DE69313966T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von NOx und/oder SOx - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von NOx und/oder SOx

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtrennen von NOx und/oder SOx niedriger Konzentration aus der Luft.
  • In Bezug auf Vorrichtungen zum Abtrennen von schädlichem Gas sind verschiedene Oxidations- oder Reduktionskatalysatoren entwickelt worden, um ausgestoßenes Gas von z.B. Motorfahrzeugen oder Kraftanlagen zu behandeln. Jene Vorrichtungen zum Abtrennen von schädlichem Gas sind konstruiert, daß sie bei hohen Konzentrationen von schädlichem Gas von mehreren hunderten ppm und bei hohen Temperaturn von mehreren hundert bis 1000ºC betreibbar sind. Bei der Konstruktion ist das Abtrennen von schädlichem Gas geringer Konzentration von mehreren ppm aus der Luft nicht in Berücksichtigung gezogen worden.
  • Das Verfahren zum Abtrennen einer Spur eines schädlichen Gases aus der Luft ist entwickelt worden (z.B. JP-A-1-218622). Auch ist ein Ventilationssystem für Straßentunnel entwickelt worden, wobei das Abtrennverfahren für schädliches Gas verwendet wird (z.B., JP-A-3-233100).
  • Dem Abtrennverfahren für schädliches Gas liegt die Tatsache zugrunde, daß, wenn eine Mischung aus Titandioxid (TiO&sub2;) und Aktivkohle oder eine Mischung aus ersterem und einem Metalloxid aus der Eisenreihe (z.B. Fe&sub2;O&sub3;, NiO oder ZnO) mit Licht beleuchtet wird, NOx und SOx niedriger Konzentration baei Raumtemperatur abgetrennt werden können. Dieses Verfahren kann niedrige Konzentration von schädlichem Gas von mehreren ppm oder weniger in der Luft ohne irgendein zusätzliches Verfahren bspw. ein Heizverfahren, bei geringen Kosten abtrennen.
  • Bei diesem Verfahren konnte betrachtet werden, daß Titandioxid oder ein Metalloxid der Eisenreihe als der Photokatalysator durch das darauf angewendete Licht aktiviert wird. Der aktivierte Photokatalysator arbeitet mit der Aktivkohle zusammen, um das schädliche Gas in ein anderes Material umzuwandeln, bspw., NOx in Salpetersäureionen (NO&sub3;&supmin;) und SOx in Schwefelsäureionen (SO&sub4;²&supmin; ) umzuwandeln, und fängt das umgewandelte Material auf. Die Mischung aus dem Photokatalysator und der Aktivkohle (einfach hier nachfolgend als Photokatalysator bezeichnet) verschlechtert sich nach und nach in ihrer Aktivität, da darauf ein Reaktionsprodukt abgeschieden wird. Wenn jedoch das Reaktionsprodukt von dem Photokatalysator durch Wasser abgewaschen und der Photokatalysator getrocknet wird, kann der Photokatalysator wiederverwendet werden.
  • Bei den Abtrennverfahren für schädliches Gas, die oben geoffenbart worden sind, ist der Photokatalysator in Körnchenform auf der mit Klebemittel beschichteten Oberfläche eines festen Teils festgelegt, und somit wird der Photokatalysator in Berührung mit dem schädlichen Gas in einen festgelegten Zustand gebracht.
  • Ein Konstruktion einer Vorrichtung zur Ausführung des Abtrennverfahrens für schädliches Gas, wie es gerade erwähnt worden ist, ist in Fig. 5 dargestellt. Wie es gezeigt ist, ist eine Photokatalysatorschicht 2 auf eine Seite der Innenwand einer aufrechten Reaktionskammer 1 aufgeschichtet. Lichtquellen 3 zum Beleuchten der Photokatalysatorschicht 2 sind auf der anderen Seite der Innewand vorgesehen. Eine Reihe Düsen 4 und eine Heizeinrichtung 5 zum Trocknen der Photokatalysatorschicht 2 sind entlang der Photokatalysatorschicht 2 innerhalb der Reaktionskammer 1 angeordnet. Ein Waschwasserbehälter 2 ist unter der Reaktionskammer 1 angeordnet, wobei ein Ventil 6 sie miteinander verbindet.
  • Das der Behandlung zu unterziehende Gas wird in die Reaktionskammer 1 durch einen Einlaß 8 eingeführt, der an dem oberen Ende der Kammer ausgebildet ist. Innerhalb der Kammer kommt das Gas mit der Photokatalysatorschicht 2 in Berührung, durch die das schädliche Gas aus dem Gasstrom entfernt wird. Das derart gereinigte Gas wird aus einem Auslaß 9 ausgetragen, der in dem unteren Abschnitt der Kammer gebildet ist. Wenn ein Reaktionsprodukt auf der Photokatalysatorschicht 2 abgeschieden wird und sich die Aktivität der Schicht in einem gewissen Grad verschlechtert, wird mit dem Zuführen des Gases angehalten. Die Photokatalysatorschicht 2 wird durch Wasser gewaschen, das aus den Düsen 4 sprüht, und dann durch die Heizeinrichtung 5 getrocknet. Das von der Photokatalysatorschicht herabtropfende Wasser wird in dem Behälter 7 durch das geöffnete Ventil 6 hindurch gesammelt. Das derart gesammelte Wasser wird, wenn es notwenig ist, zur Abtrennung schädlicher Inhalte verarbeitet und als Verbrauchswasser ausgetragen.
  • Die derart konstruierte Abtrennvorrichtung für schädliches Gas hat die folgenden Schwierigkeiten.
  • (1) Das Wiedergewinnungsverfahren der verschlechterten Photokatalysatorschicht durch Waschen und Trocknen muß innerhalb der Reaktionskammer ausgeführt werden, da die Photokatalysatorschicht in der Kammer festgelegt ist. Wenn die Waschvorrichtung (die Düsen 4 bei dem obigen Beispiel) und die Trocknungsvorrichtung (Heizeinrichtung 5) innerhalb der Reaktionskammer eingebaut sind, müssen diese Einrichtungen so ausgelegt werden, daß sie die Luftströmung und den Lichtdurchgang von den Lichtquellen 3 nicht unterbrechen. Eine solche Anordnung ergibt eine Komplexität der Vorrichtung.
  • (2) Die festgelegte Seite der Photokatalysatorschicht, die mit der Innenwand der Kammer in Berührung ist, wird einer Reaktion mit dem schädlichen Gas nicht ausgesetzt. Und es ist sehr schwierig, gleichförmig die Wand der Kammer, auf der die Photokatalysatorschicht befestigt ist, mit Licht von den Lichtquellen zu beleuchten. Demgemäß nimmt die Reaktionsunwirksamkeit zu.
  • (3) Um den Berührungsbereich des Photokatalysators zu vergrößern, muß der Oberflächenbereich des festen Teils vergrößert werden. Das Ergebnis ist geeignet, die Größe der Abtrennvorrichtung für schdliches Gas zu vergrößern. Es ist schwierig den Berührungsbereich des Photokatalysators bei Verringerung der Vorrichtungsgröße zu erhöhen.
  • (4) Das Reaktionsverfahren muß während des Wiedergewinnungsverfahrens des Photokatalysators angehalten werden.
  • (5) Das Abtrennen des verschlechterten Photokatalysators und die Anordnung des frischen Photokatalysators sind nicht einfach.
  • JP-A-63-042792 offenbart die Verwendung von porösen Titandioxidklumpen bei einem Verfahren zur Reinigung von Flüssigkeiten, die durch eine große Anzahl ultrafeiner Titandioxidteilchen und aus lichtdurchlässigem Material gebildet sind.
  • Eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtrennen von NOx und/oder SOx aus Luft zu schaffen, das die obenerwähnten Schwierigkeiten ausschließt, die während des Verfahrens zum Abtrennen von schädlichem Gas auftreten, das von einem Gas unter Verwendung des Photokatalysators abgetrennt wird.
  • Um die obige Zielsetzung zu erreichen, wird bei der vorliegenden Erfindung eine Mischung aus Photokatalysator und Aktivkohle, zu Körnchen geformt, in Berührung mit der NOx und/oder SOx enthaltenden Luft gebracht, während sie treiben.
  • Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Abtrennen von NOx und/oder SOx aus einem Luftstrom, das die Schritte umfaßt:
  • Mischen einer Mischung (10) aus Photokatalysator und Aktivkohle mit Luft, die NOx und/oder SOx enthält, in einer Kammer (12), wobei die genannte Mischung (10) in der Form von geformten Körnchen ist, die in der genannten Luft treiben;
  • Reagieren der genannten treibenden Mischung (17) mit der genannten Luft während der Beleuchtung durch eine Beleuchtungseinrichtung (14) in der genannten Kammer (12), wobei die genannte Mischung (10) NOx und/oder SOx einfängt, um das genannte NOx und/oder SOx abzutrennen;
  • Ausbringen der von dem genannten NOx und/oder SOx getrennten Luft aus einem Auslaß (18) der genannten Kammer (12);
  • Abtrennen eines Teils der genannten beleuchteten Mischung (10) von der genannten treibenden Mischung (10);
  • Wiedergewinnen des Reaktionsvermögens der genannten Mischung (10) ohne Unterbrechung des Reaktionsschritts; und
  • Rückführen der genannten Mischung (10) in die genannte Kammer (12).
  • Des weiteren schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Abtrennen von NOx und/oder SOx aus einem Luftstrom, die umfaßt:
  • eine Kammer (12) zum Mischen einer Mischung (10) aus Photokatalysator und Aktivkohle mit Luft, die NOx und/oder SOx enthält, wobei die genannte Mischung in der Form von geformten Körnchen ist;
  • eine Treibschwebeeinrichtung (11, 23, 25) zum Verwirbeln der genannten Mischung in der genannten Kammer (12);
  • eine Beleuchtungseinrichtung (14), die in der genannten Kammer (12) zum Beleuchten der genannten treibenden Mischung (10) angeordnet ist, damit sie mit der genannten Luft in der genannten Kammer (12) reagiert;
  • einen Auslaß (18) zum Austragen der von der genannten Mischung (10) von der genannten Kammer (12) getrennten Luft;
  • eine Wiedergewinnungseinrichtung (13), die von der genannten Kammer (12) getrennt ist, um das Reaktionsvermögen der genannten Mischung (10) wiederzugewinnen; und
  • eine Umlaufeinrichtung (11, 21, 22, 23, 25), um einen Teil der genannten Mischung (10) aus der genannten Kammer (12) abzutrennen und die genannte Mischung (10) von der genannten Wiedergewinnungseinrichtung (13) der genannten Kammer (12) wieder zuzuführen.
  • Des weiteren schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Abtrennen von NOx und/oder SOx aus einem Luftstrom, umfassend:
  • eine Kammer (12) zum Vermischen einer Mischung aus Photokatalysator und Aktivkohle mit Luft, die NOx und/oder SOx enthält, worin die genannte Mischung auf Oberflächen einer Mehrzahl von kugelförmigen Körpern (41) gehalten wird, die einen Durchmesser von 20 mm bis 50 mm haben, wobei die genannten kugelförmigen Körper (41) in Luft schwimmbar sind, und worin die genannte Kammer (22) wenigstens eine Netzschicht hat, die darauf die genannten kugelförmigen Körper (41) trägt;
  • eine Treibschwebeeinrichtung (28) zum Verwirbeln der genannten Mischung in der genannten Kammer (12);
  • eine Beleuchtungseinrichtung (14), die in der genannten Kammer (12) zum Beleuchten der genannten treibenden Mischung angeordnet ist, damit sie mit der genannten Luft reagiert.
  • Besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird Luft, die NOx und/oder SOx enthält, zugeführt, damit sie durch Gruppen hindurchgeht, von denen jede aus einer Anzahl von kugelförmigen Körpern besteht, von denen jeder eine Mischung aus Photokatalysator und Aktivkohle auf der Oberfläche davon festlegt, und die kugelförmigen Körper schwimmen durch die Luft, die dorthin zugeführt wird, um das schädliche Gas mit dem Photokatalysator in Berührung zu bringen. Das Verfahren kann durch eine Vorrichtung ausgeführt werden, die so konstruiert ist, daß eine Anzahl kugelförmiger Körper, von den jeder eine Mischung Photokatalysator und Aktivkohle auf der Oberfläche davon festlegt, und eine Lichtquelle zum Beleuchten der kugelförmigen Körper mit Licht, das davon ausgesandt wird, innerhalb einer Reaktionskammer angeordnet werden, die ermöglicht, daß Luft durch sie hindurchgeht, und Luft, die das schädliche Gas enthält, wird der Reaktionskammer von ihrem Boden zugeführt und aus der Reaktionskammer an ihrem oberen Ende ausgetragen. In der Vorrichtung können Düsen zum Aufspritzen von Waschwasser auf die kugelförmigen Körper in dem oberen Abschnitt der Reaktionskammer vorgesehen sein.
  • Der Photokatalysator kann Titandioxid (TiO&sub2;) oder eine Mischung aus Titandioxid und ein Metalloxid der Eisenreihe sein, wie Eisen(III)oxid (Fe&sub2;O&sub3;), Kupferoxid (Cu&sub2;O) Nickeloxid (NiO) und Zinkoxid (ZnO). Ein oder mehrere Metalloxide der Eisenreihe können verwendet werden. Die Lichtquelle, die Licht von 400 nm oder einer kürzeren wellenlänge aussenden kann, wird verwendet.
  • Bei der vorliegenden Erfindung ist der Photokatalysator nicht befestigt. Das heißt, die Photokatalysatorkörner werden mit der Luft in Berührung gebracht, die NOx und/oder SOx enthält, während sie strömt. Alternativ schwimmen die kugelförmigen Körper, von denen jeder Photokatalysator auf der Oberfläche davon festlegt, durch die hindurch zugeführte Luft, um das NOx und/oder SOx mit dem Photokatalysator in Berührung zu bringen. Wenn die Aktivität der Photokatalysatorkörnchen oder der Photokatalysator-Kugelkörper verschlechtert ist, wird der Photokatalysator entfernt und einem Wiedergewinnungsvorgang ausgesetzt. Demgemäß sind ein Reaktionsabschnitt, wo der Photokatalysator mit dem schädlichen Gas reagiert, und ein Wiedergewinnungsabschnitt, wo der benutzte Photokatalysator gewaschen und getrocknet wird, getrennt in der Vorrichtung zum Abtrennen von NOx und/oder SOx vorgesehen. Wenn die Vorrichtung so konstruiert ist, hat der Reaktionsabschnitt eine einfache Konstruktion weil die Wascheinrichtung und die Trocknungseinrichtung nicht im den Reaktionsabschnitt eingebaut sind. In dem Wiedergewinnungsabschnitt können Photokatalysatorkörnchen oder Photokatalysator-Kugelkörper an der gleichen Stelle gesammelt und dort verarbeitet werden. Demgemäß können das Verfahren zum Wiedergewinnen der Aktivität des Photokatalysators und der Austausch des benutzten Photokatalysators gegen einen frischen zuverlässig und ohne weiteres ausgeführt werden.
  • Die Oberfläche des Photokatalysators, die mit dem schädlichen Gas in Berührung gebracht wird, ist durch die Kombination der Oberflächen der Photokatalysatorkörnchen oder kugelförmigen Körper gebildet. Die Berührungsfläche des Photokatalysators, der bei der Erfindung verwendet wird, ist größer als die des Photokatalysators, wenn der Photokatalysator an der ebenen Oberfläche eines festen Teils befestigt ist. Des weiteren strömen die Photokatalysatorkörnchen oder kugelförmigen Körper. Der Photokatalysator, der von der Oberfläche gehalten ist, kommt in gleichförmige Berührung mit dem schädlichen Gas und wird gleichförmig mit Licht von der Lichtquelle beleuchtet. Die Reaktion nimmt wirksam zu.
  • Des weiteren kann bei der Trennung des Reaktionsabschnitts und des Wiedergewinnungsabschnitts die Reaktion des Photokatalysators mit dem schädlichen Gas fortgesetzt werden, wenn der zerstörte Photokatalysator zur Wiedergewinnung seiner Aktivität verarbeitet wird.
  • Fig. 1 ist eine zusammengefaßte Anordnung einer Vorrichtung zum Abtrennen von NOx und/oder SOx gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 2 ist eine zusammengefaßte Anordnung einer Vorrichtung zum Abtrennen von NOx und/oder SOx gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 3 ist eine Längsschnittansicht, die eine Vorrichtung zum Abtrennen von NOx und/oder SOx gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Fig. 4 ist eine Anordnung, die ein Ventilationssystem zeigt, daß die Vorrichtung zum Abtrennen von NOx und/oder SOx verwendet, wenn sie in einen Straßentunnel eingebaut ist.
  • Fig. 5 ist eine Längsschnittansicht, die eine herkömmliche Abtrennvorrichtung für schädliches Gas zeigt.
    • Beispiel 1
  • Fig. 1 zeigt ein Beispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem Photokatalysatoren in der Form von Körnchen in Berührung mit NOx und/oder SOx in der Luft gebracht werden, während sie treiben. In der Vorrichtung treiben Photokatalysatorkörnchen 101 die aus Titandioxid, einer Mischung aus Aktivkohle und Metalloxid der Eisenreihe (z.B. Fe&sub2;O&sub3;, Cu&sub2;O, NiO oder ZnO) bestehen, durch einen Luftstrom, der durch ein Gebläse 11 hervorgerufen wird, um in einer Schleifen, die eine rohrförmige Reaktionskammer 12 und eine Wiedergewinnungseinrichtung 13 einschließt, umzulaufen. Eine Reihe Lichtquellen 14, die die Photokatalysatorkörnchen 10 beleuchtet und aktiviert, ist in der Reaktionskammer 12 angeordnet.
  • Die Luft, die NOx und SOx enthält, wird durch ein Gebläse (nicht gezeigt) in die Reaktionskammer durch ein Filter 16 zugeführt und geht durch die Reaktionskammer 12 hindurch und wird durch ein Filter 17 aus einem Auslaß 18 ausgebracht. Wenn die Luft innerhalb der Reaktionskammer 12 strömt, kommt sie mit den Photokatalysatorkörnchen 10 in Berührung, die innerhalb der Reaktionskammer schwimmen. NOx und SOx in der Luft reagieren mit dem Photokatalysator, der durch das Licht von den Lichtquellen aktiviert wird, um zu Oxidationsprodukten oxidiert zu werden, wie Salpetersäureionen und Schwefelsäureionen, des weiteren zu Nitrat- oder Sulfatprodukten, um mit einem Metalloxid der Eisenreihe gekoppelt zu werden, so daß das Reaktionsprodukt eingefangen und durch die Oberflächen der Photokatalysatorkörnchen abgetrennt wird. Die Photokatalysatorkörnchen 10 werden von der Austragsluft durch einen Wirbelabschalter 19 getrennt, der sich an dem Auslaß der Reaktionskammer 12 befindet.
  • Der Luftweg, der von dem Gebläse 11 abgeleitet wird, wird in zwei Wege verzweigt. Bei der normalen Stufe ist ein Magnetventil 20 geschlossen und Magnetventile 21 und 22, die sich vor der Wiedergewinnungseinrichtung 13 und nach ihr befinden, sind geöffnet, so daß der Reaktionsvorgang der Photokatalysatorkörnchen 10 mit dem schädlichen Gas ausgeführt wird, während die benutzten Photokatalysatorkörnchen 10 zur Wiedergewinnung der Aktivität des Photokatalysator behandelt werden. Zur Wartung der Wiedergewinnungseinrichtung 13 werden die Magnetventile 21 und 22 geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt kann, wenn das Magnetventil 20 offengelassen ist, das Reaktionsverfahren abgesetzt werden.
  • Die Fähigkeit, Licht mit einer Wellenlänge von 300 bis 400 nm auszusenden, wird von den Lichtquellen 14 verlangt. Eine Quecksilberlampe, eine Xenonlampe oder schwarzes Licht können für die Lichtquellen 14 verwendet werden. Der Körnchendurchmesser der Photokatalysatorkörnchen 10 ist vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 1 m bis 1 mm, kann aber richtig in Abhängigkeit von der Strömungsrate der verarbeiteten Luft ausgewählt werden.
  • Die Wiedergewinnungseinrichtung 13 wäscht die benutzten Photokatalysatorkörnchen 10, um die Reaktionsprodukte abzutrennen und trocknet die gereinigten Photokatalysatorkörnchen 10. Beispielsweise kann sie so konstruiert sein, daß die Photokatalysatorkörnchen 10, nachdem sie mit Waschwasser geduscht worden sind, heißer Luft ausgesetzt werden. In einem Fall, wo die Körnchen als Ergebnis einer wiederholten Verwendung der Photokatalysatorkörnchen 10 zu stark verformt sind, um richtig zu schwimmen, kann die verformte Form der Körnchen ausgebracht werden, um die Photokatalysatorkörnchen wieder herzustellen oder aufzufrischen, und die korrigierten Körnchen können erneut zugeführt werden. Das von der Wiedergewinnungseinrichtung 13 ausgebrachte Wasser enthält die Reaktionsprodukte, wobei die Wasserstoffionenkonzentration pH des ausgebrachten Wassers auf einen zulässigen Wert eingestellt und dieses dann abgelassen wird.
  • Die Gas/Festkörper-Trenneinrichtung zum Trennen der Photokatalysatorkörnchen 10 von der Luft nach dem Abtrennen des schädlichen Gases kann ein elektrischer Staubsammler oder ein Sackfilter, zusätzlich zu dem Wirbelabscheider sein&sub6; In der obenerwähnten Ausführungsform hat die Reaktionskammer 12 die horizontale Ausgestaltung, kann aber von vertikaler Ausgestaltung sein, wo der Einbauraum begrenzt ist und eine leichte Wartung verlangt wird.
    • Beispiel 2
  • Fig. 2 zeigt ein anderes Beispiel der vorliegenden Erfindung, bei der Photokatalysator in der Form von Körnchen in Berührung mit NOx und/oder SOx in der Luft gebracht werden, während sie treiben. Bei diesem Beispiel fallen Photokatalysatorkörnchen 10 aus einer Einfallöffnung 23 in die Reaktionskammer 12, durch die die zu behandelte Luft hindurchgeht, und werden an einer sammelöffnung 24 aufgenommen und gesammelt. Die Körnchendurchmesser der Photokatalysatorkörnchen 10 und die Strömungsrate der verarbeiteten Luft können richtig ausgewählt werden, so daß die Photokatalysatorkörnchen, die von der Einfallöffnung 23 fallen, auf einem Strom zu verarbeitender Luft schweben, der von dem Einlaß 15 in der Richtung zu dem Auslaß 18 geht und die Sammelöffnung 24 in einem Schwebezustand erreichen. Während der Bewegung der Photokatalysatorkörnchen 10 reagiert in der Luft enthaltenes NOx und/oder SOx mit den Photokatalysatorkörnchen, so daß schädliches Gas von der behandelten Luft entfernt wird.
  • Die Photokatalysatorkörnchen 10, die an der Sammelöffnung 24 gesammelt worden sind, werden durch eine Förderlinie 25, wie einen Bandförderer oder einen Schraubenförderer, zu der Wiedergewinnungseinrichtung 13 gefördert, wo ihre Aktivität wiedergewonnen wird. Die wiedergewonnenen Photokatalysatorkörnchen 10 werden zu der Einführöffnung 23 transportiert, um erneut zum Abtrennen von schädlichem Gas verwendet zu werden. Wie bei dem ersten Beispiel ist die Wiedergewinnungseinrichtung 13 mit einem Umgehungsweg gekoppelt. Dieses Beispiel ist dahingehend vorteilhaft, daß irgendeine besondere Luft/Festkörper-Trenneinrichtung nicht verlang wird.
  • Bei der Konstruktion der obenerwähnten Vorrichtungen zum Abtrennen von NOx und/oder SOx ist die Reaktionskammer 12 als Reaktionsabschnitt, wo die Photokatalysatorkörnchen 10 in Berührung mit der zu behandelnden Luft gebracht werden, getrennt von der Wiedergewinnungseinrichtung 13 als Wiedergewinnungsabschnitt vorgesehen, wo die Photokatalysatorkörnchen 10 mit verschlechterter Aktivität mit Wasser gewaschen und getrocknet werden. Die Strukturen dieser Abschnitte sind vereinfacht, so daß die Größe der sich ergebenden Vorrichtung klein ist. Als ein Ergebnis werden zuverlässige Reaktions- und Wiedergewinnungsverfahren sichergestellt. Des weiteren kann die Vorrichtung kontinuierlich für das Reaktionsverfahren laufen, da das Wiedergewinnungsverfahren der Photokatalysatorkörnchen 10 das Reaktionsverfahren nicht stört. Des weiteren ist die Oberflächenfläche der Photokatalysatorkörnchen groß, da der Photokatalysator die Form von Körnchen annimmt. Die Photokatalysatorkörnchen 10 kommen mit der Luft in Berührung, während sie innerhalb der Reaktionskammer treiben. Deshalb ist der Reaktionswirkungsgrad gut.
    • Beispiel 3
  • Die Fig. 3 und 4 arbeiten zusammen, um ein Beispiel der vorliegenden Erfindung zu zeigen, bei dem sich eine Anzahl kugelförmiger Körper, die den Photokatalysator auf ihrer Oberfläche festlegen, innerhalb einer Reaktionskammer bewegt, und der Photokatalysator auf der Oberfläche der sich bewegenden kugelförmigen Körper kommt dem NOx und/oder SOx in Berührung. Fig. 3 ist ein Längsschnitt, der eine Vorrichtung zum Abtrennen von NOx und/oder SOx gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 4 ist eine Anordnung, die ein Ventilationssystem zeigt, das die Vorrichtung zum Abtrennen von NOx und/oder SOx verwendet, wenn es in einem Straßentunnel eingebaut ist.
  • In Fig. 4 ist ein Umgehungstunnel 27 über einem Straßentunnel 26 vorgesehen. Verunreinigte Luft innerhalb des Tunnels 26 wird in den Umgehungstunnel 27 durch eine Ansaugöffnung 29 mittels eines Leistungsgebläses 28 geführt. Die derart in dem Tunnel 27 geführte, ungereinigte Luft tritt in einen elektrischen Staubsammeler 30 ein, wo Rußteilchen von der verunreinigten Luft abgetrennt werden. Die aus dem elektrischen Staubsammeler 30 austretende, verunreinigte Luft tritt dann in eine Vorrichtung 31 zum Abtrennen von NOx und/oder SOx ein, wo das schädliche Gas aus der Luft abgetrennt wird&sub6; Die derart gereinigte Luft wird in den oberen Raum des Tunnels 26 von einem Gebläsekanal 32 zurückgeführt, der mit dem Leistungsgebläse 28 verbunden ist. Der Raum in dem Umgehungstunnel 27, der von der Abtrennvorrichtung 31 für schädliches Gas bis zu dem Leistungsgebläse 28 reicht, ist in einen oberen Raum und einen unteren Raum durch eine nicht gezeigte Trennwand unterteilt. Der obere Raum wird für einen Luftströrnungsweg verwendet, während der untere Raum für einen Zusatzmaschinenraum und einen elektrischen Steuerraum verwendet wird.
  • In Fig. 3 enthält die Vorrichtung 31 zum Abtrennen von NOx und SOx eine Reaktionskammer 12, die vier Seitenwände aufweist und deren obere und untere Öffnung mit Netzen 33 überdeckt sind. Luft strömt durch die netzüberdeckten obere und untere Öffnungen. Das untere Ende der Reaktionskammer 12 ist mit der Auslaßöffnung des elektrischen Staubsammlers 30, wie der in Fig. 4 gezeigte, über einen Ansaugkanal 34 verbunden,. Das obere Ende der Reaktionskammer 12 öffnet sich in den Raum innerhalb des Umgehungstunnels 27 mittels eines Auslaßkanals 350 Eine Auslaßöffnung 37 unter Steuerung eines Magnetventils 36 ist in dem unteren Teil des Saugkanals 34 gebildet.
  • Der Raum in der Reaktionskammer 12 ist horizontal in drei Räume übereinander durch Netze 38 unterteilt. Des weiteren ist er vertikal in drei Räume unterteilt. Somit ist der Innenraum der Kammer 12 insgesamt in 27 kleine Räume 12a unterteilt. Jeder der kleinen Räume 12a ist des weiteren in den oberen und den unteren Raum durch ein horizontales Netz 40 unterteilt. Der untere Raum des kleinen Raums 12a enthält eine Anzahl kugelförmiger Körper 41, die auf ihrer Oberfläche Photokatalysator tragen und bis zu ungefähr der halben Höhe des unteren Raums aufgestapelt sind. Eine Lichtquelle 14, die Licht mit der Wellenlänge von 300 bis 400 nm in Richtung zu den kugelförmigen Körpern 41 aussendet, befindet sich nahe der Mitte des oberen Raums des kleinen Raums 12a. Düsen 42 zum Aufspritzen von Wasser in Richtung zu den kugelförmigen Körpern 41 sind oberhalb der Lichtquellen 14 in dem oberen Raum des kleinen Raums vorgesehen.
  • Jeder der kugelförmigen Körper 41 aus Photokatalysator ist eine hohle Kugel mit einem Durchmesser von 20 bis 50 mm, die aus Kunstharz hergestellt ist. Die Oberfläche von jedem kugelförmigen Körper ist mit einem Pulver in Submikrongrößenordnung aus einer Mischung aus Titandioxid, Aktivkohle und einem Metalloxid der Eisenreihe beschmiert. Luft, die noch schädliches Gas aus NOx und SOx enthält, nachdem Rußmaterial von ihr durch den elektrischen Staubsammler 30 abgetrennt worden ist, wird durch den Ansaugkanal 34 in die Abtrennvorrichtung 31 für schädliches Gas eingeführt, wie es durch Pfeile angegeben ist. Die Luft geht durch Netze 33, 38 und 40 innerhalb der Reaktionskammer 12 von dem Boden zu dem oberen Ende hindurch und wird durch den Auslaßkanal 35 ausgebracht. Wenn die Luft in der Kammer strömt, schwimmen die kugelförmigen Körper 41 durch den Druck der Luft.
  • Das NOx und SOx, das in der Luft enthalten ist, die durch die Reaktionskammer 12 hindurchgeht, wird durch den Photokatalysator oxidiert, der damit reagiert und der durch das Licht von der Lichtquelle aktiviert wird, so daß die sich aus der Oxidation ergebenden Produkte auf der Oberfläche der kugelförmigen Körper 41 zurückgehalten werden. Da die kugelförmigen Körper 41 schwimmen, beleuchtet das Licht von den Lichtquellen 14 gleichmäßig die gesamten Oberflächen der kugelförmigen Körper 41, und das schädliche Gas kommt auch gleichförmig mit den gesamten Oberflächen der kugelförmigen Körper 41 in Berührung.
  • Wenn sich die Aktivität des Photokatalysators verschlechtert, wird dessen Reaktion angehalten. Die Oberflächen der kugelförmigen Körper 41 werden mit Wasser gewaschen, das von Düsen 42 gesprüht wird. Die Reaktionsprodukte, die von dem Katalysator eingefangen sind, werden von den Oberflächen der kugelförmigen Körper durch Wasser abgewaschen, so daß die kugelförmigen Körper 41 des Photokatalysators ihre normale Aktivität wiedergewinnen. Das Wasser, nachdem es zum Waschen verwendet worden ist, fällt in den Ansaugkanal 34, der durch das Magnetventil 36 geöffnet ist, und wird in einem Abwasserbehälter, der nicht gezeigt ist, von der Auslaßöffnung 37 gesammelt. In dem Behälter wird das Abwasser neutralisiert und ausgetragen.
  • Man beachte, daß die Oberfläche der kugelförmigen Körper 41 als die Berührungsfläche des Photokatalysators dient, so daß diese Berührungsfläche größer als die der ebenen Oberfläche der Wand der Reaktionskammer ist. Man beachte des weiteren, daß die Oberflächen der kugelförmigen Körper 41, die schwimmen und treiben, gleichförmig mit dem Licht von den Lichtquellen 14 beleuchtet werden und in Berührung init dem schädlichen Gas auf gleiche Weise kommen. Durch diese vorteilhaften Merkmale setzt sich die Reaktion wirksam fort.
  • Des weiteren können die kugelförmigen Körper 41 aus der Kammer herausgenommen werden. Demgemäß können die kugelförmigen Körper 41 außerhalb der Kammer gewaschen werden, und, wenn sie beschädigt sind, können sie durch neue auf einfache Weise ersetzt werden.
  • Die kugelförmigen Körper 41 als hohle Kugeln können Kugeln sein, die aus einem porösen Material hergestellt sind, das schwimmbar ist. Die Form der kugelförmigen Körper 41 ist nicht notwendigerweise vollkommen kugelförmig
  • Wie es oben beschrieben worden ist, hat der Photokatalysator die Form von Körnchen aus einer Mischung aus Photokatalysator und Aktivkohle oder einer Anzahl von kugelförmigen Körpern, die Photokatalysator auf deren Oberflächen tragen. Die Körnchen oder die kugelförmigen Körper aus Photokatalysator werden mit von NOx und/oder SOx in einen Zustand in Berührung gebracht, daß diese schwimmen oder schweben. Die derart ausgestaltete, vorliegende Erfindung hat die folgenden Vorteile, wenn sie mit dem herkömmlichen Abtrennverfahren für schädliches Gas oder einer Vorrichtung verglichen wird, bei der Photokatalysator auf die Oberfläche eines festen Teils aufgeschichtet ist.
  • (1) Die Vorrichtung zum Abtrennen von NOx und/oder SOx kann mit getrennten Abschnitten konstruiert werden, einem Reaktionsabschnitt, wo der Photokatalysator mit dem schädlichen Gas reagiert, und einem Wiedergewinnungsabschnitt, wo der verwendete Photokatalysator gewaschen und getrocknet wird. Demgemäß ist die Konstruktion von jedem Abschnitt einfach.
  • (2) Der Photokatalysator wird gleichförmig mit Licht beleuchtet und berührt NOx und/oder SOx gut. Der Reaktionswirkungsgrad von ihnen ist gut.
  • (3) Die Oberflächenflächen der Körnchen aus Photokatalysator und der kugelförmigen Körper aus Photokatalysator sind groß. Die Vorrichtung hat eine kleine Größe, und es wird ein große Berührungsfläche hergestellt.
  • (4) Das Wiedergewinnungsverfahren kann durchgeführt werden, während das Reaktionsverfahren fortschreitet. Die Vorrichtung ist wirksam betreibbar
  • (5) Der verschlechterte Photokatalysator kann entfernt und durch neuen auf einfache Weise ausgetauscht werden.

Claims (11)

1. Ein Verfahren zum Abtrennen von NOx und/oder SOx aus einem Luftstrom, das die Schritte umfaßt:
Mischen einer Mischung (10) aus Photokatalysator und Aktivkohle mit Luft, die NOx und/oder SOx enthält, in einer Kammer (12), wobei die genannte Mischung (10) in der Form von geformten Körnchen ist, die in der genannten Luft treiben;
Reagieren der genannten treibenden Mischung (17) mit der genannten Luft während der Beleuchtung durch eine Beleuchtungseinrichtung (14) in der genannten Kammer (12), wobei die genannte Mischung (10) NOx und/oder SOx einfängt, um das genannte NOx und/oder SOx abzutrennen;
Ausbringen der von dem genannten NOx und/oder SOx getrennten Luft aus einem Auslaß (18) der genannten Kammer (12);
Abtrennen eines Teils der genannten beleuchteten Mischung (10) von der genannten treibenden Mischung (10);
Wiedergewinnen des Reaktionsvermögens der genannten Mischung (10) ohne Unterbrechung des Reaktionsschritts; und
Rückführen der genannten Mischung (10) in die genannte Kammer (12).
2. Eine Vorrichtung zum Abtrennen von NOx und/oder SOx aus einem Luftstrom, die umfaßt:
eine Kammer (12) zum Mischen einer Mischung (10) aus Photokatalysator und Aktivkohle mit Luft, die NOx und/oder SOx enthält, wobei die genannte Mischung in der Form von geformten Körnchen ist;
eine Treibschwebeeinrichtung (11, 23, 25) zum Verwirbeln der genannten Mischung in der genannten Kammer (12);
eine Beleuchtungseinrichtung (14), die in der genannten Kammer (12) zum Beleuchten der genannten treibenden Mischung (10) angeordnet ist, damit sie mit der genannten Luft in der genannten Kammer (12) reagiert;
einen Auslaß (18) zum Austragen der von der genannten Mischung (10) von der genannten Kammer (12) getrennten Luft;
eine Wiedergewinnungseinrichtung (13), die von der genannten Kammer (12) getrennt ist, um das Reaktionsvermögen der genannten Mischung (10) wiederzugewinnen; und
eine Umlaufeinrichtung (11, 21, 22, 23, 25), um einen Teil der genannten Mischung (10) aus der genannten Kammer (12) abzutrennen und die genannte Mischung (10) von der genannten Wiedergewinnungseinrichtung (13) der genannten Kammer (12) wieder zuzuführen.
3. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 2, worin die genannte Mischung (10) aus Photokatalysator und Aktivkohle mit einem Durchmesser von 1 µm bis 1 mm geformt ist.
4. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 3, worin die genannte Wiedergewinnungseinrichtung (13) eine Wascheinrichtung einschließt, die Wasser auf die genannten Körnchen (10), die derart reagiert haben, sprüht, und eine Trocknungseinrichtung, die die genannten Körnchen (10) trocknet, die derart gewaschen worden sind.
5. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 3, worin die genannte Umlaufeinrichtung (11, 21, 22) ein Überführungsgebläse (11) zum Umlaufen der genannten Körnchen (10) durch die Strömung der Überführungsluft einschließt.
6. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 5, worin bei einem oberen Strom des genannten Auslasses (18) eine Gas/Festkörper- Trennvorrichtung (19) vorgesehen ist, um die ausgebrachte Luft von der Strömung der genannten Körnchen (10) zu trennen.
7. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 3, worin die genannte Umlaufeinrichtung (23, 25) eine Förderlinie (25) zum überführen der genannten Körnchen (10) in die genannte Kammer (12) einschließt, die genannten Körnchen (10) in der genannten Kammer (12) frei in die Strömung der genannten Luft fallen und die genannten Körnchen (10) in dem stromabwärtigen Abschnitt (24) der genannten Kammer (12) bleiben, der ein Anfangsabschnitt der genannten Förderlinie (25) ist.
8. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 2, worin die genannte Mischung (10) aus Photokatalysator und Aktivkohle auf Oberflächen einer Mehrzahl kugelförmiger Körper gehalten ist, die einen Durchmesser von 20 mm bis 50 mm haben, wobei die kugelformigen Körper in Luft schwimmen können.
9. Eine Vorrichtung zum Abtrennen von NOx und/oder SOx aus einem Luftstrom, umfassend:
eine Kammer (12) zum Vermischen einer Mischung aus Photokatalysator und Aktivkohle mit Luft, die NOx und/oder SOx enthält, worin die genannte Mischung auf Oberflichen einer Mehrzahl von kugelförmigen Körpern (41) gehalten wird, die einen Durchmesser von 20 mm bis 50 mm haben, wobei die genannten kugelförmigen Körper (41) in Luft schwimmbar sind, und worin die genannte Kammer (22) wenigstens eine Netzschicht hat, die darauf die genannten kugelförmigen Körper (41) trägt;
eine Treibschwebeeinrichtung (28) zum Verwirbeln der genannten Mischung in der genannten Kammer (12);
eine Beleuchtungseinrichtung (14), die in der genannten Kammer (12) zum Beleuchten der genannten treibenden Mischung angeordnet ist, damit sie mit der genannten Luft reagiert.
10. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 9, die des weiteren Düsen (42) zum Aussprühen von Waschwasser zu der genannten Mischung umfaßt, die in dem oberen Abschnitt der genannten Kammer (12) angeordnet ist.
11. Die Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 10, in der der genannte Photokatalysator Titandioxid oder eine Mischung aus Titandioxid und Metalloxid der Eisenreihe ist.
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