降低氧氣中低分子烴類含量的方法

2023-10-19 12:45:27 1

專利名稱：降低氧氣中低分子烴類含量的方法
技術領域：
本發明涉及除去制氧用空氣中的烴類物質。
工業用氧氣是由壓縮空氣製備的。空氣中含氧氣約21％，氮氣78％，1％的其他氣體。其中包括可燃性氣體甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，這些可燃性氣體在制氧過程中不除去，則混在製備的純氧中。當純氧中烴類物質達到一定的量時，則有產生爆炸的危險。空氣中可燃性氣體甲烷的平均含量為1.5ppm，但在天燃氣產地、礦井、冶煉廠、煉油廠、動物養殖場、沼澤地附近等，空氣中甲烷含量高達數十ppm。礦井瓦斯爆炸就是甲烷含量超過限定濃度產生的。一般認為純氧中甲烷含量在30ppm以下是安全的。為安全生產需要，制氧空氣中甲烷含量應在7.5ppm以下。
在現在的制氧工藝中除去烴類物質的方法有冷凍法與吸附法。冷凍可以除去乙烷、乙烯、乙炔，但不能除去甲烷，因為甲烷的沸點為-161℃，氧氣的沸點為-183℃，兩者溫度相差太小。用吸附法除甲烷時，因吸附過程中存在有吸附與解析平衡、吸附速度、吸附劑再生等問題，因此吸附不充分，不能達到烴類物質要求的程度。因此制氧廠必須隨時測定製備的氧氣中甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等等烴類物質的含量。對烴類物質超過規定指標的純氧要作排空處理。這樣不僅浪費了制氧消耗的能源，還會使排空純氧的局部地區空氣中氧氣的濃度增大，給安全生產帶來新的隱患。
為解決現有制氧工藝不能充分除去烴類物質的問題，本發明提供了一種有效地除去空氣中氣體烴類物質的方法。
本發明是以銳鈦型的二氧化鈦對氣體烴類物質進行光氧化作用，達到除去空氣中的烴類物質的。烴類物質在光催化作用下，氧化成醇、醛、酸，最終產物為CO2。本發明主要包括二氧化鈦催化劑的製備、光氧化反應器的結構。
一、光氧化催化劑的製備本發明以銳鈦型二氧化鈦為催化劑，以沉積的方式使二氧化鈦附著在陶瓷、玻璃、水泥、金屬、石棉等板材上，然後燒結而成本發明的催化劑。
1、採用鈦鹽水解法製備二氧化鈦。本發明採用的鈦鹽為硫酸鈦、硫酸氧鈦、四氯化鈦、硝酸鈦。
2、製備工藝條件 濃度為0.01mol/l～5mol/l的鈦鹽溶液在常溫～110℃的溫度、pH≥1.5的條件下水解，在水解過程中，不斷用鹼性物質維持反應的pH。在水解反應池中插入催化劑載體的板材，使水解產物附著在催化劑載體的板材上。當水解產物附著層達0.1～3mm厚時取出載體板材，然後將附有水解產物的板材放入去離子水中漂洗，除去其中夾雜的鹽類等物質。涼幹後再在400～600℃下處理1～5小時，即得本發明的附著銳鈦型催化劑的板材。
3、調節溶液pH的鹼性物質可以用金屬的氧化物、氫氧化物、氨水及加熱可以分解產生氨的物質，如尿素等。
二、光氧化反應器本發明的光反應器的主要結構為光反應器容器、光源、光催化劑。
1、光氧化反應器由通用的建築材料如磚、水泥、金屬、木材等製成一定容積的容器。容器要求能承受300mm H2O柱的負壓。在容器內壁內襯本說明一中的附著光催化劑的板材，按需要可在容器內增設附有光催化劑的隔板，以增加光化學反應面積和提高氣體流速。
2、光催化劑板材的面積按空氣中氣體烴類物質的量及目標要求的烴類物質的含量確定，空氣在反應器中的停留時間與與光反應器的容積與催化劑板材的面積，計算的依據按(1)式A＝(C1-C2)V/(t×K) (1)式中A——催化劑面積，m2；t——反應時間，sC1——空氣中烴類物質的濃度，mol/l；C2——目標空氣中烴類物質的濃度，mol/l；V——理空氣的量，L/s；K——光氧化反應速度常數，mol/m2.s；在本發明的處理空氣中甲烷時K＝2～6×10-6mol/m2.s；3、光源 本發明中採用的光源為200nm～800nm的紫外及可見光。最合適的光源為200nm～400nm的紫外光源。UV-A、UV-B、UV-C三光源可以單獨使用，也可以混合使用。所需要的光源功率按(2)式確定N＝(C1-C2)V/(P×q) (2)式中 N——光源的功率，kw；C1——空氣中烴類物質的濃度，mol/l；C2——目標空氣中烴類物質的濃度，mol/l；V——理空氣的量，L/s；P——C-H鍵鍵能，kJ/molq——光的利用率，發明中P＝348kJ/molq＝0.2三、烴類物質除去工藝過程本發明採用光氧化反應原理除去空氣中的烴類氣體，光氧化時的條件為常溫常壓。光氧化反應器裝在制氧機的入口空氣除塵之後，接通光源電源即可進行除去空氣中烴類物質的操作。光氧化反應器也可以安裝在空氣壓縮機後面。
實施例催化劑的製備將5mm厚的陶瓷素片插入0.5mol/L的硫酸氧鈦溶液中，用氨水調節並保持pH＝2.5，加熱至80℃，並保溫1小時，使硫酸氧鈦水解物沉積在陶瓷片上。用去離子水漂洗後，在500--550℃的溫度下處理沉積有水解物的陶瓷片，即為銳鈦型的光催化劑。
當制氧量為6000Nm3/h的制氧機，處理空氣的量為30000Nm3/h，空氣中甲烷含量14ppm，處理後甲烷含量要求為7ppm以下時，只需光反應器的容積為100m3，空氣在光氧化反應器中的停留時間為10s，光氧化反應催化劑載體板材60m2，採用波長為252nm的紫外光源，功率為4.5kw，即可以達到規定要求的甲烷含量。
權利要求
1.一種以光氧化法分解空氣中烴類物質的方法。除去空氣中的烴類物質包括甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等到氣體烴類。
2.光氧化法採用的光源為紫外光及可見光。
3.光氧化法採用的催化劑是銳鈦型的二氧化鈦。二氧化鈦以沉積的方式附著在陶瓷、玻璃、水泥、金屬、石棉等固體載體上，再經燒結而成。
4.光氧化反應器是在容器內壁及空間設置有權利要求書中2與3所要求的光源及催化劑。
全文摘要
本發明涉及用空氣制氧氣的領域。用本方法可以有效地除去空氣中的烷烴、烯烴、炔烴。該方法的特點是採用光氧化法分解空氣中的烴類物質,所用的催化劑是銳鈦型的二氧化鈦。與傳統的空氣制氧工藝中除去烴類物質的方法相比,本發明具有設備簡單、能耗低,可以完全除去空氣中的烴類物質的優點。
文檔編號B01J21/06GK1370735SQ01106870
公開日2002年9月25日 申請日期2001年2月15日 優先權日2001年2月15日
發明者馬承銀, 雍伏曾 申請人:馬承銀, 雍伏曾