RU2160701C2

RU2160701C2 - Method of production of ozone

Info

Publication number: RU2160701C2
Application number: RU98112577A
Authority: RU
Inventors: В.Л. Будович
Original assignee: Будович Виталий Львович
Priority date: 1998-07-10
Filing date: 1998-07-10
Publication date: 2000-12-20

Abstract

FIELD: technology of production of ozone from atmospheric oxygen; check and graduation of automatic gas analyzers of ozone microconcentrations. SUBSTANCE: proposed method is performed by acting on atmospheric oxygen by ultra- violet radiation at wave length ranging from 103 to 150 Nm and discharge current in ultra-violet lamp of 0.1 mA at flow rate of air of 1.5 l/min. EFFECT: possibility of obtaining gas at zone concentration of maximum permissible magnitude. Enhanced efficiency and reliability. 2 dwg, 1btl

Description

Изобретение относится к технологии получения озона из кислорода воздуха и может быть использовано для поверки и градуировки газоанализаторов микроконцентраций озона. The invention relates to a technology for producing ozone from atmospheric oxygen and can be used to verify and calibrate gas analyzers of ozone microconcentrations.

Известен способ получения озона из кислорода воздуха путем воздействия на кислород УФ-излучения с длиной волны 253,7 нм. Генератор озона на основе этого способа содержит побудитель расхода, систему фильтров для очистки воздуха от пыли, влаги и химических соединений и фотохимический преобразователь, включающий проточную камеру, в которой установлено несколько ртутных ламп высокого давления типа ДРЛ-126 (см. патент РФ N 2097315, C 01 B 13/10, 1997 г.). A known method of producing ozone from atmospheric oxygen by exposing oxygen to UV radiation with a wavelength of 253.7 nm. The ozone generator based on this method contains a flow inducer, a filter system for cleaning air from dust, moisture and chemical compounds and a photochemical converter, including a flow chamber, in which several high-pressure mercury lamps of the DRL-126 type are installed (see RF patent N 2097315, C 01 B 13/10, 1997).

Недостатком известного способа является то, что концентрация получаемого озона зависит от температуры окружающей среды и как следствие не является постоянной во времени. По этой причине известный генератор озона не может быть использован для целей поверки и градуировки автоматических газоанализаторов озона. The disadvantage of this method is that the concentration of ozone depends on the ambient temperature and, as a consequence, is not constant in time. For this reason, the known ozone generator cannot be used for calibration and calibration of automatic ozone gas analyzers.

Известен способ получения озона для градуировки газоанализаторов, при котором на кислород воздуха воздействуют УФ-излучением с длиной волны 253,7 нм. Устройство для осуществления этого способа содержит побудитель расхода воздуха, фильтры для очистки воздуха от пыли и влаги и фотохимический преобразователь кислорода в озон, включающий проточную камеру с установленной в ней кварцевой ртутной лампой, работающей в режиме стабилизированного тлеющего разряда (см. например, техническое описание и инструкцию по эксплуатации генератора озона ГС7601 ИБЯЛ.413344.001 ТО, изготовитель ПО "Аналит-прибор" г.Смоленск). A known method of producing ozone for the calibration of gas analyzers, in which oxygen is exposed to atmospheric oxygen with UV radiation with a wavelength of 253.7 nm. A device for implementing this method comprises an air flow inducer, filters for purifying air from dust and moisture, and a photochemical converter of oxygen to ozone, including a flow chamber with a quartz mercury lamp installed in it, operating in a stabilized glow discharge mode (see, for example, the technical description and operating instructions for the ozone generator GS7601 IBYAL.413344.001 TO, manufacturer of the Analit-Pribor company, Smolensk).

Недостатком известного способа является то, что концентрация получаемого озона существенно зависит от температуры фотохимического преобразователя. По этой причине в известном генераторе озона предусмотрена специальная система термостатирования. Это существенно увеличивает размеры и вес генератора и повышает энергопотребление. Кроме того, затруднен переход с одного диапазона концентраций генерируемого озона на другой путем регулирования разрядного тока ртутной лампы и для ускорения переходного периода необходим дополнительный подогрев фотохимического преобразователя. The disadvantage of this method is that the concentration of obtained ozone substantially depends on the temperature of the photochemical converter. For this reason, the known ozone generator has a special temperature control system. This significantly increases the size and weight of the generator and increases energy consumption. In addition, it is difficult to switch from one concentration range of generated ozone to another by adjusting the discharge current of a mercury lamp, and additional acceleration of the photochemical converter is necessary to accelerate the transition period.

Известен способ получения озона, наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому способу, в котором для уменьшения габаритов установки и повышения ее производительности при низких температурах озон получают путем воздействия на кислород, содержащийся в воздухе, УФ-излучением, причем длину волны УФ-излучения выбирают в диапазоне 150-180 нм, при этом при осуществлении способа используют лампу УФ-излучения, корпус которой выполнен из поликристаллической керамики, которая не пропускает УФ-излучение с длиной волны короче 150 нм (JP 1-226701, кл. C 01 B 13/10, 11.09.89). A known method of producing ozone, the closest in technical essence to the proposed method, in which to reduce the size of the installation and increase its productivity at low temperatures, ozone is produced by exposure to oxygen contained in the air, UV radiation, and the wavelength of UV radiation is selected in the range of 150-180 nm, while the method uses a UV lamp, the housing of which is made of polycrystalline ceramics that does not transmit UV radiation with a wavelength shorter than 150 nm (JP 1-226701, C. C 01 B 13/10, September 11, 89).

Известный способ нельзя использовать для получения озона в случае поверки и градуировки газоанализаторов микроконцентраций озона, так как в нем нельзя обеспечить излучение с более короткой длиной волны и получение постоянной по времени концентрации получаемого озона. The known method cannot be used to obtain ozone in the case of calibration and calibration of gas analyzers of microconcentrations of ozone, since it cannot provide radiation with a shorter wavelength and obtain a constant over time concentration of the obtained ozone.

Задача изобретения состояла в разработке такого способа получения озона, в котором исключается влияние колебаний температуры окружающей среды на интенсивность УФ-излучения и концентрацию получаемого озона. The objective of the invention was to develop such a method for producing ozone, which eliminates the influence of fluctuations in ambient temperature on the intensity of UV radiation and the concentration of the resulting ozone.

Указанная задача решается тем, что предложен способ получения озона преимущественно для градуировки газоанализатора путем воздействия на кислород, содержащийся в воздухе, УФ-излучением, в котором согласно изобретению длину волны УФ-излучения выбирают в интервале значений 103-150 нм, относящемся к вакуумному ультрафиолету. This problem is solved by the fact that the proposed method for producing ozone mainly for calibrating a gas analyzer by exposing the oxygen contained in the air to UV radiation, in which according to the invention the wavelength of UV radiation is selected in the range of 103-150 nm, related to vacuum ultraviolet.

Указанная задача решается также тем, что способ осуществляют при значении тока разряда в УФ-лампе 0,1 мА и скорости потока воздуха 1,5 л/мин. This problem is also solved by the fact that the method is carried out at a discharge current in the UV lamp of 0.1 mA and an air flow rate of 1.5 l / min.

Указанные условия осуществления способа позволяют обеспечить достижение нового технического результата, а именно получение потока газа с концентрацией озона на уровне ПДК, что позволяет использовать предлагаемый способ для целей градуировки газоанализаторов на озон. The indicated conditions for the implementation of the method make it possible to achieve a new technical result, namely, obtaining a gas stream with an ozone concentration at the MPC level, which allows the use of the proposed method for the purpose of calibrating gas analyzers for ozone.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для осуществления предлагаемого способа получения озона. In FIG. 1 shows a schematic diagram of a device for implementing the proposed method for producing ozone.

На фиг.2 изображен фотохимический преобразователь кислорода в озон. Figure 2 shows the photochemical converter of oxygen to ozone.

Устройство (генератор озона) содержит последовательно устанавливаемые фильтр 1 для очистки воздуха от пыли, фильтр 2 для очистки воздуха от влаги и химических веществ, побудитель 3 расхода воздуха, буферную емкость 4 для сглаживания пульсаций, регулятор 5 расхода, дополнительный фильтр 6 для очистки воздуха от присутствующего в нем озона, фотохимический преобразователь 7 кислорода в озон, соединенный с блоком 8 питания. The device (ozone generator) contains sequentially installed filter 1 for purifying air from dust, filter 2 for purifying air from moisture and chemicals, inducer 3 of air flow, buffer tank 4 for smoothing pulsations, flow regulator 5, additional filter 6 for purifying air from the ozone present therein, a photochemical converter 7 of oxygen to ozone connected to a power unit 8.

Фильтр 1 представляет собой микропористый полимерный материал, улавливающий частицы размером до 1 мкм, фильтр 2 представляет собой трубку, заполненную слоями сорбента двух типов: активированного угля и силикагеля. Дополнительный фильтр 6 для очистки воздуха от присутствующего в нем озона (с целью исключения его слияния на концентрацию озона на выходе генератора) содержит серебряно-марганцевый катализатор. В качестве побудителя 3 расхода используется микронасос. Filter 1 is a microporous polymer material that traps particles up to 1 μm in size, filter 2 is a tube filled with two types of sorbent layers: activated carbon and silica gel. An additional filter 6 for purifying air from the ozone present in it (in order to prevent it from merging with the ozone concentration at the output of the generator) contains a silver-manganese catalyst. A micropump is used as a stimulator of 3 flows.

Фотохимический преобразователь 7 представляет собой стеклянную проточную камеру 9 с установленным внутри нее источником 10 УФ-излучения, в качестве которого используется газоразрядная лампа тлеющего разряда, внутренний объем которой заполнен инертным газом, выбранным из ряда, состоящего из криптона, ксенона, аргона или водорода, или их смесями с гелием, или неоном. Лампа имеет окно 11 для вывода УФ-излучения, выполненное из фторида магния, или фторида лития, или оксида алюминия, или фторида кальция. Электрические выводы лампы 12 герметично впаяны в стеклянную проточную камеру 9. Стеклянная проточная камера 9 имеет штуцера 13 для подвода и вывода воздуха. Источник 10 УФ-излучения зафиксирован внутри стеклянной проточной камеры 9 с помощью металлического фиксатора 14. The photochemical converter 7 is a glass flow chamber 9 with a UV radiation source 10 installed inside it, which uses a glow discharge discharge lamp, the internal volume of which is filled with an inert gas selected from the range consisting of krypton, xenon, argon or hydrogen, or mixtures of them with helium, or neon. The lamp has a window 11 for outputting UV radiation made of magnesium fluoride, or lithium fluoride, or aluminum oxide, or calcium fluoride. The electrical terminals of the lamp 12 are hermetically soldered into the glass flow chamber 9. The glass flow chamber 9 has a fitting 13 for supplying and discharging air. The source of UV radiation 10 is fixed inside the glass flow chamber 9 with a metal lock 14.

В соответствии с предлагаемым способом описанное устройство работает следующим образом. In accordance with the proposed method, the described device operates as follows.

Воздух, засасываемый из окружающего воздуха побудителем расхода 3, через фильтр 1, где он высвобождается от пыли, и через фильтр 2, где он освобождается от влаги и химических веществ, попадает в буферную емкость 4, служащую для сглаживания толчков давления. Далее воздух через регулятор расхода 5 поступает в дополнительный фильтр 6 для очистки воздуха от озона и из него поступает в фотохимический преобразователь 7 кислорода в озон. В нем под действием коротковолнового излучения в диапазоне длин волн от 103 до 150 нм (в зависимости от состава газа и материала окна 11 источника 10 излучения) происходит преобразование кислорода воздуха в озон. Интенсивность излучения инертных газов и водорода в этом спектральном диапазоне очень стабильна и не зависит от температуры ламп. При этом мощность, потребляемая источником 10 излучения, не превышает 1 Вт и не влияет на распределение излучаемой энергии. Интенсивность УФ-излучения, испускаемого источником 10 излучения, зависит исключительно от величины тока разряда. Это позволяет исключить систему термостатирования из состава генератора и легко изменять интенсивность УФ-излучения и, следовательно, концентрацию получаемого озона путем регулирования тока разряда. The air sucked from the ambient air by the flow inducer 3, through the filter 1, where it is released from dust, and through the filter 2, where it is free from moisture and chemicals, enters the buffer tank 4, which serves to smooth out pressure surges. Further, air through the flow regulator 5 enters an additional filter 6 for purifying air from ozone and from it enters the photochemical converter 7 of oxygen into ozone. In it, under the influence of short-wave radiation in the wavelength range from 103 to 150 nm (depending on the composition of the gas and the material of the window 11 of the radiation source 10), oxygen is converted into ozone. The radiation intensity of inert gases and hydrogen in this spectral range is very stable and does not depend on the temperature of the lamps. Moreover, the power consumed by the radiation source 10 does not exceed 1 W and does not affect the distribution of radiated energy. The intensity of the UV radiation emitted by the radiation source 10 depends solely on the magnitude of the discharge current. This makes it possible to exclude the temperature control system from the composition of the generator and easily change the intensity of UV radiation and, consequently, the concentration of ozone produced by adjusting the discharge current.

Пример. В качестве источника УФ-излучения использовалась лампа криптонового наполнения с окном из фторида кальция. Эта лампа в коротковолновой УФ-области излучает практически одну линию 123,6 нм. При токе разряда 0,1 мА и расходе воздуха 1,5 л/мин генератор обеспечивает выход озона 10 мкг/м³.Example. A krypton filling lamp with a window of calcium fluoride was used as a source of UV radiation. This lamp in the short-wave UV region emits almost one line of 123.6 nm. At a discharge current of 0.1 mA and an air flow rate of 1.5 l / min, the generator provides an ozone output of 10 μg / m ³ .

В таблице приведены сочетания газового наполнения ламп, материалы окон и длины волн в области вакуумного ультрафиолета, испускаемые источниками. The table shows the combination of gas filling lamps, window materials and wavelengths in the field of vacuum ultraviolet radiation emitted by sources.

Выбор указанного диапазона длин волн УФ-излучения обусловлен тем, что использование длины волны свыше 150 нм требует применения кварцевой ртутной лампы со всеми вытекающими последствиями (необходимость термостатирования, большой вес и габариты, повышение энергопотребления и др.). Уменьшение длины волны 103 нм ограничено отсутствием материалов для изготовления окон лампы, пропускающих такое коротковолновое излучение. The choice of the indicated wavelength range of UV radiation is due to the fact that the use of a wavelength above 150 nm requires the use of a quartz mercury lamp with all the ensuing consequences (the need for temperature control, large weight and dimensions, increased energy consumption, etc.). The decrease in the wavelength of 103 nm is limited by the lack of materials for the manufacture of lamp windows that transmit such short-wave radiation.

Claims

A method of producing ozone from atmospheric oxygen by exposing the air stream to vacuum UV radiation from a UV discharge lamp, characterized in that the wavelength range of UV radiation is selected in the range of 103 to 150 nm with a discharge current in the UV lamp of 0.1 mA and air flow rates of 1.5 l / min.