WO2023104765A1 - Photoreaktorvorrichtung und verfahren zum betrieb einer photoreaktorvorrichtung - Google Patents

Photoreaktorvorrichtung und verfahren zum betrieb einer photoreaktorvorrichtung Download PDF

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WO2023104765A1
WO2023104765A1 PCT/EP2022/084512 EP2022084512W WO2023104765A1 WO 2023104765 A1 WO2023104765 A1 WO 2023104765A1 EP 2022084512 W EP2022084512 W EP 2022084512W WO 2023104765 A1 WO2023104765 A1 WO 2023104765A1
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WO
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medium
reactor
photoreactor
outside
unit
Prior art date
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PCT/EP2022/084512
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English (en)
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Inventor
Konstantin EPP
Wolfgang Last
Alexander Peschl
Original Assignee
EKATO Rühr- und Mischtechnik GmbH
Peschl Ultraviolet Gmbh
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Publication date
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0053—Details of the reactor
    • B01J19/006—Baffles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B01J19/122—Incoherent waves
    • B01J19/127—Sunlight; Visible light

Definitions

  • the invention relates to a photoreactor device according to the preamble of claim 1 and a method for operating a photoreactor device according to the preamble of claim 14.
  • Photoreactors with at least one reactor chamber for receiving media and for carrying out photochemical reactions in the reactor chamber are already known from the prior art.
  • Previously known photoreactors are designed exclusively for discontinuous operation, which disadvantageously reduces the efficiency for carrying out photochemical reactions, in particular on an industrial scale.
  • the object of the invention is in particular to provide a generic device with improved efficiency.
  • the object is achieved according to the invention by the features of claims 1 and 14, while advantageous configurations and developments of the invention can be found in the dependent claims.
  • the invention is based on a photoreactor device with at least one reactor chamber, in particular a reactor vessel and/or tubular reactor, for receiving at least one medium and with at least one irradiation unit for irradiating the medium in the reactor chamber. It is proposed that the photoreactor device has a transfer unit which, in continuous operation, continuously feeds the medium into the reactor space from the outside and which continuously discharges the medium from the reactor space to the outside.
  • a configuration of this type can advantageously provide a photoreactor device with improved properties in terms of efficiency.
  • continuous operation can be made possible and thus a particularly efficient implementation of photochemical reactions can be made possible.
  • a “photoreactor device” is to be understood as meaning a part, in particular a functional component, in particular a structural and/or functional component, of a photoreactor.
  • the photoreactor device can also include the entire photoreactor.
  • the photoreactor device and/or the photoreactor having the photoreactor device is, without being limited thereto, for carrying out photochemical reactions, for example for the depolymerization of plastics or for the chlorination of polyvinyl chloride (PVC) to form PVC-C or for the photoinitiated polymerization of monomers to form synthetic resins and/or or adhesives.
  • PVC polyvinyl chloride
  • a “reactor space” should be understood to mean a space for accommodating the at least one medium and for carrying out photochemical reactions, which is closed in at least two spatial directions.
  • the reactor space has at least one inlet for supplying the medium and at least one outlet for discharging the medium.
  • a wall of the reactor chamber is preferably at least partially or completely made of a metal and/or a metal alloy, for example titanium or stainless steel.
  • the reactor space can be made at least partially or completely from glass, for example from borosilicate glass or quartz glass, or from a plastic, for example from polyetheretherketone (PEEK).
  • PEEK polyetheretherketone
  • the reactor space can be designed as a reactor vessel and a Have container bottom and at least one side wall connected to the container bottom.
  • the reactor vessel could be open on a side opposite the vessel bottom or have a fixed or removable lid for closing the side opposite the vessel bottom.
  • the reactor space can be designed as a tubular reactor which has a tubular outer wall which delimits an interior space in at least two spatial directions.
  • the tubular reactor can have a straight shape or an at least partially curved shape, in particular a meandering shape.
  • the outer wall could define the interior of the tubular reactor.
  • the inlet can be arranged at a first end of the tubular reactor and the outlet can be arranged at a second end of the tubular reactor.
  • the inlet and the outlet could also be arranged at the same end of the tubular reactor, with the inlet being connected to a first partial space, in particular an inner tube space within the inner tube, and the outlet being connected to a second partial space of the interior space, in particular to an annular space between the inner tube and the Outer wall could be connected.
  • the photoreactor device can have a plurality of reactor chambers, which can all be designed as reactor chambers or all as tubular reactors or partly as reactor chambers and partly as tubular reactors and which interact in the continuous operation.
  • the transfer unit in continuous operation could feed the medium continuously from the outside into at least one first reactor chamber, transfer it continuously from the first reactor chamber into at least one second reactor chamber, continuously transfer it from the second reactor chamber to the outside and/or continuously transferred into at least one further reactor space of the plurality of reactor spaces, wherein the further reactor space can be the first reactor space or at least one third reactor space, and continuously from at least one of the Discharge reactor rooms to the outside.
  • the photoreactor device could have a multiplicity of reactor spaces which are each designed as tube reactors and which are intended for parallel operation, comparable to a tube bundle heat exchanger.
  • a “medium” should be understood to mean at least one substance and/or a mixture of several substances which is used and/or is formed when carrying out a photochemical reaction.
  • a composition of the medium can change while passing through the reaction space, in particular continuously.
  • the medium is a substance or a mixture of substances when it is fed into the reactor space and is composed of one or more reactants and in particular one or more catalysts, and that the medium is discharged from the reactor space when it is removed one or more products, in particular main and/or by-products, which have arisen from the reactant(s) while passing through the reactor space, and optionally from unreacted reactants and/or catalyst to be regenerated.
  • the medium can be monophasic, for example present as a solution.
  • the medium is a multi-phase mixture, for example a suspension, an emulsion, a foam or the like. It is also conceivable that a state of aggregation of the medium changes completely or partially as it passes through the reaction space.
  • the medium could be in liquid form when it is fed into the reaction space and be entirely or partially in gaseous form when it is discharged from the reaction space.
  • the irradiation unit has at least one radiation element for irradiating the medium.
  • the irradiation unit preferably has a plurality of radiation elements.
  • the radiation element is intended to provide electromagnetic radiation for the irradiation of the medium within the reaction space.
  • the electromagnetic radiation provided by the radiation element can be, for example, infrared radiation and/or visible light and/or ultraviolet radiation.
  • the electromagnetic radiation provided by the radiating element is ultraviolet radiation.
  • the electromagnetic radiation provided by the radiating element could be polychromatic.
  • the electromagnetic radiation provided by the radiating element is monochromatic.
  • a wavelength of the electromagnetic radiation provided by the radiation element can be adapted and/or adaptable to a type of photochemical reaction(s) to be carried out in the reaction space and, without being limited thereto, for example 365 nm or 385 nm or 395 nm or 405 nm or 420 nm or 460 nm or 525 nm or 592 nm or 625 nm.
  • a radiation power that can be provided by the radiation element can preferably be adjusted, in particular steplessly.
  • the radiation element can preferably be exchanged, in particular without tools.
  • the radiating element has at least one radiation source, which could be in the form of, for example, an LED and/or a mercury vapor lamp and/or an excimer lamp and/or the like, without being limited thereto.
  • the radiation source of the radiation element is preferably in the form of an LED.
  • the at least one radiation element is designed as an explosion-proof radiation element and in particular comprises at least one explosion-proof LED as the radiation source.
  • the explosion-proof radiating element is preferably certified according to ATEX and/or IECEx. A configuration of this type can advantageously provide a photoreactor device for safe use in potentially explosive areas.
  • the at least one radiating element and further radiation elements of the irradiation unit could be configured at least essentially identically to one another. It would also be conceivable for the at least one radiation element and the at least one further radiation element to differ with regard to at least one parameter, for example with regard to a type and/or size of the radiation source for providing the electromagnetic radiation and/or with regard to a wavelength and/or a radiation intensity of the electromagnetic radiation provided radiation, distinguish.
  • the radiation element and/or at least one further radiation element of the irradiation unit can be designed as an external radiation element and can be arranged outside the reactor space. Alternatively or additionally, the radiation element and/or a further radiation element of the irradiation unit can be designed as an internal radiation element and arranged inside the reactor space.
  • the transfer unit is intended to continuously feed the medium from the outside into the reaction space and to continuously remove the medium from the reaction space to the outside and has at least one transfer element for this purpose.
  • the transfer element is intended to regulate the supply of the medium from the outside and/or to the outside.
  • the transfer element could be embodied as an active transfer element which is intended to set the medium in motion externally for the supply and/or externally for the discharge.
  • the transfer element could be a pump.
  • the transfer element is a passive transfer element, which is intended to cause a movement of the medium due to an inherent energy of the medium, for example a kinetic energy of the medium and/or a pressure and/or temperature difference between the Reaction space and external and / or a potential energy of the medium and / or caused by capillary energy or the like to regulate.
  • the transfer element could be designed as a control valve, which with an inlet in an upper region of the reaction vessel and with Medium-filled reservoir, which is arranged above the reaction chamber, is connected and regulates a continuous supply of medium based on the potential energy of the medium in the reaction chamber.
  • the transfer unit can have a plurality of transfer elements, which in particular can be of the same or different design to one another.
  • Continuous operation is to be understood as meaning an operating state in which the transfer unit continuously supplies a first portion of the medium from the outside into the reactor space and a second portion continuously discharges externally from the reactor space, with the first portion and the second portion being the same or can have different volume flows and a volume flow of the first subset and/or a volume flow of the second subset can be constant or can be subject to changes over time.
  • “at least essentially” should be understood to mean that a deviation from a specified value deviates in particular by less than 25%, preferably less than 10% and particularly preferably less than 5% of the specified value.
  • the photoreactor device has a separating unit arranged within the reactor chamber for separating the reactor chamber into a first area and a second area. As a result, efficiency can advantageously be further improved. In particular for photochemical reactions with a low quantum yield, a dwell time of the medium in the reaction container can be increased even with continuous operation of the transfer unit.
  • the separating unit has at least one separating element, for example an inner pipe and/or a guide pipe and/or a guide plate or the like, for separating the reactor chamber into the at least two partial areas.
  • the separating unit can have several, in particular different or identical separating elements.
  • the separating unit could separate the reactor space into the first partial area, the second partial area and at least one further partial area.
  • the first subarea could be provided for carrying out a first reaction step of a photochemical reaction and the second subarea for carrying out a second reaction step of the photochemical reaction.
  • the first sub-area prefferably be in the form of an area irradiated by the irradiation unit and the second sub-area to be in the form of an area not irradiated by the irradiation unit.
  • the first area and the second area are continuously fluidically connected to one another in the continuous operation.
  • the separating unit it is also conceivable for the separating unit to have a separating element, for example a valve, which is provided for temporarily separating the fluidic connection between the first area and the second area.
  • the separating unit has a guide tube, which separates the first area, which is designed as an inner area, from the second area, which is designed as an outer area.
  • efficiency can advantageously be further improved.
  • efficient flow guidance of the medium in the reactor space can be achieved.
  • a separation of the reaction chamber into the at least two partial areas can advantageously be made possible with particularly simple technical means.
  • Medium in the outdoor area has a opposite direction of flow compared to the indoor area.
  • the guide tube preferably has at least one area which is transparent to electromagnetic radiation from the irradiation unit.
  • the guide tube is preferably made of a material that is permeable and transparent to electromagnetic radiation from the irradiation unit, for example made of glass or a plastic such as polycarbonate or the like. Furthermore, it is proposed that the transfer unit continuously feeds the medium into the interior from the outside. In addition, it is proposed that the transfer unit continuously discharges the medium from the outside to the outside. In this way, an efficient reaction procedure can advantageously be made possible. Alternatively, it would be conceivable for the transfer unit to continuously supply the medium to the outside from the outside and continuously remove it from the inside to the outside. It is also conceivable that the transfer unit is intended to change a supply and discharge direction during continuous operation.
  • the supply unit could supply medium continuously from the outside to the interior over a first period of time in the continuous operation and continuously discharge medium from the outside to the outside and over a second period of time in the continuous operation supply medium continuously to the outside from the outside and continuously from the inside dissipate externally.
  • the separating unit has at least one guide plate, which divides the second area into at least two partial areas.
  • a flow guidance of the medium in the second area can be improved and a dwell time distribution of the medium in the second area can be optimized.
  • a first sub-area of the second area is provided for carrying out at least one sub-step of a photochemical reaction and a second sub-area of the second area is provided for collecting the medium before it is removed externally by the transfer unit.
  • the photoreactor device has a circulating unit with at least one circulating element for circulating the medium in the reactor space. As a result, efficiency can advantageously be further improved.
  • the at least one circulating element of the circulating unit could be designed as an active circulating element, for example as a stirring element or as a pump. It is also conceivable that the circulating element is designed as a passive circulating element, for example as a flow baffle or the like.
  • the circulation unit can be formed at least partially in one piece with the transfer unit. The fact that the circulating unit is designed “at least partially in one piece” with the transfer unit should be understood to mean that the circulating unit and the transfer unit have at least one, in particular at least two or more, common elements that are part, in particular functional part, of both units. It is conceivable that at least one transfer element of the transfer unit, for example a transfer pump, also acts as a circulating element of the circulating unit and performs a circulating function of the medium in the reactor space during continuous operation.
  • the reactor chamber has at least one wall area that is permeable to electromagnetic radiation from the irradiation unit.
  • Such a configuration can advantageously improve efficiency, in particular irradiation efficiency.
  • photochemical reactions with a low quantum yield can advantageously be carried out continuously and efficiently.
  • the wall area that is permeable to electromagnetic radiation could be designed, for example, as an irradiation window in a wall of the reaction chamber.
  • the reaction chamber has a wall that is partially or completely permeable to electromagnetic radiation.
  • the reactor chamber is designed as a tubular reactor that is permeable to the electromagnetic radiation of the irradiation unit.
  • a configuration of this type advantageously makes it possible to provide a photoreactor device for continuous operation with a particularly simple and flexible apparatus configuration.
  • the irradiation unit is provided for irradiating the medium from the outside through the permeable tubular reactor. In this way, a particularly simple and efficient implementation of photochemical reactions in the tubular reactor can advantageously be achieved.
  • the irradiation unit has at least one internal radiation element arranged inside the reactor space.
  • the internal radiation element can be arranged within a reaction space designed as a reaction container, for example on the guide tube of the separating unit.
  • the internal radiation element can also be arranged within a reactor space designed as a tubular reactor, for example in an annular space between an inner tube and an outer wall of the tubular reactor.
  • the transfer unit has at least one transfer pump.
  • the transfer unit can have several transfer pumps.
  • a first transfer pump could be fluidically connected to the inlet of the reaction space and to supply the medium from the outside and a second transfer pump could be fluidly connected to the outlet of the reactor space and provided to discharge the medium to the outside.
  • the transfer unit has only one transfer pump, which is connected to the inlet and/or the outlet is connected and which is intended both to supply the medium from the outside and to discharge it externally.
  • the invention also relates to a photoreactor device, in particular according to one of the configurations described above, with at least one reactor container for accommodating at least one medium, with at least one tubular reactor for accommodating the medium, with at least one irradiation unit for irradiating the medium in the reactor container and in the tubular reactor and with a Transfer unit which continuously exchanges the medium between the reactor vessel and the tube reactor in continuous operation.
  • a particularly efficient photoreactor device can advantageously be provided.
  • a photoreactor device with a combination of reactor vessel and tubular reactor can be provided, which allows a longer dwell time of the medium and thus improved performance of photochemical reactions with low quantum yield due to the continuous exchange of the medium between the reactor vessel and the tubular reactor.
  • the irradiation unit has at least one radiation element, which is assigned to the reactor space and is provided for the irradiation of the medium in the reactor space.
  • the irradiation unit has at least one further radiation element, which is assigned to the tubular reactor and is provided for irradiating the medium in the tubular reactor.
  • the invention is also based on a method for operating a photoreactor device, in particular according to one of the configurations described above, with at least one reaction chamber for receiving at least one medium and with at least one irradiation unit for irradiating the medium.
  • Reaction vessel is discharged to the outside.
  • the medium is guided continuously through at least one area that has been irradiated by the irradiation unit. As a result, efficiency can advantageously be further improved.
  • the photoreactor device according to the invention and the method according to the invention for operating the photoreactor device should not be limited to the application and embodiment described above.
  • the photoreactor device according to the invention can have a number of individual elements, components and units that differs from a number specified here in order to fulfill a function described herein.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a photoreactor with a photoreactor device, which has a reactor chamber designed as a reaction vessel for receiving a medium, an irradiation unit for irradiating the medium and a transfer unit for the continuous transfer of the medium,
  • FIG. 2 shows a schematic process flow diagram for representing a process for operating the reactor device
  • 3 shows a further exemplary embodiment of a photoreactor device with a reactor space designed as a tube reactor for receiving a medium, with an irradiation unit for external irradiation of the medium and with a transfer unit for transferring the medium, in a schematic representation
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a photoreactor device with a reactor space designed as a tube reactor for receiving a medium, with an irradiation unit for internal irradiation of the medium and with a transfer unit for transferring the medium in a schematic representation,
  • Fig. 5 shows a further exemplary embodiment of a photoreactor device with a reactor container for accommodating a medium, with a tubular reactor for accommodating the medium, with an irradiation unit for irradiating the medium and with a transfer unit for transferring the medium between the reactor container and the tubular reactor in a schematic representation and
  • Fig. 6 shows a further exemplary embodiment of a photoreactor device with a large number of reactor containers, which are each designed as tubular reactors and are intended to hold a medium, with an irradiation unit for internal irradiation of the medium within the tubular reactors and with a transfer unit for transferring the medium in a schematic representation .
  • Figure 1 shows a photoreactor device 10a in a schematic
  • the photoreactor device 10a for carrying out photochemical Reactions for example for the depolymerization of plastics or for the chlorination of polyvinyl chloride (PVC) to PVC-C, provided.
  • PVC polyvinyl chloride
  • the photoreactor device 10a has a reactor chamber 12a for accommodating at least one medium (not shown) with which a photochemical reaction is to be carried out.
  • the reactor space 12a is designed as a reactor container 14a.
  • the photoreactor device 10a has an irradiation unit 18a for irradiating the medium in the reactor space 12a.
  • the irradiation unit 18a has at least one internal radiation element 46a arranged in the reactor space 12a.
  • the irradiation unit 18a has three internal radiation elements 46a, which are arranged inside the reactor space 12a.
  • the internal radiation elements 46 are in the form of LEDs and are intended to provide electromagnetic radiation, in particular UV radiation.
  • the irradiation unit 18a has at least one external radiation element 56a, which is arranged outside the reactor space 12a.
  • the irradiation unit 18a has two external radiation elements 56a, which are arranged on opposite sides of the reactor space 12a.
  • the external radiation elements 56a are in the form of LEDs and are intended to provide electromagnetic radiation, in particular UV radiation.
  • the reactor chamber 12a has at least one wall region 44a which is transparent to electromagnetic radiation from the irradiation unit 18a.
  • the reactor chamber 12a has two wall regions 44a which are transparent to electromagnetic radiation from the irradiation unit 18a and are arranged on opposite sides of a wall 60a of the reactor chamber 12a.
  • the wall regions 44a are each designed as irradiation windows 58a and are integrated into the wall 60a.
  • the external radiation elements 56a of the irradiation unit 18a are each arranged on the outer sides of the irradiation windows 58a.
  • the photoreactor device 10a has a transfer unit 20a.
  • the transfer unit 20a continuously supplies the medium into the reactor chamber 12a from the outside and continuously discharges the medium from the reactor chamber 12a to the outside.
  • the photoreactor device 10a has at least one inlet 62a, via which the medium is continuously fed into the reactor space 12a from outside by means of the transfer unit 20a in the continuous operation of the photoreactor device Wa.
  • the photoreactor device 10a has at least one outlet 64a, via which the medium is continuously removed from the reactor space 12a to the outside by means of the transfer unit 20a in the continuous operation of the reactor device 10a.
  • the medium is guided through at least one irradiated area 50a by means of the transfer unit 20a.
  • the transfer unit 20a has at least one transfer pump 48a.
  • the transfer pump 48a is arranged outside of the reactor chamber 12a and is fluidically connected to the outlet 64a with a suction side. In the continuous operation of the photoreactor device 10a, the transfer pump 48a continuously sucks in medium from the outside via the inlet 62a, conducts the medium through the reactor space 12a and discharges it externally via the outlet 64a.
  • the transfer unit 20a also has a shut-off valve 74a, by means of which the outlet 64a can be shut off after continuous operation has ended.
  • the photoreactor device 10a has a separating unit 22a arranged within the reactor chamber 12a for separating the reactor chamber 12a into a first area 24a and a second area 26a.
  • the separating unit 22a has a guide tube 28a.
  • the guide tube 28a separates the first area 24a, which is designed as an inner area 30a, from the second area 26a, which is designed as an outer area 32a.
  • the internal radiation elements 56a of the radiation unit 18a are arranged on the outside of the guide tube 28a.
  • the guide tube 28a is made of a transparent material for electromagnetic radiation Material, for example made of or a transparent plastic such as polycarbonate.
  • the separating unit 22a has at least one guide plate 34a.
  • the guide plate 34a divides the second area 26a into at least two partial areas 36a, 38a, a first partial area 36a and a second partial area 38a.
  • the medium flows continuously from the outside via the inlet 62a into the first region 24a within the guide tube 28a.
  • the medium flows upwards within the guide tube 28a and is thereby irradiated by the internal radiation elements 46a.
  • the medium is deflected and transferred into the second region 26a, where it flows downwards between the guide plate 34 and an outside of the guide tube and is again irradiated by the internal radiating elements 46a.
  • the medium In a lower area of the reactor space 14a, the medium is deflected again and flows between the guide plate 34a and the wall area 44a upwards to the outlet 64a, the medium being irradiated through the wall area 44a by the external radiation element 56a.
  • a flow path of the medium through the reactor space 12a is shown in FIG. 1 by arrows 88a, only one of the arrows 88a being provided with a reference number for the sake of clarity.
  • the photoreactor device 10a has a circulation unit 40a.
  • the circulating unit 40a comprises at least one circulating element 42a for circulating the medium in the reactor space 12a.
  • the circulating element 42a is designed as a stirring element 66a.
  • the circulation unit 40a has a drive unit 68a for driving the circulation element 42a.
  • the circulating element 42a designed as a stirring element 66a is arranged in the guide tube 28a.
  • the transfer unit 20a leads in the continuous operation of
  • Photoreactor device 10a the medium continuously in the interior 30a from external to.
  • the transfer unit 20a continuously discharges the medium from the outer area 32a to the outside.
  • the inlet 62a is designed as a connecting tube which is connected to the guide tube 28a and fluidly connects the interior 30a with the outside.
  • the medium flows from the inner area 30a into the first partial area 36a of the outer area 32a and is guided from there through the baffle plate 28a into the second partial area 38a and then discharged externally via the outlet 64a.
  • both the inner area 30a and the outer area 32a are designed as irradiated areas 50a.
  • the medium When it flows through the inner area 30a and the first partial area 36a of the outer area 32a, the medium is irradiated by the electromagnetic radiation provided by the internal radiation elements 46a. When flowing through the second partial area 38a of the outer area 32a, the medium is irradiated by the external radiation elements 56a through the wall area 44a.
  • the medium which is fed into the inner region 30a from the outside via the inlet 62a in the continuous operation, contains at least one reactant for carrying out a photochemical reaction and can contain several different reactants and/or at least one catalyst for catalyzing the photochemical reaction.
  • a composition changes, at least partially or completely, due to the photochemical reaction initiated by the electromagnetic radiation.
  • the medium which is discharged from the outside via the outlet 64a to the outside in the continuous operation, contains at least one product of the photochemical reaction and can in particular contain several products of the photochemical reaction, partially unreacted reactants and/or catalyst to be regenerated.
  • the photoreactor device 10a can be provided for carrying out a photochemical depolymerization of polyethylene terephthalate (PET), in which case continuous operation is carried out by means of the transfer unit 20a
  • PET polyethylene terephthalate
  • the transfer unit 20a which contains a solvent, for example water and/or ethanol, PET suspended and/or dissolved in the solvent, and a catalyst, for example titanium dioxide, is fed from the outside into the inner region 30a via the inlet 62a and continuously medium via the outlet 64a, which contains terephthalic acid and ethylene glycol as products and optionally other components, is discharged externally.
  • the photoreactor device 10a has a further inlet 70a, which is designed as a further connecting pipe and fluidically connects the inner region 30a with the outside.
  • a further medium or a further component of the medium for example a further reactant or a catalyst, can be fed into the reaction chamber 12a continuously or discontinuously via the further inlet 70a.
  • the photoreactor device 10a has a further outlet 72a.
  • the further outlet 72a is arranged on an underside of the reactor chamber 12a and can be used, for example, to discharge medium remaining in the reactor chamber 12a after continuous operation.
  • FIG. 2 shows a schematic process flow diagram for representing a process for operating the photoreactor device 10a.
  • the method includes at least two method steps 52a, 54a.
  • a first method step 52a of the method medium is continuously supplied from the outside into the reaction container 12a, specifically by means of the transfer unit 20a.
  • the first method step 52a the medium is guided continuously through at least one region 50a irradiated by means of the irradiation unit 18a.
  • second method step 54a of the method medium is continuously removed from the reaction container 12a to the outside.
  • FIGS. Three further exemplary embodiments of the invention are shown in FIGS.
  • the following descriptions and the drawings are essentially limited to the differences between the exemplary embodiments, with regard to components that are designated the same, in particular with regard to components with the same reference numbers, in principle, reference can also be made to the drawings and/or the description of the other exemplary embodiments, in particular of FIGS.
  • the letter a follows the reference number of the exemplary embodiment in FIGS.
  • the letter a has been replaced by the letters b to d.
  • FIG 3 shows another embodiment of a photoreactor device 10b in a schematic representation.
  • the photoreactor device 10b has a reactor chamber 12b for accommodating at least one medium (not shown).
  • the reactor chamber 12b of the photoreactor device 10b is designed as a tubular reactor 16b.
  • the photoreactor device 10b has an irradiation unit 18b for irradiating the medium in the reactor space 12b.
  • the irradiation unit 18b is intended to irradiate the medium from the outside through the permeable tubular reactor 16b.
  • the irradiation unit 18b has at least one external radiation element 56b, which is arranged outside the reactor space 12b. In the present case, the irradiation unit 18b has four external radiation elements 56b for external irradiation of the medium.
  • the reactor chamber 12b has at least one wall region 44b which is transparent to electromagnetic radiation.
  • the reactor chamber 12b is designed as a tubular reactor 16b which is transparent to electromagnetic radiation.
  • a wall 60b of the reactor chamber 12b is made of a material that is transparent to electromagnetic radiation, for example glass or a transparent plastic such as polycarbonate.
  • the photoreactor device 10b has a transfer unit 20b with at least one transfer pump 48b.
  • the transfer unit 20b continuously feeds and feeds the medium into the reactor space 12b from the outside via an inlet 62b the medium continuously discharges from the reactor chamber 12b to the outside via an outlet 64b.
  • the photoreactor device 10b has a circulation unit 40b.
  • the circulating unit 40b comprises at least one circulating element 42b for circulating the medium in the reactor chamber 12b.
  • the circulating unit 40b is part of the transfer unit 20b, with the transfer unit 48b also functioning as a circulating element 42b.
  • the circulation unit 40b has at least one further circulation element 90b.
  • the further circulating element 90b is designed as at least one turn 92b of the reactor chamber 12b.
  • the reactor chamber 12b is designed in a meandering shape due to the at least one winding 92b. Alternatively, however, a spiral reactor space with at least one winding would also be conceivable (not shown).
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a photoreactor device 10c in a schematic representation.
  • the photoreactor device 10c has a reactor chamber 12c for accommodating at least one medium (not shown) and for carrying out photochemical reactions.
  • the reactor space 12c is designed as a tubular reactor 16c.
  • the tubular reactor 16c has a wall 60c, which is designed as an outer wall 74c.
  • the photoreactor device 10c has an inner cylinder 78c, which is arranged at a radial distance from the outer wall 74c in the tube reactor 16c.
  • the photoreactor device 10c has an irradiation unit 18c for irradiating the medium in the reactor space 12c.
  • the irradiation unit 18c has at least one internal radiation element 46c arranged in the reactor space 12c.
  • the irradiation unit 18c has two internal radiation elements 46c, which are arranged inside the reactor space 12c.
  • the internal radiating elements 46c are in one Annulus 80c disposed between outer wall 74c and inner cylinder 78c on opposite sides.
  • the inner cylinder 78c includes the function of a reflector. In an operating state of the photoreactor device 10c, photons emitted by the internal radiation element 46c are focused as they pass through the inner cylinder 78c.
  • the photoreactor device 10c has a transfer unit 20c with at least one transfer pump 48c.
  • the transfer unit 20c feeds the medium into the reactor space 12c from the outside continuously via an inlet 62c and continuously discharges the medium from the reactor space 12c to the outside via an outlet 64c.
  • the inlet 62c and the outlet 64c are each located on opposite sides of the tubular reactor 16c and are each connected to the inner cylinder 78c.
  • the transfer unit 20c feeds the medium from the outside continuously via the inlet 62c into the inner cylinder 78c arranged within the reactor chamber 12c and continuously out of the inner cylinder 78c externally via the outlet 64c, with the medium not entering the Annulus 80c arrives.
  • the photoreactor device 10c has a circulation unit 40c.
  • the circulating unit 40c comprises at least one circulating element 42c for circulating the medium in the reactor space 12c.
  • the circulating unit 40c is part of the transfer unit 20c, with the transfer unit 48c also functioning as a circulating element 42c.
  • the circulation unit 40c can have at least one further circulation element (not shown) analogously to the circulation unit 40b of the photoreactor device 10b of the previous exemplary embodiment, which is designed as at least one winding (not shown) of the reactor space 12c.
  • the reactor chamber 12c has at least one wall region 44c which is transparent to electromagnetic radiation. Present is a lateral surface of Inner cylinder 78c formed as the wall region 44c permeable to electromagnetic radiation, so that the medium is irradiated by the electromagnetic radiation provided by the internal radiation elements 46c of the irradiation unit 18c as it flows through the inner cylinder 78c.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a photoreactor device 10d.
  • the photoreactor device 10d comprises at least one reactor container 14d for accommodating a medium (not shown) and at least one tubular reactor 16d for accommodating the medium.
  • the photoreactor device 10d also includes an irradiation unit 18d for irradiating the medium in the reactor container 14d and in the tubular reactor 16d.
  • the photoreactor device 10d also has a transfer unit 20d, which continuously exchanges the medium between the reactor container 14d and the tubular reactor 16d in continuous operation.
  • the photoreactor device 10d can be viewed as a combination of the photoreactor device 10a of the embodiment shown in FIG. 1 and the photoreactor device 10b of the embodiment shown in FIG.
  • the irradiation unit 18d has at least one internal radiation element 46d arranged in the reactor vessel 14d, in the present case a total of three internal radiation elements 46d arranged in the reactor vessel 14d.
  • the irradiation unit 18d has at least one external radiation element 56d, which is arranged outside of the reactor vessel 14d and outside of the tube reactor 16d.
  • the irradiation unit 18d has a total of four external radiation elements 56d, two of the external radiation elements 56d being arranged outside on the reactor vessel 14d and two of the external radiation elements 56d being arranged outside on the tube rector 16d.
  • the photoreactor device 10d has at least one inlet 62d, via which, in the continuous operation of the photoreactor device 10d, the medium is introduced into the reactor container 14d from outside by means of a transfer pump 48d is continuously supplied to the transfer unit 20a.
  • the photoreactor device 10d has at least one outlet 64d, via which the medium is continuously removed from the tubular reactor 12d to the outside by means of the transfer pump 48d transfer unit 20a in the continuous operation of the reactor device 10d.
  • the photoreactor device 10d has a separating unit 22d arranged inside the reaction vessel 14d for separating the reaction vessel 14d into a first area 24d and a second area 26d.
  • the separating unit 22d has a guide tube 28d, which separates the first area 24d, which is embodied as an inner area 30d, from the second area 26d, which is embodied as an outer area 32d.
  • the internal radiation elements 56a of the irradiation unit 18a are arranged on the guide tube 28d.
  • the inlet 62d is designed as a connecting tube which is connected to the guide tube 28d and fluidly connects the interior 30d with the outside.
  • the outlet 64d is arranged in a lower area of the reactor space 14d and fluidically connects the outer area 32d with the outside.
  • the photoreactor device 10d has a further inlet 70d, via which the reactor chamber 14d is fluidly connected to the tubular reactor 16d.
  • the further inlet 70d is arranged in an upper region of the reactor space 14d.
  • the photoreactor device 10d has a further outlet 72d, via which the reactor chamber 14d is fluidly connected to the tubular reactor 16d.
  • the further outlet 72d fluidically connects the outer area 32d of the reactor vessel 14d to the tubular reactor 16d.
  • the transfer unit 20d has a further transfer pump 82d.
  • the further transfer pump 82d is arranged between the further outlet 72d and the tubular reactor 16d.
  • the transfer unit 20d continuously exchanges medium between the reactor vessel 14d and the tubular reactor 16d in that the further transfer pump 82d continuously sucks medium out of the inner region 30d of the reactor vessel 14d via the further outlet 72d and conducts it through the tubular reactor 16d and pumps via the further inlet 70d into the outer area 32d of the reactor vessel 14d.
  • a flow path of the medium through the reactor space 12d is shown in FIG. 5 by arrows 88d, only one of the arrows 88d being provided with a reference number for the sake of clarity.
  • the photoreactor device 10d has at least one further outlet 94d, which is arranged in a lower area of the reactor chamber 14d and can fluidly connect the outer area 32d to the outside, for example to discharge medium remaining in the guide tube 28d after operation of the photoreactor device 10d.
  • the further outlet 94 can also be fluidly connected to the tubular reactor 16d.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of a photoreactor device 10e.
  • the photoreactor device 10e has at least one reactor space 12e for accommodating at least one medium (not shown) and for carrying out photochemical reactions.
  • the photoreactor device 10e has a transfer unit 20e which, in continuous operation, continuously feeds the medium into the reactor space 12e from the outside and which continuously discharges the medium from the reactor space 12e to the outside.
  • the reactor space 12e is designed as a tubular reactor 16e.
  • the transfer unit 20e has at least one, in the present case precisely one, transfer pump 48e.
  • the photoreactor device 10e has a multiplicity of reactor chambers 12e which are essentially identical to one another and which are each designed as tubular reactors 16e.
  • the transfer unit 20e continuously supplies the medium into at least one of the reactor chambers 12e, preferably a partial volume of the medium into each of the reactor chambers 12e, from the outside in continuous operation, and the medium from at least one of the reactor chambers 12e, preferably a partial volume of the medium into each case from each of the reactor chambers 12e, continuously from the outside.
  • the photoreactor device 10e could also have a higher or lower number of essentially identical reactor chambers 12e.
  • the photoreactor device 10e has an input flange 84e.
  • the photoreactor device 10e has at least one inlet 62e, in this case exactly one, which is arranged on the inlet flange 84e.
  • the reactor chambers 12e designed as tubular reactors 16e are each connected to the inlet flange 84e on a first side.
  • the photoreactor device has an exit flange 86e.
  • the photoreactor device 10e has at least one outlet 64e, in the present case precisely one, which is arranged on the outlet flange 86e.
  • the reactor chambers 12e designed as tubular reactors 16e are each connected to the outlet flange 84e on a second side.
  • the photoreactor device 10e has an irradiation unit 18e for irradiating the medium.
  • the irradiation unit 18e has a multiplicity of internal radiation elements 46e, one of the internal radiation elements 46e being arranged in one of the tubular reactors 16e in each case.
  • the internal radiating elements 46e are each attached to the exit flange and protrude into the respective tubular reactors 16e.
  • the transfer unit 20e feeds the medium continuously via the inlet 62e into the inlet flange 84e and from there into the reactor chambers 12e, the medium continuously passing through at least one area 50e irradiated by means of the internal irradiation element 46e of the irradiation unit 18e of the reactor chambers 12e is conducted.
  • the transfer unit 20e continuously guides the medium out of the reactor spaces 12e via the outlet flange 86e and from there via the outlet 64e to the outside.
  • the photoreactor device 10e can be operated independently. A combination of the photoreactor device 10e with the photoreactor device 10d from the previous exemplary embodiment would also be conceivable, in which case the individual tube reactor 16d could be replaced by the photoreactor device 10e with the multiplicity of tube reactors 16e.
  • stirring element Drive unit further inlet further outlet shut-off valve outer wall inner cylinder annular space further transfer pump inlet flange outlet flange arrow further circulation element winding further outlet

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Photoreaktorvorrichtung (10a; 10b; 10c; 10d; 10e) mit zumindest einem Reaktorraum (12a; 12b; 12c; 12d; 12e), insbesondere Reaktorbehälter (14a; 14b) und/oder Rohrreaktor (16b; 16c; 16d; 16e), zur Aufnahme zumindest eines Mediums und mit zumindest einer Bestrahlungseinheit (18a; 18b; 18c; 18d) zur Bestrahlung des Mediums im Reaktorraum (12a; 12b; 12c; 12d; 12e) Es wird vorgeschlagen, dass die Photoreaktorvorrichtung (10a; 10b; 10c; 10d; 10e) eine Transfereinheit (20a; 20b; 20c; 20d; 20e) aufweist, welche in einem kontinuierlichen Betrieb das Medium in den Reaktorraum (12a; 12b; 12c; 12d; 12e) von extern kontinuierlich zuführt und welche das Medium aus dem Reaktorraum (12a; 12b; 12c; 12d; 12e) nach extern kontinuierlich abführt.

Description

Photoreaktorvorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Photoreaktorvorrichtung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Photoreaktorvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Photoreaktorvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Photoreaktoren mit zumindest einem Reaktorraum zur Aufnahme von Medien und zur Durchführung photochemischer Reaktionen in dem Reaktorraum bekannt. Bisher bekannte Photoreaktoren sind dabei ausschließlich für einen diskontinuierlichen Betrieb ausgelegt, wodurch eine Effizienz zur Durchführung photochemischer Reaktionen, insbesondere in einem industriellen Maßstab, nachteilig verringert ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserter Effizienz bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 14 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Photoreaktorvorrichtung mit zumindest einem Reaktorraum, insbesondere Reaktorbehälter und/oder Rohrreaktor, zur Aufnahme zumindest eines Mediums und mit zumindest einer Bestrahlungseinheit zur Bestrahlung des Mediums im Reaktorraum. Es wird vorgeschlagen, dass die Photoreaktorvorrichtung eine Transfereinheit aufweist, welche in einem kontinuierlichen Betrieb das Medium in den Reaktorraum von extern kontinuierlich zuführt und welche das Medium aus dem Reaktorraum nach extern kontinuierlich abführt.
Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Photoreaktorvorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Effizienz bereitgestellt werden. Es kann insbesondere ein kontinuierlicher Betrieb ermöglicht und somit eine besonders effiziente Durchführung photochemischer Reaktionen ermöglicht werden.
Unter einer „Photoreaktorvorrichtung“ soll ein, insbesondere funktionstüchtiger, Bestandteil, insbesondere eine Konstruktions- und/oder Funktionskomponente, eines Photoreaktors verstanden werden. Die Photoreaktorvorrichtung kann auch den gesamten Photoreaktor umfassen. Die Photoreaktorvorrichtung und/oder der die Photoreaktorvorrichtung aufweisende Photoreaktor ist, ohne darauf beschränkt zu sein, zur Durchführung photochemischer Reaktionen, beispielsweise zur Depolymerisation von Kunststoffen oder zur Chlorierung von Polyvinylchlorid (PVC) zu PVC-C oder zur photoinitiierten Polymerisation von Monomeren zu Kunstharzen und/oder Klebstoffen, vorgesehen.
Unter einem „Reaktorraum“ soll ein Raum zur Aufnahme des zumindest einen Mediums und zur Durchführung photochemischer Reaktionen verstanden werden, welcher in zumindest zwei Raumrichtungen geschlossen ist. Der Reaktorraum weist zumindest einen Einlass zur Zufuhr des Mediums und zumindest einen Auslass zur Abfuhr des Mediums auf. Ein Wandung des Reaktorraums ist vorzugsweise zumindest teilweise oder vollständig aus einem Metall und/oder einer Metalllegierung, beispielsweise aus Titan oder Edelstahl, ausgebildet. Denkbar wäre alternativ auch, dass der Reaktorraum zumindest teilweise oder vollständig aus Glas, beispielsweise aus Borosilikatglas oder Quarzglas, oder aus einem Kunststoff, beispielsweise aus Polyetheretherketon (PEEK), ausgebildet ist. Der Reaktorraum kann als ein Reaktorbehälter ausgebildet sein und einen Behälterboden und zumindest eine mit dem Behälterboden verbundene Seitenwandung aufweisen. Der Reaktorbehälter könnte auf einer dem Behälterboden gegenüberliegenden Seite offen sein oder einen fest installierten oder lösbaren Deckel zum Verschließen der dem Behälterboden gegenüberliegenden Seite aufweisen. Alternativ kann der Reaktorraum als ein Rohrreaktor ausgebildet sein, welcher eine rohrförmige Außenwandung aufweist, die einen Innenraum in zumindest zwei Raumrichtungen begrenzt. Der Rohrreaktor kann eine gerade oder eine zumindest teilweise gebogene, insbesondere mäanderförmige, Formgebung aufweisen. Die Außenwandung könnte den Innenraum des Rohrreaktors definieren. Denkbar ist aber auch, dass der Rohrreaktor ein Innenrohr aufweist, welches zu der Außenwandung radial beabstandet ist und den Innenraum in zwei Teilräume unterteilt. Der Einlass kann an einem ersten Ende des Rohrreaktors und der Auslass an einem zweiten Ende des Rohrreaktors angeordnet sein. Der Einlass und der Auslass könnten jedoch auch an demselben Ende des Rohrreaktors angeordnet sein, wobei der Einlass mit einem ersten Teilraum, insbesondere einem Innenrohrraum innerhalb des Innenrohrs, und der Auslass mit einem zweiten Teilraum des Innenraums, insbesondere mit einem Ringraum zwischen dem Innenrohr und der Außenwandung verbunden sein könnte. Die Photoreaktorvorrichtung kann eine Mehrzahl von Reaktorräumen aufweisen, welche allesamt als Reaktorräume oder allesamt als Rohrreaktoren oder teilweise als Reaktorräume und teilweise als Rohrreaktoren ausgebildet sein können und welche in dem kontinuierlichen Betrieb Zusammenwirken. Im Falle einer Photoreaktorvorrichtung mit einer Mehrzahl von Reaktorräumen könnte die Transfereinheit in dem kontinuierlichen Betrieb das Medium von extern kontinuierlich in zumindest einen ersten Reaktorraum zuführen, kontinuierlich aus dem ersten Reaktorraum in zumindest einen zweiten Reaktorraum überführen, aus dem zweiten Reaktorraum kontinuierlich nach extern und/oder kontinuierlich in zumindest einen weiteren Reaktorraum der Mehrzahl von Reaktorräumen überführen, wobei es sich bei dem weiteren Reaktorraum um den ersten Reaktorraum oder um zumindest einen dritten Reaktorraum handeln kann, und kontinuierlich aus zumindest einem der Reaktorräume nach extern abführen. Denkbar ist im Falle einer Photoreaktorvorrichtung mit einer Mehrzahl von Reaktorräumen alternativ oder zusätzlich auch, dass einige oder alle der Reaktorräume parallel betrieben werden, wobei die Transfereinheit jeweils ein Teilvolumen des Mediums in jeden der parallel betrieben Reaktorräume von extern kontinuierlich zuführen und jeweils ein Teilvolumen des Mediums aus jedem der parallel betriebenen Reaktorräume kontinuierlich nach extern abführen könnte. Beispielsweise könnte die Photoreaktorvorrichtung eine Vielzahl von Reaktorräumen aufweisen, welche jeweils als Rohrreaktoren ausgebildet sind, und welche zu einem parallelen Betrieb, vergleichbar mit einem Rohrbündelwärmetauscher, vorgesehen sind.
Unter einem „Medium“ soll zumindest eine Substanz und/oder ein Gemisch aus mehreren Substanzen verstanden werden, welche bei der Durchführung einer photochemischen Reaktion zum Einsatz kommt und/oder entsteht. Eine Zusammensetzung des Mediums kann sich während eines Durchlaufens des Reaktionsraums, insbesondere kontinuierlich, ändern. Beispielsweise ist denkbar, dass das sich das Medium bei einer Zufuhr in den Reaktorraum um einen Stoff oder ein Stoffgemisch handelt, welches sich aus einem oder mehrere Reaktanden und insbesondere einen oder mehrere Katalysatoren zusammensetzt, und dass das Medium sich bei einer Abfuhr aus dem Reaktorraum aus einem oder mehreren Produkten, insbesondere Haupt- und/oder Nebenprodukten, welche während des Durchlaufens des Reaktorraums aus dem oder den Reaktanden entstanden sind, sowie gegebenfalls aus nicht reagierten Reaktanden und/oder zu regenerierendem Katalysator, zusammensetzt. Das Medium kann einphasig sein und beispielsweise als eine Lösung vorliegen. Denkbar ist auch, dass es sich bei dem Medium ein Mehrphasengemisch, beispielsweise eine Suspension, eine Emulsion, einen Schaum oder dergleichen handelt. Ferner ist denkbar, dass sich ein Aggregatszustand des Mediums beim Durchlaufen des Reaktionsraums ganz oder teilweise ändert. Beispielsweise könnte das Medium bei der Zufuhr in den Reaktionsraum flüssig vorliegen und bei der Abfuhr aus dem Reaktionsraum ganz oder teilweise gasförmig vorliegen. Die Bestrahlungseinheit weist zumindest ein Strahlungselement zur Bestrahlung des Mediums auf. Vorzugsweise weist die Bestrahlungseinheit eine Mehrzahl von Strahlungselementen auf. Das Strahlungselement ist dazu vorgesehen, elektromagnetische Strahlung zu der Bestrahlung des Mediums innerhalb des Reaktionsraums bereitzustellen. Bei der durch das Strahlungselement bereitgestellten elektromagnetischen Strahlung kann es sich beispielsweise um infrarote Strahlung und/oder sichtbares Licht und/oder ultraviolette Strahlung handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei der durch das Strahlungselement bereitgestellten elektromagnetischen Strahlung um ultraviolette Strahlung. Die durch das Strahlungselement bereitgestellte elektromagnetische Strahlung könnte polychromatisch sein. Vorzugsweise ist die durch das Strahlungselement bereitgestellte elektromagnetische Strahlung monochromatisch. Eine Wellenlänge der durch das Strahlungselement bereitgestellten elektromagnetischen Strahlung kann an eine Art der in dem Reaktionsraum durchzuführenden photochemischen Reaktion(en) angepasst und/oder anpassbar sein und, ohne darauf beschränkt zu sein, beispielsweise 365 nm oder 385 nm oder 395 nm oder 405 nm oder 420 nm oder 460 nm oder 525 nm oder 592 nm oder 625 nm betragen. Vorzugsweise ist eine durch das Strahlungselement bereitstellbare Strahlungsleistung, insbesondere stufenlos, einstellbar. Vorzugsweise ist das Strahlungselement, insbesondere werkzeuglos, austauschbar. Das Strahlungselement weist zumindest eine Strahlungsquelle auf, welche, ohne darauf beschränkt zu sein, als beispielsweise eine LED und/oder eine Quecksilberdampflampe und/oder eine Excimer-Lampe und/oder dergleichen, ausgebildet sein könnte. Vorzugsweise ist die Strahlungsquelle des Strahlungselements als eine LED ausgebildet. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das zumindest eine Strahlungselement als ein explosionsgeschütztes Strahlungselement ausgebildet und umfasst insbesondere zumindest eine explosionsgeschützte LED als Strahlungsquelle. Vorzugsweise ist das explosionsgeschützte Strahlungselement nach ATEX und/oder lECEx zertifiziert. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Photoreaktorvorrichtung zum sicheren Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen bereitgestellt werden. Das zumindest eine Strahlungselement und weitere Strahlungselemente der Bestrahlungseinheit könnten zueinander zumindest im Wesentlichen identisch ausgebildet sein. Denkbar wäre auch, dass sich das zumindest eine Strahlungselement und das zumindest eine weitere Strahlungselement hinsichtlich zumindest eines Parameters, beispielsweise hinsichtlich einer Art und/oder Größe der Strahlungsquelle zur Bereitstellung der elektromagnetischen Strahlung und/oder hinsichtlich einer Wellenlänge und/oder einer Strahlungsintensität der bereitgestellten elektromagnetischen Strahlung, unterscheiden. Das Strahlungselement und/oder zumindest ein weiteres Strahlungselement der Bestrahlungseinheit kann als ein externes Strahlungselement ausgebildet und außerhalb des Reaktorraums angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Strahlungselement und/oder ein weiteres Strahlungselement der Bestrahlungseinheit als ein internes Strahlungselement ausgebildet und innerhalb des Reaktorraums angeordnet sein.
Die Transfereinheit ist dazu vorgesehen, das Medium kontinuierlich von extern in den Reaktionsraum zuzuführen und das Medium kontinuierlich aus dem Reaktionsraum nach extern abzuführen und weist hierzu zumindest ein Transferelement auf. Das Transferelement ist dazu vorgesehen, die Zufuhr des Mediums von extern und/oder nach extern zu regeln. Das Transferelement könnte als ein aktives Transferelement ausgebildet sein, welches dazu vorgesehen ist, das Medium zu der Zufuhr von extern und/oder zu der Abfuhr nach extern in Bewegung zu versetzten. Beispielsweise könnte es sich bei dem Transferelement um eine Pumpe handeln. Denkbar ist aber auch, dass es sich bei dem Transferelement um ein passives Transferelement handelt, welches dazu vorgesehen ist, eine Bewegung des Mediums aufgrund einer inhärenten Energie des Mediums, beispielsweise einer Bewegungsenergie des Mediums und/oder eines Druck- und/oder Temperaturunterschieds zwischen dem Reaktionsraum und extern und/oder einer potentiellen Energie des Mediums und/oder einer durch Kapillareffekte bedingten Energie oder dergleichen, zu regeln. Beispielsweise könnte das Transferelement als ein Regelventil ausgebildet sein, welches mit einem Einlass in einem oberen Bereich des Reaktionsbehälters und einem mit Medium gefüllten Reservoir, welches oberhalb des Reaktionsraums angeordnet ist, verbunden ist und eine kontinuierliche Zufuhr von Medium basierend auf der potentiellen Energie des Mediums in den Reaktionsraum regelt. Die Transfereinheit kann mehrere Transferelemente, welche insbesondere zueinander gleichartig oder verschieden ausgebildet sein können, aufweisen.
Unter einem „kontinuierlichen Betrieb“ soll ein Betriebszustand verstanden werden, in welchem die Transfereinheit eine erste Teilmenge des Mediums kontinuierlich von extern in den Reaktorraum zuführt und eine zweite Teilmenge kontinuierlich nach extern aus dem Reaktorraum abführt, wobei die erste Teilmenge und die zweite Teilmenge gleiche oder unterschiedlich Volumenströme aufweisen können und ein Volumenstrom der ersten Teilmenge und/oder ein Volumenstrom der zweiten Teilmenge konstant sein oder zeitlichen Veränderungen unterliegen kann.
In dem vorliegenden Dokument dienen Zahlwörter, wie beispielsweise „erste/r/s“ und „zweite/r/s“, welche bestimmten Begriffen vorangestellt sind, lediglich zu einer Unterscheidung von Objekten und/oder einer Zuordnung zwischen Objekten untereinander und implizieren keine vorhandene Gesamtanzahl und/oder Rangfolge der Objekte. Insbesondere impliziert ein „zweites Objekt“ nicht zwangsläufig ein Vorhandensein eines „ersten Objekts“.
Unter „zumindest im Wesentlichen“ soll in diesem Dokument verstanden werden, dass eine Abweichung von einem vorgegebenen Wert insbesondere weniger als 25%, vorzugsweise weniger als 10% und besonders bevorzugt weniger als 5% des vorgegebenen Werts abweicht.
Unter „vorgesehen“ soll speziell ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Photoreaktorvorrichtung eine innerhalb des Reaktorraums angeordnete Trenneinheit zur Trennung des Reaktorraums in einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist. Hierdurch kann vorteilhaft eine Effizienz weiter verbessert werden. Es kann insbesondere für photochemische Reaktionen mit niedriger Quantenausbeute eine Verweilzeit des Mediums in dem Reaktionsbehälter auch bei kontinuierlichem Betrieb der Transfereinheit erhöht werden. Die Trenneinheit weist zu der Trennung des Reaktorraums in die zumindest zwei Teilbereiche zumindest ein Trennelement, beispielsweise ein Innenrohr und/oder ein Leitrohr und/oder ein Leitblech oder dergleichen, auf. Die Trenneinheit kann mehrere, insbesondere verschiedene oder gleichartige Trennelement aufweisen. Die Trenneinheit könnte den Reaktorraum in den ersten Teilbereich, den zweiten Teilbereich und zumindest einen weiteren Teilbereich trennen. Der erste Teilbereich könnte zur Durchführung eines ersten Reaktionsschritts einer photochemischen Reaktion und der zweite Teilbereich zur Durchführung eines zweiten Reaktionsschritts der photochemischen Reaktion vorgesehen sein. Beispielsweise wäre denkbar, dass der erste Teilbereich als ein von der Bestrahlungseinheit bestrahlter Bereich und der zweite Teilbereich als von der Bestrahlungseinheit nicht bestrahlter Bereich ausgebildet ist. Vorzugsweise sind der erste Bereich und der zweite Bereich in dem kontinuierlichen Betrieb ständig fluidtechnisch miteinander verbunden. Denkbar ist jedoch auch, dass die Trenneinheit ein Trennelement, beispielsweise ein Ventil, aufweist, welches dazu vorgesehen ist, die fluidtechnische Verbindung zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich zeitweise zu trennen.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Trenneinheit ein Leitrohr aufweist, welches den als Innenbereich ausgebildeten ersten Bereich von dem als Außenbereich ausgebildeten zweiten Bereich trennt. Hierdurch kann vorteilhaft eine Effizienz weiter verbessert werden. Es kann insbesondere eine effiziente Strömungsführung des Mediums in dem Reaktorraum erreicht werden. Zudem kann vorteilhaft eine Trennung des Reaktionsraums in die zumindest zwei Teilbereiche mit besonders einfachen technischen Mitteln ermöglicht werden. Vorzugsweise weist das Medium in dem Außenbereich eine gegenüber dem Innenbereich gegenläufige Strömungsrichtung auf. Vorzugsweise weist das Leitrohr zumindest einen für elektromagnetische Strahlung der Bestrahlungseinheit durchlässigen Bereich auf. Bevorzugt ist das Leitrohr aus einem für elektromagnetische Strahlung der Bestrahlungseinheit durchlässigen und transparenten Material, beispielsweise aus Glas oder einem Kunststoff wie Polycarbonat oder dergleichen, ausgebildet. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Transfereinheit das Medium kontinuierlich in den Innenbereich von extern zuführt. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Transfereinheit das Medium kontinuierlich aus dem Außenbereich nach extern abführt. Hierdurch kann vorteilhaft eine effiziente Reaktionsführung ermöglicht werden. Alternativ wäre denkbar, dass die Transfereinheit das Medium kontinuierlich in den Außenbereich von extern zuführt und kontinuierlich aus dem Innenbereich nach extern abführt. Denkbar ist auch, dass die Transfereinheit dazu vorgesehen ist eine Zu- und Abfuhrrichtung während des kontinuierlichen Betriebs zu ändern. Beispielsweise könnte die Zufuhreinheit über einen ersten Zeitraum in dem kontinuierlichen Betrieb Medium kontinuierlich von extern in den Innenbereich zuführen und aus dem Außenbereich kontinuierlich nach extern abführen und über einen zweiten Zeitraum in dem kontinuierlichen Betrieb Medium kontinuierlich in den Außenbereich von extern zuführen und kontinuierlich aus dem Innenbereich nach extern abführen.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Trenneinheit zumindest ein Leitbleich aufweist, welches den zweiten Bereich in zumindest zwei Teilbereiche unterteilt. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Effizienz weiter erhöht werden. Es kann insbesondere eine Strömungsführung des Mediums in dem zweiten Bereich verbessert und eine Verweilzeitverteilung des Mediums in dem zweiten Bereich optimiert werden. Denkbar ist beispielsweise, dass ein erster Teilbereich des zweiten Bereichs zur Durchführung zumindest eines Teilschritts einer photochemischen Reaktion und ein zweiter Teilbereich des zweiten Bereichs zum Sammeln des Mediums vor einer Abfuhr nach extern durch die Transfereinheit vorgesehen ist. Zudem wird vorgeschlagen, dass die Photoreaktorvorrichtung eine Umwälzeinheit mit zumindest einem Umwälzelement zur Umwälzung des Mediums in dem Reaktorraum aufweist. Hierdurch kann vorteilhaft eine Effizienz weiter verbessert werden. Es kann insbesondere eine gleichmäßige Bestrahlung des Mediums erreicht und eine Bildung von Toträumen verhindert werden. Das zumindest eine Umwälzelement der Umwälzeinheit könnte als ein aktives Umwälzelement, beispielsweise als ein Rührelement oder als eine Pumpe, ausgebildet sein. Denkbar ist auch, dass das Umwälzelement als ein passives Umwälzelement, beispielsweise als ein Strömungsleitblech oder dergleichen, ausgebildet ist. Die Umwälzeinheit kann zumindest teilweise einstückig mit der Transfereinheit ausgebildet sein. Darunter, dass die Umwälzeinheit mit der Transfereinheit „zumindest teilweise einstückig“ ausgebildet ist, soll verstanden werden, dass die Umwälzeinheit und die Transfereinheit zumindest ein, insbesondere zumindest zwei oder mehr, gemeinsame Elemente aufweisen, die Bestandteil, insbesondere funktioneller Bestandteil, beider Einheiten sind. Denkbar ist, dass zumindest ein Transferelement der Transfereinheit, beispielsweise eine Transferpumpe, zugleich als ein Umwälzelement der Umwälzeinheit fungiert und in dem kontinuierlichen Betrieb eine Umwälzfunktion des Mediums in dem Reaktorraum ausführt.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Reaktorraum zumindest einen für elektromagnetische Strahlung der Bestrahlungseinheit durchlässigen Wandungsbereich aufweist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Effizienz, insbesondere eine Bestrahlungseffizienz, verbessert werden. Es können insbesondere photochemische Reaktionen mit einer geringen Quantenausbeute vorteilhaft kontinuierlich und effizient durchgeführt werden. Der für elektromagnetische Strahlung durchlässige Wandungsbereich könnte beispielsweise als ein Bestrahlungsfenster in einer Auswandung des Reaktionsraumes ausgebildet sein. Denkbar ist auch, dass der Reaktionsraum eine bereichsweise oder vollständig für elektromagnetische Strahlung durchlässige Wandung aufweist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der Reaktorraum als ein für die elektromagnetische Strahlung der Bestrahlungseinheit durchlässiger Rohrreaktor ausgebildet ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Photoreaktorvorrichtung zum kontinuierlichen Betrieb mit einer besonders einfachen und flexiblen apparativen Gestaltung bereitgestellt werden. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Bestrahlungseinheit dazu vorgesehen ist, das Medium von extern durch den durchlässigen Rohrreaktor hindurch zu bestrahlen. Hierdurch kann vorteilhaft eine besonders einfache und effiziente Durchführung photochemischer Reaktionen in dem Rohrreaktor erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Bestrahlungseinheit zumindest ein innerhalb des Reaktorraums angeordnetes internes Strahlungselement aufweist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Effizienz, insbesondere eine Bestrahlungseffizienz, weiter verbessert werden. Es kann insbesondere eine effiziente Durchführung photochemischer Reaktion mit geringer Quantenausbeute in einem kontinuierlichen Betrieb ermöglicht werden. Das interne Strahlungselement kann innerhalb eines als Reaktionsbehälter ausgebildeten Reaktionsraums, beispielsweise an dem Leitrohr der Trenneinheit, angeordnet sein. Das interne Strahlungselement kann auch innerhalb eines als Rohrreaktor ausgebildeten Reaktorraums angeordnet sein, beispielsweise in einem Ringraum zwischen einem Innenrohr und einer Außenwandung des Rohrreaktors.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Transfereinheit zumindest eine Transferpumpe aufweist. Hierdurch kann vorteilhafte ein besonders einfacher und effizienter Transfer des Mediums in den Reaktorraum von extern und aus dem Reaktorraum nach extern ermöglicht werden. Die Transfereinheit kann mehrere Transferpumpen aufweisen. Beispielsweise könnte eine erste Transferpumpe fluidtechnisch mit dem Einlass des Reaktionsraums verbunden und zu der Zufuhr des Mediums von extern und eine zweite Transferpumpe fluidtechnisch mit dem Auslass des Reaktorraums verbunden und zu der Abfuhr des Mediums nach extern vorgesehen sein. Denkbar ist auch, dass die Transfereinheit nur eine Transferpumpe aufweist, welche mit dem Einlass und/oder dem Auslass verbunden ist und welche sowohl dazu vorgesehen ist das Medium von extern zuzuführen als auch nach extern abzuführen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Photoreaktorvorrichtung, insbesondere nach einer der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen, mit zumindest einem Reaktorbehälter zur Aufnahme zumindest eines Mediums, mit zumindest einem Rohrreaktor zur Aufnahme des Mediums, mit zumindest einer Bestrahlungseinheit zur Bestrahlung des Mediums im Reaktorbehälter und im Rohrreaktor und mit einer Transfereinheit, welche in einem kontinuierlichen Betrieb das Medium zwischen dem Reaktorbehälter und dem Rohreaktor kontinuierlich austauscht. Hierdurch kann vorteilhafte eine besonders effiziente Photoreaktorvorrichtung bereitgestellt werden. Es kann vorteilhaft eine Photoreaktorvorrichtung mit einer Kombination aus Reaktorbehälter und Rohrreaktor bereitgestellt werden, welche durch den kontinuierlichen Austausch des Mediums zwischen dem Reaktorbehälter und dem Rohreaktor eine längere Verweilzeit des Mediums und somit eine verbesserte Durchführung photochemischer Reaktionen mit niedriger Quantenausbeute ermöglicht. Die Bestrahlungseinheit weist zumindest ein Strahlungselement auf, welches dem Reaktorraum zugeordnet und zu der Bestrahlung des Mediums in dem Reaktorraum vorgesehen ist. Zudem weist die Bestrahlungseinheit zumindest ein weiteres Strahlungselement auf, welches dem Rohrreaktor zugeordnet und zu der Bestrahlung des Mediums in dem Rohrreaktor vorgesehen ist.
Die Erfindung geht ferner aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Photoreaktorvorrichtung, insbesondere nach einer der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen, mit zumindest einem Reaktionsraum zur Aufnahme zumindest eines Mediums und mit zumindest einer Bestrahlungseinheit zur Bestrahlung des Mediums.
Es wird vorgeschlagen, dass kontinuierlich Medium von extern in den
Reaktionsbehälter zugeführt und kontinuierlich Medium aus dem
Reaktionsbehälter nach extern abgeführt wird. Durch eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft ein besonders effizientes Verfahren zum Betrieb einer Photoreaktorvorrichtung bereitgestellt werden.
Zudem wird vorgeschlagen, dass das Medium kontinuierlich durch zumindest einen mittels der Bestrahlungseinheit bestrahlten Bereich geleitet wird. Hierdurch kann vorteilhaft eine Effizienz noch weiter verbessert werden.
Die erfindungsgemäße Photoreaktorvorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb der Photoreaktorvorrichtung sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Photoreaktorvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Photoreaktors mit einer Photoreaktorvorrichtung, welche einen als Reaktionsbehälter ausgebildeten Reaktorraum zur Aufnahme eines Mediums, eine Bestrahlungseinheit zur Bestrahlung des Mediums und eine Transfereinheit zum kontinuierlichen Transfer des Mediums aufweist,
Fig. 2 ein schematisches Verfahrensfließbild zur Darstellung eines Verfahrens zum Betrieb der Reaktorvorrichtung, Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Photoreaktorvorrichtung mit einem als Rohreaktor ausgebildeten Reaktorraum zur Aufnahme eines Mediums, mit einer Bestrahlungseinheit zur externen Bestrahlung des Mediums und mit einer Transfereinheit zum Transfer des Mediums, in einer schematischen Darstellung,
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Photoreaktorvorrichtung mit einem als Rohreaktor ausgebildeten Reaktorraum zur Aufnahme eines Mediums, mit einer Bestrahlungseinheit zur internen Bestrahlung des Mediums und mit einer Transfereinheit zum Transfer des Mediums in einer schematischen Darstellung,
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Photoreaktorvorrichtung mit einem Reaktorbehälter zur Aufnahme eines Mediums, mit einem Rohrrektor zur Aufnahme des Mediums, mit einer Bestrahlungseinheit zur Bestrahlung des Mediums und mit einer Transfereinheit zum Transfer des Mediums zwischen dem Reaktorbehälter und dem Rohrreaktor in einer schematischen Darstellung und
Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Photoreaktorvorrichtung mit einer Vielzahl von Reaktorbehältern, welche jeweils als Rohrreaktoren ausgebildet und zur Aufnahme eines Mediums vorgesehen sind, mit einer Bestrahlungseinheit zur internen Bestrahlung des Mediums innerhalb der Rohrreaktoren und mit einer Transfereinheit zum Transfer des Mediums in einer schematischen Darstellung .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt eine Photoreaktorvorrichtung 10a in einer schematischen
Darstellung. Die Photoreaktorvorrichtung 10a zur Durchführung photochemischer Reaktionen, beispielsweise zur Depolymerisation von Kunststoffen oder zur Chlorierung von Polyvinylchlorid (PVC) zu PVC-C, vorgesehen.
Die Photoreaktorvorrichtung 10a weist einen Reaktorraum 12a zur Aufnahme zumindest eines Mediums (nicht dargestellt), mit welchem eine photochemische Reaktion durchgeführt werden soll, auf. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Reaktorraum 12a als ein Reaktorbehälter 14a ausgebildet.
Die Photoreaktorvorrichtung 10a weist eine Bestrahlungseinheit 18a zur Bestrahlung des Mediums in dem Reaktorraum 12a auf. Die Bestrahlungseinheit 18a weist zumindest ein in dem Reaktorraum 12a angeordnetes internes Strahlungselement 46a auf. Vorliegend weist die Bestrahlungseinheit 18a drei interne Strahlungselemente 46a auf, welche innerhalb des Reaktorraums 12a angeordnet sind. Vorliegend sind die internen Strahlungselement 46 als LEDs ausgebildet und zur Bereitstellung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, vorgesehen. Zudem weist die Bestrahlungseinheit 18a zumindest ein externes Strahlungselement 56a auf, welches außerhalb des Reaktorraums 12a angeordnet ist. Vorliegend weist die Bestrahlungseinheit 18a zwei externe Strahlungselemente 56a auf, welche auf gegenüberliegenden Seiten des Reaktorraums 12a angeordnet sind. Die externen Strahlungselement 56a sind als LEDs ausgebildet und zur Bereitstellung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, vorgesehen.
Der Reaktorraum 12a weist zumindest einen für elektromagnetische Strahlung der Bestrahlungseinheit 18a durchlässigen Wandungsbereich 44a auf. Vorliegend weist der Reaktorraum 12a zwei für elektromagnetische Strahlung der Bestrahlungseinheit 18a durchlässige Wandungsbereiche 44a auf, welche auf gegenüberliegenden Seiten einer Wandung 60a des Reaktorraums 12a angeordnet sind. Vorliegend sind die Wandungsbereiche 44a jeweils als Bestrahlungsfenster 58a ausgebildet und in die Wandung 60a integriert. Die externen Strahlungselement 56a der Bestrahlungseinheit 18a sind jeweils an den Außenseiten der Bestrahlungsfenster 58a angeordnet. Die Photoreaktorvorrichtung 10a weist eine Transfereinheit 20a auf. Die Transfereinheit 20a führt in einem kontinuierlichen Betrieb der Reaktorvorrichtung 10a das Medium in den Reaktorraum 12a von extern kontinuierlich zu und führt das Medium aus dem Reaktorraum 12a nach extern kontinuierlich ab. Die Photoreaktorvorrichtung 10a weist zumindest einen Einlass 62a auf, über welchen in dem kontinuierlichen Betrieb der Photoreaktorvorrichtung Wa das Medium in den Reaktorraum 12a von extern mittels der Transfereinheit 20a kontinuierlich zugeführt wird. Die Photoreaktorvorrichtung 10a weist zumindest einen Auslass 64a auf, über weichen in dem kontinuierlichen Betrieb der Reaktorvorrichtung 10a das Medium aus dem Reaktorraum 12a nach extern mittels der Transfereinheit 20a kontinuierlich abgeführt wird. In dem kontinuierlichen Betrieb der Photoreaktorvorrichtung 10a wird das Medium mittels der Transfereinheit 20a durch zumindest einen bestrahlten Bereich 50a geleitet.
Die Transfereinheit 20a weist zumindest eine Transferpumpe 48a auf. Die Transferpumpe 48a ist außerhalb des Reaktorraums 12a angeordnet und mit einer Saugseite fluidtechnisch mit dem Auslass 64a verbunden. In dem kontinuierlichen Betrieb der Photoreaktorvorrichtung 10a saugt die Transferpumpe 48a kontinuierlich Medium von extern über den Einlass 62a an, leitet das Medium durch den Reaktorraum 12a hindurch und führt es über den Auslass 64a nach extern ab. Die Transfereinheit 20a weist zudem ein Absperrventil 74a auf, mittels dessen der Auslass 64a nach Beendigung des kontinuierlichen Betriebs abgesperrt werden kann.
Die Photoreaktorvorrichtung 10a weist eine innerhalb des Reaktorraums 12a angeordnete Trenneinheit 22a zur Trennung des Reaktorraums 12a in einen ersten Bereich 24a und in einen zweiten Bereich 26a auf. Die Trenneinheit 22a weist ein Leitrohr 28a auf. Das Leitrohr 28a trennt den ersten Bereich 24a, welcher als eine Innenbereich 30a ausgebildet ist, von dem zweiten Bereich 26a, welcher als ein Außenbereich 32a ausgebildet ist. Die internen Strahlungselemente 56a der Bestrahlungseinheit 18a sind an dem Leitrohr 28a außenseitig angeordnet. Das Leitrohr 28a ist aus einem für elektromagnetische Strahlung durchlässigen Material, beispielsweise aus oder einem transparenten Kunststoff wie Polycarbonat, ausgebildet.
Die Trenneinheit 22a weist zumindest ein Leitblech 34a auf. Das Leitblech 34a unterteilt den zweiten Bereich 26a in zumindest zwei Teilbereiche 36a, 38a in einen ersten Teilbereich 36a und in einen zweiten Teilbereich 38a.
In einem Betriebszustand der Photoreaktorvorrichtung 10a strömt das Medium kontinuierlich von extern über den Einlass 62a in den ersten Bereich 24a innerhalb des Leitrohrs 28a. Innerhalb des Leitrohrs 28a strömt das Medium nach oben und wird dabei durch die internen Strahlungselemente 46a bestrahlt. An einem oberen Ende des Leitrohrs 28a wird das Medium umgelenkt und in den zweiten Bereich 26a überführt, wo es zwischen dem Leitblech 34 und einer Außenseite des Leitrohrs nach unten strömt und dabei erneuet von den internen Strahlungselementen 46a bestrahlt wird. In einem unteren Bereich des Reaktorraums 14a wird das Medium erneut umgelenkt und strömt zwischen dem Leitblech 34a und dem Wandungsbereich 44a nach oben zu dem Auslass 64a, wobei das Medium durch das externe Strahlungselement 56a durch den Wandungsbereich 44a hindurch bestrahlt wird. Ein Strömungsverlauf des Mediums durch den Reaktorraum 12a ist in der Figur 1 durch Pfeile 88a dargestellt, wobei der Übersichtlichkeit halber nur einer der Pfeile 88a mit einem Bezugszeichen versehen ist.
Die Photoreaktorvorrichtung 10a weist eine Umwälzeinheit 40a auf. Die Umwälzeinheit 40a umfasst zumindest ein Umwälzelement 42a zur Umwälzung des Mediums in dem Reaktorraum 12a. Das Umwälzelement 42a ist vorliegend als eine Rührelement 66a ausgebildet. Die Umwälzeinheit 40a weist eine Antriebseinheit 68a zum Antrieb des Umwälzelements 42a auf. Vorliegend ist das als Rührelement 66a ausgebildete Umwälzelement 42a in dem Leitrohr 28a angeordnet.
Vorliegend führt die Transfereinheit 20a in dem kontinuierlichen Betrieb der
Photoreaktorvorrichtung 10a das Medium kontinuierlich in den Innenbereich 30a von extern zu. Außerdem führt die Transfereinheit 20a in dem kontinuierlichen Betrieb der Photoreaktorvorrichtung 10a das Medium kontinuierlich aus dem Außenbereich 32a nach extern ab. Der Einlass 62a ist als ein Verbindungsrohr ausgebildet, welches an das Leitrohr 28a angeschlossen ist und den Innenbereich 30a fluidtechnisch mit extern verbindet. In dem kontinuierlichen Betrieb der Photoreaktorvorrichtung 10a strömt das Medium von dem Innenbereich 30a in den ersten Teilbereich 36a des Außenbereichs 32a und wird von dort durch das Leitblech 28a in den zweiten Teilbereich 38a geleitet und anschließend über den Auslass 64a nach extern abgeführt. Vorliegend sind sowohl der Innenbereich 30a als auch der Außenbereich 32a als bestrahlte Bereiche 50a ausgebildet. Beim Durchströmen des Innenbereichs 30a und des ersten Teilbereichs 36a des Außenbereichs 32a wird das Medium durch die von den internen Strahlungselementen 46a bereitgestellte elektromagnetische Strahlung bestrahlt. Beim Durchströmen des zweiten Teilbereichs 38a des Außenbereichs 32a wird das Medium durch die externen Strahlungselemente 56a durch den Wandungsbereich 44a hindurch bestrahlt. Das Medium, welches in dem kontinuierlichen Betrieb von extern über den Einlass 62a in den Innenbereich 30a zugeführt wird, beinhaltet zumindest ein Reaktant zur Durchführung einer photochemischen Reaktion und kann mehrere verschiedene Reaktanden und/oder zumindest einen Katalysator zur Katalyse der photochemischen Reaktion beinhalten. Beim Durchlaufen des Reaktionsraums 12a ändert sich eine Zusammensetzung, aufgrund der durch die elektromagnetische Strahlung initiierten photochemischen Reaktion, zumindest teilweise oder vollständig. Das Medium, welches in dem kontinuierlichen Betrieb von extern über den Auslass 64a nach extern abgeführt wird, beinhaltet zumindest ein Produkt der photochemischen Reaktion und kann insbesondere mehrere Produkte der photochemischen Reaktion, teilweise nicht abreagierte Reaktanten und/oder zu regenerierenden Katalysator beinhalten. Beispielsweise kann die Photoreaktorvorrichtung 10a zur Durchführung einer photochemischen Depolymerisation von Polyethylenterephthalat (PET) vorgesehen sein, wobei in dem kontinuierlichen Betrieb mittels der Transfereinheit 20a kontinuierlich Medium, welches ein Lösungsmittel, beispielsweise Wasser und/oder Ethanol, in dem Lösungsmittel suspendiertes und/oder gelöstes PET und einen Katalysator, beispielsweise Titandioxid, beinhaltet, über den Einlass 62a von extern in den Innenbereich 30a zugeführt und über den Auslass 64a kontinuierlich Medium, welches Terephthalsäure und Ethylenglycol als Produkte sowie gegebenenfalls weitere Bestandteile beinhaltet, nach extern abgeführt wird.
Die Photoreaktorvorrichtung 10a weist einen weiteren Einlass 70a auf, welcher als ein weiteres Verbindungsrohr ausgebildet ist und den Innenbereich 30a fluidtechnische mit extern verbindet. Über den weiteren Einlass 70a kann kontinuierlich oder diskontinuierlich ein weiteres Medium oder ein weiterer Bestandteil des Mediums, beispielsweise ein weiterer Reaktand oder ein Katalysator, in den Reaktionsraum 12a zugeführt werden. Die Photoreaktorvorrichtung 10a weist einen weiteren Auslass 72a auf. Der weitere Auslass 72a ist an einer Unterseite des Reaktorraums 12a angeordnet und kann beispielsweise dazu verwendet werden nach dem kontinuierlichen Betrieb in dem Reaktorraum 12a verbliebenes Medium abzulassen.
Figur 2 zeigt ein schematisches Verfahrensfließbild zur Darstellung eines Verfahrens zum Betrieb der Photoreaktorvorrichtung 10a. Das Verfahren umfasst zumindest zwei Verfahrensschritte 52a, 54a. In einem ersten Verfahrensschritt 52a des Verfahrens wird kontinuierlich Medium von extern in den Reaktionsbehälter 12a zugeführt und zwar mittels der Transfereinheit 20a. Das Medium wird in dem ersten Verfahrensschritt 52a kontinuierlich durch zumindest einen mittels der Bestrahlungseinheit 18a bestrahlten Bereich 50a geleitet. In einem anschließenden zweiten Verfahrensschritt 54a des Verfahrens wird kontinuierlich Medium aus dem Reaktionsbehälter 12a nach extern abgeführt.
In den Figuren 3 bis 5 sind drei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der Figuren 1 und 2, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den Figuren 1 und 2 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der Figuren 3 bis 5 ist der Buchstabe a durch die Buchstaben b bis d ersetzt.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Photoreaktorvorrichtung 10b in einer schematischen Darstellung. Die Photoreaktorvorrichtung 10b weist einen Reaktorraum 12b zur Aufnahme zumindest eines Mediums (nicht dargestellt) auf. In Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel der Photoreaktorvorrichtung 10a ist der Reaktorraum 12b der Photoreaktorvorrichtung 10b als ein Rohreaktor 16b ausgebildet.
Die Photoreaktorvorrichtung 10b weist eine Bestrahlungseinheit 18b zur Bestrahlung des Mediums in dem Reaktorraum 12b auf. Die Bestrahlungseinheit 18b ist dazu vorgesehen das Medium von extern durch den durchlässigen Rohreaktor 16b hindurch zu bestrahlen. Die Bestrahlungseinheit 18b weist zumindest ein externes Strahlungselement 56b auf, welches außerhalb des Reaktorraums 12b angeordnet ist. Vorliegend weist die Bestrahlungseinheit 18b vier externe Strahlungselemente 56b zur externen Bestrahlung des Mediums auf.
Der Reaktorraum 12b weist zumindest einen für elektromagnetische Strahlung durchlässigen Wandungsbereich 44b auf. Vorliegend ist der Reaktorraum 12b als ein für elektromagnetische Strahlung durchlässiger Rohreaktor 16b ausgebildet. Eine Wandung 60b des Reaktorraums 12b ist aus einem für elektromagnetische Strahlung durchlässigen Material, beispielsweise aus Glas oder einem transparenten Kunststoff wie Polycarbonat, ausgebildet.
Die Photoreaktorvorrichtung 10b weist eine Transfereinheit 20b mit zumindest einer Transferpumpe 48b auf. Die Transfereinheit 20b führt in einem kontinuierlichen Betrieb der Reaktorvorrichtung 10b das Medium in den Reaktorraum 12b von extern über einen Einlass 62b kontinuierlich zu und führt das Medium aus dem Reaktorraum 12b über einen Auslass 64b nach extern kontinuierlich ab.
Die Photoreaktorvorrichtung 10b weist eine Umwälzeinheit 40b auf. Die Umwälzeinheit 40b umfasst zumindest ein Umwälzelement 42b zur Umwälzung des Mediums in dem Reaktorraum 12b. Vorliegend ist die Umwälzeinheit 40b Teil der Transfereinheit 20b, wobei die Transfereinheit 48b zugleich als Umwälzelement 42b fungiert. Die Umwälzeinheit 40b weist zumindest ein weiteres Umwälzelement 90b auf. Vorliegend ist das weiter Umwälzelement 90b als zumindest eine Windung 92b des Reaktorraums 12b ausgebildet. Durch die als weiteres Umwälzelement 90b ausgebildete Windung 92b kann vorteilhaft eine verbesserte Durchmischung erreicht und die Gefahr einer Bildung von Toträumen verringert werden. Vorliegend ist der Reaktorraum 12b aufgrund der zumindest einen Windung 92b mäanderförmig ausgebildet. Alternativ wäre jedoch auch ein spiralförmig ausgebildeter Reaktorraum mit zumindest einer Windung denkbar (nicht dargestellt).
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Photoreaktorvorrichtung 10c in einer schematischen Darstellung. Die Photoreaktorvorrichtung 10c weist einen Reaktorraum 12c zur Aufnahme zumindest eines Mediums (nicht dargestellt) und zur Durchführung photochemischer Reaktionen auf. Der Reaktorraum 12c ist als ein Rohrreaktor 16c ausgebildet. Der Rohrreaktor 16c weist eine Wandung 60c auf, welche als eine Außenwandung 74c ausgebildet ist. Die Photoreaktorvorrichtung 10c weist einen Innenzylinder 78c auf, welche radial beabstandet zu der Außenwandung 74c in dem Rohreaktor 16c angeordnet ist.
Die Photoreaktorvorrichtung 10c weist eine Bestrahlungseinheit 18c zur Bestrahlung des Mediums in dem Reaktorraum 12c auf. Die Bestrahlungseinheit 18c weist zumindest ein in dem Reaktorraum 12c angeordnetes internes Strahlungselement 46c auf. Vorliegend weist die Bestrahlungseinheit 18c zwei interne Strahlungselemente 46c auf, welche innerhalb des Reaktorraums 12c angeordnet sind. Vorliegend sind die internen Strahlungselemente 46c in einem Ringraum 80c, zwischen der Außenwandung 74c und dem Innenzylinder 78c auf zueinander gegenüberliegenden Seiten angeordnet. Der Innenzylinder 78c umfasst die Funktion eines Reflektors. In einem Betriebszustand der Photoreaktorvorrichtung 10c werden durch das interne Strahlungselement 46c ausgestrahlten Photonen bei durchtreten des Innenzylinders 78c fokussiert.
Die Photoreaktorvorrichtung 10c weist eine Transfereinheit 20c mit zumindest einer Transferpumpe 48c auf. Die Transfereinheit 20c führt in einem kontinuierlichen Betrieb der Reaktorvorrichtung 10c das Medium in den Reaktorraum 12c von extern kontinuierlich über einen Einlass 62c zu und führt das Medium aus dem Reaktorraum 12c über einen Auslass 64c nach extern kontinuierlich ab. Der Einlass 62c und der Auslass 64c sind jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Rohrreaktors 16c angeordnet und jeweils mit dem Innenzylinder 78c verbunden. In dem kontinuierlichen Betrieb der Reaktorvorrichtung 10c führt die Transfereinheit 20c das Medium von extern kontinuierlich über den Einlass 62c in den innerhalb des Reaktorraums 12c angeordneten Innenzylinder 78c zu und kontinuierlich über den Auslass 64c aus dem Innenzylinder 78c nach extern ab, wobei das Medium nicht in den Ringraum 80c gelangt.
Die Photoreaktorvorrichtung 10c weist eine Umwälzeinheit 40c auf. Die Umwälzeinheit 40c umfasst zumindest ein Umwälzelement 42c zur Umwälzung des Mediums in dem Reaktorraum 12c. Vorliegend ist die Umwälzeinheit 40c Teil der Transfereinheit 20c, wobei die Transfereinheit 48c zugleich als Umwälzelement 42c fungiert. Die Umwälzeinheit 40c kann analog zu der Umwälzeinheit 40b der Photoreaktorvorrichtung 10b des vorhergehenden Ausführungsbeispiels zumindest ein weiteres Umwälzelement (nicht dargestellt) aufweisen, welches als zumindest eine Windung (nicht dargestellt) des Reaktorraums 12c ausgebildet ist.
Der Reaktorraum 12c weist zumindest einen für elektromagnetische Strahlung durchlässigen Wandungsbereich 44c auf. Vorliegend ist eine Mantelfläche des Innenzylinders 78c als der für elektromagnetische Strahlung durchlässigen Wandungsbereich 44c ausgebildet, sodass das Medium beim Durchströmen des Innenzylinders 78c durch die von den internen Strahlungselemente 46c der Bestrahlungseinheit 18c bereitgestellte elektromagnetische Strahlung bestrahlt wird.
In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Photoreaktorvorrichtung 10d gezeigt. Die Photoreaktorvorrichtung 10d umfasst zumindest einen Reaktorbehälter 14d zur Aufnahme eines Mediums (nicht dargestellt) und zumindest einen Rohrreaktor 16d zur Aufnahme des Mediums. Die Photoreaktorvorrichtung 10d umfasst ferner eine Bestrahlungseinheit 18d zur Bestrahlung des Mediums im Reaktorbehälter 14d und im Rohrreaktor 16d. Die Photoreaktorvorrichtung 10d weist außerdem eine Transfereinheit 20d auf, welche in einem kontinuierlichen Betrieb das Medium zwischen dem Reaktorbehälter 14d und dem Rohreaktor 16d kontinuierlich austauscht. Die Photoreaktorvorrichtung 10d kann als eine Kombination aus der Photoreaktorvorrichtung 10a des in der Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiels und der Photoreaktorvorrichtung 10b des in der Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiels angesehen werden.
Die Bestrahlungseinheit 18d weist zumindest ein in dem Reaktorbehälter 14d angeordnetes internes Strahlungselement 46d, vorliegend insgesamt drei in dem Reaktorbehälter 14d angeordnete interne Strahlungselemente 46d, auf. Zudem weist die Bestrahlungseinheit 18d zumindest ein externes Strahlungselement 56d auf, welches außerhalb des Reaktorbehälters 14d und außerhalb des Rohreaktors 16d angeordnet ist. Vorliegend weist die Bestrahlungseinheit 18d insgesamt vier externe Strahlungselement 56d auf, wobei zwei der externen Strahlungselemente 56d außerhalb an dem Reaktorbehälter 14d und zwei der externen Strahlungselemente 56d außerhalb an dem Rohrrektor 16d angeordnet sind.
Die Photoreaktorvorrichtung 10d weist zumindest einen Einlass 62d auf, über welchen in dem kontinuierlichen Betrieb der Photoreaktorvorrichtung 10d das Medium in den Reaktorbehälter 14d von extern mittels einer Transferpumpe 48d der Transfereinheit 20a kontinuierlich zugeführt wird. Die Photoreaktorvorrichtung 10d weist zumindest einen Auslass 64d auf, über welchen in dem kontinuierlichen Betrieb der Reaktorvorrichtung 10d das Medium aus dem Rohreaktor 12d nach extern mittels der Transferpumpe 48d Transfereinheit 20a kontinuierlich abgeführt wird.
Die Photoreaktorvorrichtung 10d weist eine innerhalb des Reaktionsbehälters 14d angeordnete Trenneinheit 22d zur Trennung des Reaktionsbehälters 14d in einen ersten Bereich 24d und in einen zweiten Bereich 26d auf. Die Trenneinheit 22d weist ein Leitrohr 28d auf, welches den ersten Bereich 24d welcher als ein Innenbereich 30d ausgebildet ist, von dem zweiten Bereich 26d, welcher als ein Außenbereich 32d ausbildet ist, trennt. Die internen Strahlungselemente 56a der Bestrahlungseinheit 18a sind an dem Leitrohr 28d angeordnet. Der Einlass 62d ist als ein Verbindungsrohr ausgebildet, welches an das Leitrohr 28d angeschlossen ist und den Innenbereich 30d fluidtechnisch mit extern verbindet. Der Auslass 64d ist in einem unteren Bereich des Reaktorraums 14d angeordnet und verbindet den Außenbereich 32d fluidtechnisch mit extern.
Die Photoreaktorvorrichtung 10d weist einen weiteren Einlass 70d auf, über welchen der Reaktorraum 14d fluidtechnisch mit dem Rohrreaktor 16d verbunden ist. Der weiter Einlass 70d ist in einem oberen Bereich des Reaktorraums 14d angeordnet. Die Photoreaktorvorrichtung 10d weist einen weiteren Auslass 72d auf, über weichen der Reaktorraum 14d fluidtechnisch mit dem Rohrreaktor 16d verbunden ist. Der weitere Auslass 72d verbindet den Außenbereich 32d des Reaktorbehälters 14d fluidtechnisch mit dem Rohrreaktor 16d. Die Transfereinheit 20d weist eine weitere Transferpumpe 82d auf. Die weitere Transferpumpe 82d ist zwischen dem weiteren Auslass 72d und dem Rohreaktor 16d angeordnet. In dem kontinuierlichen Betrieb der Photoreaktorvorrichtung 10d tauscht die Transfereinheit 20d kontinuierlich Medium zwischen dem Reaktorbehälter 14d und dem Rohrreaktor 16d aus, indem die weitere Transferpumpe 82d über den weiteren Auslass 72d kontinuierlich Medium aus dem Innenbereich 30d des Reaktorbehälters 14d absaugt, dieses durch den Rohrreaktor 16d hindurchleitet und über den weiteren Einlass 70d in den Außenbereich 32d des Reaktorbehälters 14d pumpt. Ein Strömungsverlauf des Mediums durch den Reaktorraum 12d ist in der Figur 5 durch Pfeile 88d dargestellt, wobei der Übersichtlichkeit halber nur einer der Pfeile 88d mit einem Bezugszeichen versehen ist.
Die Photoreaktorvorrichtung 10d weist zumindest einen weiteren Auslass 94d auf, welcher in einem unteren Bereich des Reaktorraums 14d angeordnet und den Außenbereich 32d fluidtechnisch mit extern verbinden kann, beispielsweise um nach einem Betrieb der Photoreaktorvorrichtung 10d in dem Leitrohr 28d verbliebenes Medium abzulassen. Der weiter Auslass 94 kann alternativ zu dem weitern Auslass 72d auch fluidtechnisch mit dem Rohrreaktor 16d verbunden werden.
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Photoreaktorvorrichtung 10e. Die Photoreaktorvorrichtung 10e weist zumindest einen Reaktorraum 12e zur Aufnahme zumindest eines Mediums (nicht dargestellt) und zur Durchführung photochemischer Reaktionen auf. Die Photoreaktorvorrichtung 10e weist ein Transfereinheit 20e auf, welche in einem kontinuierlichen Betrieb das Medium in den Reaktorraum 12e von extern kontinuierlich zuführt und welche das Medium aus dem Reaktorraum 12e nach extern kontinuierlich abführt. Der Reaktorraum 12e ist als ein Rohrreaktor 16e ausgebildet. Die Transfereinheit 20e weist zumindest eine, vorliegend genau eine, Transferpumpe 48e auf.
Vorliegend weist die Photoreaktorvorrichtung 10e eine Vielzahl von zueinander im Wesentlichen identischen Reaktorräumen 12e auf, welche jeweils als Rohrreaktoren 16e ausgebildet sind. Vorliegend führt die Transfereinheit 20e in dem kontinuierlichen Betrieb das Medium in zumindest einen der Reaktorräume 12e, vorzugsweise jeweils ein Teilvolumen des Mediums in jeden der Reaktorräume 12e, von extern kontinuierlich zu und das Medium aus zumindest einem der Reaktorräume 12e, vorzugsweise jeweils ein Teilvolumen des Mediums aus jedem der Reaktorräume 12e, nach extern kontinuierlich ab. Von mehrfach vorhandenen Objekten ist in der Figur 6 jeweils nur eines mit einem Bezugszeichen versehen. In der Figur 6 sind beispielhaft insgesamt zehn im Wesentlichen identische Reaktorräume 12e dargestellt. Alternativ könnte die Photoreaktorvorrichtung 10e jedoch auch eine höhere oder geringere Anzahl von im Wesentlichen identischen Reaktorräumen 12e aufweisen.
Die Photoreaktorvorrichtung 10e weist einen Eingangsflansch 84e auf. Die Photoreaktorvorrichtung 10e weist zumindest einen, vorliegend genau einen, Einlass 62e auf, welcher an dem Eingangsflansch 84e angeordnet ist. Die als Rohrreaktoren 16e ausgebildeten Reaktorräume 12e sind jeweils an einer ersten Seite mit dem Eingangsflansch 84e verbunden.
Die Photoreaktorvorrichtung weist einen Ausgangsflansch 86e auf. Die Photoreaktorvorrichtung 10e weist zumindest einen, vorliegend genau einen, Auslass 64e auf, welcher an dem Ausgangsflansch 86e angeordnet ist. Die als Rohrreaktoren 16e ausgebildeten Reaktorräume 12e sind jeweils an einer zweiten Seite mit dem Ausgangsflansch 84e verbunden.
Die Photoreaktorvorrichtung 10e weist eine Bestrahlungseinheit 18e zur Bestrahlung des Mediums auf. Die Bestrahlungseinheit 18e weist eine Vielzahl von internen Strahlungselementen 46e auf, wobei jeweils eines der internen Strahlungselemente 46e in einem der Rohrreaktoren 16e angeordnet ist. Die internen Strahlungselemente 46e sind jeweils an dem Ausgangsflansch befestigt und ragen in die jeweiligen Rohrreaktoren 16e hinein.
In dem kontinuierlichen Betrieb der Photoreaktorvorrichtung 10e führt die Transfereinheit 20e das Medium kontinuierlich über den Einlass 62e in den Eingangsflansch 84e und von dort in die Reaktorräume 12e zu, wobei das Medium kontinuierlich durch zumindest einen mittels der internen Bestrahlungselement 46e der Bestrahlungseinheit 18e bestrahlten Bereich 50e innerhalb der Reaktorräume 12e geleitet wird. In dem kontinuierlichen Betrieb der Photoreaktorvorrichtung 10e führt die Transfereinheit 20e das Medium kontinuierlich aus den Reaktorräumen 12e über den Ausgangsflansch 86e und von dort über den Auslass 64e nach extern ab.
Die Photoreaktorvorrichtung 10e kann eigenständig betrieben werden. Denkbar wäre auch eine Kombination aus der Photoreaktorvorrichtung 10e mit der Photoreaktorvorrichtung 10d aus dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, wobei der einzelne Rohrreaktor 16d durch die Photoreaktorvorrichtung 10e mit der Vielzahl von Rohreaktoren 16e ersetzt werden könnte.
Bezugszeichen
10 Photoreaktorvorrichtung
12 Reaktorraum
14 Reaktorbehälter
16 Rohrreaktor
18 Bestrahlungseinheit
20 Transfereinheit
22 Trenneinheit
24 erster Bereich
26 zweiter Bereich
28 Leitrohr
30 Innenbereich
32 Außenbereich
34 Leitblech
36 erster Teilbereich
38 zweiter Teilbereich
40 Umwälzeinheit
42 Umwälzelement
44 Wandungsbereich
46 internes Strahlungselement
48 Transferpumpe
50 bestrahlter Bereich
52 erster Verfahrensschritt
54 zweiter Verfahrensschritt
56 externes Strahlungselement
58 Bestrahlungsfenster
60 Wandung
62 Einlass
64 Auslass
66 Rührelement Antriebseinheit weiterer Einlass weiterer Auslass Absperrventil Außenwandung Innenzylinder Ringraum weitere Transferpumpe Eingangsflansch Ausgangsflansch Pfeil weiteres Umwälzelement Windung weiterer Auslass

Claims

Ansprüche Photoreaktorvorrichtung (10a; 10b; 10c; 10d; 10e) mit zumindest einem Reaktorraum (12a; 12b; 12c; 12d, 12e), insbesondere Reaktorbehälter (14a; 14b) und/oder Rohrreaktor (16b; 16c; 16d, 16e), zur Aufnahme zumindest eines Mediums und mit zumindest einer Bestrahlungseinheit (18a; 18b; 18c; 18d, 18e) zur Bestrahlung des Mediums im Reaktorraum (12a; 12b; 12c; 12d, 12e), gekennzeichnet durch eine Transfereinheit (20a; 20b; 20c; 20d, 20e), welche in einem kontinuierlichen Betrieb das Medium in den Reaktorraum (12a; 12b; 12c; 12d, 12e) von extern kontinuierlich zuführt und welche das Medium aus dem Reaktorraum (12a; 12b; 12c; 12d, 12e) nach extern kontinuierlich abführt. Photoreaktorvorrichtung (10a, 10d) nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine innerhalb des Reaktorraums (12a; 12d) angeordnete Trenneinheit (22a, 22d) zur Trennung des Reaktorraums (12a; 12d) in einen ersten Bereich (24a; 24d) und einen zweiten Bereich (26a; 26d). Photoreaktorvorrichtung (10a; 10d) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinheit (22a; 22d) ein Leitrohr (28a; 28d) aufweist, welches den als Innenbereich (30a; 30d) ausgebildeten ersten Bereich (24a; 24d) von dem als Außenbereich (32a; 32d) ausgebildeten zweiten Bereich (26a; 26d) trennt. Photoreaktorvorrichtung (10a; 10d) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Transfereinheit (20a; 20d) das Medium kontinuierlich in den Innenbereich (30a; 30d) von extern zuführt. Photoreaktorvorrichtung (10a; 10d) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Transfereinheit (20a; 20d) das Medium kontinuierlich aus dem Außenbereich (32a; 32d) nach extern abführt. Photoreaktorvorrichtung (10a; 10d) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinheit (20a; 20d) zumindest ein Leitbleich (34a; 34d) aufweist, welches den zweiten Bereich (26a, 26d) in zumindest zwei Teilbereiche (36a, 38a; 36d, 38d) unterteilt. Photoreaktorvorrichtung (10a; 10b; 10c; 10d; 10e) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Umwälzeinheit (40a; 40b; 40c; 40d; 40e) mit zumindest einem Umwälzelement (42a, 42b; 42c; 42d, 42e) zur Umwälzung des Mediums in dem Reaktorraum (12a; 12b; 12c; 12d, 12e). Photoreaktorvorrichtung (10a; 10b; 10c; 10d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktorraum (12a; 12b; 12c; 12d) zumindest einen für elektromagnetische Strahlung der Bestrahlungseinheit (18a; 18b; 18c; 18d) durchlässigen Wandungsbereich (44a; 44b; 44c; 44d) aufweist. Photoreaktorvorrichtung (10b) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktorraum (12b) als ein für die elektromagnetische Strahlung der Bestrahlungseinheit (18b) durchlässiger Rohrreaktor (16b) ausgebildet ist.
10. Photoreaktorvorrichtung (10b) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungseinheit (18b) dazu vorgesehen ist, das Medium von extern durch den durchlässigen Rohrreaktor (16b) hindurch zu bestrahlen.
11 . Photoreaktorvorrichtung (10a; 10c; 10d; 10e) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungseinheit (18a; 18c; 18d, 18e) zumindest ein innerhalb des Reaktorraums (12a; 12c; 12d, 12e) angeordnetes internes Strahlungselement (46a; 46c, 46d, 46e) aufweist.
12. Photoreaktorvorrichtung (10a; 10b; 10c; 10d; 10e) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transfereinheit (20a; 20b; 20c; 20d; 20e) zumindest eine Transferpumpe (48a; 48b; 48c; 48d; 48e) aufweist.
13. Photoreaktorvorrichtung (10d), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest einem Reaktorbehälter (14d) zur Aufnahme zumindest eines Mediums, mit zumindest einem Rohrreaktor (16d) zur Aufnahme des Mediums, mit zumindest einer Bestrahlungseinheit (18d) zur Bestrahlung des Mediums im Reaktorbehälter (14d) und im Rohrreaktor (16d) und mit einer Transfereinheit (20d), welche in einem kontinuierlichen Betrieb das Medium zwischen dem Reaktorbehälter (14d) und dem Rohreaktor (16d) kontinuierlich austauscht. Verfahren zum Betrieb einer Photoreaktorvorrichtung (10a; 10b; 10c; 10d; 10e), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit zumindest einem Reaktionsraum (12a; 12b; 12c; 12d; 12e) zur Aufnahme zumindest eines Mediums und mit zumindest einer Bestrahlungseinheit (18a; 18b; 18c; 18d; 18e) zur Bestrahlung des Mediums, dadurch gekennzeichnet, dass kontinuierlich Medium von extern in den Reaktionsbehälter (12a; 12b; 12c; 12d; 12e) zugeführt und kontinuierlich Medium aus dem Reaktionsbehälter (12a; 12b; 12c; 12d; 12e) nach extern abgeführt wird. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium kontinuierlich durch zumindest einen mittels der
Bestrahlungseinheit (18a; 18b; 18c; 18d; 18e) bestrahlten Bereich (50a; 50b; 50c; 50d; 50e) geleitet wird.
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