Un aparato para reducir un óxido de nitrógeno gas en una mezcla de gases emitidos por una fuente deemisiones,

que comprende:

(a) un conducto (20) de los gases de escape para transportar la mezcla de gases aguas abajo de la fuente deemisiones,

(b) un inyector (2) para inyectar un agente reductor en la mezcla de gases;

(c) un catalizador (7) para catalizar la reducción del óxido de nitrógeno,

(d) uno o más analizadores (40) de gases ubicados en el conducto aguas arriba del inyector;

en el que al menos un analizador de gases comprende una agrupación de al menos cuatro materialesquimio/electro-activos del grupo consistente en CeOx, NbOx, AlaNibOx, CraTibOx, MnaYbOx, NbaTibOx, NbaWbOx,NiaZnbOx, SbaSnbOx, TaaTibOx, TiaZnbOx, NbaSrbTicOx, y NbaSrbWcOx;

en los que a, b, y c están, independientemente cada uno de ellos, en el intervalo de aproximadamente 0,0005 aaproximadamente 1; y

en los que x es un número suficiente para que el oxígeno presente equilibre las cargas de los otros elementospresentes en el material quimio/electro-activo.

Método y aparato para reducir un óxido de nitrógeno y su control.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a métodos y aparatos para reducir un óxido de nitrógeno. En particular se refiere al uso de un analizador de gases para obtener información referida al contenido composicional de una mezcla multicomponente de gases que contiene un óxido de nitrógeno, con el fin de ayudar en el control de la reducción.

Antecedentes de la técnica

Los óxidos de nitrógeno (NOx) que son emitidos por una fuente de emisión, como las formadas como resultado de una combustión, están incluidos entre las principales causas del problema de la “lluvia ácida”, el problema de la niebla fotoquímica y el daño resultante al medio ambiente. Estas sustancias nocivas deberán ser, por lo tanto, eliminadas en la mayor medida posible de los gases emitidos por la fuente de emisión, como por ejemplo los gases de escape de un proceso de combustión, antes de su descarga en la atmósfera.

Una fuente de óxidos de nitrógeno, en forma de NO2 y principalmente de NO, es la combustión de carbón, petróleo, gas, gas, gasolina, combustible diesel u otros combustibles fósiles. La combustión de combustibles fósiles tiene lugar, por ejemplo, en un dispositivo estacionario tal como un horno, que es un dispositivo para la producción o aplicación de calor. Se puede usar un horno junto con una caldera, como por ejemplo un generador de vapor que acciona una turbina de vapor en una planta generadora de electricidad, junto con una operación industrial como por ejemplo en un horno de fusión o un reactor químico, o junto con el suministro de calor para el consumo humano.

También se queman combustibles fósiles en un dispositivo móvil, incluyendo un dispositivo que suministre energía interna, como por ejemplo un motor de combustión interna en un vehículo para transporte o recreo, o en una pieza de un equipo de construcción, mantenimiento u operaciones industriales; o en una turbina de gas, que es una turbina accionada por un fluido quemado y comprimido (como por ejemplo aire) , tal como en un motor de un avión reactor. Sin embargo, también se han hallado dispositivos emisores de gas, tales como un motor de combustión interna o una turbina de gas, en aplicaciones estacionarias. Los gases de escape emitidos por dispositivos tales como los anteriormente descritos, son una mezcla multicomponente de gases que contiene óxidos de nitrógeno. Los óxidos de nitrógeno emitidos por una planta de incineración de residuos industriales o municipales. Además, también por estas fuentes se emite monóxido de carbono e hidrocarburos.

Existe un problema con respecto a la necesidad de controlar la inyección de un agente reductor en una mezcla de gases que contiene óxidos de nitrógeno. Hay un deseo de efectuar la reducción de la mayor cantidad posible de los óxidos de nitrógeno presentes en la mezcla de gases. Con este fin, controlar qué cantidades de agente reductor, hasta un exceso estequiométrico, se inyectan con frecuencia en la mezcla de gases y, de esa manera en los óxidos de nitrógeno, en términos de la cantidad de óxidos de nitrógeno presentes. Se emplea un exceso de agente reductor, no tanto por diseño, sino principalmente debido a la falta de disponibilidad de información respecto al contenido composicional de la mezcla gaseosa, suficiente para calcular de forma precisa el equivalente estequiométrico del agente reductor necesario. El contenido composicional de una mezcla de gases que contiene óxidos de nitrógeno varía con frecuencia de una manera extremadamente impredecible a medida que se mueve a través de un conducto desde su fuente de emisión hasta el punto de su destino último, como por ejemplo un punto de descarga a la atmósfera. Como resultado, debido al deseo de obtener la reducción de un gran porcentaje de los óxidos de nitrógeno, se inyecta una cantidad de agente reductor que más tarde se comprueba que está en exceso. Si esto es consecuencia de los cálculos basados en información imprecisa o incompleta, no se sigue la estrategia de empelar un exceso que con toda seguridad va ser demasiado pequeño, o no es completa la reacción de la cantidad, cualquiera que sea ésta, se experimenta la misma consecuencia no deseada – se descarga a la atmósfera agente reductor sin reaccionar, y se convierte él mismo en un contaminante. Cuando el agente reductor es amoníaco, esto se conoce como pérdida de amoníaco. En una mezcla de gases que está sin depurar, o de otra manera contiene óxidos de azufre, el amoníaco sin reaccionar es capaz de reaccionar con los óxidos de azufre para producir depósitos pegajosos y corrosivos de sulfato de amonio y/o sulfato de hidrógeno y amonio que ensucian el mecanismo del conducto.

Existe entonces la necesidad de un método y aparatos para la reducción de un óxido de nitrógeno que proporcione el control de la reacción de reducción y, en particular, el control de la inyección de un agente reductor en la mezcla de gases que contiene el óxido de nitrógeno. En particular, hay una necesidad de un método y aparatos que permitan el cálculo de la cantidad de agente reductor que se va a inyectar, en relación con la información acerca del contenido composicional de la mezcla de gases.

Esta invención está dirigida a las necesidades de proporcionar un método en el que el análisis de la mezcla de gases se realice para facilitar información relacionada con su contenido composicional. En ciertas realizaciones, el análisis es facilitado por un analizador de gases que se puede situar dentro de un conducto, a través del cual la mezcla de gases es transportada a posiciones que crean una oportunidad de desarrollar información útil sobre la mezcla de gases, y especialmente información relacionada con su contenido de óxido de nitrógeno. En otras realizaciones, para este fin se emplea un analizador de gases que produce una señal relacionada con el contenido, dentro de la mezcla de gases, de un gas componente individual de la mezcla, y/o el contenido colectivo de un subgrupo de gases que haya en la mezcla. En otras realizaciones, la información está involucrada en la decisión de hacer una rutina o un mapa, y puede usarse para calcular una cantidad deseada de agente reductor que se va a inyectar en la mezcla de gases y, por eso, en los óxidos de nitrógeno que se van a reducir. Otras realizaciones de la invención son como se describen más concretamente a continuación, o son como sería evidente para el operario a la vista de la descripción que se da más adelante.

El documento EP 0820799 se refiere a un sistema y a un método para quitar los NOx de los gases de escape emitidos desde un aparato de combustión, como por ejemplo un motor de combustión interna, o similares, haciendo reaccionar los NOx con NH3 para producir N2 y H2O.

El documento US 5.540.047 proporciona un método con el cual la concentración de los óxidos de nitrógeno, NOx, en los gases de escape de un motor de combustión interna o de un sistema de encendido, se puede reducir notablemente.

Resumen de la invención

Un aspecto de esta invención proporciona un aparato para reducir un óxido de nitrógeno gaseoso emitido por una fuente de emisiones, que implica (a) un conducto de los gases de escape para transportar el óxido de nitrógeno gaseoso aguas abajo desde la fuente de emisiones; (b) un inyector para inyectar un agente reductor en la mezcla de gases; (c) un catalizador para catalizar la reducción del óxido de nitrógeno; (d) uno o más analizadores de gases situados en el conducto aguas arriba del inyector, en el que al menos un analizador de gases comprende una agrupación de al menos cuatro materiales quimio/electro-activos, del grupo consistente en CeOx, NbOx, AlaNibOx, CraTibOx, MnaYbOx, NbaTibOx, NbaWbOx, NiaZnbOx, SbaSnbOx, TaaTibOx, TiaZnbOx, NbaSrbTicOx, y NbaSrbWcOx; en los que a, b, y c están, independientemente cada uno de ellos, en el intervalo de aproximadamente 0, 0005 a aproximadamente 1; y en los que x es un número suficiente para que el oxígeno presente equilibre las cargas de los otros elementos presentes en el material quimio/electro-activo.

Otro aspecto de esta invención, en una mezcla multicomponente de gases que es emitida por una fuente de emisiones y que contiene óxido de nitrógeno, en la que se reduce un óxido de nitrógeno inyectando un agente reductor en la mezcla de gases, proporciona un método para determinar la cantidad de agente reductor que se va a inyectar, o para disminuir la cantidad de desprendimiento de agente reductor sin reaccionar,... [Seguir leyendo]

1. Un aparato para reducir un óxido de nitrógeno gas en una mezcla de gases emitidos por una fuente de emisiones, que comprende:

(a) un conducto (20) de los gases de escape para transportar la mezcla de gases aguas abajo de la fuente de emisiones,

(b) un inyector (2) para inyectar un agente reductor en la mezcla de gases;

(c) un catalizador (7) para catalizar la reducción del óxido de nitrógeno,

(d) uno o más analizadores (40) de gases ubicados en el conducto aguas arriba del inyector;

en el que al menos un analizador de gases comprende una agrupación de al menos cuatro materiales quimio/electro-activos del grupo consistente en CeOx, NbOx, AlaNibOx, CraTibOx, MnaYbOx, NbaTibOx, NbaWbOx, NiaZnbOx, SbaSnbOx, TaaTibOx, TiaZnbOx, NbaSrbTicOx, y NbaSrbWcOx;

en los que a, b, y c están, independientemente cada uno de ellos, en el intervalo de aproximadamente 0, 0005 a aproximadamente 1; y

en los que x es un número suficiente para que el oxígeno presente equilibre las cargas de los otros elementos presentes en el material quimio/electro-activo.

2. Un aparato según la reivindicación 1, que comprende además un analizador de gases que está aguas abajo del inyector y aguas abajo del catalizador.

3. Un aparato según la reivindicación 1, que comprende además un catalizador de oxidación para oxidar el agente reductor sin reaccionar.

4. Un aparato según la reivindicación 3, que comprende además un analizador de gases aguas abajo del catalizador de oxidación.

5. Un aparato según la reivindicación 1, que comprende además una rutina de toma de decisiones para controlar la inyección del agente reductor.

6. Un aparato según la reivindicación 1, en el que (a) un subgrupo de los gases componentes dentro de la mezcla de gases comprende óxido de nitrógeno, (b) un gas componente individual dentro de la mezcla de gases comprende un óxido de nitrógeno, o (c) un gas componente individual dentro de la mezcla de gases comprende un agente reductor.

7. Un aparato según la reivindicación 1 a 6, en el que el agente reductor comprende amoníaco y urea.

8. Un aparato según la reivindicación 1 ó 3, en el que la fuente de emisiones comprende una fuente de combustión estacionaria, un vehículo de recreo o transporte, o un equipo de construcción, de mantenimiento, o industrial.

9. Un aparato según la reivindicación 8, en el que la fuente de combustión estacionaria comprende una planta generadora de electricidad, un horno, una turbina de vapor, o una turbina de gas.

10. Una mezcla multicomponente de gases que es emitida por una fuente de emisiones y que contiene óxido de nitrógeno, en la que el óxido de nitrógeno se reduce inyectando un agente reductor en una mezcla de gases y poniendo en contacto la mezcla de gases con un catalizador, un método para disminuir la cantidad de desprendimiento de agente reductor sin reaccionar que comprende:

(a) determinar, en un aparato según la reivindicación 1, información que se refiere al contenido composicional de la mezcla de gases que comprende información relacionada con (i) la concentración individual dentro de la mezcla de gases de un gas componente individual de la mezcla, y/o (ii) la concentración colectiva dentro de la mezcla de gases de un subgrupo de gases componentes de la mezcla; y

(b) controlar la inyección del agente reductor en relación con la información que se refiere al contenido composicional de la mezcla de gases.

11. Un método según la reivindicación 10, en el que la información que se refiere al contenido composicional de la mezcla de gases se determina (a) antes de la inyección del agente reductor, y/o antes de que la mezcla de gases entre en contacto con algún catalizador, (b) después de la inyección del agente reductor, y/o después de que la mezcla de gases entre en contacto con algún catalizador, o (c) ambos, antes y después de la inyección del agente reductor, y/o de que la mezcla de gases entre en contacto con algún catalizador.

12. Un método según la reivindicación 10, que comprende además transferir la información sobre el contenido composicional de la mezcla de gases a una rutina de toma de decisiones.

13. Un método según la reivindicación 12, en el que la rutina de toma de decisiones calcula una cantidad de agente reductor que se va a inyectar.

14. Un método según la reivindicación 10, en el que, en la información determinada sobre el contenido composicional de la mezcla de gases, (a) un subgrupo de los gases componentes, dentro de la mezcla de gases, comprende óxidos de nitrógeno, (b) un gas componente individual, dentro de la mezcla de gases, comprende un óxido de nitrógeno, o (c) un gas componentes individual, dentro de la mezcla de gases, comprende un agente reductor.

15. Un método según la reivindicación 10, que comprende además analizar la oxidación del agente reductor sin reaccionar.