[发明专利]一种分离回收O2和O3的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于氧气回收技术领域，具体涉及一种分离回收O₂和O₃ 的方法及装置。

背景技术

氧在自然界中具有广泛的分布，在众多的工业领域，均需要用氧气。

目前，臭氧已经被广泛应用于水处理、医药、食品工业等众多领域。众所周知，现有技术中典型的臭氧发生工艺使用O₂生产O₃，具有相对短的半衰期，因此臭氧总是通过臭氧发生器现场生产。臭氧发生器的主要原理是电晕式放电，在臭氧发生器中，电晕放电元件的存在提供了一个电容式负载，O₃由O₂在放电的直接作用下产生。这种电晕式放电使稳定的氧分子破裂并形成两个氧自由基，这些自由基可以与氧分子结合形成O₃。在多数情况下，只有10%的供应O₂被转化为O₃，未转化的O₂与所需的O₃一起被导入应用中并被浪费。分离和回收利用O₂将使O₂的总消耗量降低约80％。

人类活动产生的污染物气体主要包括初级污染物和刺激污染物。其中初级污染物主要包括：硫氧化物（SOx），特别是二氧化硫，化学式为SO₂的化合物，煤和石油通常含有硫化合物，其燃烧后产生二氧化硫；氮氧化物（NOx），氮氧化物，特别是二氧化氮，在高温燃烧下产生；一氧化碳（CO），CO无色，无味，有毒，但无刺激性，由燃料（如天然气、煤或木材）不完全燃烧产生；挥发性有机化合物（VOC），VOC是一种众所周知的室外空气污染物，分为甲烷（CH4）和非甲烷（NMVOCs）两类；颗粒物，又名颗粒物质（PM），大气颗粒物质，或细微颗粒物，是悬浮在气体中的固体或液体状微小颗粒；氨（NH₃），产生于农业生产过程，氨指化学式为NH₃的化合物，通常以气体形式存在，具有刺激性气味。次级污染物包括：由气态初级污染物和光化学烟雾中的化合物产生的颗粒物，烟雾是一种空气污染，典型的烟雾由大量燃煤的区域中烟气和二氧化硫的混合物造成，现代烟雾通常不来自煤，而是来自车辆和工业的废气排放，其在大气中在太阳紫外线的作用下形成次级污染物，并与初级污染物结合形成光化学烟雾；地面臭氧由NOx和VOC形成，臭氧（O₃）是对流层的主要组份，也是特定区域的平流层（常称为臭氧层）的重要组份，光化学和化学反应中有许多涉及臭氧驱动的在大气层中日夜发生的化学过程，然而在因人类活动（多为化石燃料的燃烧）造成的反常高臭氧浓度的情况下，臭氧也是一种污染物，同时是烟雾的组分之一；过氧乙酰硝酸酯（PAN）。

由于占地面积小，能源效率高，模块化设计便捷的特点，膜技术对于现有工艺来讲，是潜在的替代方案。可能用到膜技术的主要气体分离包括：1）分离H₂/CO₂以制备燃料电池所用的氢气；2）用于烟气或石灰炉废气中的CO₂/N₂分离，以便隔离CO₂；3）用于天然气处理或沼气净化中的CO₂/CH₄分离；4）分离O₂/N₂以制备富氧空气或纯氮气。从加油站或油田空气中通过膜回收有机蒸汽，可减少大气中污染物的排放，同时提高工艺效率和经济收益。气体和/或蒸汽的选择性分离要求薄膜能够根据分子性质进行分离。这种薄膜可以是无机多孔膜，例如沸石或介孔硅石，根据分子尺寸或渗透种类的可冷凝性进行分离。膜的材质也可以为金属，多用于氢气的分离，根据进行化学分裂和重化合反应的可能性来实现。市售最常见且种类最多的薄膜是高分子膜，其分离依据俗称为溶液扩散机制的原理。尽管存在一些内在限制，使用高分子膜进行气体分离研究的主要目标之一便为材料研究，以求突破此类限制。现今使用分子设计和建模技术，一方面用于支持和解释试验结果，另一方面用于预测膜的性能。

因此，从大气空气及臭氧发生器中分离和回收氧气，具有现实的意义和一定的经济价值，本发明的目的是提供一种利用高分子膜系统分离回收O₂和O₃ 的方法及装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种分离回收O₂和O₃ 的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：