CATALIZADOR DE GAS DE ESCAPE.

Procedimiento para la preparación de una composición de catalizador,

caracterizado porque se pone en contacto un soporte sólido que contiene TiO2 en una cantidad de al menos el 70% en peso, WO3 en una cantidad del 5-20% en peso, y opcionalmente SiO2 en una cantidad de hasta el 15% en peso con un vanadato (REVO4) de al menos un metal de tierras raras seleccionado del grupo de Y, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Er e Yb para dar una suspensión que se lleva a sequedad y se calcina

La invención se refiere a una composición de catalizador de gas de escape, a continuación “composición de catalizador”, y a un procedimiento para su preparación.

La reducción de emisiones de óxido de nitrógeno representa uno de los mayores retos en la protección medioambiental. Se han seguido varios enfoques para reducir las emisiones de NOx tanto para aplicaciones móviles como estacionarias incluyendo métodos de modificación de combustión y desnitrificación de gases de combustión. Los primeros, aunque la eficacia de eliminación de NOx varía con la tecnología aplicada, no pueden lograr más del 50-60% de eficacia de eliminación. El tratamiento posterior de los gases de combustión puede lograr eficacias sustancialmente mayores especialmente cuando se emplea un método catalítico. Se han sometido a prueba varios tipos de catalizadores que son activos en diferentes entornos y condiciones. El uso de un gran número de catalizadores para eliminar NO está asociado con diferentes rutas de reacción que pueden dividirse de la siguiente forma (1):

1. La reducción catalítica selectiva de NO con amoniaco (denominada en lo sucesivo en el presente documento RCS), para aplicaciones estacionarias como centrales eléctricas y plantas de industria química.

2. La reducción catalítica de NO en presencia de CO, típica del control de contaminación de automóviles.

3. La reducción catalítica de NO en presencia de hidrocarburos, un método que no se usa comercialmente pero que es potencialmente interesante para el control de la contaminación industrial y de automóviles.

4. La eliminación directa de NO a través de descomposición para la que todavía no se han desarrollado catalizadores duraderos y estables.

5. La sorción de catalizadores que atrapan NOx o NO.

Entre estos métodos, la tecnología más ampliamente empleada para aplicaciones estacionarias es RCS (2-4). Se introdujo a finales de los años 1970 para el control de las emisiones de NOx en gases de chimenea para centrales térmicas y otras instalaciones industriales. Las plantas de RCS están operando actualmente en los EE.UU., Japón, Europa y extremo oriente para una capacidad total del orden de 180000 MW. La RCS se basa en la reducción de NOx con NH3 en agua y nitrógeno según la reacción:

4NO + 4 NH3 + O2 = 4 N2 + 6H2O

La tecnología funciona comercialmente sobre catalizadores de RCS de óxido metálico compuestos por una mezcla homogénea de TiO2 (80-90% en peso), WO3 (6-10% en peso) y V2O5 (hasta el 3% en peso) que puede contener algo de SiO2 (0-10% en peso) en la formulación. Se usa TiO2 como soporte activo de alta área superficial para soportar el componente activo V2O5 que es responsable de la actividad de los catalizadores en la reducción de NOx a temperaturas de funcionamiento bajas y medias. También es responsable de la oxidación de SO2 a SO3 cuando se suministran al catalizador gases que contienen SO2. Por tanto, para gases de descarga con alto contenido en azufre, su cantidad se mantiene baja (inferior al 1% en peso). WO3 (en ocasiones también MoO3) se emplea como promotor químico/estructural para ampliar el intervalo de aplicación de temperaturas. A menudo se usa sílice para mejorar la resistencia y la estabilidad del catalizador. Los catalizadores comerciales se emplean como monolitos en forma de panal debido a varias ventajas con respecto a una disposición en lecho fijo: disminución de presión inferior, resistencia a la atrición superior, menos taponamiento por cenizas volantes.

El documento GB 1 495 396 describe una composición de catalizador que contiene como principios activos óxidos de titanio, al menos uno de molibdeno, tungsteno, hierro, vanadio, níquel, cobalto, cobre, cromo y uranio, y como componente(s) opcional(es) estaño y/o al menos uno de plata, berilio, magnesio, zinc, boro, aluminio, itrio, metal de las tierras raras, silicio, niobio, antimonio, bismuto, manganeso, torio y zirconio, óxidos que están presentes como una mezcla íntima.

El documento EP I 145 762 A1 describe un procedimiento para la preparación de un catalizador de RCS de V2O5 soportado sobre TiO2. El procedimiento se caracteriza porque el catalizador se prepara dispersando TiO2 en una disolución de metavanadato de amonio, ajustando el pH de la solución hasta un valor de 7,0-7,1, agitando la suspensión resultante durante un tiempo para la adsorción completa del compuesto de vanadio sobre TiO2, filtrando la suspensión y secando y calcinando el compuesto de catalizador resultante.

Del documento US 4.466.947 se conoce un catalizador de desnitrificación que comprende al menos los tres componentes metálicos titanio, tungsteno y/o magnesio, y vanadio, y puede contener adicionalmente una pluralidad de elementos metálicos del sistema periódico.

Del PATENT ABSTRACTS OF JAPAN; vol. 0030, n.º 75 (C-050), 27 de junio de 1979 y el documento JP 54 052691 A, 25 de abril de 1979 se conoce un catalizador para eliminar óxidos de nitrógeno en gases de escape que consiste en TiO2, V2O5 y óxidos de lantánidos.

Pese al hecho de que la tecnología con RCS se usa en todo el mundo, todavía hay oportunidades para mejorar el rendimiento catalítico, especialmente en relación con las siguientes cuestiones: (i) mejorar el diseño del catalizador con el fin de obtener al mismo tiempo una actividad superior en la eliminación de NOx y una actividad inferior en la oxidación de SO2; (ii) limitar el escape de amoniaco y mejorar el comportamiento del sistema en condiciones 5 dinámicas; (iii) ampliar el presente intervalo de temperatura aplicable de los catalizadores de RCS hacia una temperatura superior de hasta 600ºC y evitar la desactivación que se produce con los presentes catalizadores cuando se hacen funcionar a altas temperaturas. De hecho se sabe que la actividad de un catalizador de V2O5/TiO2/SiO2 aumenta notablemente con un aumento en la temperatura de las calcinaciones hasta 600-650ºC y luego disminuye rápidamente. Esto se debe principalmente a la transformación de fase de TiO2 (anatasa) en TiO2 (rutilo) y la consiguiente pérdida de área superficial determinada por BET con los cambios en el estado químico de las especies de vanadio de superficie. Resolviendo estas cuestiones se allanará el terreno para el uso de RCS también en aplicaciones móviles; de hecho se investiga intensamente el procedimiento que usa urea como agente reductor para su uso en motores de mezcla pobre de diesel o gasolina (5-6). Los retos para las aplicaciones en automóviles son la alta actividad de RCS y la estabilidad térmica mejorada de los catalizadores de V2O5-WO3-TiO2 en el intervalo de temperatura de 423-1000K. Tales temperaturas de funcionamiento extremas (en comparación con las aplicaciones de RCS “clásicas” en las que a menudo se encuentran un intervalo de temperatura del orden de 573-773K) son ciertamente de corta duración y pueden producirse con un rendimiento de potencia muy alto (baja rpm y alta carga).

La presente invención va dirigida a resolver el problema relacionado con la mejora de la estabilidad térmica a temperaturas superiores en las que los catalizadores de V/Ti/W/Si y V/Ti/W del estado de la técnica todavía sufren una fuerte desactivación.

El procedimiento según la invención para la preparación de una composición de catalizador se caracteriza porque se pone en contacto un soporte sólido que contiene TiO2 en una cantidad de al menos el 70% en peso, WO3 en una cantidad del 5-20% en peso, y opcionalmente SiO2 en una cantidad de hasta el 15% en peso, con un vanadato (REVO4) de al menos un metal de tierras raras seleccionado del grupo de Y, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Er e Yb para dar una suspensión que se lleva a sequedad y se calcina. Al llevar el soporte sólido en contacto con el vanadato de tierras raras, tiene lugar la adsorción sobre el soporte.

En una realización más preferida el metal de tierras raras es al menos uno del grupo de Pr, Sm, Gd, Tb, Dy y Er, y particularmente uno del grupo de Sm, Gd, Tb, Dy y Er, y más preferido al menos uno de Er y Tb.

La invención también se refiere a una composición de catalizador que puede obtenerse según el procedimiento inventivo mencionado anteriormente.

El soporte de la composición de catalizador contiene preferiblemente SiO2 en una cantidad del 4-12% en peso, particularmente en una cantidad del 5-10% en peso.

A continuación se describen en más detalle las realizaciones preferidas de la invención.

1. Preparación de un catalizador según la invención que contiene el 5,0% en peso de Er y el 1,5% en peso de V sobre un... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la preparación de una composición de catalizador, caracterizado porque se pone en contacto un soporte sólido que contiene TiO2 en una cantidad de al menos el 70% en peso, WO3 en una cantidad del 5-20% en peso, y opcionalmente SiO2 en una cantidad de hasta el 15% en peso con un vanadato (REVO4) de al menos un metal de tierras raras seleccionado del grupo de Y, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Er e Yb para dar una suspensión que se lleva a sequedad y se calcina.

2. Composición de catalizador que puede obtenerse según un procedimiento según la reivindicación 1.