Dispositivo para reducir el contenido de NOx y N2O en gases, en particular en gases del proceso y gases deescape,

que comprende:

A) dos lechos de catalizador conectados uno tras otro que contienen una o varias zeolitas cargadas conhierro, que son recorridos por el gas con contenido en NOx y N2O,

B) un dispositivo dispuesto entre los lechos de catalizador para la incorporación de un agente reductorgaseoso en la corriente del gas con contenido en NOx y N2O, que comprende un mezclador a través delcual es conducido el gas después de recorrer el primer lecho de catalizador, y que comprende una tuberíade alimentación para agente reductor que desemboca en el espacio detrás del primer lecho de catalizador ydelante o en el mezclador, en donde el gas a purificar es conducido a través del segundo lecho decatalizador después de abandonar el mezclador, y en donde

C) al menos uno de los lechos de catalizador está realizado en forma de un cilindro hueco el cual esrecorrido radialmente por el gas con contenido en NOx y N2O.

Dispositivo para reducir el contenido en NOx y NO2 en gases.

La presente invención se refiere a un dispositivo para poner en funcionamiento procedimientos para reducir el contenido en óxidos de nitrógeno en gases, en particular en gases del proceso y de escape.

En muchos procesos tales como, p. ej., procesos de combustión o en la preparación industrial de ácido nítrico resulta un gas de escape cargado con monóxido de nitrógeno NO, dióxido de nitrógeno NO2 (en conjunto denominado como NOx) así como gas de la risa N2O (óxido nitroso) . Mientras que NO y NO2 son conocidos desde hace tiempo como compuestos con una relevancia ecotóxica (lluvia ácida, formación de esmog) y en todo el mundo se han establecido valores límite para sus emisiones máximas permitidas, en los últimos años avanza en medida creciente también el gas de la risa en el foco de la protección del medio ambiente, ya que éste coopera de manera nada despreciable en la degradación del ozono de la estratosfera y en el efecto invernadero. Por lo tanto, por motivos de la protección del medio ambiente existe una urgente demanda de soluciones técnicas de eliminar emisiones del gas de la risa junto con las emisiones de NOx.

Para la eliminación separada de N2O, por una parte y por otra parte, ya se han conocido numerosas posibilidades.

En el caso de la reducción de NOx se ha de destacar la reducción catalítica selectiva (SCR – siglas en inglés) de NOx mediante amoníaco en presencia de catalizadores de TiO2 con contenido en vanadio (véase, por ejemplo, G. Ertl, H. Knözinger, J. Weitkamp: Handbook of Heterogeneous Catalysis, Vol. 4, páginas 1633 – 1668, VCH Weinheim (1997) ) . Esta reducción puede discurrir, en función del catalizador, a temperaturas de aprox. 150ºC hasta aprox. 450ºC y posibilita una degradación de NOx de más del 90%. Es la variante utilizada con mayor frecuencia para la reducción de NOx de gases de escape de procesos industriales.

También sobre la base de catalizadores de zeolita se encuentran procedimientos para la reducción de NOx que discurren utilizando los más diversos agentes reductores. Junto a zeolitas intercambiadas con Cu (véase, p. ej., el documento EP-A-0914866) parecen de interés para la aplicación práctica, ante todo, zeolitas con contenido en hierro.

Así, el documento US-A-4.571.329 reivindica un procedimiento para la reducción de NOx en un gas, el cual se compone al menos en un 50% de NO2, mediante amoníaco en presencia de una zeolita con Fe. La relación de NH3 a NO2 asciende al menos a 1, 3. Conforme al procedimiento descrito en dicho documento, gases con contenido en NOx deben reducirse con amoníaco sin que se produzca la formación de N2O como producto secundario.

El documento US 5.451.387 describe un procedimiento para la reducción catalítica selectiva de NOx con NH3 a través de zeolitas intercambiadas con hierro, el cual trabaja a temperaturas en torno a 400ºC.

A diferencia de la reducción de NOx en gases de escape, que está establecida en la técnica desde hace muchos años, para la eliminación de N2O existen sólo unos pocos procesos técnicos los cuales están dirigidos, la mayoría de las veces, a una degradación térmica o catalítica del N2O. Una perspectiva sobre los catalizadores cuya idoneidad principal fue determinada para la degradación y para la reducción de gas de la risa, la proporciona Kapteijn et al. (Kapteijn F. et al., Appl. Cat. B: Environmental 9 (1996) 25-64) .

Como particularmente adecuados se manifiestan de nuevo catalizadores de zeolita con Fe y Cu que determinan una degradación pura del N2O en N2 y O2 (documento US-A-5.171.553) , o también sirven para la reducción catalítica del N2O con ayuda de NH3 o hidrocarburos para formar N2 y H2O o bien CO2.

Así, en el documento JP-A-07 060 126 se describe un procedimiento para la reducción de N2O con NH3 en presencia de zeolitas con contenido en hierro del tipo Pentasil, a temperaturas de 450ºC. La degradación de N2O alcanzable con este procedimiento se encuentra en 71%.

Mauvezin et al. proporcionan en Catal. Lett. 62 (1999) 41-44 una perspectiva al respecto sobre la idoneidad de diferentes zeolitas intercambiadas con hierro, del tipo MOR, MFI, BEA, FER, FAU, MAZ y OFF. Según la misma, una reducción de N2O de más del 90% mediante la adición de NH3 por debajo de 500ºC sólo puede alcanzarse en el caso de Fe-BEA.

Junto a los procedimientos antes mencionados para la eliminación separada de N2O y NOx existen, sin embargo, también procedimientos para la eliminación combinada que pueden discurrir utilizando un único catalizador.

A partir del documento WO-A-00/48715 se conoce un procedimiento en el que un gas de escape con contenido en NOx y N2O se conduce a temperaturas entre 200 y 600ºC por encima de un catalizador de zeolita con hierro del tipo Beta (= tipo BEA) , conteniendo el gas de escape, además, NH3 en una relación cuantitativa entre 0, 7 y 1, 4, referida a la cantidad total de NOx y N2O. En este caso, NH3 sirve como agente reductor tanto para NOx como también para N2O. El procedimiento trabaja ciertamente a temperaturas menores que 500ºC, pero posee, igual que el procedimiento antes mencionado, el inconveniente principal de que para la eliminación del contenido en N2O se requiere una cantidad aproximadamente equimolar de agente reductor (en este caso NH3) .

A partir del documento WO-A-01/51.181 se conoce un procedimiento para eliminar NOx y N2O, en el que un gas del proceso o de escape es conducido a través de dos zonas de reacción que contienen zeolitas cargadas con hierro en calidad de catalizadores. En la primera zona de reacción se descompone en tal caso N2O, entre la primera y la segunda zona de reacción se aporta amoníaco a la mezcla gaseosa y en la segunda zona de reducción se reduce NOx.

Se ha encontrado ahora, sorprendentemente, que la eficacia del procedimiento arriba mencionado puede ser claramente aumentada si la reducción del contenido en N2O hasta el grado de degradación deseado no tiene lugar solamente en la primera zona de reacción, sino que también la zona de reacción de la reducción de NOx puede utilizarse para la reducción de N2O. Esto se hizo posible desde el momento en que se comprobó, sorprendentemente, que en el caso de utilizar catalizadores de zeolita cargados con hierro es posible una reducción de NOx (p. ej. mediante NH3) y degradación de N2O simultáneas. La aportación para la degradación de N2O en la segunda etapa de reacción es particularmente grande cuando el procedimiento se hace funcionar a presiones elevadas, es decir, a presiones por encima de 2 bar, preferiblemente por encima de 4 bar.

Misión de la presente invención es proporcionar un dispositivo con el que se puedan hacer funcionar procedimientos sencillos, pero rentables, que proporcionen buenos rendimientos tanto para la degradación de NOx como también para la de N2O y se distingan por mínimos costes de funcionamiento y de inversión. A los primeros pertenecen, junto a la energía para el ajuste de la temperatura de funcionamiento necesaria, el consumo de agente reductor así como pérdidas de energía por resistencias de flujo en el lecho del catalizador (pérdidas de presión) . Los costes de inversión se determinan esencialmente por las cantidades requeridas de catalizador y con los volúmenes de aparato ligados a ello.

Adicionalmente, existe el problema de la incorporación del agente reductor el cual debe ser mezclado íntimamente con la corriente gaseosa a tratar, con el fin de garantizar un grado de eficacia lo más elevado posible del agente reductor (se evita un deslizamiento y reacciones secundarias) . El mezclador necesario para ello debería estar dispuesto, por consideraciones técnicas de emplazamiento y de rentabilidad, de forma que ocupe el menor sitio posible.

Estas misiones se resuelven mediante el dispositivo de acuerdo con la invención.

Con el dispositivo descrito en lo que sigue se puede llevar a cabo, en particular, un procedimiento para reducir el contenido de NOx y N2O en gases, en particular en gases del proceso y gases de escape, que comprende las siguientes medidas:

a) conducción del gas con contenido en N2O y NOx a lo largo de una secuencia de dos lechos de

catalizador que contienen una o varias zeolitas cargadas con hierro,

b) adición de un agente reductor para NOx entre los lechos de catalizador,

c) ajuste de una temperatura... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para reducir el contenido de NOx y N2O en gases, en particular en gases del proceso y gases de escape, que comprende:

A) dos lechos de catalizador conectados uno tras otro que contienen una o varias zeolitas cargadas con hierro, que son recorridos por el gas con contenido en NOx y N2O, B) un dispositivo dispuesto entre los lechos de catalizador para la incorporación de un agente reductor gaseoso en la corriente del gas con contenido en NOx y N2O, que comprende un mezclador a través del cual es conducido el gas después de recorrer el primer lecho de catalizador, y que comprende una tubería de alimentación para agente reductor que desemboca en el espacio detrás del primer lecho de catalizador y delante o en el mezclador, en donde el gas a purificar es conducido a través del segundo lecho de catalizador después de abandonar el mezclador, y en donde C) al menos uno de los lechos de catalizador está realizado en forma de un cilindro hueco el cual es recorrido radialmente por el gas con contenido en NOx y N2O.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los dos lechos de catalizador están dispuestos en un recipiente.

3. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los dos lechos de catalizador son recorridos radialmente por gas con contenido en NOx y N2O.

4. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dos lechos de catalizador recorridos radialmente están dispuestos uno sobre otro, o porque se presenta una combinación de lechos de catalizador recorridos axial y radialmente dispuestos uno sobre otro, en donde mediante superficies de separación incorporadas de manera adecuada entre los lechos de catalizador se fija el recorrido del gas de modo que primero es recorrido el primer lecho de catalizador y acto seguido el segundo.

5. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dos lechos de catalizador recorridos radialmente se presentan con diferentes dimensiones, siendo la medida externa de uno de los lechos de catalizador menor que la medida interna del otro lecho de catalizador, y los dos lechos de catalizador están dispuestos de forma concéntrica uno con otro, y en donde mediante superficies de separación incorporadas de manera adecuada entre los lechos de catalizador se fija el recorrido del gas de modo que primeramente sea recorrido el primer lecho de catalizador y acto seguido el segundo.

6. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el gas, después de recorrer el primer lecho de catalizador, es conducido en un mezclador dispuesto en el centro del dispositivo.

7. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el mezclador está configurado como mezclador estático o como mezclador dinámico, preferiblemente en forma de un tubo recorrido.

8. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque en el primer y segundo lechos de catalizador se utiliza el mismo catalizador.

9. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la o las zeolitas cargadas con hierro son del tipo MFI, BEA, FER, MOR, FAU y/o MEL.

10. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque la zeolita cargada con hierro es del tipo MFI.

11. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la zeolita cargada con hierro es una Fe-ZSM-5.

12. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque en al menos un lecho de catalizador se emplean zeolitas cargadas con hierro que han sido tratadas con vapor de agua.

13. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque como catalizadores en al menos un lecho de catalizador se emplean zeolitas cargadas con hierro en las que la relación de aluminio extra de la red a aluminio de la red es de al menos 0, 5.

Figura 1

Figura 2

Figura 3

Figura 4

Figura 5

Figura 6