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La présente invention concerne la purification de l'oxygène et en particulier des procédés pour la purification de l'oxygène avant son admission dans un ozonateur. De façon plus spécifique , l'invention concernedes procédés pour la purification de l'oxygène avant son admission dans un ozonateur dans lesquels l'oxygène provenant d'un réacteur qui utilise la teneur en ozone de l'oxygène est purifié et ensuite renvoyé vers l'ozonateur.
Des procédés pour la purification catalytique de l'oxygène ainsi que certains catalyseurs destinés à être utilisés dans ces procédés sont bien connus. Ces procédés extraient les impuretés combustible de l'oxygène en conver- tisant les impuretés en eau et en anhydride carbonique en présence de catalyseurs à des températures relativement peu élevées d'environ 300 C et de préférence dans la gamme approximative de 250 à 350 C.
La présente invention utilise ce concept en partie dans un procédé pour purifier de l'oxygène après en avoir extrait l'ozone avant de le renvoyer à l' ozonateur pour poursuivre la production d'ozone. En appliquant le procédé de la présente invention, on élimine les impuretés indésirables contenues dans le cou- rant d'oxygène et on augmente matériellement l'efficacité de l'ozonateur.
On connait des procédés pour la purification catalytique de l'oxygène à des températures aussi basses que 40 C dans lesquels on utilise des quantités stoechiométriques de 03 et on ajoute des quantités inférieures aux quantités stoechiométriques, qui peuvent être utilisées à des températures approximative- ment aussi basses que 80 C, à l'oxygène avant sa mise en contact avec le cataly- seur de façon à réduire sensiblement les températures pour une purification catalytique de l'oxygène. Ce concept peut être utilisé dans les procédés de la présente invention comme phase facultative afin de contribuer à l'extraction des impuretés combustibles du courant d'oxygène avant de le renvoyer à l'ozonateur.
L'invention vise également à renvoyer facultativement l'oxygène purifié juste avant son admission dans l'ozonateur, dans le courant d'oxygène avant son admission dans l'élément de combustion catalytique pour diluer le cou- rant de gaz de façon que ce courant soit notablement en dessous de la limite combustible des matières organiques y contenues.
La présente invention a ainsi pour buts de procurer : de nouveaux procédés pour la purification de l'oxygène par extraction des impuretés combustibles et-autres de l'oxygène après avoir utilisé la teneur en ozone de l'oxygène avant de renvoyer l'oxygène purifié à l'ozonateur; de nouveaux procédés dans lesquels on extrait les impuretés combusti- bles du courant d'oxygène en soumettant le courant d'oxygène à des catalyseurs appropriés à des températures peu élevées dans la gamme de 40 à 300 C; de nouveaux procédés dans lesquels on puisse introduire des quantités limitées d'ozone dans.le courant d'oxygène avant de le soumettre à une purifica- tion catalytique pour réduire les températures auxquelles la purification cataly- tique a lieu;
de nouveaux procédés dans lesquels on puisse renvoyer l'oxygène puri- fié en partie, dans le courant d'oxygène impur avant son introduction dans la pha- se de purification catalytique, de manière à diluer le courant de gaz en dessous de la limite combustible des matières organiques y contenues; de nouveaux procédés dans lesquels on puisse introduire de l'oxygène de préparation dans l'oxygène recyclé à n'importe quel point désiré de préférence avant son introduction dans l'ozonateur, suivant les impuretés trouvées dans 1' oxygène de préparation.
D'autres buts de la présente invention ressortiront de la description suivante d'une forme d'exécution représentative.
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Les procédés de la présente invention peuvent être réalisés mécani- quement de différentes façons et être subdivisés en différentes phases sans s'é- carter du cadre de la présente invention. Une forme d'exécution représentative d'un procédé de ce genre est décrite ci-après à titre d'exemple avec référence au dessin annexés, mais il est clair que l'invention n'y est pas limitée et que de nombreux changements et modifications peuvent y être apportés sans sortir de son cadre.
Dans le dessin annexé qui est un schéma synoptique d'un procédé sui- vant la présente invention, un ozonateur approprié, de préférence, du type à dé- charge électrique, est indiqué en 10. La décharge gazeuse provenant de l'ozona- teur 10 comprenant un courant d'oxygène avec de l'ozone et éventuellement d' autres gaz inertes est amenée par une conduite 11 au réacteur 12 où l'ozone conte- nu dans le courant d'oxygène est utilisé complètement ou en partie dans un procé- dé approprié nécessitant de l'ozone.
Le courant d'oxygène exempt d'ozone est entraîné du réacteur 12 par la conduite 13 et est introduit dans un laveur et dispositif d'étanchéité aux liquides 14. La fonction principale du laveur et dispositif d'étanchéité aux liquides14 est d'empêcher un allumage possible de l'oxygène mais le laveur 14 peut également être utilisé pour extraire certaines impuretés du courant d'oxygène.
Le laveur 14 peut être l'un quelconque des dispositifs connus servant à extraire des impuretés du courant d'oxygène tels que des chicanes, des dispositifs élimi- nant le brouillard et la buée, des électrofiltres, et des appareils analogues.
A partir du laveur et dispositif d'étanchéité aux liquides 14 le courant d'oxygène, dont une partie des impuretés organiques a été extraite est entraîné par une conduite 15 vers un dispositif approprié servant à régler la température de l'oxygène qui quitte le réacteur 12 à une température élevée, ce dispositif étant dans ce cas un réchauffeur 16 dans lequel la température du courant d'oxygène est réglée jusqu'à la valeur que l'on doit normalement trouver dans la phase de purification catalytique suivante, voisine d'environ 40 à 300 C ou plus, si on le désire.
Le courant d'oxygène chauffé est ensuite amené du réchauffeur 16 par une conduite 17 à l'élément de combustion catalytique 18 où l'oxygène et les impuretés combustibles sont soumis à une purification cataly- tique pour convertir les impuretés combustibles en anhydride carbonique et en eau suivant les procédés connus mentionnés plus haut pour la purification cataly- tique d'oxygène et les catalyseurs destinés à ces procédés.
Dans l'élément 18, le courant d'oxygène et les impuretés combustibles sont passés sur et en contact avec un catalyseur supporté de métaux de transition ou d'oxydes de métaux ou d'alumine activée à des températures situées dans la gamme mentionnée plus haut de 40 à 300 C ou plus, un oxyde métallique approprié formant catalyseur étant un mélange de Mn02: Cu0, C0203 et Ag20 supporté sur de l'alumine activée ou sur un autre support approprié; un mélange d'oxyde métallique de chrome, de manganèse et de cuivre supporté; un mélange de cérium, d'uranium et de cuivre supporté; ou un catalyseur au platine supporté.
Le courant d'oxygène avec ses impuretés organiques converties en an- hydride carbonique et en eau est ensuite amené de l'élément 18 par la conduite 19 à un refroidisseur approprié 20 et du refroidisseur 20 par une conduite 21 à un laveur 22 qui peut être utilisé ou non suivant la présence de substances con- taminantes autres que des substances combustibles, par exemple du CO2' dans le courant d'oxygène et leur concentration. Du laveur 22, le courant d'oxygène est entraîné par une conduite 23 vers un compresseur 24 qui les fait circuler dans le processus purificateur de recyclage.
Une conduite 25 amène le courant d'oxygène du compresseur 24 au refroidisseur 26 où la température de l'oxygène est réduite pour contribuer à extraire de l'eau soit par condensation d'une partie de l'hu- midité, soit par un accroissement de l'efficacité de déshydrateur qui suit dans le circuit. Une conduite 27 relie le refroidisseur 26 au déshydrateur 28. Le dés- hydrateur 28 est de n'importe quel type approprié tel qu'un descripteur du type
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à couche dessicative solide ou un élément de réfrigération destiné à abaisser le point de congélation du courant d'oxygène à environ -40 F (-40 C) ou moins.
Le courant d'oxygène, séché et exempt de substances contaminantesi est ensuite entraîné par une conduite 29 vers un ozonateur 10 qui produit de l'ozone et le cycle de purification décrit plus haut est répété.
Comme mentionné plus haut, il peut être souhaitable de diluer le cou- rant d'oxygène avant son admission dans l'élément de combustion catalytique 18 de manière qu'il soit dilué en dessous de la limite combustible pour les impure- tés organiques contenues dans le courant d'oxygène. A cet effet, une conduite 30 relie les conduites 25 et 15 et la quantité d'oxygène purifié passant par la conduite 30 est réglée par une vanne appropriée 31.
Un recyclage continu du courant d'oxygène du réacteur 12 à travers les différentes phases du procédé de purification décrit plus haut pour le ramener à l'ozonateur 10 réduit la quantité d'oxygène contenue dans le courant d'oxygène et nécessite de l'oxygène de préparation. Si l'oxygène de préparation contient des impuretés combustibles, de l'humidité en excès ou l'équivalent, il peut être admis dans le cycle en un point où il sera traité pour extraire les impuretés indésirables qu'il contient, un point de ce genre étant représenté à la liaison de la conduite 33 avec la conduite 13 pour soumettre l'oxygène de préparation au procédé de purification entier.
Les procédés connus mentionnés plus haut décrivent l'effet de l'ozone sur les températures requises dans l'élément 18. Des quantités stoechiométriques d'ozone basées sur les impuretés contenues dans l'oxygène réduisent sensiblement les températures de réaction et augmentent ainsi l'efficacité de l'élément 18.
On peut introduire de l'ozone dans le procédé de purification représenté dans le dessin à l'aide de la conduite 34 qui débouche dans la conduite 17.
Il apparaîtra aux spécialistes que la présente invention procure de nouveaux procédés pour la purification d'oxygène qui réalisent tous les objec- tifs décrits plus haut.
Il est clair que la présente invention n'est pas limitée à la des- cription qui précède mais que de nombreux changements et modifications peuvent y être apportés sans sortir de son cadre.
REVENDICATIONS. l.- Procédé pour purifier de l'oxygène contaminé par des impuretés organiques et exempt d'ozone par une réaction chimique utilisant de l'ozone, caractérisé en ce qu'on règle la température de l'oxygène jusqu'à la gamme appro- ximative de 40 à 350 C, on soumet l'oxygène à une température réglée à une com- bustion catalytique oxydante des impuretés organiques combustibles y contenues en utilisant un catalyseur choisi parmi le groupe consistant en un mélange d' oxyde métallique supporté de chrome, de manganèse et de cuivre, un mélange suppor- té de Mn02'Cu-, C0203 et Ag20 un mélange supporté de cérium, d'uranium et de cuivre, et un catalyseur de platine supporté, on refroidit et on déshydrate l'o- xygène pour extraire l'eau provenant de la combustion des impuretés organiques,
on fait passer l'oxygène purifié dans un ozonateur et on amène l'oxygène et l'o- zone à la réaction chimique utilisant de l'ozone.
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The present invention relates to the purification of oxygen and in particular to methods for the purification of oxygen prior to its admission to an ozonator. More specifically, the invention relates to processes for the purification of oxygen prior to its admission to an ozonator in which oxygen from a reactor which utilizes the ozone content of oxygen is purified and then returned to the oxygenator. ozonator.
Processes for the catalytic purification of oxygen as well as certain catalysts for use in these processes are well known. These processes remove combustible impurities from oxygen by converting the impurities to water and carbon dioxide in the presence of catalysts at relatively low temperatures of about 300 C and preferably in the approximate range of 250 to 350 C.
The present invention uses this concept in part in a process for purifying oxygen after removing ozone therefrom before returning it to the ozonator for further ozone production. By applying the process of the present invention, unwanted impurities contained in the oxygen stream are removed and the efficiency of the ozonator is materially increased.
Processes are known for the catalytic purification of oxygen at temperatures as low as 40 ° C. in which stoichiometric amounts of O 3 are used and amounts less than stoichiometric amounts are added, which can be used at temperatures approximately as well. low than 80 ° C to oxygen prior to contacting the catalyst so as to substantially reduce temperatures for catalytic oxygen purification. This concept can be used in the processes of the present invention as an optional phase to aid in the removal of combustible impurities from the oxygen stream before returning it to the ozonator.
The invention also aims to optionally return the purified oxygen just prior to its admission to the ozonator, to the oxygen stream prior to its admission to the catalytic combustor to dilute the gas stream so that this stream or notably below the combustible limit of the organic matter contained therein.
The present invention thus aims to provide: new methods for the purification of oxygen by extraction of combustible and other impurities from oxygen after using the ozone content of the oxygen before returning the purified oxygen with the ozonator; new processes in which combustible impurities are removed from the oxygen stream by subjecting the oxygen stream to suitable catalysts at low temperatures in the range 40 to 300 ° C; new processes in which limited amounts of ozone can be introduced into the oxygen stream before subjecting it to catalytic purification to reduce the temperatures at which catalytic purification takes place;
new processes in which the purified oxygen can be returned in part to the impure oxygen stream before it is introduced into the catalytic purification phase, so as to dilute the gas stream below the combustible limit organic matter contained therein; new methods in which one can introduce preparative oxygen into the recycled oxygen at any desired point preferably before its introduction into the ozonator, depending on the impurities found in the preparative oxygen.
Other objects of the present invention will emerge from the following description of a representative embodiment.
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The processes of the present invention can be carried out mechanically in different ways and be subdivided into different phases without departing from the scope of the present invention. A representative embodiment of such a method is described below by way of example with reference to the accompanying drawing, but it is clear that the invention is not limited thereto and that numerous changes and modifications. can be brought there without going outside its framework.
In the accompanying drawing which is a block diagram of a process according to the present invention, a suitable ozonator, preferably of the electric discharge type, is indicated at 10. The gas discharge from the ozonator 10 comprising a stream of oxygen with ozone and optionally other inert gases is supplied through line 11 to reactor 12 where the ozone contained in the stream of oxygen is used wholly or in part in a process. - suitable die requiring ozone.
The ozone-free oxygen stream is entrained from the reactor 12 through line 13 and is introduced into a washer and liquid sealer 14. The primary function of the washer and liquid sealer 14 is to prevent a leak. possible ignition of the oxygen but the scrubber 14 can also be used to extract certain impurities from the oxygen stream.
The scrubber 14 can be any of the known devices for removing impurities from the oxygen stream such as baffles, mist and mist removing devices, electrostatic precipitators, and the like.
From the scrubber and liquid sealer 14 the stream of oxygen, from which part of the organic impurities has been removed, is carried through a pipe 15 to a suitable device for controlling the temperature of the oxygen leaving the reactor. 12 at an elevated temperature, this device being in this case a heater 16 in which the temperature of the oxygen stream is adjusted up to the value which should normally be found in the next catalytic purification phase, close to approximately 40 to 300 C or more, if desired.
The heated oxygen stream is then supplied from heater 16 through line 17 to catalytic combustor 18 where oxygen and combustible impurities are subjected to catalytic purification to convert combustible impurities to carbon dioxide and carbon. water according to the known methods mentioned above for the catalytic purification of oxygen and the catalysts for these methods.
In element 18, the stream of oxygen and combustible impurities are passed over and in contact with a supported catalyst of transition metals or metal oxides or activated alumina at temperatures within the range mentioned above. from 40 to 300 C or more, a suitable metal oxide forming a catalyst being a mixture of MnO 2: Cu0, CO 2 O 3 and Ag 2 O supported on activated alumina or on another suitable support; a mixture of metal oxide of chromium, manganese and supported copper; a mixture of cerium, uranium and supported copper; or a supported platinum catalyst.
The oxygen stream with its organic impurities converted to carbon dioxide and water is then supplied from element 18 through line 19 to a suitable cooler 20 and from cooler 20 through line 21 to a scrubber 22 which can be operated. whether or not used depending on the presence of contaminating substances other than combustible substances, for example CO 2 in the oxygen stream and their concentration. From scrubber 22, the oxygen stream is driven through line 23 to compressor 24 which circulates them through the recycle purifier process.
A line 25 carries the oxygen stream from compressor 24 to cooler 26 where the temperature of the oxygen is reduced to help remove water either by condensing some of the moisture or by increasing the efficiency of the dehydrator that follows in the circuit. A line 27 connects the cooler 26 to the dehydrator 28. The dehydrator 28 is of any suitable type such as a descriptor of the type.
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A solid desiccant layer or a refrigeration element for lowering the freezing point of the oxygen stream to about -40 F (-40 C) or less.
The stream of oxygen, dried and free of contaminants, is then carried through line 29 to an ozonator 10 which produces ozone and the purification cycle described above is repeated.
As mentioned above, it may be desirable to dilute the stream of oxygen prior to its admission to the catalytic combustor 18 so that it is diluted below the combustible limit for organic impurities contained in it. the flow of oxygen. To this end, a pipe 30 connects the pipes 25 and 15 and the quantity of purified oxygen passing through the pipe 30 is regulated by an appropriate valve 31.
Continuous recycling of the oxygen stream from reactor 12 through the various phases of the purification process described above to return it to the ozonator 10 reduces the amount of oxygen contained in the oxygen stream and requires oxygen. of preparation. If the preparative oxygen contains combustible impurities, excess moisture or the equivalent, it may be admitted into the cycle at a point where it will be treated to remove the unwanted impurities it contains, a point of this genus being shown at the connection of line 33 with line 13 to subject the preparative oxygen to the entire purification process.
The known methods mentioned above describe the effect of ozone on the temperatures required in element 18. Stoichiometric amounts of ozone based on the impurities contained in the oxygen substantially reduce reaction temperatures and thus increase the reaction temperature. element efficiency 18.
Ozone can be introduced into the purification process shown in the drawing with the aid of line 34 which opens into line 17.
It will be apparent to those skilled in the art that the present invention provides novel methods for the purification of oxygen which accomplish all of the objects described above.
It is clear that the present invention is not limited to the foregoing description but that numerous changes and modifications can be made to it without departing from its scope.
CLAIMS. l.- Process for purifying oxygen contaminated with organic impurities and free from ozone by a chemical reaction using ozone, characterized in that the temperature of the oxygen is regulated up to the appropriate range. ximative from 40 to 350 ° C., the oxygen at a controlled temperature is subjected to an oxidative catalytic combustion of the combustible organic impurities contained therein using a catalyst selected from the group consisting of a mixture of supported metal oxide of chromium, manganese and copper, a supported mixture of MnO2'Cu-, C0203 and Ag20, a supported mixture of cerium, uranium and copper, and a supported platinum catalyst, cooled and dehydrated the oxygen to extract water from combustion of organic impurities,
the purified oxygen is passed through an ozonator and the oxygen and o-zone are brought to the chemical reaction using ozone.