Промышленное применение озона ограничивают требования к обустройству, обслуживанию и стоимости оборудования. Это особенно относится к технологиям мобильного применения озона для добычи полезных ископаемых (выщелачивание), для очистки отходящих газов предприятий в особых условиях, дезинфекции в сельском хозяйстве.

В ряде таких технологий допускается возбуждение воздуха в барьерном или коронном разряде для разрушения примесей и производства озона, но такие устройства без охлаждения зоны разряда и с низкой плотностью энергии на электродах, имеют большие размеры и стоимость.

Особенностью предлагаемого устройства является малое сопротивление потоку и время пребывания газа в зоне ВЧ разряда высокой энергии, организованного поперек потока между капиллярными диэлектрическими электродами, что позволяет сместить процессы синтеза молекул, в том числе озона за зону разряда.

Такой режим при равном с аналогами энергопотреблении позволяет при плотности энергии на электроде более 2 Вт/см² и напряженности электрического поля 10 кВ/мм уменьшить объем реактора в десятки раз при высоком удельном производстве и пониженной стоимости озона.

1. Введение

Промышленное применение озона ограничивают требования к обустройству и стоимости оборудования, к его обслуживанию. Это особенно относится к технологиям его мобильного применения добычи полезных ископаемых (кучное, скважное выщелачивание) особых условий очистки отходящих газов предприятий, дезинфекции в сельском хозяйстве.

В ряде таких технологий допускается применение озона, произведенного непосредственно из воздуха, неравновесный режим возбуждения которого (как правило в барьерном или коронном разряде) может быть использован и для разрушения примесей в газе. Такие устройства, как правило, не применяют принудительное охлаждение зоны разряда, имеют низкую плотность энергии на электроде и. следовательно, протяженную по потоку зону разряда, в которой продукты синтеза накапливаются в условиях роста температуры и повторного их возбуждения электронами, что снижает эффективность разряда, повышает размеры и стоимость устройства. Низкая скорость потока газа способствует также засорению электродов.

2. Особенности барьера» технологии применения «Плазменного барьера»

Перспективным направлением неравновесного возбуждения газа (воздуха) при нормальном давлении является его возбуждение в быстром потоке в барьерном разряде с высокой плотностью энергии.

Особенностью предлагаемого устройства является малое время пребывания газа в зоне ВЧ разряда высокой энергии, организованного поперек потока (рис. 1) между капиллярными диэлектрическими электродами при малом сопротивлении его потоку, что позволяет:

- повысить энергию электронов (напряжение пробоя), следовательно, степень возбуждения и диссоциации молекул:

- организовать процессы синтеза молекул, в том числе и озона за зоной разряда, при температуре, определяемой теплоемкостью газа, уменьшив их деструкцию электронным ударом и УФ излучением.

Рис. 1. Схема «плазменного барьера»

Такой режим при равном с аналогами энергопотреблении позволяет при плотности энергии на электроде более 2 Вт/см и напряженности электрического поля 10 кВ/мм уменьшить объем реактора в десятки раз.
Анализ продуктов разрушения примесей в воздухе и синтеза озона проводился после его возбуждения в плазмохимическом реакторе с разнополярными электродами из кварцевых капиллярных трубок (рис.2).

1. B качестве заземленного электрода озонаторах использовалась эмалированная труба. Фотография поверхностного барьерного разряда на электроде представлена на рисунке 3.

В таком ВЧ барьерном разряде образуется однородный слой плазмы, через который газ проходит за время (<100мкс) близкое времени следования импульсов. Это позволяет получать озон из воздуха с энергетической стоимостью близкой его стоимости при производстве генераторами озона из кислорода, который растет в разрядной камере до концентрации 0.2г/л только при охлаждении зоны разряда (охлаждении электродов).

Нелинейный характер зависимости роста производства озона от расхода воздуха при постоянном энерговкладе B разряд незначительном (для роста скоростей процессов) изменении температуры на 4°С показывает (рис. 3) снижение его стоимости и при скорости потока 10м/с позволяет получать до 1кг/ч озона с конструкции, вес и размеры которой в 40 раз меньше, чем для традиционных генераторов озона (рис.4).

Такие параметры устройства производства озона без концентратора кислорода, или системы осушки и системы охлаждения, позволяют применять его мобильно и без особых требований обслуживания.

Разрушение в разряде «плазменного барьера» (ПБ) практически не окисляемых озоном примесей таких как CHCL) (рис. 5) доказывают возможность его применения в технологиях очистки отходящих газов предприятий, при этом факт отсутствия разрушения хлороформа в разряде в азоте позволяет все же рассматривать в этом процессе участие кислородных радикалов.

Возможность применения плазменного барьера в технологиях сельского хозяйства (СХ) показывают результаты измерений в Таблице 1, где представлены результаты очистки воздуха от бактерий и грибов в разряде, при этом для сравнения представлены результаты анализа в том же потоке газа (без разряда) с добавленным от озонатора озона 2г/м³. Результаты убедительно доказывают, что разрушение Бактерий и грибов происходит в основном в зоне самого разряда.

Таблица 1. Результаты очистки воздуха от бактерий и грибов в разряде и без разряда

Для безопасного применения «ПБ» в технологиях хранения зерна, овощей и дезинфекции помещений птичников путем их периодической продувки предлагается устанавливать его в самом помещении, первоначально разрушая примеси в воздухе, и с повышением концентрации озона поверхности.

Возможность производить озон из воздуха промышленном количестве (100 кг/ч и более) с концентрацией до 0.5r / (M ^ 3) при стоимости ниже. чем традиционными озонаторами. транспортируемым устройством, позволит разместить его на объектах гидрометаллургии. например, для кучного и скважного выщелачивания сульфидных руд (U. Мо, Си и др.), где в процессе регенерации Fe ⁺3

озон даже при низкой концентрации эффективно выбирается из газа в растворение для окисления Fe^-2 (рис.6).

Технологии кучного выщелачивания основаны на проливке рудного дробленого материала выщелачивающим реагентом с окислителем Fe⁺³ образованным dot Fe^-2 в процесс бактериального окисления кислородом Fe^-2 (рис. 7).

Рисунок 7. Температурная зависимость значения стационарной концентрации от температуры в поверхностном барьерном разряде.

Применение «ПБ» основано на предложении вести окисления Fe^-2 озоном продувкой его воздухом через саму кучу. Это позволит отказаться от влияния сезонной активности биологического процесса и в разы сократить срок выщелачивания. Стоимость затрат на производство озона с концентрацией 0.1r /м³ для выщелачивания урана из руды Au U месторождения «Лунное» с содержанием U 0.037% в стоимости урана менее 5%

Метод подземного скважинного выщелачивания наиболее экономный и безопасный из известных ведут закачкой раствора Fe⁺³ в рудные тела, его подъемом, извлечением U на сорбентах, добавкой кислоты и опять закачкой.

Для выщелачивания урана месторождения Лунный (500т/год U₃O₈ требуется производство 20 кг/ч озона, который подается в реактор встречного смешения с раствором Fe^-2 на распределенной поверхности горизонтальной камеры.

3. Выводы

Плазмохимический реактор «Плазменный барьер» является устройством, в котором неоднородное возбуждение быстрого потока газа (воздуха) ведется в разряде с высокой плотностью энергии при сохранении высокой напряженности электрического поля, что позволяет в режиме неравновесного возбуждения газа не только значительно уменьыпить размеры и стоимость реакторов такого назначения, но и предложить их применение для масштабных технологий гидрометаллургии.

Развитие этого направления предполагает повышение энергии в разряде при росте расхода газа, а также повышать знерговклад в газ при сохранении неравновесного режима его возбуждения для целей очистки газов и конверсии.

Автор книги "Озон и другие экологически чистые окислители: Наука и технологии: сборник статей 34-й Всероссийской конференции"
В.В. Лунин, Самойлович, В.Г., С.Н. Ткаченко, И.С. Ткаченко

По вопросам и предложениям свяжитесь с нами любым удобным способом

Телефон: 8 (800) 775-28-45
E-mail: info@ozonbox.pro
Соцсети: Вконтакте | Rutube