La invención se refiere a un procedimiento para desnitrar gases de escape,

introduciendo un gas que contiene óxido de nitrógeno en una cámara de reacción con un catalizador y añadiendo amoniaco como agente reductor en una cantidad en exceso para la misma cámara. El procedimiento incluye los pasos de: introducir los gases de escape y amoniaco en una primera capa de catalizador de desnitración dispuestos sobre el lado más corriente arriba de la corriente de gas para eliminar los óxidos de nitrógeno; suministrar los gases en la primera capa de catalizador de descomposición de amoniaco dispuesta corriente arriba en la primera capa de catalizador de desnitración para controlar el contenido de amoniaco que es adecuado para el siguiente proceso de desnitración, la primera capa de catalizador de descomposición de amoniaco tiene la propiedad de descomponer por oxidación el amoniaco que no ha reaccionado en nitrógeno y óxido de nitrógeno; después se suministra el gas a una segunda capa de catalizadorde desnitración expuesta sobre el lado corriente abajo de la primera capa de catalizador de descomposición de amoniaco; después de suministrar el gas a una segunda capa de catalizador de descomposición de amoniaco dispuesta en el lado corriente abajo para eliminar el amoniaco residual, la segunda capa de catalizador de descomposición de amoniaco lleva un catalizador que puede descomponer por oxidación el amoniaco residual en nitrógeno y óxidos de nitrógeno o un catalizador que puede descomponer por oxidación el amoniaco residual en óxidos de nitrógeno

Método de desnitración de gases de escape.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a métodos para desnitrar gas de escape para eliminar óxidos de nitrógeno (NOx) contenidos en el gas de escape usando agentes reductores de amoniaco y catalizadores de desnitración, y particularmente a un método para desnitrar gas de escape que puede suprimir sustancialmente la liberación de amoniaco.

Como un método para eliminar los NOx contenidos en gas de escape, se usa prácticamente la reducción catalítica selectiva usando amoniaco como agente reductor, especialmente para plantas de energía eléctrica térmica. Como catalizador se usan predominantemente catalizadores de tipo de óxido de titanio que contienen vanadio, tungsteno o molibdeno como ingrediente activo.

Recientemente, la liberación de NOx ha sido regulada cada vez más estrictamente, y especialmente en áreas de grandes ciudades se están llevando a efecto regulaciones sobre la cantidad total de gas de escape. Por consiguiente, para las plantas de energía situadas adyacentes a áreas urbanas, se requiere un procedimiento de desnitración más eficaz para los nuevos sistemas de generación de energía que se vayan a construir para acomodar las demandas crecientes para la energía eléctrica.

Generalmente, el método de desnitración convencional es la reducción catalítica usando amoniaco como agente reductor para descomponer NOx en nitrógeno (N₂) en presencia de un catalizador de acuerdo con la siguiente fórmula química:

4NO + 4NH₃ + O₂ rightarrow 4N₂ + 6H₂O

De la fórmula anterior, se puede considerar que los NOx se podrían eliminar 100% teóricamente añadiendo NH₃ en igual cantidad molar que NOx. Realmente, no obstante, es imposible mezclar NH₃ de forma completamente uniforme con NOx en el gas de escape.

Por lo tanto, se necesita añadir excesivo NH₃ a NOx para alcanzar una desnitración altamente eficaz. Como resultado, el NH₃ sin reaccionar (también es referido como amoniaco sin reaccionar) permanece en el gas de escape en una proporción considerablemente alta.

Los inventores han propuesto en el documento EP-A-0694329 la descomposición oxidativa de gas de escape en nitrógeno y óxidos de nitrógeno introduciendo el gas de escape en una capa de catalizador de descomposición de amoniaco después del procedimiento de desnitración con amoniaco descrito anteriormente. En este método, no obstante, puede ser difícil controlar la relación de desnitración del gas de escape a 90% o mayor mientras se mantiene el escape de amoniaco sin reaccionar en 0,1 ppm o menor.

Sumario de la invención

A la luz de la anteriormente mencionada técnica antecedente, es un objeto de la presente invención crear un método para desnitrar gas de escape que pueda controlar la eficiencia de la eliminación de NOx (o eficiencia de desnitración) del gas de escape al 90% o mayor mientras que se suprime el escape de amoniaco sin reaccionar hasta 0,1 ppm o menor.

El objeto descrito anteriormente se consigue mediante el método de la reivindicación 1.

La utilización de la presente invención conduce a la eliminación de NOx altamente eficiente del gas de escape mientras que se suprime sustancialmente la liberación de amoniaco que se usa como agente reductor.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 muestra un sistema ejemplar para llevar a cabo un método para desnitrar gas de escape relacionado con la presente invención.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

La operación de la presente invención se describe con referencia a la Fig. 1. Se dispuso una primera capa 101 de catalizador de desnitración en el lado más aguas arriba en la corriente de gas de escape. En el lado aguas abajo de la primera capa 101 de catalizador de desnitración se ubica una primera capa 102 de catalizador de descomposición de amoniaco. Adicionalmente, se dispone una segunda capa 103 de catalizador de desnitración en el lado aguas abajo de la primera capa 102 de catalizador. Finalmente, se ubica una segunda capa 104 de catalizador de descomposición de amoniaco en el lado más aguas abajo. A la primera capa 101 de catalizador de desnitración se añade amoniaco 111 en una cantidad seleccionada que excede de una cantidad teórica justa requerida para reducir NOx del gas de escape 110. En la capa 102 de catalizador de descomposición de amoniaco, el amoniaco contenido en el gas de escape 110 de la primera capa 101 de catalizador de desnitración se descompone hasta una cantidad apropiada para que el proceso de desnitración se efectúe en la segunda capa 103 de catalizador de desnitración. Si se requiere, se añade adicionalmente una pequeña cantidad de amoniaco. Finalmente, en la segunda capa 104 de catalizador de descomposición de amoniaco se elimina sustancialmente el amoniaco contenido en el gas de escape de la segunda capa 103 de catalizador de desnitración. Como resultado, el NOx contenido en el gas a la salida de la segunda capa 104 de catalizador de descomposición de amoniaco se reduce hasta 3 ppm o menor, y el amoniaco también se reduce hasta 0,1 ppm o menor.

Los catalizadores usados en las primera y segunda capas 101 y 103 de catalizador de desnitración de la presente invención contienen soportes de catalizador de tipo TiO₂ convencionales y óxidos que consisten en vanadio (V), tungsteno (W) y/o molibdeno (Mo). Preferiblemente, el soporte del catalizador está en forma de retículo o tiene una estructura similar a panal.

El catalizador usado en la primera capa 102 de catalizador de descomposición de amoniaco tiene selectividad a nitrógeno que excede de 70%. La selectividad a nitrógeno se define por la siguiente ecuación:

Selectividad a nitrógeno (%) = [1-{C_NOx^SAL - C_NOx^ENT} / {C_NH3^ENT - C_NH3^SAL}] x 100

en la que

C_NOx^SAL: NOx (ppm) a la salida de la capa de catalizador de descomposición de amoniaco,

C_NOx^ENT: NOx (ppm) a la entrada de la capa de catalizador de descomposición de amoniaco,

C_NH3^SAL: NH₃ (ppm) a la salida de la capa de catalizador de descomposición de amoniaco, y

C_NH3^ENT: NH₃ (ppm) a la entrada de la capa de catalizador de descomposición de amoniaco.

Si la selectividad a nitrógeno del catalizador de descomposición de amoniaco como se define anteriormente es menor que 70%, se aumenta la concentración de NOx a la salida de la primera capa 102 de catalizador de descomposición de amoniaco, haciendo por ello difícil llevar a cabo la desnitración altamente eficiente.

El catalizador usado en la primera capa 102 de catalizador de descomposición de amoniaco tiene, en su forma deshidratada, la siguiente fórmula química:

(1,0 pm 0,6) R₂O • [aM₂O₃ • bAl₂O₃] • cMeO • ySiO₂

en la que R es un ion de metal alcalino y/o ion de hidrógeno; M es uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en elemento del Grupo VIII de la tabla periódica, elemento tierra rara, titanio, vanadio, cromo, niobio, antimonio y galio; Me es un elemento metal alcalino-térreo; y a, b, c e y satisfacen a + b = 1, a =q 0, b =q 0, c =q 0, y/c > 12 e y > 12, respectivamente.

El catalizador en la primera capa 102 de catalizador de descomposición de amoniaco contiene, en su forma deshidratada, un silicato cristalino, como soporte del catalizador, que tiene un patrón de difracción de rayos X mostrado en la Tabla 1 y uno o más metales seleccionados del grupo que consiste en platino, paladio, rutenio e iridio como metal activo.

Para el catalizador usado en la segunda capa 104 de catalizador de descomposición de amoniaco de la presente invención, no es necesario limitar específicamente la selectividad a nitrógeno como se define en el caso del primer...

1. Un método para desnitrar gas de escape para eliminar óxidos de nitrógeno por reducción catalítica, en el que un gas de escape que contiene óxido de nitrógeno se introduce en una cámara de reacción llena de catalizador y se añade amoniaco como agente reductor, el cual excede de una cantidad teórica requerida para reducir los óxidos de nitrógeno (NOx),

comprendiendo el método las etapas de:

introducir gas de escape y amoniaco en una primera capa de catalizador de desnitración dispuesta en un lado aguas arriba en la corriente de gas para eliminar óxidos de nitrógeno;

alimentar el gas en una primera capa de catalizador de descomposición de amoniaco dispuesta en un lado aguas abajo de la primera capa de catalizador de desnitración para controlar que el contenido de amoniaco sea apropiado para el subsiguiente proceso de desnitración, en el que la primera capa de catalizador de descomposición de amoniaco tiene la capacidad de descomponer oxidativamente el amoniaco sin reaccionar en nitrógeno y óxidos de nitrógeno;

después, alimentar el gas en una segunda capa de catalizador de desnitración dispuesta en un lado aguas abajo de la primera capa de catalizador de descomposición de amoniaco;

y alimentar el gas en una segunda capa de catalizador de descomposición de amoniaco dispuesta en un lado aguas abajo de la segunda capa de catalizador de desnitración para eliminar el amoniaco residual, estando la segunda capa de catalizador de descomposición de amoniaco provista de un catalizador que pueda descomponer oxidativamente el amoniaco residual en nitrógeno y óxidos de nitrógeno o un catalizador que pueda descomponer oxidativamente el amoniaco residual en óxidos de nitrógeno,

en el que los catalizadores usados en las primera y segunda capas de catalizador de desnitración contienen soportes de catalizador de tipo TiO₂ convencionales y óxidos que consisten en vanadio (V), tungsteno (W) y/o molibdeno (Mo), en el que la selectividad a nitrógeno del catalizador usado en la primera capa de catalizador de descomposición de amoniaco proporciona selectividad a nitrógeno que excede de 70%, siendo definida la selectividad a nitrógeno por la siguiente ecuación:

Selectividad a nitrógeno (%) = [1-{C_NOx^SAL - C_NOx^ENT} / {C_NH3^ENT - C_NH3^SAL}] x 100

en la que

C_NOx^SAL: NOx (ppm) a la salida de la capa de catalizador de descomposición de amoniaco,

C_NOx^ENT: NOx (ppm) a la entrada de la capa de catalizador de descomposición de amoniaco,

C_NH3^SAL: NH₃ (ppm) a la salida de la capa de catalizador de descomposición de amoniaco, y

C_NH3^ENT: NH₃ (ppm) a la entrada de la capa de catalizador de descomposición de amoniaco, y tiene, en su forma deshidratada, una fórmula química expresada por:

(1,0 pm 0,6) R₂O • [aM₂O₃ • bAl₂O₃] • cMeO • ySiO₂

(R: ion de metal alcalino y/o ion de hidrógeno; M: uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en elemento del Grupo VIII de la tabla periódica, elemento tierra rara, titanio, vanadio, cromo, niobio, antimonio y galio; Me: elemento metal alcalino-térreo; y

a + b =1, a =q 0, b =q 0, c =q 0, y/c > 12 e y > 12),

y contiene un silicato cristalino como soporte del catalizador, teniendo el silicato cristalino un patrón de difracción de rayos X mostrado en la Tabla 1 que se describe en esta memoria descriptiva, y uno o más metales seleccionados del grupo que consiste en platino, paladio, rutenio e iridio como metal activo,

y el catalizador usado en la segunda capa de catalizador de descomposición de amoniaco contiene uno o más óxidos seleccionados del grupo que consiste en sílice, alúmina, titania y circona como soporte del catalizador, y uno o más metales seleccionados del grupo que consiste en platino, rodio, paladio, rutenio e iridio como metal activo.