專利名稱：降低氧氣中低分子烴類含量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及除去制氧用空氣中的烴類物質(zhì)。
工業(yè)用氧氣是由壓縮空氣制備的。空氣中含氧氣約21％，氮?dú)?8％，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(guò)程中不除去，則混在制備的純氧中。當(dāng)純氧中烴類物質(zhì)達(dá)到一定的量時(shí)，則有產(chǎn)生爆炸的危險(xiǎn)?？諝庵锌扇夹詺怏w甲烷的平均含量為1.5ppm，但在天燃?xì)猱a(chǎn)地、礦井、冶煉廠、煉油廠、動(dòng)物養(yǎng)殖場(chǎng)、沼澤地附近等，空氣中甲烷含量高達(dá)數(shù)十ppm。礦井瓦斯爆炸就是甲烷含量超過(guò)限定濃度產(chǎn)生的。一般認(rèn)為純氧中甲烷含量在30ppm以下是安全的。為安全生產(chǎn)需要，制氧空氣中甲烷含量應(yīng)在7.5ppm以下。
在現(xiàn)在的制氧工藝中除去烴類物質(zhì)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?yàn)榧淄榈姆悬c(diǎn)為-161℃，氧氣的沸點(diǎn)為-183℃，兩者溫度相差太小。用吸附法除甲烷時(shí)，因吸附過(guò)程中存在有吸附與解析平衡、吸附速度、吸附劑再生等問(wèn)題，因此吸附不充分，不能達(dá)到烴類物質(zhì)要求的程度。因此制氧廠必須隨時(shí)測(cè)定制備的氧氣中甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等等烴類物質(zhì)的含量。對(duì)烴類物質(zhì)超過(guò)規(guī)定指標(biāo)的純氧要作排空處理。這樣不僅浪費(fèi)了制氧消耗的能源，還會(huì)使排空純氧的局部地區(qū)空氣中氧氣的濃度增大，給安全生產(chǎn)帶來(lái)新的隱患。
為解決現(xiàn)有制氧工藝不能充分除去烴類物質(zhì)的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種有效地除去空氣中氣體烴類物質(zhì)的方法。
本發(fā)明是以銳鈦型的二氧化鈦對(duì)氣體烴類物質(zhì)進(jìn)行光氧化作用，達(dá)到除去空氣中的烴類物質(zhì)的。烴類物質(zhì)在光催化作用下，氧化成醇、醛、酸，最終產(chǎn)物為CO2。本發(fā)明主要包括二氧化鈦催化劑的制備、光氧化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)。
一、光氧化催化劑的制備本發(fā)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，然后燒結(jié)而成本發(fā)明的催化劑。
1、采用鈦鹽水解法制備二氧化鈦。本發(fā)明采用的鈦鹽為硫酸鈦、硫酸氧鈦、四氯化鈦、硝酸鈦。
2、制備工藝條件 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(guò)程中，不斷用堿性物質(zhì)維持反應(yīng)的pH。在水解反應(yīng)池中插入催化劑載體的板材，使水解產(chǎn)物附著在催化劑載體的板材上。當(dāng)水解產(chǎn)物附著層達(dá)0.1～3mm厚時(shí)取出載體板材，然后將附有水解產(chǎn)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(zhì)。涼干后再在400～600℃下處理1～5小時(shí)，即得本發(fā)明的附著銳鈦型催化劑的板材。
3、調(diào)節(jié)溶液pH的堿性物質(zhì)可以用金屬的氧化物、氫氧化物、氨水及加熱可以分解產(chǎn)生氨的物質(zhì)，如尿素等。
二、光氧化反應(yīng)器本發(fā)明的光反應(yīng)器的主要結(jié)構(gòu)為光反應(yīng)器容器、光源、光催化劑。
1、光氧化反應(yīng)器由通用的建筑材料如磚、水泥、金屬、木材等制成一定容積的容器。容器要求能承受300mm H2O柱的負(fù)壓。在容器內(nèi)壁內(nèi)襯本說(shuō)明一中的附著光催化劑的板材，按需要可在容器內(nèi)增設(shè)附有光催化劑的隔板，以增加光化學(xué)反應(yīng)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(zhì)的量及目標(biāo)要求的烴類物質(zhì)的含量確定，空氣在反應(yīng)器中的停留時(shí)間與與光反應(yīng)器的容積與催化劑板材的面積，計(jì)算的依據(jù)按(1)式A＝(C1-C2)V/(t×K) (1)式中A——催化劑面積，m2；t——反應(yīng)時(shí)間，sC1——空氣中烴類物質(zhì)的濃度，mol/l；C2——目標(biāo)空氣中烴類物質(zhì)的濃度，mol/l；V——理空氣的量，L/s；K——光氧化反應(yīng)速度常數(shù)，mol/m2.s；在本發(fā)明的處理空氣中甲烷時(shí)K＝2～6×10-6mol/m2.s；3、光源 本發(fā)明中采用的光源為200nm～800nm的紫外及可見(jiàn)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(dú)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(zhì)的濃度，mol/l；C2——目標(biāo)空氣中烴類物質(zhì)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(fā)明中P＝348kJ/molq＝0.2三、烴類物質(zhì)除去工藝過(guò)程本發(fā)明采用光氧化反應(yīng)原理除去空氣中的烴類氣體，光氧化時(shí)的條件為常溫常壓。光氧化反應(yīng)器裝在制氧機(jī)的入口空氣除塵之后，接通光源電源即可進(jìn)行除去空氣中烴類物質(zhì)的操作。光氧化反應(yīng)器也可以安裝在空氣壓縮機(jī)后面。
實(shí)施例催化劑的制備將5mm厚的陶瓷素片插入0.5mol/L的硫酸氧鈦溶液中，用氨水調(diào)節(jié)并保持pH＝2.5，加熱至80℃，并保溫1小時(shí)，使硫酸氧鈦水解物沉積在陶瓷片上。用去離子水漂洗后，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(dāng)制氧量為6000Nm3/h的制氧機(jī)，處理空氣的量為30000Nm3/h，空氣中甲烷含量14ppm，處理后甲烷含量要求為7ppm以下時(shí)，只需光反應(yīng)器的容積為100m3，空氣在光氧化反應(yīng)器中的停留時(shí)間為10s，光氧化反應(yīng)催化劑載體板材60m2，采用波長(zhǎng)為252nm的紫外光源，功率為4.5kw，即可以達(dá)到規(guī)定要求的甲烷含量。
權(quán)利要求
1.一種以光氧化法分解空氣中烴類物質(zhì)的方法。除去空氣中的烴類物質(zhì)包括甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等到氣體烴類。
2.光氧化法采用的光源為紫外光及可見(jiàn)光。
3.光氧化法采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(jīng)燒結(jié)而成。
4.光氧化反應(yīng)器是在容器內(nèi)壁及空間設(shè)置有權(quán)利要求書(shū)中2與3所要求的光源及催化劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及用空氣制氧氣的領(lǐng)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(diǎn)是采用光氧化法分解空氣中的烴類物質(zhì),所用的催化劑是銳鈦型的二氧化鈦。與傳統(tǒng)的空氣制氧工藝中除去烴類物質(zhì)的方法相比,本發(fā)明具有設(shè)備簡(jiǎn)單、能耗低,可以完全除去空氣中的烴類物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01J21/06GK1370735SQ01106870
公開(kāi)日2002年9月25日 申請(qǐng)日期2001年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月15日
發(fā)明者馬承銀, 雍伏曾 申請(qǐng)人:馬承銀, 雍伏曾