(20) 및 오존 출력(B)을 포함한다.
촉매 장치(10)는 열 교환기(11), 가열 유닛(12)을 포함할 수 있고 촉매 유닛(13)을 포함한다. 게다가, 촉매 장치(10)는 냉각 유닛(14)을 더 포함할 수 있다.
촉매 장치(10)의 하류에, 혼합기(30) 및 건조 유닛(40)은 오존 발생기(20)의 상류에 배치될 수 있다.
오존 발생 방법
원료 공급 가스는 종래의 방법에 의해 생산될 수 있고 본질적으로 산소, 예를 들어 99,9% v/v보다 많은 산소로 구성된다. 원료 공급 가스는 소량의 메탄, 예를 들어 0.1% v/v 미만의 메탄 및 보통 10 내지 100 ppm에 의해 오염될 수 있다. 비-활성 가스 예컨대 질소 및/또는 아르곤은 또한 예를 들어 10% v/v 아래로 원료 공급 가스에 존재할 수 있다.
그러한 원료 공급 가스는 0.1 내지 1.5 MPa 및 바람직하게는 0.2 내지 1.0 MPa의 상대 압력에서 원료 공급 가스 입력(A)에 의해 오존 발생기의 가스 회로 내로 공급되고 그 다음 촉매 장치(10)에 의해 처리된다.
원료 공급 가스는 선택적 예열 단계에서 열 교환기(11) 내에서 가열되고 그 다음 가열 유닛(12)에서 선택적이지만 바람직한 가열 단계에서 가열될 수 있다. 원료 공급 가스는 그것이 더 차가운 경우 상온이 될 수 있고 바람직하게는 적어도 150℃, 바람직하게는 적어도 200℃, 다시 바람직하게는 적어도 220℃ 및 최대 바람직하게는 300℃ 또는 340℃의 온도가 될 수 있다. 비용을 절감하고 환경을 보존하기 위해, 원료 공급 가스 온도는 최대 700℃, 바람직하게는 최대 530℃ 및 다시 바람직하게는 최대 440℃이다.
그 다음, 가열된 원료 공급 가스는 촉매 유닛 내에서 처리되고 메탄의 촉매 산화는 다음 방정식에 따라 발생할 수 있다:
CH4 + O2 → CO2 + H2O
촉매 유닛 내에서 수행되는 촉매 및 메탄의 관점에서 산소의 중요한 비율로 인해, 매우 빠른 산화 반응이 발생할 수 있으며, 따라서 원료 공급 가스의 관점에서 처리된 공급 가스 내에서 메탄의 비율을 제거하거나 감소시킨다.
촉매 유닛(13) 내에서 처리 후, 처리된 공급 가스는 처리된 공급 가스로부터 열을 회수하고 원료 공급 가스의 선택적인 예열 단계를 수행하기 위해 선택적으로 열 교환기(11) 내로 다시 도입되며, 따라서 촉매 장치의 전반적인 에너지 효율을 증가시킨다.
그 다음, 처리된 공급 가스는 냉각 유닛(14) 내에서 냉각될 수 있다. 냉각 유닛(14)은 도 1에 도시된 바와 같이 촉매 장치(10)의 일부이거나 촉매 장치(10)의 외부에 있을 수 있다. 냉각 후에, 처리된 공급 가스는 상온 내지 70℃, 바람직하게는 상온 내지 50℃의 온도를 갖는다.
그 다음, 냉각 처리된 공급 가스는 공기 또는 질소를 처리된 공급 가스 내로 도입하기 위해 가스 입력(C)을 포함하는 혼합기(30) 내로 도입될 수 있다.
그 다음, 혼합 처리된 공급 가스는 처리된 공급 가스 내에 함유되는 적어도 일부 및 바람직하게는 대부분 또는 모든 물을 제거하기 위해, 건조 유닛(40) 내에서 건조될 수 있다. 이러한 물은 메탄의 촉매 산화로부터 및/또는 혼합기(30)에 의해 도입되는 공기 또는 질소로부터 올 수 있다.
그 다음, 건조 유닛(40)으로부터 출력되는 건조 처리된 공급 가스는 오존 출력(B)에 의해 임의의 오존 적용에 출력되는 오존을 생산하기 위해 오존 발생기(20) 내로 도입될 수 있다.
오존 발생기는 냉각액 입력(D)에 의해 공급되는 물과 같은 냉각액에 의해 냉각될 수 있다. 바람직하게는, 냉각액은 또한 폐냉각액의 흐름을 제한하기 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉각 유닛(14)을 위한 냉각액으로서 사용될 수 있다.
촉매 유닛
촉매 유닛(13)은 바람직하게는 유입 카트리지이며, 예를 들어 스테인리스 강으로 이루어지고 메탄의 산화를 촉매하도록 조정되는 촉매로 부분적으로 충진된다.
일반적으로 말하면, 촉매는 순수 형태 하에서 또는 산화물로서, 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 레늄, 크롬, 코발트, 구리, 금 및 그 조합으로부터 선택될 수 있다.
촉매는 적절한 지지체 예컨대 알루미나 또는 탄소, 및 바람직하게는 세라믹 지지체 예컨대 알루미나 상에 지지될 수 있다. 알루미나 이외의 세라믹 지지체는 ZnAl2O4 스피넬, 실리카 및 실리케이트를 포함한다.
촉매의 예는 란타늄 및 루테늄 산화물, 예컨대 알루미나 상에 지지되는 La3.5Ru4.0O13, 백금, 팔라듐, 백금 팔라듐 또는 알루미나 상에 지지되는 레늄, 금, 코발트 산화물 예컨대 알루미나 상에 지지되는 Co3O4, 크롬 산화물 예컨대 알루미나 상에 지지되는 ZnCrO4, CuCrO4, PbCrO4 또는 Cr2O3, 알루미나 상에 지지되는 구리 산화물 및 망간 산화물 예컨대 La0.6Sr0.4MnO3을 포함한다.
바람직한 촉매는 알루미나 상에 지지되는 팔라듐 또는 알루미나 상에 지지되는 팔라듐-백금으로 구성된다. 촉매는 벌크 파우더로서, 입상 물질로서 또는 벌집 구조로서 촉매 유닛 내에 배치될 수 있다.
촉매 유닛은 예를 들어 전기 저항(electrical resistor)에 의해 적어도 150℃, 바람직하게는 적어도 200℃, 다시 바람직하게는 적어도 220℃ 및 최대 바람직하게는 300℃ 또는 340℃로 가열될 수 있다. 비용을 절감하고 환경을 보존하기 위해, 원료 공급 가스 온도는 최대 700℃, 바람직하게는 최대 530℃ 및 다시 바람직하게는 최대 440℃이다.
촉매 유닛(13)은 원료 공급 가스의 흐름 속도, 공급 가스 내의 메탄의 양 및 선택된 촉매에 따라서 치수화될 수 있다.
냉각 유닛, 가열 유닛 및 열 교환기
열 교환기(11)는 관형일 수 있고 처리된 공급 가스로부터 회수되는 열을 사용할 수 있다. 대안적으로, 열 교환기(11)는 전원, 외부 고온 유체 또는 액체 연료에 기초하여 간단한 히터에 의해 대체될 수 있다.
가열 유닛(12)은 전기 저항, 외부 고온 유체 또는 액체 연료와 같은 전력(power)을 사용할 수 있다. 예를 들어, 가열 유닛(12)은 열 교환기(11)와 동일한 종류의 열 교환기일 수 있다. 대안적으로 또는 조합으로, 가열 유닛(12)은 촉매 유닛(13)에 통합될 수 있다. 대안적으로 또는 조합으로, 열 교환기(11) 및 가열 유닛(12)은 처리된 열 가스로부터 열 회수를 수행하고 추가적인 가열 수단에 의해 원료 공급 가스를 가열하는 동일한 유닛일 수 있다.
최종적으로, 냉각 유닛은 냉각액으로서: 냉수, 수돗물 또는 오존 발생기로부터 출력되는 임의의 냉각액 예컨대 물을 사용하는 관형 액체-가스 열 교환기를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 냉각 유닛은 공급 가스의 온도를 100℃ 이하, 바람직하게는 75℃ 이하 및 다시 바람직하게는 50℃ 이하로, 또는 심지어 상온으로 감소시킨다.
건조 유닛
건조 유닛(40)은 처리된 공급 가스에 함유되는 물의 적어도 일부를 제거하도록 의도되고 예를 들어 수착에 의해, 특정 물질 내로 또는 그 상에서 물 분자의 포획에 기초할 수 있다. 예를 들어, 건조 물질은 제올라이트, 분자체, 알루미나, 실리카 겔 또는 활성탄과 같은 흡착제(adsorbent)일 수 있을 것이다.
이러한 경우, 공기 입력(E), 압축기 및 히터를 포함하는 재생 시스템(41)은 건조 유닛(40)의 주기적인 재생을 위해 사용될 수 있을 것이다.
대안적으로, 물 제거는 예를 들어 공급 가스의 온도를 감소시키도록 조정되는 응축 유닛의 저온 하에서 물을 응축시킴으로써 수행될 수 있을 것이다. 이러한 응축 유닛은 상기 냉각 유닛과 동일한 유닛일 수 있을 것이다.
오존 발생기
오존 발생기(20)는 임의의 오존 발생 방법 및 바람직하게는 코로나 방전에 기초할 수 있다. 다른 종류의 오존 발생 방법은 자외선 및 저온 플라즈마를 포함하며, 그 모두는 본 발명의 일부로서 유리한 결과를 제공한다.
본 발명은 상세하게 설명 및 예시되었지만, 동일한 것은 단지 예시 및 예이고 제한으로 취해지지 않으며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 관점에 의해서만 제한된다는 점이 분명히 이해되어야 한다.
특히, 도 1의 오존 발생 장치는 당업자에 의해 알려진 바와 같은, 모든 필요한 밸브, 컨트롤러 및 센서를 포함한다는 점이 분명하다. 또한, 공급 가스, 생산된 오존 또는 가열 온도와 링크되는 필요한 안전 장비는 본 오존 발생 장치에 추가될 수 있다는 점이 분명하다.
실시예
제1 실시예에서, 알루미나 상에 지지되는 백금으로 충진되는 500 입방 센티미터(cc) 카트리지는 400℃의 온도에서 최대 100 ppm 메탄까지 포함하는 250 cc/s 원료 공급 가스의 100% 메탄 산화를 달성하였다. 카트리지 내에서 공급 가스의 체류 시간, 즉 공급 가스가 카트리지를 통과하기 위해 요구되는 시간은 최대 10초, 바람직하게는 최대 3초 및 다시 바람직하게는 1초 또는 2초이다.
동일한 촉매 유닛은 상온에서 원료 공급 가스로 수행되는 유사한 실험에서 메탄 산화의 75% 내지 80%를 달성하였다.
제2 실시예에서, 산소 및 40 ppm 내지 70 ppm의 메탄을 포함하는 원료 공급 가스는 5,5 Bar-g의 압력 및 750 N dm3/s의 흐름 속도에서 촉매 유닛에 주입되었다. 촉매 유닛은 41.8 mm의 직경(DN40) 및 150 ml의 볼륨의 원통형 수직 파이프로 구성된다. 팔라듐으로 로딩되는 2-4 mm 알루미나 구체의 형태 하의 촉매가 촉매 유닛에 도입되었다. 촉매 유닛 내에서 원료 공급 가스의 체류 시간은 1.8초였다. 원료 공급 가스는 60℃, 130℃, 200℃, 220℃, 280℃, 340℃ 및 410℃의 온도로 가열되었다.
처리된 공급 가스 내의 메탄의 비율은 적외선 분광기 덕분에 추적되었고 메탄의 흡수는 3020-3010 cm-1의 파수(3311 nm 내지 3322 nm의 파장)에서 모니터링되었다.
처리된 공급 가스의 3020-3010 cm-1에서 메탄의 피크 흡수의 값을 도시하는 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 원료 공급 가스의 다양한 온도에 따라서, 메탄의 흡수는, 초기 200℃ 아래의 3%에서 200℃로부터 점진적으로 감소하여 340℃ 이상에서 거의 0%(흡수 없음)에 도달하였다.
게다가, 스케일된 탄 곡선(tanh curve)은 측정된 값(파선)에 피팅되었으며, 처리된 공급 가스에서 메탄의 감소의 경향을 도시하고 그러한 감소는 적어도 220℃의 온도에서 현저하고 적어도 300℃의 온도에서 매우 현저하다. 메탄의 산화는 340℃의 온도에서 거의 완료되었고 410℃의 온도에서 완전히 완료되었다.
도 3에서, 350℃, 440℃ 및 530℃에서 촉매 산화 후에 처리된 공급 가스의 3020-3010 cm-1의 파수에서 메탄의 흡수 피크는 원료 공급 가스의 흡수 피크와 비교하여 동일한 스케일로 직접 폴롯된다. 처리 전에, 원료 공급 가스는 중요한 흡수 피크를 도시하고 피크의 면적(area)은 350℃의 촉매 산화 온도에서 매우 현저하게 감소된다. 440℃ 및 530℃의 온도에서, 메탄 흡수는 더 이상 보이지 않고 따라서 처리된 공급 가스는 메탄이 없다.

Claims (16)

  1. 오존 발생 방법에 있어서,
    ㆍ 산소 및 메탄을 포함하는 원료 공급 가스를 공급하는 단계,
    ㆍ 처리된 공급 가스를 획득하기 위해 상기 원료 공급 가스로부터 메탄의 촉매 산화를 수행하는 단계,
    ㆍ 상기 처리된 공급 가스로부터 오존을 발생시키는 단계를 포함하는, 오존 발생 방법.
  2. 제1항에 있어서, 처리된 공급 가스를 획득하기 위해 상기 원료 공급 가스로부터 메탄의 상기 촉매 산화를 수행하기 전에 및/또는 그 동안에 상기 원료 공급 가스를 적어도 150℃ 및 최대 700℃의 온도로 가열하는 추가적인 단계를 포함하는, 오존 발생 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하기 추가적인 단계: 즉,
    ㆍ 상기 처리된 공급 가스로부터 상기 열의 적어도 일부를 회수하는 단계,
    ㆍ 적어도 150℃ 및 최대 700℃의 온도로 상기 원료 공급 가스의 가열 전에 및/또는 그 동안에 상기 회수된 열로 상기 원료 공급 가스를 가열하는 단계를 더 포함하는, 오존 발생 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매 산화는 팔라듐, 백금 및 백금-팔라듐 중에서 선택된 촉매로 수행되는, 오존 발생 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리된 공급 가스로부터 오존을 발생시키기 전에 적어도 일부 물을 제거하기 위해 상기 처리된 공급 가스를 건조시키는 추가적인 단계를 포함하는, 오존 발생 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리된 공급 가스로부터 오존을 발생시키기 전에 상기 처리된 공급 가스를 냉각시키는 추가적인 단계를 포함하는, 오존 발생 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오존 발생기를 냉각액으로 냉각시키는 추가적인 단계를 포함하는, 오존 발생 방법.
  8. 제6항 및 제7항에 있어서, 상기 처리된 공급 가스를 냉각시키는 상기 단계는 상기 오존 발생기로부터 출력되는 상기 냉각액의 적어도 일부로 수행되는, 오존 발생 방법.
  9. 오존 발생 장치에 있어서,
    ㆍ 산소 및 메탄을 포함하는 원료 공급 가스의 공급기,
    ㆍ 처리된 공급 가스를 획득하기 위해 상기 원료 공급 가스로부터 메탄의 촉매 산화를 수행하도록 조정되는 촉매 유닛,
    ㆍ 상기 처리된 공급 가스에 의해 공급되도록 조정되는 오존 발생기를 포함하는, 오존 발생 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 원료 공급 가스 및/또는 상기 촉매 유닛을 적어도 150℃ 및 최대 700℃로 가열하도록 조정되는 가열 유닛을 더 포함하는, 오존 발생 장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 처리된 공급 가스로부터 상기 열의 적어도 일부를 회수하고 상기 원료 공급 가스 및/또는 상기 촉매 유닛을 상기 회수된 열로 가열하도록 조정되는 열 교환기를 더 포함하는, 오존 발생 장치.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리된 공급 가스로부터 적어도 일부 물을 제거하도록 조정되는 건조 유닛을 더 포함하는, 오존 발생 장치.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리된 공급 가스를 냉각하도록 조정되는 냉각 유닛을 더 포함하는, 오존 발생 장치.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오존 발생기는 냉각액에 의해 냉각되도록 조정되는, 오존 발생 장치.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 유닛을 향하여 상기 오존 발생기로부터 출력되는 상기 냉각액의 적어도 일부를 순환시키도록 조정되는 순환 수단을 더 포함하는, 오존 발생 장치.
  16. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매 유닛은 백금-팔라듐 및 백금-팔라듐 중에서 선택되는 촉매를 포함하는, 오존 발생 장치.
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