Reducción catalítica selectiva de NOx con catalizadores estructurados en un reactor con inversión periódica de flujo

• Autores: Emilio Muñoz Vega
• Directores de la Tesis: Fernando V. Díez Sanz (dir. tes.), Salvador Ordóñez García (dir. tes.), Pablo Marín González (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Oviedo ( España ) en 2011
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Herminio Sastre Andrés (presid.), A. Vega Granda (secret.), Andreas Seidel-Morgenstern (voc.), Miguel Alejandro Menéndez Sastre (voc.), Miguel A. González Hevia (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Ingeniería y tecnología químicas
    • Ingeniería y tecnología del medio ambiente
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  RUO  TESEO 
• Resumen

  • Los óxidos de nitrógeno (NOx) son contaminantes atmosféricos de carácter altamente tóxico y principales responsables de la neblina fotoquímica. Por esta razón, es importante reducir las emisiones de NOx de origen antropogénico. La reducción selectiva catalítica (SCR) con amoniaco es la técnica más ampliamente utilizada para el tratamiento de emisiones gaseosas con dichos contaminantes. Los reactores de flujo inverso (RFR) son un tipo de reactores en los que se opera en un estado pseudoestacionario por medio de variaciones controladas en el sentido del flujo de la alimentación. Al provocar estos cambios se pueden mejorar determinadas características del proceso SCR, como es el calor acumulado en el reactor o los perfiles de concentración de reactivo dentro del reactor. El primer paso para estudiar este tipo de reacción ha sido evaluar los parámetros característicos de los procesos de adsorción y desorción de amoniaco y de reducción del óxido de nitrógeno por reacción con amoniaco. Se han realizado experimentos con dos catalizadores comerciales en un reactor de lecho fijo con los catalizadores molidos, en condiciones isotermas y de control cinético por la reacción química. Utilizando estos parámetros, se desarrolló un modelo matemático para simular el comportamiento de la reacción SCR de óxidos de nitrógeno con amoniaco en reactores de lecho fijo con catalizador estructurado (configuración usada industrialmente para limitar la caída de presión). Para obtener un mejor ajuste de las simulaciones a los datos experimentales obtenidos en un reactor de lecho fijo isotermo a escala de planta piloto, se ajustaron los parámetros de transferencia de materia. El modelo optimizado, se ha validado por comparación con resultados experimentales, y se ha utilizado para estudiar la influencia de distintas variables de operación, tanto para la operación como lecho fijo convencional, como para operación con inversión periódica de flujo. Se realizaron experimentos con una unidad de flujo inverso isotérmica constituida por dos unidades gemelas con diámetro interno 0.057 m y que suman una longitud total de 0.9 m. Se ha estudiado el efecto en la operación del reactor de la posición de inyección de amoniaco en el sistema, bien alimentándolo junto al óxido de nitrógeno por los extremos del reactor, o por separado en la zona media. Asimismo, se estudiaron en detalle los efectos del tiempo entre los cambios de dirección en el flujo de la alimentación. Por último, en una unidad de flujo inverso adiabática (diámetro interno 0.06 m; longitud total 0.5 m), se estudiaron los efectos térmicos de la reacción, en especial la posibilidad de utilizar el reactor de flujo inverso para aprovechar el calor de reacción generado, aún tratándose este caso de una reacción poco exotérmica. El aumento de temperatura en el reactor produce un aumento de la velocidad de reacción, permitiendo operar con temperaturas de alimentación menores.