ES2280030T3 - Un dispositivo para la depuracion de aire viciado que contenga sustancias nocivas. - Google Patents
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Abstract
Etapa de reacción de un conducto de aire viciado con varios canales de conducción del aire, estando dispuestos los canales de conducción de aire unos junto a otos en forma de panal, caracterizada porque en los canales de conducción de aire y en dirección longitudinal respecto al flujo del aire viciado está dispuesto respectivamente un radiante UV de forma tubular, donde la sección de cada uno de los canales de conducción de aire es un polígono regular que tenga por lo menos 5 lados.
Description
Un dispositivo para la depuración de aire
viciado que contenga sustancias nocivas.
La invención se refiere a un dispositivo para la
depuración de aire viciado que contenga sustancias nocivas, en un
conducto de salida de aire.
Un dispositivo de esta clase destinado a la
depuración de aire viciado que contenga otras alternativas, se
conoce por la patente EP 0 778 080 B1.
La invención se refiere además a una etapa de
reacción en un conducto de salida de aire, con varios canales de
conducción del aire, en los cuales está dispuesto en cada uno un
radiante UV de forma tubular, en dirección longitudinal con
respecto al flujo del aire viciado.
Una etapa de reacción de esta clase en un
conducto de salida de aire se conoce por la patente JP
07-060058 A.
Por la patente EP 0 778 080 B1 se conoce el
hecho de convertir en un conducto de conducción del aire,
sustancias nocivas tales como disolventes o sustancias olorosas por
procedimiento fotooxidativo en una capa de reacción mediante la
irradiación del aire viciado con luz UVC, rica en energía. Para esto
se conoce también por principio que para incrementar la
efectividad, se dispongan en paralelo varios conductos de conducción
del aire. Debido a la interacción de la radiación UVC y el aire
viciado, se forman las especies reactivas necesarias para la
descomposición de las sustancias nocivas. Debido a la absorción de
la luz UVC por las moléculas de oxígeno y de agua en el aire
viciado, se forman los productos de oxidación tales como ozono,
peróxido de hidrógeno así como radicales O- y OH-. Estos poseen
altos potenciales de oxidación, y por lo tanto están en condiciones
de oxidar las sustancias nocivas. Con esto se inicia una reacción en
cadena en la que se forman nuevos radicales, que a su vez pueden
volver a atacar otras moléculas. Al mismo tiempo tiene lugar una
absorción de la radiación UVC por las moléculas de la sustancia
nociva y de sus productos de descomposición. Debido a la absorción
de la energía luminosa, se excitan las sustancias nocivas a unos
niveles energéticos superiores, y por lo tanto para una
transformación con las especies reactivas o también con el oxígeno
del aire. Si la aportación de energía luminosa es suficientemente
grande se llega a producir la descomposición de la molécula. Los
productos de descomposición de la fotolisis de las sustancias
nocivas también pueden formar radicales OH- o iniciar reacciones en
cadena radicales. Debido a la excitación luminosa y la presencia de
compuestos de oxígeno reactivos se inician unas reacciones
homogéneas en fase de gas.
En combinación con esta transformación
fotoxidativa, hay a continuación de la etapa de reacción una unidad
catalizadora, que permite reacciones de descomposición adicionales,
y en la cual se descompone el exceso de ozono con el fin de tener
la seguridad de que el ozono como gas nocivo no pase al medio
ambiente.
El catalizador conocido por la patente EP 0 778
070 B1 es preferentemente un catalizador de carbón activado. El
carbón activado que se utiliza es un material altamente poroso, con
una superficie interna de aprox. 1200 m^{2}/g, que se aprovechan
como superficie de reacción. La misión del carbón activado consiste
por una parte en retener los compuestos difícilmente oxidables, y
aumentar de esta manera su tiempo de permanencia en el reactor. Por
este motivo se incrementa la concentración de estos componentes en
comparación con la fase gaseosa, Lo cual da lugar a un aumento de
la velocidad de reacción con las especies de oxígeno formadas sobre
la superficie del carbón activado. Por otra parte, se asegura
mediante el empleo del carbón activado como catalizador dispuesto a
continuación, que el ozono como gas nocivo no llegue al medio
ambiente, ya que el carbón activado actúa como filtro de ozono.
Para incrementar la radiación UV conforme a la
patente EP 0 778 070 B1, se emplean generalmente radiantes UV de
forma tubular. La patente EP 0 778 070 B1 no concreta cómo pueden
estar dispuestos los radiantes UV en la tapa de reacción
fotooxidativa. Por el estado de la técnica sin embargo ya se conocen
unas etapas de reacción correspondientes que proponen disposiciones
preferentes para los radiantes UV.
Por la patente JP
07-060-058 A se conoce un
dispositivo para la depuración de aire viciado que contenga
sustancias nocivas, en un conducto de salida de aire, donde hay un
radiante UV en un canal de conducción del aire, dispuesto paralelo
al flujo del aire, y cuya radiación UV presenta unas longitudes de
onda, tanto en la gama de 185 nm como también en la gama de 254 nm.
Adicionalmente propone la patente JP 07-060058 A,
revestir las paredes interiores del canal de conducción del aire
con dióxido de titanio, con el fin de conseguir en la misma etapa
de reacción ya un efecto catalizador.
Por la patente DE 197 40 053 A1 se conoce otro
dispositivo para la depuración de aire viciado que contenga
sustancias nocivas en un canal de salida de aire, en un conducto de
salida de aire donde hay varios radiantes UV de forma tubular
también dispuestos paralelos al flujo del aire en la etapa de
reacción fotooxidativa. La patente DE 197 40 053 A1 también
menciona el empleo adicional de óxido de titanio como catalizador, y
para que haya suficiente interacción entre las sustancias nocivas
contenidas en el aire viciado y la radiación UV, propone las
correspondientes chapas de desvío y/o chapas perforadas.
Por la patente US 2002/0160913 A1 se conoce una
etapa de reacción de un conducto de salida de aire que presenta
varios conductos de salida de aire conectados en paralelo, de
sección cuadrada. La superficie de los canales de conducción del
aire puede estar recubierta de un fotocalentador. Un radiante UV
puede estar dispuesto antes de los conductos de conducción del
aire, pero no en el interior de los conductos de conducción del
aire.
Por la patente US 2.413.704 se conoce una etapa
de reacción de un conducto de salida de aire que consta de un canal
de conducción del aire de sección redonda, en cuyo interior están
dispuestos varios radiantes UV de forma tubular, longitudinalmente
respecto al flujo del aire.
Se ha visto que cada vez cobra mayor importancia
la disponibilidad de una instalación de depuración de aire viciado
compacta y económica, especialmente para pequeñas unidades de
producción. Partiendo del dispositivo conocido por la patente JP
07-060058 A es por lo tanto objetivo de la
invención, incrementar de forma sencilla la velocidad de
descomposición mediante la cual se depura el aire viciado cargado de
sustancias nocivas en el interior del canal de conducción del aire,
liberándole de las sustancias nocivas, pudiendo facilitar de esta
manera una instalación de depuración de aire viciado económica y
compacta.
Este objetivo se resuelve mediante una etapa de
reacción de un conducto de salida de aire conforme a la
reivindicación 1 y un dispositivo para depuración del aire viciado
que contenga otras alternativas, conforme a la reivindicación
15.
Uno de los hallazgos esenciales de la invención
consiste en que con una modificación adecuada de la geometría de la
sección del canal de conducción de aire conocido por la patente JP
07-060058 A se puede conseguir una interacción
mejor entre la radiación UV, las sustancias nocivas contenidas en el
aire viciado así como el catalizador que reviste las paredes
interiores del canal de conducción del aire. La patente JP
07-060058 A propone para el canal de conducción del
aire una sección cuadrada o rectangular. A diferencia de esto, la
invención ha demostrado que se puede conseguir un incremento de la
velocidad de descomposición en el interior del canal de conducción
del aire, si la sección del por lo menos un canal de conducción del
aire es un polígono regular que tenga como mínimo 5 lados. Además
de esto, está previsto conforme a la invención que haya varios
canales de conducción del aire dispuestos unos junto a otros en
forma de panal. Por el hecho de haber varios canales de conducción
del aire se incrementa el rendimiento de la etapa de reacción,
mientras que gracias a la disposición en forma de panal se puede
construir compacta la etapa de reacción conforme a la invención.
Para formar la estructura en forma de panal, es
conveniente que la sección de los canales de conducción del aire
sean respectivamente un hexágono regular o un octógono regular.
El caso límite de la invención lo constituye una
sección en la que el polígono regular llega a ser un círculo, que
de este modo consta en cierto modo de un número infinito de lados.
Desde el punto de vista del incremento de la eficacia, este caso
límite de sección circular es óptimo, pero se desaprovecha el
espacio intermedio entre los distintos canales de conducción del
aire, si se quiere que haya varios canales de conducción del aire
dispuestos en paralelo. Como solución de compromiso favorable entre
la sección rectangular conocida por el estado de la técnica y la
sección circular, ha resultado para la posición paralela de varios
canales de conducción de aire, una estructura en forma de panal con
secciones hexagonales u octogonales.
De acuerdo con una forma de realización
preferida, está previsto que un radiante UV vaya sujeto en un canal
de conducción del aire mediante unos perfiles de contacto dispuestos
lateralmente. Los perfiles de contacto están configurados
preferentemente de tal manera que resulte posible efectuar de forma
sencilla el mantenimiento y la sustitución de los radiantes UV de
forma tubular.
De acuerdo con otra forma de realización
preferida, está previsto que la radiación emitida por un radiante
UV provoque en el aire viciado que fluye a lo largo, la formación de
medios de reacción reactivos tales como ozono y/o radicales que
contengan oxígeno. Es sabido que un efecto de esta clase se puede
conseguir especialmente cuando la longitud de onda de la radiación
emitida por el respectivo radiante UV está dentro de una gama de
185 nm.
De acuerdo con otra forma de realización
preferida está previsto que la radiación emitida por un radiante UV
provoque la excitación de los hidrocarburos contenidos en el aire
viciado, a unos niveles energéticos superiores. Es sabido que este
efecto se puede conseguir especialmente si la longitud de onda de la
radiación emitida por el respectivo radiante UV está dentro de la
gama de 254 nm.
Resulta por lo tanto especialmente ventajoso
utilizar radiantes UV cuya longitud de onda emitida se encuentre
dentro de los espectros de absorción de las moléculas gaseosas
contenidas en el aire viciado, donde aquí es conveniente el empleo
de gamas de longitud de onda de 185 nm y 254 nm, ya que estas gamas
de longitud de onda ya se encuentran disponibles en las lámparas de
vapor de mercurio convencionales. Con el fin de reducir al mismo
tiempo la forma de construcción de la etapa de reacción se puede
prever además un aumento de potencia de los respectivos radiantes
UV empleados. Para ello es preciso determinar la intensidad luminosa
del radiante UV de mayor potencia, en función de la longitud de
onda, para seguir disponiendo de suficiente solape de los espectros
de absorción de las moléculas de las sustancias nocivas con el
espectro de emisión de la fuente luminosa.
Otro de los hallazgos de la invención consiste
en que las longitudes de onda emitidas por el radiante UV no se
optimicen con respecto a los espectros de absorción de las moléculas
gaseosas contenidas en el aire viciado, sino optimizar las
longitudes de onda con respecto al material catalizador que se pueda
emplear para revestir las paredes interiores del canal de
conducción del aire. Partiendo de la patente JP
07-060058 A este hallazgo de la invención se
refiere por lo tanto a una etapa de reacción de un conducto de
salida de aire que tenga por lo menos un canal de conducción del
aire en cuyo interior esté dispuesto en dirección longitudinal
respecto al flujo del aire viciado, un radiante UV de forma tubular,
y cuyas paredes interiores estén revestidas con un material
semiconductor de banda ancha como material catalizador. En la
patente JP 07-060058 A se emplea para esto como
material catalizador, dióxido de titanio (TiO_{2}).
Partiendo del dispositivo conocido por la
patente JP 07-060058 A, se puede resolver el
presente objetivo de la invención, de aumentar de forma sencilla la
velocidad de descomposición mediante la cual se depura el aire
viciado cargado de sustancias nocivas, en el interior del canal de
conducción el aire, librándolo de sustancias nocivas, basándose en
el revestimiento de las paredes interiores del canal de conducción
del aire con un material semiconductor, por el hecho de que la
radiación emitida por el respectivo radiante UV presente unas
longitudes de onda que sean mayores que 254 nm, y cuya energía de
radiación emitida sea esencialmente mayor o igual a la diferencia
de energía entre la banda de valencias y la banda de conducción del
material semiconductor.
La irradiación de un fotosemiconductor con
fotones cuya energía sea mayor o igual a la diferencia de energía
entre la banda de valencias y la banda de conducción del
semiconductor, da lugar por principio a la generación de parejas de
electrones/agujeros. El hallazgo decisivo de la invención consiste
en que las longitudes de onda emitidas por el radiante UV son
especialmente eficaces para la transformación de las reacciones
fotocatalíticas, en las proximidades de la arista de absorción del
semiconductor, dando lugar a reacciones fotocatalíticas. Por lo
tanto no son determinantes las gamas de longitud de onda de 185 nm y
254 nm de las lámparas de vapor de mercurio convencionales, sino
como alternativa o complemento unas gamas de longitudes de onda que
tengan longitudes de onda superiores, cuya energía de radiación
emitida es correspondientemente menor pero que al mismo tiempo es
todavía suficiente para superar la diferencia de energía entre la
banda de valencias y la banda de conducción del material
semiconductor.
Para esta fotocatálisis son adecuados en
principio todos los semiconductores que tengan brechas de energía
entre 2 eV y 4 eV, tal como por ejemplo dióxido de titanio
(TiO_{2}), óxido de zinc (ZnO), sulfato de cadmio (CdS), dióxido
de circonio (ZrO_{2}), trióxido de wolframio (WO_{3}), dióxido
de cerio (CeO_{2}), trióxido de estroncio titanio (SrTiO_{3}) u
óxido de titanio circonio (ZrTiO_{4}). Ha resultado especialmente
adecuado el dióxido de titanio (TiO_{2}), o también dióxido de
titanio dotado, ya que aquí se pueden combinar bien las propiedades
de reactividad, compatibilidad con el medio ambiente, estabilidad a
largo plazo y también la efectividad relativa a los costes. Todos
los fotosemiconductores se pueden activar mediante luz equivalente
energética de longitudes de onda entre 340 nm y
500 nm.
500 nm.
En general se ha observado que el efecto
catalizador deseado se puede conseguir en la gama de la etapa de
reacción conforme a la invención, si las paredes interiores del
canal de conducción de aire están revestidas de un material
semiconductor que actúa de material catalizador. Para ello es
preciso que para el respectivo radiante UV esté garantizado que la
gama de la longitud de onda de la radiación emitida por el radiante
UV se elija de tal manera que la energía de radiación emitida sea
al menos mayor o igual a la diferencia de energía entre la banda de
valencias y la banda de conducción del material semiconduc-
tor.
tor.
De acuerdo con una forma de realización
preferida, el material semiconductor consiste en forma conocida de
óxido de titanio. Pero el material semiconductor puede ser también
de dióxido de titanio dotado. Mediante la irradiación del óxido de
titanio o del dióxido de titanio dotado mediante radiación UV, cuya
energía sea mayor o igual a la diferencia de energía entre la banda
de valencias y la banda de conducción del semiconductor, se generan
primeramente parejas de electrones/agujeros en el material
semiconductor. A continuación tiene lugar la formación de radicales
que contengan oxígeno, que apoyan eficazmente el proceso de
oxidación de las sustancias nocivas. Aquí se ha visto que para
conseguir una interacción óptima entre la radiación UV y el
material catalizador, hay que tener en cuenta la separación entre el
radiante UV y las paredes interiores del canal de conducción del
aire. Para optimizar un canal de conducción del aire conforme a la
invención, se elige por tanto la distancia siempre de tal manera
que para un material catalizador dado y un radiante UV determinado,
se pueda conseguir una velocidad de descomposición óptima de las
sustancias nocivas respectivas. A este respecto, los ensayos han
mostrado que la longitud de onda de la radiación emitida por el
radiante UV correspondiente para conseguir el efecto catalizador
con dióxido de titanio se encuentra preferentemente en la gama
entre 380 nm y 420 nm.
La etapa de reacción conforme a la invención se
puede utilizar para perfeccionar el dispositivo para la depuración
de aire viciado que contenga sustancias nocivas en un canal de
conducción de aire, conocida por la patente EP 0 778 070 B1, en lo
que se refiere a velocidad de descomposición y dimensiones.
Otra solución de la presente invención consiste
por lo tanto en un dispositivo para la depuración de aire viciado
que contenga sustancias nocivas en un canal de salida de aire con la
etapa de reacción conforme a la invención antes descrita, y con una
unidad catalizadora dispuesta a continuación de esta etapa de
reacción.
Con este dispositivo se consigue obtener una
instalación compacta económica, que es especialmente adecuada para
caudales de volumen reducidos y unidades de producción pequeñas,
como por ejemplo, pequeñas empresas de pintura o restaurantes.
De acuerdo con una forma de realización
preferida, la unidad catalizadora se compone de un catalizador de
carbón activado. Como ya se ha descrito anteriormente, la unidad
catalizadora dispuesta a continuación no solamente provoca un
incremento de la velocidad de reacción del caudal de aire
suministrado por la tapa de reacción, sino también la
descomposición del ozono que todavía está contenido dentro del
caudal de aire entrante, pero que no se debería evacuar al medio
ambiente. Por lo tanto, si llega exceso de ozono a la superficie
del carbón activado, entonces, o bien reacciona con las sustancias
nocivas absorbidas en la superficie, o produce la oxidación del
carbón activado. Esto último significa una pérdida de energía ya que
el ozono obtenido sirviéndose de la energía luminosa se pierde de
forma desaprovechada, es decir sin haber dado lugar a una oxidación
de las sustancias nocivas.
De acuerdo con una forma de realización
preferida se propone por lo tanto crear un sistema redox, que si
bien impida con seguridad la salida de ozono al medio ambiente, pero
en cambio acumule la fuerza de oxidación del ozono. Como pareja
redox resulta conveniente por ejemplo permanganato potásico/dióxido
de manganeso. Debido a la oxidación de las sustancias nocivas
orgánicas por el permanganato potásico se forma dióxido de
manganeso, que por reacción con el ozono se regenera formando
nuevamente permanganato potásico.
Al preparar la unidad catalizadora situada a
continuación hay que tener en cuenta además que las mezclas de
sustancias nocivas que se han de desintegrar en la práctica, constan
por lo general de una multitud de diferentes sustancias, ya que a
menudo es preciso eliminar mezclas de sustancias nocivas con un
componente principal y numerosos componentes secundarios. Debido a
la fotooxidación durante la etapa de reacción se forman además
constantemente nuevas sustancias nocivas, que también es preciso
desintegrar en la unidad catalizadora dispuesta a continuación.
Dado que las reacciones de oxidación de los compuestos orgánicos se
desarrollan siguiendo unos mecanismos de reacción complejos, la
oxidación de las sustancias nocivas para formar CO_{2} a menudo
sólo se puede conseguir mediante una secuencia de varios pasos de
oxidación. En el curso de la reacción total para llegar al producto
final CO_{2}, aumenta la polaridad de los compuestos orgánicos. La
complejidad de la mezcla de sustancias nocivas da lugar a una
competencia entre los componentes por alcanzar los puestos de
absorción en la unidad catalizadora. Pero esto significa que un
único material absorbente ya no está en condiciones de absorber
suficientemente todos los compuestos de una mezcla compleja de
sustancias nocivas. Así por ejemplo, el carbón activado, siendo un
absorbente apolar, absorbe también preferentemente sustancias
nocivas apolares.
De acuerdo con otra forma de realización
preferida se ha previsto por lo tanto que la unidad catalizadora
esté compuesta por catalizadores de diferente polaridad. De este
modo se puede conseguir un aumento adicional de la velocidad de
descomposición, si las sustancias nocivas presentes en el aire
nocivo suministrado por la etapa de reacción presentan diferentes
polaridades.
De acuerdo con otra forma de realización
preferida está previsto que haya varias unidades compuestas por una
etapa de reacción seguida de una unidad catalizadora, conectadas una
tras otra. Al disponer de varias unidades catalizadoras cada una
seguida de una etapa de reacción se puede optimizar el diseño de una
planta depuradora de aire viciado en el caso de unas cargas no
estacionarias de sustancias nocivas en los gases brutos, de acuerdo
con la concentración media de sustancias nocivas. En el caso de una
sola unidad catalizadora es preciso efectuar el diseño con vistas a
la concentración máxima de sustancias nocivas que aparezca, lo cual
da lugar a instalaciones grandes, por lo tanto caras. Pero en los
procesos de pintura, hay presentes unas cargas no estacionarias de
sustancias nocivas en los gases viciados, condicionados por la
producción. Mediante el empleo de unidades catalizadoras
intercaladas seguidas de etapas de reacción se captan las puntas de
sustancias nocivas que así no pueden "evadirse". Cuando una
punta de concentración de sustancia nociva incide sobre una unidad
catalizadora, se absorben las sustancias nocivas y se transforman
sobre la superficie del catalizador, o se vuelven a ceder sólo
lentamente de nuevo a la fase gaseosa, para poder ser descompuestas
por otra etapa de reacción subsiguiente. De este modo se puede
incrementar más la velocidad de descomposición del conjunto del
sistema, diseñando el sistema de modo fiable incluso para
oscilaciones fuertes de concentración. De este modo, la disposición
de varias etapas de reacción y unidades catalizadoras situadas una
tras otra, da lugar finalmente a una instalación más compacta y por
lo tanto a una reducción de costes.
A continuación se describe con mayor detalle la
invención sirviéndose de varios ejemplos de realización y haciendo
referencia a los dibujos adjuntos. Éstos muestran:
Figura 1 la sección y una vista en perspectiva
del canal de conducción de aire conforme a la invención.
Figura 2 una vista en perspectiva de una etapa
de reacción conforme a la invención, con varios canales de
conducción de aire en paralelo, y
Figura 3 una vista en perspectiva de una
instalación depuradora de aire viciado con etapas de reacción
conformes a la invención.
La figura 1 muestra la sección y una vista en
perspectiva de un canal de conducción de aire conforme a la
invención. Tal como se puede ver por la sección a través del plano
A-B, el canal de conducción de aire 101 presenta la
sección de un hexágono regular. Centrado en el canal de conducción
de aire 101 está situado un radiante UV 102 de forma tubular. El
aire viciado cargado de sustancias nocivas penetra por el orificio
de entrada 103 y vuelve a salir por el orificio de salida 104. Para
conseguir un efecto catalizador ya dentro del mismo canal de
conducción de aire 101, sus paredes interiores 105 están recubiertas
de un material semiconductor de banda ancha, por ejemplo dióxido de
titanio o dióxido de titanio dota-
do.
do.
La figura 2 muestra una vista en perspectiva de
una etapa de reacción conforme a la invención, con varios canales
de conducción de aire paralelos entre sí. Los distintos canales de
conducción de aire 101 se corresponden con el canal de conducción
de aire representado en la figura 1, y están dispuestos en paralelo
en forma de panal. De forma correspondiente hay un radiante UV de
forma tubular dispuesto en cada canal de conducción de aire 101.
Los canales de conducción de aire 101 conectados entre sí de esta
manera están rodeados de una carcasa metálica, formando de este
modo la etapa de reacción 201. En la boca de entrada de aire 203 y
en la boca de salida de aire 204 están previstos sendos perfiles de
contacto 202, que por una parte sirven como conductos de cables
para las acometidas eléctricas de los radiantes UV, y por otra parte
sujetan mecánicamente los radiantes UV en los canales de conducción
de aire 101. Para la activación eléctrica de los radiantes UV están
previstas lateralmente las correspondientes reactancias 205. Las
caras inferiores de la etapa de reacción 201 están previstos unos
perfiles de deslizamiento 206 y 207, para en la etapa de reacción
201 se pueda introducir o sacar en el conjunto del sistema para
fines de mantenimiento, sobre los rodillos correspondientes.
Puede conseguirse otra mejora de la velocidad de
descomposición si las paredes interiores del canal de conducción de
aire se recubren de un material catalizador. Debido a la estructura
en forma de panal de la etapa de reacción, con varios canales de
conducción de aire, se pueden situar grandes superficies de
catalizador en las inmediaciones de la radiación UV, con unas
pérdidas de presión reducidas. Gracias a la irradiación directa de
la superficie del catalizador se tiene la posibilidad de aprovechar
materiales semiconductores de banda ancha de forma eficaz para la
fotocatálisis. Como material catalizador ha resultado especialmente
adecuado el dióxido de titanio. Irradiando el dióxido de titanio con
luz UV, cuya energía sea mayor o igual a la diferencia de energía
entre la banda de valencias y la banda de conducción del
semiconductor, se generan primeramente parejas de
electrones/agujeros en el material semiconductor. A continuación se
produce la formación de especies reactivas de O_{2}-, que
favorecen eficazmente el proceso de oxidación de las sustancias
nocivas. Para iniciar este proceso se emplean radiantes UV con
longitudes de onda en la gama entre 340 nm y 420 nm.
A continuación tiene lugar una absorción de
moléculas de gas en las cargas que se han generado debido a las
parejas de electrones/agujeros producidas por la radiación de la
luz. Las moléculas que ahora se co-absorben están
activadas, y forman un estado de transición desde el cual reaccionan
para llegar a los productos finales, formando productos
intermedios.
Los productos de reacción inocuos se desorben y
se pueden entregar al medio ambiente. La transformación
fotocatalítica se puede dividir por lo tanto en cuatro pasos:
- 1.
- Generación de las parejas de cargas
- 2.
- Absorción de los gases en las cargas generadas.
- 3.
- Reacción entre moléculas reactivas absorbidas contiguas.
- 4.
- Desorción de los productos.
Sirviéndose de la fotocatálisis heterogénea se
tiene por ejemplo la posibilidad de quemar con gran eficacia a
temperatura ambiente con el oxígeno del aire para formar nitrógeno o
CO_{2} y agua, compuestos tales como amoniaco, formaldehído o
alcoholes de bajo peso molecular, que con la fotooxidación son
difíciles de oxidar. En este caso, el desarrollo de la reacción
descrito de forma general, es como sigue:
El aire viciado se conduce a un canal de
reacción en el cual hay dióxido de titanio activado por luz UV. La
irradiación del fotosemiconductor da lugar a la generación de
parejas de electrones/agujeros. A continuación tiene lugar la
absorción de moléculas de gas en las cargas que se han generado,
donde la ganancia de energía durante la absorción decide qué
moléculas interactúan preferentemente con los electrones y cuáles
con los agujeros. En el caso de las parejas de reacción amoniaco y
oxígeno y debido a las respectivas propiedades de las moléculas, el
amoniaco reacciona con los agujeros y el oxígeno con los electrones.
Las moléculas que ahora están co-absorbidas están
activadas y constituyen un estado de transición, desde el cual
reaccionan para formar productos finales a través de la formación
de productos intermedios. Los productos de reacción inocuos,
nitrógeno y agua, son desorbidos y se pueden evacuar al medio
ambiente.
La figura 3 muestra una vista en perspectiva de
una instalación depuradora de aire viciado 301, con etapas de
reacción 306 y 307 conformes a la invención. Las etapas de reacción
306 y 307 se corresponden respectivamente con la etapa de reacción
201 representada en la figura 2. El aire viciado cargado de
sustancias nocivas se conduce a la instalación de depuración de
aire nocivo 301 a través de un tubo de alimentación 302. Con el fin
de incrementar los caudales de aire a depurar se pueden prever
opcionalmente 2 sistemas 303 y 304 de idéntica construcción, que en
la representación conforme a la figura 3 están dispuestos uno sobre
el otro. Para simplificar, se describe a continuación únicamente el
sistema 304, cuyos distintos componentes están representados con
mayor detalle mediante una sección parcial.
De acuerdo con esto, a continuación del tubo de
alimentación 302 sigue primeramente una etapa de distribución 305
que reparte uniformemente el aire que entra, y eventualmente separa
partículas gruesas de sustancias nocivas. El aire que continua
desde la etapa de distribución 305 pasa a las etapas de reacción 306
y 307 conformes a la invención. Para aumentar la velocidad de
descomposición se han conectado aquí dos etapas de reacción de
idéntica construcción 306 y 307, una tras otra. La instalación de
depuración de aire viciado 301 naturalmente puede estar compuesta
también de una sola etapa de reacción 306. A continuación de las dos
etapas de reacción 306 y 307 hay una unidad catalizadora 308 que
puede estar compuesta en la forma antes descrita, por ejemplo de
material de carbón activado de alta porosidad esparcido, con una
superficie interna de aprox. 1200 m^{2}/g, que se aprovecha como
superficie de reacción.
El aire que sale de la unidad catalizadora 308
continúa a la unidad de soplante 309, que sirve para mantener el
correspondiente gradiente de presión entre el tubo de alimentación
302 y el tubo de salida
310.
310.
La instalación de depuración de aire viciado 301
trabaja por principio conforme al procedimiento según la patente EP
0 778 070 B1, pero se caracteriza, de acuerdo con la invención, por
tener una o varias etapas de reacción 306, 307, tal como está
representado en la figura 2. El aire viciado con carga de sustancias
nocivas pasa por lo tanto desde el tubo de alimentación 302 a
través de la etapa de distribución a las etapas de reacción 306 y
307, en las cuales luz UVC de onda corta inicia una reacción
química. De este modo se disgregan las moléculas de sustancias
olorosas y de sustancias nocivas. Al mismo tiempo se generan como
medios de oxidación radicales de las sustancias nocivas y ozono. La
oxidación de las sustancias nocivas da lugar a los productos
CO_{2} y H_{2}O, compatibles con el medio ambiente. En la unidad
catalizadora 308 dispuesta a continuación se descomponen los
compuestos de difícil oxidación y el exceso de ozono. El aire
depurado e inodoro se evacua al medio ambiente a través de la
unidad de soplante 309 y del tubo de salida 310.
Para lograr un tratamiento eficaz de cargas de
sustancias nocivas no estacionarias se puede intercalar en el punto
311 otra unidad catalizadora en la forma antes descrita. Gracias a
la unidad catalizadora adicional intercalada se logra descomponer
también sustancias nocivas que aparezcan brevemente con
concentraciones muy elevadas.
Claims (19)
1. Etapa de reacción de un conducto de aire
viciado con varios canales de conducción del aire, estando
dispuestos los canales de conducción de aire unos junto a otos en
forma de panal, caracterizada porque en los canales de
conducción de aire y en dirección longitudinal respecto al flujo del
aire viciado está dispuesto respectivamente un radiante UV de forma
tubular, donde la sección de cada uno de los canales de conducción
de aire es un polígono regular que tenga por lo menos 5 lados.
2. Etapa de reacción según la reivindicación 1,
caracterizada porque la sección de los canales de conducción
de aire es respectivamente un hexágono regular.
3. Etapa de reacción según la reivindicación 1,
caracterizada porque la sección de los canales de conducción
de aire es respectivamente un círculo.
4. Etapa de reacción según una de las
reivindicaciones 1-3, caracterizada porque un
radiante UV va sujeto en un canal de conducción de aire por unos
perfiles de contacto dispuestos lateralmente.
5. Etapa de reacción según una de las
reivindicaciones 1-4, caracterizada porque la
radiación emitida por un radiante UV provoca la formación de medios
de reacción reactivos tales como ozono y/o radicales que contengan
oxígeno, en el aire viciado que fluye a lo largo.
6. Etapa de reacción según la reivindicación 5,
caracterizada porque la longitud de onda de la radiación
emitida por el respectivo radiante UV está en la gama de 185 nm.
7. Etapa de reacción según una de las
reivindicaciones 1-6, caracterizada porque la
radiación emitida por un radiante UV provoca la excitación a
niveles energéticos superiores de los hidrocarburos contenidos en
el aire viciado.
8. Etapa de reacción según la reivindicación 7,
caracterizada porque la radiación emitida por el respectivo
radiante UV está dentro de la gama de 254 nm.
9. Etapa de reacción según una de las
reivindicaciones 1-8, caracterizada porque
las paredes interiores de los canales conductores del aire están
recubiertos de un material semiconductor de banda ancha como
material catalizador.
10. Etapa de reacción según la reivindicación 9,
caracterizada porque la radiación emitida por el respectivo
radiante UV presenta unas longitudes de onda que son superiores a
254 nm, y cuya energía de radiación emitida es esencialmente mayor
o igual a la diferencia de energía entre la banda de valencias y la
banda de conducción del material semiconductor.
11. Etapa de reacción según una de las
reivindicaciones 9-10, caracterizada porque
la radiación emitida por el respectivo radiante UV presenta unas
longitudes de onda que están situadas dentro de la gama de la
arista de absorción del material semiconductor.
12. Etapa de reacción según una de las
reivindicaciones 9-11, caracterizada porque
la radiación emitida por el respectivo radiante UV presenta unas
longitudes de onda que están en la gama entre 340 nm y 500 nm,
preferentemente entre 350 nm y 420 nm.
13. Etapa de reacción según una de las
reivindicaciones 9-12, caracterizada porque
el material semiconductor es de óxido de titanio (TiO_{2}) o de
óxido de titanio dotado.
14. Etapa de reacción según una de las
reivindicaciones 9-12, caracterizada porque
el material semiconductor es de óxido de zinc (ZnO), sulfato de
cadmio (CdS), dióxido de circonio (ZrO_{2}), trióxido de wolframio
(WO_{3}), dióxido de cerio (CeO_{2}), trióxido de estroncio
titanio (SrTiO_{3}) u óxido de titanio circonio
(ZrTiO_{4}).
15. Dispositivo para la depuración de aire
viciado que contenga sustancias nocivas en un conducto de salida de
aire, con una etapa de reacción según una de las reivindicaciones
1-14, y con una unidad catalizadora dispuesta a
continuación de la etapa de reacción.
16. Dispositivo según la reivindicación 15,
caracterizado porque la unidad catalizadora consiste en un
catalizador de carbón activado.
17. Dispositivo según la reivindicación 15,
caracterizado porque la unidad catalizadora está basada en
un sistema redox.
18. Dispositivo según la reivindicación 17,
caracterizado porque el sistema redox está formado por los
componentes permanganato potásico/dióxido de manganeso.
19. Dispositivo según la reivindicación 15,
caracterizado porque la unidad catalizadora consta de
catalizadores de diferente polaridad.
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