Brevet FR2376067A1 — publié le 19780728

La presente invention concerne la production en grande uantité de l'ozone sous forme liquide à partir d'oxygène liquide. Le procédé commercial habituel qui consiste à appliquer une décharge électrique à l'air ou à l'oxygèneva un faible rendement et conduit x de l'ozone produit est trop brève pour qu'on puisse l'utiliser pratiquement. Un autre procédé commercial consiste à soumettre aux tempé ratures ambiantes normales, de l'air ou de loxytènessà a' une radia- tion ultraviolette, à des rayons X ou à des rayons cathodiques. Mais dans ce procédé également, les concentrations obtenues sont faibles et le cout de production est donc élevé. En raison du prix de revient élevé de ces procédés, la production d'ozone sur une grande échelle n'a pu être réalisée avec succès. La présente invention vise à résoudre ces problèmes dans l'industrie et a pour objet un procédé perfectionné pour produire efficacement et économiquement, en grandes quantités,de l'ozone liquide pur à partir d'oxygène liquide. Selon un aspect de l'invention, on soumet de l'oxygène à basse température,à des radiations ozonisantes, telles que des rayons laser, des faisceaux d'électrons ou une radiation plasma, de façon à obtenir un milieu contenant de l'ozone liquéfié, à partir duquel on sépare l'ozone sans aucune opération intermédiaire, telle que la distillation. Selon un autre aspect de l'invention, on gazéifie de l'oxy- gène liquide en le réchauffant jusqu'a une température convenable sans dépasser le point d'ébullition de l'ozone, puis on envoie une décharge électrique dans cette atmosphère, ce qui produit un milieu contenant de l'ozone liquide, à partir duquel on sépare l'ozone sans aucune opération intermédiaire, telle que la distillation. L'invention va être décrite à présent en détail, en regard des dessins annexés dans lesquels la figure 1 montre un schéma d'installation utilisée pour /cuter le procédé selon l'invention, et, la figure 2 St une variante de réalisacion de l'installation de la figure 1. our la figure 1, de l'oxygène liquide refroidi à basse température (-1830C au moins sous 1 atm) e t envoyé à l'aide d'une pompe 2, depuis un récipient de stockage 1 vers une tour d'adsorption 3 garnie d'un adsorbant, tel qu'un tamis moléculaire, du gel de silice ou de l'alumine, capable de retenir les hydrocarnures contenus dans l'oxygène liquide. On installe, de préférence, plusieurs tours d'adsorption en parallèle, de manière à pouvoir les utiliser tour a tour. Bien entendu, si le contenu du récipient 1 est sous pression, la pompe 2 n'est pas néces.saire : de même, si les hydrocarbures ont été préalabl. t le point d'ébul- lition de l'ozone (-1120C sous 1 atm). Cette opération d'échange de chaleur est destine å vaporiser l'oxygène en élevant sa température sans dépasser le point d'ébullition de l'ozone. Dans ce cas, quand on maintient sous pression I 'oxygène vaporisé, on peut le réchauffer jusqu a une température legèrement supérieure à -1120C.De préférence, on réchauffe l'oxygéne gazeux à une température comprise entre -1500C et -1200C sous la pression atmosphé risque. On peut utiliser à volonté, pour l'échangeur de température 4, divers types d'échangeurs, tels qu'un échangeur à faisceau de tubes, un échangeur à deux tubes, un échangeur à serpentins ou un échangeur à ventilateur. La température à la sortie de l'échangeur est commandée par une soupape 6 qui se ferme ou s'ouvre en réponse à l'indication d'un thermomètre 5, situé au voisinage de la sortie de l'échangeur 4. Le thermomètre est relié fonctionnellement à la soup- L'oxygène est ainsi réchauffé jusqu'à une température comprise entre les températures d'ébullition de l'oxygène et de l'ozone, puis dirigé dans une chambre de réaction 7, dans laquelle l'oxy- gène gazeux est transformé instantanément en ozone par des radiations ozonisantes. Ces radiatiowsont engendrées par un appareil 8 monté au voisinage de la chambre de réaction 7. L'ozone produit se liquéfie immédiatement, car la température dans la chambre 7 est inférieure à son point d'ébullition, et il est évacué de la chambre au moyen de la conduitê de sortie 9. L'oxygène qui subsiste après la réaction est renvoyé à l'échangeur de température 4 par un ventilateur 10, puis ramené à la chambre de réaction 7, où il subit le même traitement.Dans le système représenté, l'ozone li- quéfié est ehlevé de la chambre dans la guantité déterminée par un indicateur de niveau 11 disposé sur le coté de la chambre et qui est relié à une soupape 12 susceptible de se fermer ou de s'ouvrir en réponse au niveau du liquide dans la chambre. L'oxygène liquide est introduit dans le récipient 1 par une conduite d'entrée 13. De cette manière, le procédé de production d'ozone est considérablement simplifié, -car, le système est prêt à produire de 1' ozone liquide de façon automatique et continue. I1 est préférable de recouvrir la tour d'adsorption 3, le récipient I à oxygène liquide, et les autres qui sont nécessaires, d'une matière thermiquement isolante. Sur la figure 2, qui représente une variante du système, une chambre de réaction 14 renferme des électrodes 15, entre lesquelles; on produit un courant d'un potentiel élevé pour exposer l'oxygène à une décharge électrique. L'oxygène gazeux est ainsi partiellement, transformé en ozone, mais, comme la temperature dans la chambre 14 est inférieure au point d'ébullition de l'ozone, l'ozone produit se liquéfie instantanement, et sort de la chambre par la conduite de sortie 9. A l'exception de la chambre de réaction 14, le système est sensiblement le même que celui représenté sur la figure 1, en ce qui concerne sa structure et son fonctionnement. Les exemples qui suivent feront mieux comprendre l'invention. ExE14PLE 1 De l'oxygène liquide à -1810C est refoulé avec un débit de 20 ml/min., du récipient 1 vers la tour d'adsorption 3, dans laquelle il est débarrassé de ses hydrocarbures. On l'envoie ensuite dans 1'échangeur 4 à deux tubes, dans lequel l'oxygène est,~Gvrw suite de son écangue de chaleur avec de l'air, réchauffe sous la pression atmosphérique jusqu'à -145 C. On obtient ainsi de l'oxygène gazeux, (,ui est envoyai dans la chambre de réaction 7 où il est exposé a des rayons laser.On obtient à la sortie de la chambre de l'ozone liquéfié avec un débit de 6 nl/in. Un pourcentage de 35,6% en poids de l'oxygène est transformé en ozone. EXEi4PLE 2 De l'oxygène liquide à -1810C est refoulé avec un débit d 20 ml/min. du récipient 1 vers la tour d'adsorption, dans laquelle il est débarrassé de ses hydrocarbures. On l'envoie ensuite dans l'échangeur à deux tubes, dans lequel l'oxygène est réchauffé sous la pression atmosphérique jusqu'à -1500C. L'oxygène est ainsi vaporisé, et il est envoyé dans la chambre de réaction où il est soumis à un faisceau d'électrons produit par un canon à électrons. On obtient de l'ozone liquéfié à la sortie de la chambre avec un débit de 5,2 mlAnin. Un pourcentage de 30,9S en poids de l'oxygène est transformé en ozone. EXEMPLE 3 De l'oxygène liquide à -lBO0C est refoulé avec un débit de 20 ml/min., vers la tour d'adsorption, dans laquelle il est débarrassé de ses hydrocarbures. On l'envoie ensuite dans l'échangeur à deux tubes, dans lequel l'oxygène est réchauffé sous la pression atmosphérique jusqu a 130 C. L'oxygène est ainsi vaporisé, et il est envoyé dans la chambre de réaction où il reçoit un traitement de plasma . L'ozone liquéfié obtenu sort de la chambre avec un débit de 4,5 ml/min., et un pourcentage de 26,7'o' du poids de ltoxy- gène est transformé en ozone. EXEMPLE 4 De l'oxygène liquide à -1800C est refoulé avec débit de 20 ml/min., vers la tour d'adsorption, dans laquelle il est débarrassé de ses hydrocarbures. On l'envoie ensuite dans l'échangeur à deux tubes, dans lequel l'oxygène est réchauffé sous la pression atmosphérique jus-u'à -1450C. L'oxygène est ainsi vaporisé, puis il est envoyé dans la chambre de réaction 14 dont les électrodes 15 sont portées à une tension de décharge de 10 K7.-L'ozone liquéfié obtenu sort de la chambre avec un débit de 5,7 ml/min., et un pourcentage de 33,G,) en poids de l'oxygène est transformé en ozone. Le procédé selon l'invention convient en particulier pour une utilisation industrielle, dans laquelle il est essentiel de produire économiquement de l'ozone liquide pur en grande quantité. I1 a été vérifié que l'ozone produit par le procédé selon l'invention peut être utilisé dans de nombreux domaines industriels, par exemple comme agent de blanchiment de la pâte à papier et des textiles, comme agent de purification de l'eau, comme agent oxydant, comme accélérateur de réaction ou comme bactéricide. Etant donné ue l'ozone se transforme en oxygène, aucun problème de pollution secondaire n'aparaît. A cause de cette particularité de l'ozone, celui-ci devrait etre utilisé davantage, et la présente invention peut rendre son utilisation plus facile et plus écono mique. REVDND ICATIONS 1.- Procédé pour la production d'ozone en grande quantité, caractérisé en ce qu'il consiste à réchauffer de l'oxygène licuide jusqu'à une température ne dépassant as la température d'ébullition de l'ozone, de mans rye à obtenir de l'oxygène vaporisé, puis à soumettre cet oxygène vaporisé à des radiations ozonisantes, et à recueillir l'ozone sous forme liquide. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les radiations ozonisantes sont constituées par un rayon laser. 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les radiationsozenisantes sont constituées par un faisceau d'électrons. 4.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les radiations ozonisantes sont constituées par des décharges de plasma. 5.- Procédé pour la production d'ozone en grande quantité, caractérisé en ce qu'il consiste à réchauffer de l'oxygène liquide jusqu'à une température ne dépassant pas le point- d'ébullition de l'ozone, de manière à obtenir de l'oxygène vaporisé, à faire passer, à travers cet oxygène vaporisé, un courant de décharge entre des électrodes, et à recueillir l'ozone sous forme liquide.