专利名称：降低氧气中低分子烃类含量的方法
技术领域：
本发明涉及除去制氧用空气中的烃类物质。
工业用氧气是由压缩空气制备的。空气中含氧气约21％，氮气78％，1％的其他气体。其中包括可燃性气体甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，这些可燃性气体在制氧过程中不除去，则混在制备的纯氧中。当纯氧中烃类物质达到一定的量时，则有产生爆炸的危险。空气中可燃性气体甲烷的平均含量为1.5ppm，但在天燃气产地、矿井、冶炼厂、炼油厂、动物养殖场、沼泽地附近等，空气中甲烷含量高达数十ppm。矿井瓦斯爆炸就是甲烷含量超过限定浓度产生的。一般认为纯氧中甲烷含量在30ppm以下是安全的。为安全生产需要，制氧空气中甲烷含量应在7.5ppm以下。
在现在的制氧工艺中除去烃类物质的方法有冷冻法与吸附法。冷冻可以除去乙烷、乙烯、乙炔，但不能除去甲烷，因为甲烷的沸点为-161℃，氧气的沸点为-183℃，两者温度相差太小。用吸附法除甲烷时，因吸附过程中存在有吸附与解析平衡、吸附速度、吸附剂再生等问题，因此吸附不充分，不能达到烃类物质要求的程度。因此制氧厂必须随时测定制备的氧气中甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等等烃类物质的含量。对烃类物质超过规定指标的纯氧要作排空处理。这样不仅浪费了制氧消耗的能源，还会使排空纯氧的局部地区空气中氧气的浓度增大，给安全生产带来新的隐患。
为解决现有制氧工艺不能充分除去烃类物质的问题，本发明提供了一种有效地除去空气中气体烃类物质的方法。
本发明是以锐钛型的二氧化钛对气体烃类物质进行光氧化作用，达到除去空气中的烃类物质的。烃类物质在光催化作用下，氧化成醇、醛、酸，最终产物为CO2。本发明主要包括二氧化钛催化剂的制备、光氧化反应器的结构。
一、光氧化催化剂的制备本发明以锐钛型二氧化钛为催化剂，以沉积的方式使二氧化钛附着在陶瓷、玻璃、水泥、金属、石棉等板材上，然后烧结而成本发明的催化剂。
1、采用钛盐水解法制备二氧化钛。本发明采用的钛盐为硫酸钛、硫酸氧钛、四氯化钛、硝酸钛。
2、制备工艺条件 浓度为0.01mol/l～5mol/l的钛盐溶液在常温～110℃的温度、pH≥1.5的条件下水解，在水解过程中，不断用碱性物质维持反应的pH。在水解反应池中插入催化剂载体的板材，使水解产物附着在催化剂载体的板材上。当水解产物附着层达0.1～3mm厚时取出载体板材，然后将附有水解产物的板材放入去离子水中漂洗，除去其中夹杂的盐类等物质。凉干后再在400～600℃下处理1～5小时，即得本发明的附着锐钛型催化剂的板材。
3、调节溶液pH的碱性物质可以用金属的氧化物、氢氧化物、氨水及加热可以分解产生氨的物质，如尿素等。
二、光氧化反应器本发明的光反应器的主要结构为光反应器容器、光源、光催化剂。
1、光氧化反应器由通用的建筑材料如砖、水泥、金属、木材等制成一定容积的容器。容器要求能承受300mm H2O柱的负压。在容器内壁内衬本说明一中的附着光催化剂的板材，按需要可在容器内增设附有光催化剂的隔板，以增加光化学反应面积和提高气体流速。
2、光催化剂板材的面积按空气中气体烃类物质的量及目标要求的烃类物质的含量确定，空气在反应器中的停留时间与与光反应器的容积与催化剂板材的面积，计算的依据按(1)式A＝(C1-C2)V/(t×K) (1)式中A——催化剂面积，m2；t——反应时间，sC1——空气中烃类物质的浓度，mol/l；C2——目标空气中烃类物质的浓度，mol/l；V——理空气的量，L/s；K——光氧化反应速度常数，mol/m2.s；在本发明的处理空气中甲烷时K＝2～6×10-6mol/m2.s；3、光源 本发明中采用的光源为200nm～800nm的紫外及可见光。最合适的光源为200nm～400nm的紫外光源。UV-A、UV-B、UV-C三光源可以单独使用，也可以混合使用。所需要的光源功率按(2)式确定N＝(C1-C2)V/(P×q) (2)式中 N——光源的功率，kw；C1——空气中烃类物质的浓度，mol/l；C2——目标空气中烃类物质的浓度，mol/l；V——理空气的量，L/s；P——C-H键键能，kJ/molq——光的利用率，发明中P＝348kJ/molq＝0.2三、烃类物质除去工艺过程本发明采用光氧化反应原理除去空气中的烃类气体，光氧化时的条件为常温常压。光氧化反应器装在制氧机的入口空气除尘之后，接通光源电源即可进行除去空气中烃类物质的操作。光氧化反应器也可以安装在空气压缩机后面。
实施例催化剂的制备将5mm厚的陶瓷素片插入0.5mol/L的硫酸氧钛溶液中，用氨水调节并保持pH＝2.5，加热至80℃，并保温1小时，使硫酸氧钛水解物沉积在陶瓷片上。用去离子水漂洗后，在500--550℃的温度下处理沉积有水解物的陶瓷片，即为锐钛型的光催化剂。
当制氧量为6000Nm3/h的制氧机，处理空气的量为30000Nm3/h，空气中甲烷含量14ppm，处理后甲烷含量要求为7ppm以下时，只需光反应器的容积为100m3，空气在光氧化反应器中的停留时间为10s，光氧化反应催化剂载体板材60m2，采用波长为252nm的紫外光源，功率为4.5kw，即可以达到规定要求的甲烷含量。
权利要求
1.一种以光氧化法分解空气中烃类物质的方法。除去空气中的烃类物质包括甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等到气体烃类。
2.光氧化法采用的光源为紫外光及可见光。
3.光氧化法采用的催化剂是锐钛型的二氧化钛。二氧化钛以沉积的方式附着在陶瓷、玻璃、水泥、金属、石棉等固体载体上，再经烧结而成。
4.光氧化反应器是在容器内壁及空间设置有权利要求书中2与3所要求的光源及催化剂。
全文摘要
本发明涉及用空气制氧气的领域。用本方法可以有效地除去空气中的烷烃、烯烃、炔烃。该方法的特点是采用光氧化法分解空气中的烃类物质,所用的催化剂是锐钛型的二氧化钛。与传统的空气制氧工艺中除去烃类物质的方法相比,本发明具有设备简单、能耗低,可以完全除去空气中的烃类物质的优点。
文档编号B01J21/06GK1370735SQ01106870
公开日2002年9月25日 申请日期2001年2月15日 优先权日2001年2月15日
发明者马承银, 雍伏曾 申请人:马承银, 雍伏曾