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ES2371621B1 - TUBULAR PHOTORREACTOR FOR SUPPORTED PHOTOCATALIZERS. - Google Patents

TUBULAR PHOTORREACTOR FOR SUPPORTED PHOTOCATALIZERS. Download PDF

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ES2371621B1 ES200931134A ES200931134A ES2371621B1 ES 2371621 B1 ES2371621 B1 ES 2371621B1 ES 200931134 A ES200931134 A ES 200931134A ES 200931134 A ES200931134 A ES 200931134A ES 2371621 B1 ES2371621 B1 ES 2371621B1
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Raquel Portela Rodriguez
Silvia Suarez Gil
Juan Coronado Carneiro
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Centro de Investigaciones Energeticas Medioambientales y Tecnologicas CIEMAT
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Abstract

Fotorreactor que comprende un cilindro externo, unidades de fotocatalizador situadas en el interior y al menos dos estructuras de sujeción con forma de polígono estrellado, de manera que los vértices exteriores del polígono están en contacto con la cara interna del cilindro externo y las unidades de catalizador están sujetas a dos aristas de dos estructuras contiguas.#Esta nueva estructura permite el uso de unidades de fotocatalizador de forma sencilla dispuestas en módulos versátiles en la forma, longitud de los mismos, posición y fáciles de ensamblar, irradiar y sustituir.Photoreactor comprising an external cylinder, photocatalyst units located inside and at least two clamping structures in the shape of a crashed polygon, so that the outer vertices of the polygon are in contact with the inner face of the external cylinder and the catalyst units are subject to two edges of two contiguous structures. # This new structure allows the use of photocatalyst units easily arranged in versatile modules in the form, their length, position and easy to assemble, radiate and replace.

Description

Fotorreactor tubular para fotocatalizadores soportados. Campo de la invenciónTubular photoreactor for supported photocatalysts. Field of the Invention

La presente invención se aplica a reactores fotocatalíticos. Más concretamente, se refiere a un fotorreactor de tipo tubular para catalizadores soportados. Antecedentes de la invención The present invention applies to photocatalytic reactors. More specifically, it refers to a tubular photoreactor for supported catalysts. Background of the invention

La fotocatálisis heterogénea es un proceso catalítico activado fotónicamente. Se fundamenta en irradiar un semiconductor con la longitud de onda adecuada para que se generen pares electrón-hueco; antes de que se produzca su recombinación, se propician reacciones de oxidación-reducción con especies adsorbidas superficiales. Sus aplicaciones son muy amplias y se han descrito procesos basados en esta tecnología para la producción de hidrógeno, la síntesis de compuestos orgánicos de alto valor añadido, la eliminación de moléculas tóxicas o la desinfección. Debido a su capacidad para la oxidación total de compuestos tanto orgánicos como inorgánicos resulta útil para reducir la contaminación de fluidos como el aire o el agua. Los procesos fotocatalíticos, especialmente en el caso del tratamiento de aire, requieren la deposición del catalizador (generalmente dióxido de titanio, TiO2) sobre sustratos, con el fin de evitar la fluidización del material en polvo y limitar los problemas derivados del arrastre del fotocatalizador por la corriente de aire. Heterogeneous photocatalysis is a photonically activated catalytic process. It is based on irradiating a semiconductor with the appropriate wavelength so that electron-hole pairs are generated; before recombination occurs, oxidation-reduction reactions with surface adsorbed species are encouraged. Its applications are very wide and processes based on this technology for the production of hydrogen, the synthesis of organic compounds of high added value, the elimination of toxic molecules or disinfection have been described. Due to its capacity for the total oxidation of both organic and inorganic compounds, it is useful to reduce contamination of fluids such as air or water. Photocatalytic processes, especially in the case of air treatment, require the deposition of the catalyst (usually titanium dioxide, TiO2) on substrates, in order to avoid the fl uidization of the powder material and limit the problems arising from the photocatalyst drag by the air flow

Existen multitud de reactores fotocatalíticos y soportes para fotocatalizadores, pero ninguna configuración es óptima. Los reactores tubulares permiten operar con un régimen de flujo adecuado y son los fotorreactores que han demostrado mayor rendimiento cuántico. Este tipo de reactor consiste en un cilindro que puede contener una fuente de radiación en su eje y de esta manera prácticamente toda la radiación emitida incide en el medio de reacción. El fluido se hace circular en el espacio entre la fuente de radiación y las paredes del cilindro. Alternativamente, si el cilindro es transparente, se puede emplear el sol como fuente de radiación externa e incluso favorecer su aprovechamiento mediante un captador. Los reactores híbridos permiten utilizar ambos tipos de radiación, solar y/o artificial, gracias a que poseen una fuente de radiación interna y pueden aprovechar la radiación del sol. There are many photocatalytic reactors and supports for photocatalysts, but no configuration is optimal. Tubular reactors allow operating with an adequate flow rate and are the photoreactors that have demonstrated greater quantum efficiency. This type of reactor consists of a cylinder that can contain a source of radiation in its axis and in this way practically all the emitted radiation affects the reaction medium. The fluid is circulated in the space between the radiation source and the cylinder walls. Alternatively, if the cylinder is transparent, the sun can be used as a source of external radiation and even favor its use by means of a sensor. Hybrid reactors allow both types of radiation, solar and / or artificial, to be used, because they have an internal radiation source and can take advantage of the sun's radiation.

En los reactores fotocatalíticos, incluidos los de tipo tubular, la selección del soporte para el catalizador no es una tarea trivial: ha de conjugar propiedades superficiales y ópticas adecuadas con una elevada resistencia química y física a un coste razonable. Se han usado como sustrato materiales como el vidrio -en forma de esferas o anillos (A. Sirisuk, C.G. Hill Jr. and M.A. Anderson, Catal. Today, 54 (1999) 159), o se ha depositado el catalizador directamente sobre la superficie del tubo por donde circula el fluido (G.E. Imoberdorf, H.A. Irazoqui, O.M. Alfano and In photocatalytic reactors, including those of the tubular type, the selection of the support for the catalyst is not a trivial task: it has to combine adequate surface and optical properties with a high chemical and physical resistance at a reasonable cost. Materials such as glass have been used as a substrate - in the form of spheres or rings (A. Sirisuk, CG Hill Jr. and MA Anderson, Catal. Today, 54 (1999) 159), or the catalyst has been deposited directly on the surface of the tube through which the fluid flows (GE Imoberdorf, HA Irazoqui, OM Alfano and

A.E. Cassano, Chem. Eng. Sci., 62 (2007) 793.)-, diferentes materiales cerámicos (B. Sánchez, A.I. Cardona, M. Romero, P. Avila and A. Bahamonde, Catal. Today, 54 (1999) 369.), polímeros (B. Sánchez, J.M. Coronado, R. Candal, R. Portela, I. Tejedor, M.A. Anderson, D. Tompkins and T. Lee, Appl. Catal. B, 66 (2006) 295.) y algunos metales. Los fotocatalizadores soportados pueden tener forma de malla, ser reticulares, etc. Las ventajas de trabajar con el catalizador inmovilizado en lugar de en suspensión son muchas, entre otras: se evita la necesitad de establecer una etapa de separación después del tratamiento y se facilita su recuperación permitiendo la reutilización. Existen sin embargo algunas desventajas: A.E. Cassano, Chem. Eng. Sci., 62 (2007) 793.) -, different ceramic materials (B. Sánchez, AI Cardona, M. Romero, P. Avila and A. Bahamonde, Catal. Today, 54 (1999) 369 .), polymers (B. Sánchez, JM Coronado, R. Candal, R. Portela, I. Tejedor, MA Anderson, D. Tompkins and T. Lee, Appl. Catal. B, 66 (2006) 295.) and some metals Supported photocatalysts can be mesh-shaped, reticular, etc. The advantages of working with the immobilized catalyst instead of in suspension are many, among others: the need to establish a separation stage after treatment is avoided and recovery is facilitated allowing reuse. There are however some disadvantages:

--
La disminución de superficie de TiO2 activada por unidad de masa, en comparación con el catalizador en suspensión. The decrease in TiO2 surface activated per unit mass, compared to the catalyst in suspension.

--
La reducida relación entre la masa de catalizador y el volumen de fluido a tratar limita significativamente la capacidad de tratamiento. The reduced relationship between the catalyst mass and the volume of fluid to be treated significantly limits the treatment capacity.

--
Las limitaciones en la transferencia de materia a bajos caudales del fluido, que afectan al rendimiento. No se aprovecha toda la potencia de iluminación, y la velocidad de reacción no aumenta al hacerlo el flujo de fotones. The limitations in the transfer of matter at low flow rates, which affect performance. Not all the lighting power is used, and the reaction rate does not increase when the photon fl ow does.

--
La dificultad para conseguir una irradiación eficiente de toda la superficie del fotocatalizador, sin proyección de sombras. Difficulty in achieving efficient irradiation of the entire surface of the photocatalyst, without shadow projection.

En la bibliografía se pueden encontrar numerosas descripciones de fotorreactores basados en tubos donde se sitúa una lámpara en el interior como fuente de radiación (CN2714147Y, KR20010082470) . Además existen modelos que describen procesos relacionados con el aprovechamiento de la radiación solar para el tratamiento de fluidos, especialmente en aguas. El fotorreactor solar descrito en la invención CN1699200 comprende un panel solar parabólico, con catalizador de película fija con una barra de soporte. In the literature you can find numerous descriptions of tube-based photoreactors where a lamp is placed inside as a source of radiation (CN2714147Y, KR20010082470). There are also models that describe processes related to the use of solar radiation for the treatment of fluids, especially in water. The solar photoreactor described in the invention CN1699200 comprises a parabolic solar panel, with a fixed film catalyst with a support bar.

En la mayor parte de los sistemas el fotocatalizador se deposita directamente en la parte interior del tubo que comprende el fotorreactor, como en la patente KR20010082470, aunque existen varias invenciones donde el fotocatalizador se soporta en diferentes estructuras. La patente US5069885A incluye un sustrato no transparente enrollado longitudinalmente y helicoidalmente que contiene el material fotoactivo situado en el interior de un reactor anular. La patente CA2147786A1 trata del tratamiento fotocatalítico de fluidos mediante un fotocatalizador en suspensión In most of the systems the photocatalyst is deposited directly in the inner part of the tube comprising the photoreactor, as in the KR20010082470 patent, although there are several inventions where the photocatalyst is supported in different structures. US5069885A includes a non-transparent, longitudinally and helically wound non-substrate substrate containing the photoactive material located inside an annular reactor. Patent CA2147786A1 deals with the photocatalytic treatment of fluids by means of a suspended photocatalyst

o unido a un substrato fijo. La patente JP8196898A describe un fotorreactor donde el TiO2 se deposita sobre una superficie porosa que puede ser irradiado con luz solar o artificial. or attached to a fixed substrate. The JP8196898A patent describes a photoreactor where the TiO2 is deposited on a porous surface that can be irradiated with sunlight or arti fi cial.

Sin embargo, los sistemas conocidos no son versátiles ni fácilmente escalables, y las características del fotocatalizador soportado empleado están condicionadas por el diseño del sistema, lo que no permite incorporar catalizadores con formas convencionales fáciles de producir. Objeto de la invenciónHowever, the known systems are not versatile or easily scalable, and the characteristics of the supported photocatalyst used are conditioned by the design of the system, which does not allow incorporating catalysts with conventional forms easy to produce. Object of the invention

La invención tiene por objeto paliar los problemas técnicos citados en el apartado anterior. Para ello, propone un fotorreactor que comprende un cilindro externo (que puede ser transparente a la radiación solar u opaco) y unidades de fotocatalizador situadas en el interior mediante al menos dos estructuras de sujeción con forma de polígono estrellado, de manera que los vértices exteriores del polígono están en contacto con la cara interna del cilindro externo, y las unidades de catalizador están sujetas a dos aristas de dos estructuras contiguas. El fotorreactor puede contener además un cilindro interno en el eje principal (que puede contener o estar constituido por una fuente de radiación artificial) sobre el que se apoyan los vértices interiores del polígono estrellado. Los polígonos son preferentemente asimétricos, comprenden entre 4 y 16 puntas, preferiblemente 8 puntas, y están hechos preferiblemente de aluminio, acero inoxidable, teflón o PVC. Las unidades de catalizador pueden ser opacas o transparentes a la radiación que activa el fotocatalizador y presentar distintas formas: placas planas, placas onduladas o forma de espiral. El número de unidades de fotocatalizador es opcionalmente igual al número de puntas del polígono estrellado, situándose una unidad por cada punta en lados alternos del polígono. The invention aims to alleviate the technical problems mentioned in the previous section. To do this, it proposes a photoreactor comprising an external cylinder (which can be transparent to solar or opaque radiation) and photocatalyst units located inside by means of at least two star-shaped polygon clamping structures, so that the outer vertices of the polygon are in contact with the inner face of the outer cylinder, and the catalyst units are subject to two edges of two adjacent structures. The photoreactor may also contain an internal cylinder in the main axis (which may contain or be constituted by a source of artificial radiation) on which the interior vertices of the star polygon are supported. The polygons are preferably asymmetric, comprise between 4 and 16 tips, preferably 8 tips, and are preferably made of aluminum, stainless steel, teflon or PVC. The catalyst units can be opaque or transparent to the radiation that activates the photocatalyst and have different shapes: flat plates, corrugated plates or spiral shapes. The number of photocatalyst units is optionally equal to the number of points of the star polygon, one unit being placed for each tip on alternate sides of the polygon.

El fotorreactor, cuando el cilindro exterior es transparente, puede emplear el sol u otro tipo de fuentes artificiales de radiación como fuente de radiación externa e incorporar también un captador solar semicircular, en forma de V o de tipo parabólico compuesto con razón de concentración cercana a 1. Alternativamente, el captador puede presentar otras formas y su razón de concentración ser mayor que uno. The photoreactor, when the outer cylinder is transparent, can use the sun or other type of artificial radiation sources as an external radiation source and also incorporate a semicircular, V-shaped or composite parabolic solar collector with a concentration ratio close to 1. Alternatively, the collector may present other forms and its concentration ratio be greater than one.

El fotorreactor según la invención puede incorporar además un sistema de conmutación adaptado para activar o desactivar las fuentes de radiación artificiales, por ejemplo en el caso de reactores híbridos en que la fuente de radiación interna funciona cuando la radiación solar no es suficiente para alcanzar la eficiencia requerida. Breve descripción de las figurasThe photoreactor according to the invention can also incorporate a switching system adapted to activate or deactivate the artificial radiation sources, for example in the case of hybrid reactors in which the internal radiation source operates when the solar radiation is not sufficient to achieve efficiency. required Brief description of the fi gures

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña la siguiente descripción de un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo se ha representado lo siguiente: In order to help a better understanding of the features of the invention in accordance with a preferred example of practical realization thereof, the following description of a set of drawings is attached, where the following has been represented by way of illustration:

Figura 1.-es una representación esquemática de un fotorreactor anular con un captador parabólico compuesto. Figure 1.- is a schematic representation of an annular photoreactor with a composite parabolic sensor.

Figura 2.-es una vista transversal de varios ejemplos de las estructuras de sujeción con forma de polígonos estrellados. Figure 2.- is a cross-sectional view of several examples of the clamping structures in the form of starry polygons.

Figura 3.-es una vista de un módulo, formado por dos estructuras de sujeción y las unidades de fotocatalizador. Figure 3.- is a view of a module, formed by two clamping structures and photocatalyst units.

Figura 4.-es una vista longitudinal del fotorreactor híbrido con captador y el conjunto de los módulos formados por las estructuras de sujeción y las unidades de fotocatalizador. Figure 4.- is a longitudinal view of the hybrid photoreactor with sensor and the set of modules formed by the clamping structures and photocatalyst units.

Figura 5.-es una gráfica mostrando la conversión de H2S obtenida con un fotorreactor según la invención. Descripción detallada de la invenciónFigure 5.- is a graph showing the conversion of H2S obtained with a photoreactor according to the invention. Detailed description of the invention

La invención propone un fotorreactor de tipo tubular, preferentemente de tipo híbrido, conformado preferentemente en material transparente a la radiación y asociado con un captador solar de tipo parabólico compuesto u otros que reflejen la radiación externa sobre el perímetro del reactor, y con una fuente de radiación en su eje central con forma de cilindro The invention proposes a tubular type photoreactor, preferably a hybrid type, preferably formed of radiation-transparent material and associated with a composite parabolic solar collector or others that reflect external radiation on the perimeter of the reactor, and with a source of radiation in its central axis shaped like a cylinder

o contenida en un cilindro transparente (fluorescente, LED o cualquier otra fuente de radiación artificial) cuyo encendido se controla mediante un sistema automático. En la figura 1 puede verse un ejemplo de fotorreactor (3) con captador de radiación solar (5) y una fuente de radiación artificial (2). Alternativamente, en lugar de ser híbrido, el fotorreactor puede tener como fuente de radiación externa una fuente artificial or contained in a transparent cylinder (fluorescent, LED or any other source of artificial radiation) whose ignition is controlled by an automatic system. An example of a photoreactor (3) with a solar radiation sensor (5) and a source of artificial radiation (2) can be seen in Figure 1. Alternatively, instead of being a hybrid, the photoreactor can have an artificial source as an external radiation source.

o bien, especialmente en el caso de que las unidades de fotocatalizador sean transparentes, comprender un cilindro exterior opaco y carecer de captador, si la fuente en el eje se considera suficiente, o incluso carecer de fuente de radiación artificial si la radiación solar se considera suficiente. or, especially in the case that the photocatalyst units are transparent, comprise an opaque outer cylinder and lack a sensor, if the source on the shaft is considered sufficient, or even lack the source of artificial radiation if solar radiation is considered enough.

En el interior del fotorreactor se sitúan las unidades de fotocatalizador, constituidas por el catalizador puro o bien incorporado a un sustrato transparente u opaco y que tienen una estructura sólida que puede tener formas diversas, por ejemplo de placa o espiral. La invención propone distribuir las unidades de fotocatalizador en el reactor mediante estructuras de sujeción con forma de polígonos estrellados. Los polígonos (4) pueden presentar formas diversas, como se ve representado en la figura 2, donde también pueden verse las unidades de fotocatalizador (1) . En la figura 3 se pueden observar las estructuras de sujeción (4), las unidades de catalizador (1) y las fijaciones (6). El ángulo y número de puntas óptimo depende de la forma y dimensiones relativas del fotorreactor y las unidades de fotocatalizador, así como de si el fotocatalizador es opaco o no a la radiación. Los ejemplos no simétricos son más apropiados para disminuir la formación de sombras, haciendo incidir el máximo de radiación posible en el fotocatalizador. Inside the photoreactor are the photocatalyst units, constituted by the pure catalyst or incorporated into a transparent or opaque substrate and having a solid structure that can have different shapes, for example plate or spiral. The invention proposes to distribute the photocatalyst units in the reactor by means of clamping structures in the form of starry polygons. The polygons (4) can have different shapes, as shown in Figure 2, where the photocatalyst units (1) can also be seen. In Figure 3 the fastening structures (4), the catalyst units (1) and the fixtures (6) can be observed. The optimum angle and number of tips depends on the relative shape and dimensions of the photoreactor and the photocatalyst units, as well as whether the photocatalyst is opaque or not to radiation. The non-symmetrical examples are more appropriate to reduce the formation of shadows, making the maximum possible radiation affect the photocatalyst.

El fotorreactor de la invención permite la utilización de una amplia variedad de tipos de fotocatalizador fijados mediante los polígonos estrellados, que forman unidades o módulos que a su vez se pueden conectar entre sí. Los módulos son versátiles en la forma, longitud de los mismos, distribución de los soportes y se pueden rotar fácilmente sobre su eje central para mejorar los procesos de transferencia de materia. La cantidad de módulos varía en función de las características de los gases a tratar, concentración de contaminantes o caudal de fluidos de forma que se puedan cumplir los requerimientos legislativos deseados. The photoreactor of the invention allows the use of a wide variety of photocatalyst types fixed by means of starry polygons, which form units or modules that in turn can be connected to each other. The modules are versatile in their shape, length, distribution of the supports and can be easily rotated on their central axis to improve the processes of matter transfer. The number of modules varies depending on the characteristics of the gases to be treated, concentration of pollutants or flow of fluids so that the desired legislative requirements can be met.

Gracias a la invención, se pueden distribuir las unidades de fotocatalizador, en particular en forma de placa plana (constituida por el catalizador conformado o aplicado a una superficie), en el interior de un reactor tubular formando una estructura de canales abiertos modular, que permite maximizar la interacción entre el fluido y el catalizador facilitando una irradiación homogénea, tanto externa como interna, con formación de sombras limitada. Este diseño permite además introducir en el fotorreactor catalizadores de otros tipos, como aquellos en forma de placas onduladas o espiral. Thanks to the invention, the photocatalyst units can be distributed, in particular in the form of a flat plate (constituted by the catalyst formed or applied to a surface), inside a tubular reactor forming a modular open channel structure, which allows Maximize the interaction between the fluid and the catalyst by facilitating homogeneous irradiation, both external and internal, with limited shadow formation. This design also allows other types of catalysts to be introduced into the photoreactor, such as those in the form of corrugated or spiral plates.

Esta característica, junto con un sistema de control automático de la radiación, maximiza el uso de la radiación solar como fuente de energía renovable del proceso y permite la operación en continuo y a la irradiancia deseada. El sistema de control automático consiste en un sistema de conmutación adaptado para activar o desactivar las fuentes de radiación artificiales internas o externas cuando sea necesario, como en el caso de que la radiación exterior no sea suficiente para alcanzar la eficiencia requerida en el fotorreactor híbrido, por ejemplo en días con cielo cubierto o por la noche. El encendido de la lámpara se puede regular en función de la radiación solar exterior o en función de la conversión alcanzada. This feature, together with an automatic radiation control system, maximizes the use of solar radiation as a renewable energy source of the process and allows continuous operation at the desired irradiance. The automatic control system consists of a switching system adapted to activate or deactivate the internal or external artificial radiation sources when necessary, as in the case that the external radiation is not sufficient to achieve the required efficiency in the hybrid photoreactor, for example on days with overcast skies or at night. The lamp can be switched on depending on the solar radiation outside or on the conversion achieved.

Asimismo, la estructura abierta formada por las unidades de catalizador ancladas a las sujeciones en forma de estrella y la desalineación de dichas estructuras entre sí favorecen el paso del fluido sin elevada pérdida de carga, pero facilitando los procesos de difusión y, por tanto, incrementando la eficiencia del proceso catalítico. Esta estructura puede verse en la figura 4. Likewise, the open structure formed by the catalyst units anchored to the star-shaped fasteners and the misalignment of said structures with each other favor the passage of the fluid without high load loss, but facilitating diffusion processes and, therefore, increasing the efficiency of the catalytic process. This structure can be seen in Figure 4.

Por otro lado, la razón de concentración del captador solar empleado es, preferentemente, cercana a uno, como por ejemplo en un captador parabólico compuesto diseñado a tal efecto o un captador en V o semicircular, lo que evita temperaturas elevadas perjudiciales para la fotocatálisis heterogénea. Alternativamente, se puede emplear un captador de razón de concentración elevada, como un captador cilindro-parabólico o un parabólico compuesto diseñado con ese objetivo, en cuyo caso se podría aplicar la invención a procesos de catálisis térmica convencional donde el sol sería la fuente renovable de energía. Finalmente, el diseño versátil y modular permite escalar y adaptar el sistema a las características del proceso, considerando que el número, longitud y ángulo de inclinación de los lados del polígono estrellado, así como su disposición relativa en el reactor pueden seleccionarse según lo que convenga a las condiciones específicas de operación (dimensiones del fotocatalizador, reactor y fuente de radiación, caudal a tratar, transparencia, etc.). On the other hand, the concentration ratio of the solar collector used is preferably close to one, such as in a composite parabolic sensor designed for this purpose or a V or semicircular sensor, which avoids high temperatures harmful for heterogeneous photocatalysis. . Alternatively, a high concentration ratio sensor, such as a parabolic trough or a composite parabolic sensor designed for that purpose, can be used, in which case the invention could be applied to conventional thermal catalysis processes where the sun would be the renewable source of Energy. Finally, the versatile and modular design allows the system to be scaled and adapted to the characteristics of the process, considering that the number, length and angle of inclination of the sides of the star polygon, as well as its relative arrangement in the reactor can be selected according to what is convenient to the specific operating conditions (dimensions of the photocatalyst, reactor and radiation source, flow to be treated, transparency, etc.).

Ejemplo de realización de la invenciónExample of embodiment of the invention

En la figura 5 se puede ver una gráfica con los resultados experimentales de eliminación fotocatalítica de H2S en aire húmedo obtenidos con el fotorreactor tubular de la invención. Se empleó un captador solar parabólico compuesto y 10 módulos fotocatalíticos, compuestos cada uno por 2 polígonos estrellados de 8 puntas asimétricas y 8 unidades de catalizador. Como catalizador se emplearon placas planas de vidrio recubiertas por ambas caras mediante dipcoating con 3 capas de TiO2 preparado por sol-gel. Se trató una corriente de aire de 850 ml·min−1, con una humedad relativa del 30% a 30ºC y contaminada con 35 ppmv de H2S. En la figura se muestra la conversión del 100% obtenida durante 10 días consecutivos de agosto 2009. Durante la noche se observa una pérdida total de eficiencia debido al empleo del sol como única fuente de radiación, efecto que puede ser compensado complementando el sistema con una fuente de radiación artificial situada en el eje. In Figure 5 a graph can be seen with the experimental results of photocatalytic removal of H2S in moist air obtained with the tubular photoreactor of the invention. A composite parabolic solar collector and 10 photocatalytic modules were used, each consisting of 2 star polygons with 8 asymmetric tips and 8 catalyst units. As a catalyst, flat glass plates coated on both sides were used by dipcoating with 3 layers of TiO2 prepared by sol-gel. An air stream of 850 ml · min − 1 was treated, with a relative humidity of 30% at 30 ° C and contaminated with 35 ppmv of H2S. The figure shows the conversion of 100% obtained during 10 consecutive days of August 2009. During the night a total loss of efficiency is observed due to the use of the sun as the sole source of radiation, an effect that can be compensated by complementing the system with a source of artificial radiation located on the shaft.

Claims (19)

REIVINDICACIONES
1. one.
Fotorreactor que comprende un cilindro externo (3) y unidades de fotocatalizador (1) situadas en su interior, caracterizado porque además comprende al menos dos estructuras de sujeción con forma de polígono estrellado (4) posicionadas de manera que sus vértices exteriores están en contacto con la cara interna del cilindro externo y las unidades de catalizador están sujetas a dos aristas de dos estructuras contiguas. Photoreactor comprising an external cylinder (3) and photocatalyst units (1) located inside it, characterized in that it also comprises at least two clamping structures in the shape of a crashed polygon (4) positioned so that their outer vertices are in contact with the inner face of the outer cylinder and the catalyst units are subject to two edges of two adjacent structures.
2. 2.
Fotorreactor según la reivindicación 1 caracterizado porque las estructuras de sujeción son polígonos estrellados asimétricos. Photoreactor according to claim 1 characterized in that the clamping structures are asymmetric star polygons.
3. 3.
Fotorreactor según cualquiera las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los polígonos comprenden entre4y16 puntas. Photoreactor according to any preceding claim characterized in that the polygons comprise between 4 and 16 points.
4. Four.
Fotorreactor según la reivindicación 3 caracterizado porque los polígonos comprenden 8 puntas. Photoreactor according to claim 3 characterized in that the polygons comprise 8 points.
5. 5.
Fotorreactor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque las unidades de fotocatalizador están fijadas a las estructuras de sujeción mediante grapas, pinzas o soldadura (6). Photoreactor according to any of the preceding claims characterized in that the photocatalyst units are fixed to the clamping structures by means of clips, clamps or welding (6).
6. 6.
Fotorreactor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque las estructuras de sujeción son de aluminio, acero inoxidable, teflón o PVC. Photoreactor according to any of the preceding claims characterized in that the clamping structures are made of aluminum, stainless steel, teflon or PVC.
7. 7.
Fotorreactor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las unidades de fotocatalizador son opacas a la radiación que activa el fotocatalizador. Photoreactor according to any of the preceding claims, characterized in that the photocatalyst units are opaque to the radiation that activates the photocatalyst.
8. 8.
Fotorreactor según cualquiera de las reivindicaciones 1-6 caracterizado porque las unidades de fotocatalizador están compuestas por un fotocatalizador incorporado a un sustrato transparente a la radiación que activa el fotocatalizador. Photoreactor according to any of claims 1-6, characterized in that the photocatalyst units are composed of a photocatalyst incorporated in a radiation transparent substrate that activates the photocatalyst.
9. 9.
Fotorreactor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el número de unidades de fotocatalizador es igual al número de Photoreactor according to any of the preceding claims, characterized in that the number of photocatalyst units is equal to the number of
puntas del polígono estrellado, situándose una unidad por cada punta en lados alternos del polígono. points of the star polygon, one unit being placed for each point on alternate sides of the polygon.
10. Fotorreactor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las unidades de catalizador son placas planas, placas onduladas 10. Photoreactor according to any of the preceding claims, characterized in that the catalyst units are flat plates, corrugated plates o tienen forma de espiral. or have a spiral shape.
11. eleven.
Fotorreactor según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el cilindro externo es transparente. Photoreactor according to any of the preceding claims, characterized in that the outer cylinder is transparent.
12. 12.
Fotorreactor según la reivindicación 11 caracterizado porque comprende un captador solar. Photoreactor according to claim 11 characterized in that it comprises a solar collector.
13. 13.
Fotorreactor según la reivindicación 12, caracterizado porque el captador solar es semicircular, en forma de V o de tipo parabólico compuesto con razón de concentración cercana a 1. Photoreactor according to claim 12, characterized in that the solar collector is semicircular, V-shaped or of parabolic type composed with a concentration ratio close to 1.
14. 14.
Fotorreactor según la reivindicación 12 caracterizado porque la razón de concentración del captador solar empleado es mayor que uno. Photoreactor according to claim 12 characterized in that the concentration ratio of the solar collector used is greater than one.
15. fifteen.
Fotorreactor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende un cilindro interno posicionado en el eje principal del reactor (2), que alberga en su interior o esta constituido por una fuente de radiación artificial, y las estructuras de sujeción están posicionadas de manera que sus vértices interiores están en contacto con el cilindro interno. Photoreactor according to any of the preceding claims characterized in that it comprises an internal cylinder positioned on the main axis of the reactor (2), which houses inside it or is constituted by a source of artificial radiation, and the clamping structures are positioned so that their Inner vertices are in contact with the inner cylinder.
16. 16.
Fotorreactor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque incorpora al menos una fuente de radiación artificial externa. Photoreactor according to any one of the preceding claims characterized in that it incorporates at least one source of external arti fi cial radiation.
17. 17.
Fotorreactor según cualquiera de las reivindicaciones 15-16, caracterizado porque incorpora un sistema de conmutación adaptado para activar y desactivar al menos una de las fuentes de radiación artificiales. Photoreactor according to any of claims 15-16, characterized in that it incorporates a switching system adapted to activate and deactivate at least one of the arti fi cial radiation sources.
18. 18.
Fotorreactor según la reivindicación 17, caracterizado porque el sistema de conmutación está adaptado para activar la fuente de radiación interna en caso de que la radiación exterior no sea suficiente para alcanzar la eficiencia requerida. Photoreactor according to claim 17, characterized in that the switching system is adapted to activate the internal radiation source in case the external radiation is not sufficient to achieve the required efficiency.
OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS SPANISH OFFICE OF THE PATENTS AND BRAND N.º solicitud: 200931134 Application no .: 200931134 ESPAÑA SPAIN Fecha de presentación de la solicitud: 09.12.2009 Date of submission of the application: 09.12.2009 Fecha de prioridad: Priority Date: INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA REPORT ON THE STATE OF THE TECHNIQUE 51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional 51 Int. Cl.: See Additional Sheet DOCUMENTOS RELEVANTES RELEVANT DOCUMENTS
Categoría Category
Documentos citados Reivindicaciones afectadas Documents cited Claims Affected
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US 6063343 A (SAY JAMES et al.) 16.05.2000, columna 3, líneas 50-53,60-61; columna 4, líneas 10-18; columna 7, líneas 32-55; columna 8, líneas 50-53; columna 9, líneas 31-40,52-53; columna 10, líneas 14-28; figuras 1-3,10-12. 1-12,16-20 US 6063343 A (SAY JAMES et al.) 16.05.2000, column 3, lines 50-53.60-61; column 4, lines 10-18; column 7, lines 32-55; column 8, lines 50-53; column 9, lines 31-40.52-53; column 10, lines 14-28; Figures 1-3,10-12. 1-12,16-20
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13-15 13-15
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CN 1699200 A (UNIV TONGJI) 23.11.2005, resumen. 13-15 CN 1699200 A (UNIV TONGJI) 23.11.2005, summary. 13-15
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WO 2007138172 A1 (BIOZONE SCIENT INTERNAT OY et al.) 06.12.2007, página 4, líneas 21-34; página 12, líneas 1-8; figuras 5-6. 1-12,16-20 WO 2007138172 A1 (BIOZONE SCIENT INTERNAT OY et al.) 06.12.2007, page 4, lines 21-34; page 12, lines 1-8; Figures 5-6. 1-12,16-20
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ES 2261512 T3 (UNIV LOUVAIN) 16.11.2006, página 8, líneas 1-4,15-31,45-46; página 13, líneas 7-13,23-25; figuras 1-3. 13-15 ES 2261512 T3 (UNIV LOUVAIN) 16.11.2006, page 8, lines 1-4,15-31,45-46; page 13, lines 7-13,23-25; Figures 1-3. 13-15
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EP 0993859 A1 (HITACHI METALS LTD et al.) 19.04.2000, párrafos [0001],[0044-0045],[0047-0048]; figuras 8-11. 1-12,16-20 EP 0993859 A1 (HITACHI METALS LTD et al.) 19.04.2000, paragraphs [0001], [0044-0045], [0047-0048]; Figures 8-11. 1-12,16-20
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EP 1792632 A1 (JET COMPANY LTD) 06.06.2007, párrafos [0001-0004],[0015-0016],[0048]; figura 1. 13-15 EP 1792632 A1 (JET COMPANY LTD) 06.06.2007, paragraphs [0001-0004], [0015-0016], [0048]; Figure 1. 13-15
Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud Category of the documents cited X: of particular relevance Y: of particular relevance combined with other / s of the same category A: reflects the state of the art O: refers to unwritten disclosure P: published between the priority date and the date of priority submission of the application E: previous document, but published after the date of submission of the application
El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº: This report has been prepared • for all claims • for claims no:
Fecha de realización del informe 12.12.2011 Date of realization of the report 12.12.2011
Examinador M. I. Ramos Asensio Página 1/4 Examiner M. I. Ramos Asensio Page 1/4
INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA REPORT OF THE STATE OF THE TECHNIQUE Nº de solicitud: 200931134 Application number: 200931134 CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD B01D53/88 (2006.01) CLASSIFICATION OBJECT OF THE APPLICATION B01D53 / 88 (2006.01) B01J19/12 (2006.01) B01J35/00 (2006.01) Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) B01J19 / 12 (2006.01) B01J35 / 00 (2006.01) Minimum documentation sought (classification system followed by classification symbols) B01D, B01J B01D, B01J Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC Electronic databases consulted during the search (name of the database and, if possible, terms of search used) INVENTIONS, EPODOC Informe del Estado de la Técnica Página 2/4 State of the Art Report Page 2/4 OPINIÓN ESCRITA  WRITTEN OPINION Nº de solicitud: 200931134 Application number: 200931134 Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 12.12.2011 Date of Completion of Written Opinion: 12.12.2011 Declaración Statement
Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Novelty (Art. 6.1 LP 11/1986)
Reivindicaciones Reivindicaciones 1-20 SI NO Claims Claims 1-20 IF NOT
Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Inventive activity (Art. 8.1 LP11 / 1986)
Reivindicaciones Reivindicaciones 1-20 SI NO Claims Claims 1-20 IF NOT
Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986). The application is considered to comply with the industrial application requirement. This requirement was evaluated during the formal and technical examination phase of the application (Article 31.2 Law 11/1986). Base de la Opinión.-  Opinion Base.- La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica. This opinion has been made on the basis of the patent application as published. Informe del Estado de la Técnica Página 3/4 State of the Art Report Page 3/4 OPINIÓN ESCRITA  WRITTEN OPINION Nº de solicitud: 200931134 Application number: 200931134 1. Documentos considerados.-1. Documents considered.- A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión. The documents belonging to the state of the art taken into consideration for the realization of this opinion are listed below.
Documento Document
Número Publicación o Identificación Fecha Publicación Publication or Identification Number publication date
D01 D01
US 6063343 A (SAY JAMES et al.) 16.05.2000 US 6063343 A (SAY JAMES et al.) 16.05.2000
D02 D02
CN 1699200 A (UNIV TONGJI ) 23.11.2005 CN 1699200 A (UNIV TONGJI) 11/23/2005
2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración 2. Statement motivated according to articles 29.6 and 29.7 of the Regulations for the execution of Law 11/1986, of March 20, on Patents on novelty and inventive activity; quotes and explanations in support of this statement El documento D01 divulga un aparato para la purificación fotocatalítica de un fluido, que comprende, en una de sus múltiples realizaciones (ver las referencias siguientes en la fig.1), un bloque (638) compuesto por un conjunto de reactores cilíndricos, en cuyo interior se encuentran las estructuras de sujeción con forma de polígono estrellado (636), sobre las que se sitúa el catalizador. Un cilindro interno paralelo al aje longitudinal del reactor contiene la fuente de radiación artificial (640). Document D01 discloses an apparatus for the photocatalytic purification of a fluid, comprising, in one of its multiple embodiments (see the following references in fig. 1), a block (638) composed of a set of cylindrical reactors, in which Inside are the clamping structures in the shape of a star polygon (636), on which the catalyst is placed. An internal cylinder parallel to the longitudinal axis of the reactor contains the source of artificial radiation (640). La invención contenida en la reivindicación 1 difiere del documento D01 en que las unidades de catalizador están sujetas a dos aristas de dos estructuras contiguas. No hay evidencia en la solicitud de que la restricción en la colocación de catalizador sobre alguno de los lados del polígono, en vez de en todos (como en D01), suponga un efecto técnico inesperado, ni tampoco se aprecia una ventaja técnica particular en que las estructuras de sujeción tengan forma de polígono estrellado, por lo que la reivindicación 1 carece de actividad inventiva. Según se comenta en la descripción, los polígonos estrellados no simétricos son más apropiados para minimizar la formación de sombras y por lo tanto, para que incida la máxima radiación en el fotocatalizador. El mismo efecto se consigue con la configuración plana y uniforme de los pliegues que conforman las estructuras de sujeción del documento D01 (col.9, lín.31-41). The invention contained in claim 1 differs from document D01 in that the catalyst units are subject to two edges of two adjacent structures. There is no evidence in the application that the restriction on the placement of catalyst on any of the sides of the polygon, instead of on all (as in D01), supposes an unexpected technical effect, nor does it show a particular technical advantage in that the clamping structures are in the form of a star polygon, whereby claim 1 lacks inventive activity. As discussed in the description, non-symmetrical star polygons are more appropriate to minimize the formation of shadows and therefore, so that the maximum radiation in the photocatalyst affects. The same effect is achieved with the flat and uniform configuration of the folds that make up the clamping structures of document D01 (col.9, line 31-41). Las reivindicaciones 2-12 y 16-17 se refieren a detalles constructivos, y en su mayoría, a la selección evidente entre una serie de posibilidades conocidas en el estado de la técnica, que no requiere actividad inventiva, como la elección entre un nº de configuraciones de estructuras (nº de puntas de las estrellas) y clase de material con que están fabricadas, y entre tipos de fijación y formas de los catalizadores. Claims 2-12 and 16-17 refer to constructive details, and mostly, to the obvious selection among a number of possibilities known in the state of the art, which does not require inventive activity, such as the choice between a number of configurations of structures (number of points of the stars) and class of material with which they are made, and between types of fixation and forms of the catalysts. Las reivindicaciones 13-15, relativas a una fuente de radiación solar, se conocen del fotorreactor revelado en el documento D02 (resumen). Resulta evidente que el efecto técnico que se consigue con una fuente adicional de radiación natural, aparte de su bajo coste, es un mayor rendimiento en la depuración de los fluidos, por lo que sería obvio para el experto en la materia aplicar estas características al fotorreactor del documento D01 y obtener así la invención definida en las reivindicaciones 13-15. La reivindicación 15 se refiere a un parámetro cubierto por el estado de la técnica, al que se podría llegar por tanteos de rutina. Claims 13-15, relating to a source of solar radiation, are known from the photoreactor disclosed in document D02 (summary). It is evident that the technical effect that is achieved with an additional source of natural radiation, apart from its low cost, is a greater performance in the purification of fluids, so it would be obvious for the person skilled in the art to apply these characteristics to the photoreactor of document D01 and thus obtain the invention defined in claims 13-15. Claim 15 refers to a parameter covered by the state of the art, which could be reached by routine testing. Las reivindicaciones 18-19 son obvias y carecen de características técnicas que contribuyan a definir el objeto de la invención. Claims 18-19 are obvious and lack technical characteristics that contribute to defining the object of the invention. Por último, la reivindicación independiente 20 menciona el uso del fotorreactor para la eliminación de H2S. De la propia descripción, y corroborado por el estado de la técnica anterior, es conocido que los reactores fotocatalíticos resultan útiles para reducir la contaminación de fluidos, tanto aire como agua. Luego es obvio que el reactor de la invención sea perfectamente adecuado para eliminar del aire una sustancia particular, como el sulfuro de hidrógeno. Finally, independent claim 20 mentions the use of the photoreactor for the removal of H2S. From the description itself, and corroborated by the prior art, it is known that photocatalytic reactors are useful for reducing the contamination of fluids, both air and water. Then it is obvious that the reactor of the invention is perfectly suitable for removing a particular substance from the air, such as hydrogen sulfide. Por todos los razonamientos anteriores, las reivindicaciones 1-20 no implican actividad inventiva de acuerdo al Artículo 8.1 de la Ley de Patentes 11/86. For all the above reasons, claims 1-20 do not imply inventive activity according to Article 8.1 of Patent Law 11/86. Informe del Estado de la Técnica Página 4/4 State of the Art Report Page 4/4
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