BR102019003417A2 - PROCESS FOR REDUCING NOX EMISSION IN OIL REFINERIES - Google Patents
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Abstract
processo para a redução da emissão de nox em refinarias de petróleo a presente invenção descreve um processo para a redução da emissão de nox em refinarias de petróleo, em que o regenerador da unidade de fcc opera em um modo de combustão parcial. o referido processo compreende o contato de uma mistura de gases compreendendo compostos nitrogenados e monóxido de carbono com oxigênio e um catalisador na faixa de temperatura de 100 a 700°c. a mistura de gases compreende gases presentes no regenerador ou efluentes do mesmo. o catalisador consiste de um componente zeólita modificado com cobre.Process for reducing the emission of nox in oil refineries The present invention describes a process for reducing the emission of nox in oil refineries, in which the fcc unit regenerator operates in a partial combustion mode. said process comprises contacting a mixture of gases comprising nitrogen compounds and carbon monoxide with oxygen and a catalyst in the temperature range of 100 to 700 ° c. the gas mixture comprises gases present in the regenerator or its effluents. the catalyst consists of a zeolite component modified with copper.
Description
[0001] A presente invenção está relacionada a um processo para a redução de emissões de NOx em refinarias de petróleo, em que o regenerador da unidade de FCC opera em modo de combustão parcial, empregando um catalisador de zeólita modificada com cobre.[0001] The present invention relates to a process for reducing NOx emissions in oil refineries, in which the FCC unit's regenerator operates in partial combustion mode, employing a copper-modified zeolite catalyst.
[0002] Durante as reações de craqueamento catalítico em leito fluido (FCC) em uma refinaria de petróleo, ocorre a formação e deposição de material carbonáceo não volátil ou coque sobre o catalisador. Esse coque depositado desativa temporariamente os sítios ativos do catalisador, ocasionando, assim, uma perda de atividade catalítica considerável.[0002] During fluid bed catalytic cracking (FCC) reactions in an oil refinery, non-volatile carbonaceous material or coke is formed and deposited on the catalyst. This deposited coke temporarily deactivates the active sites of the catalyst, thus causing a considerable loss of catalytic activity.
[0003] Para recuperar a atividade, os catalisadores do processo FCC são continuamente recirculados entre o reator e o regenerador. Na etapa de regeneração, ocorre a combustão total ou parcial do coque.[0003] To recover activity, the FCC process catalysts are continuously recirculated between the reactor and the regenerator. In the regeneration stage, total or partial combustion of coke occurs.
[0004] Na combustão total, todo o carbono do coque é transformado em CO2, o qual é diretamente eliminado para a atmosfera. No entanto, para alcançar a combustão completa dentro do regenerador, é necessário um excesso considerável de oxigênio.[0004] In total combustion, all carbon in the coke is transformed into CO2, which is directly eliminated into the atmosphere. However, to achieve complete combustion within the regenerator, a considerable excess of oxygen is required.
[0005] Esse excesso reduz a capacidade de combustão do coque e aumenta as emissões de óxidos de nitrogênio (NOx) devido à oxidação de compostos orgânicos nitrogenados ali presentes.[0005] This excess reduces the combustion capacity of the coke and increases the emissions of nitrogen oxides (NOx) due to the oxidation of nitrogenous organic compounds present there.
[0006] Na combustão parcial, por sua vez, é formada uma mistura de monóxido e dióxido de carbono. Os compostos NOx, caso formados, são reduzidos pela grande quantidade de CO no regenerador.[0006] In partial combustion, in turn, a mixture of carbon monoxide and dioxide is formed. NOx compounds, if formed, are reduced by the large amount of CO in the regenerator.
[0007] A corrente de saída do regenerador passa por uma caldeira para completar a queima de CO com aproveitamento da energia para geração de vapor. Porém, visto que essa corrente é rica em CO, altos teores de NOx podem ser gerados na caldeira, a partir de precursores presentes na corrente, e emitidos para a atmosfera.[0007] The output current from the regenerator passes through a boiler to complete the burning of CO with the use of energy to generate steam. However, since this current is rich in CO, high levels of NOx can be generated in the boiler, from precursors present in the current, and emitted into the atmosphere.
[0008] Desse modo, há uma necessidade de reduzir ou eliminar os precursores de NOx, tais como HCN e NH3, antes do redirecionamento da corrente de saída do regenerador para a caldeira de vapor.[0008] Thus, there is a need to reduce or eliminate NOx precursors, such as HCN and NH3, before redirecting the output current from the regenerator to the steam boiler.
[0009] O documento US 7.497.942 reduz a presença desses precursores por meio da adição de um aditivo no regenerador que compreende metais nobres selecionados dentre rutênio, ródio, irídio ou mistura dos mesmos.[0009] US 7,497,942 reduces the presence of these precursors through the addition of an additive in the regenerator that comprises noble metals selected from ruthenium, rhodium, iridium or mixture thereof.
[00010] Esse documento demonstrou que, na ausência de O2, esses metais nobres são capazes de decompor 450 ppm de NH3 na presença de 2 a 6 % de CO, formando N2.[00010] This document demonstrated that, in the absence of O2, these noble metals are capable of decomposing 450 ppm of NH3 in the presence of 2 to 6% CO, forming N2.
[00011] Contudo, observou-se que na presença de O2 os sítios ativos da superfície desses metais podem ser desativados com oxigênio adsorvido, que muda o perfil dos produtos, gerando NOx e diminuindo a formação de N2.[00011] However, it was observed that in the presence of O2, the active sites on the surface of these metals can be deactivated with adsorbed oxygen, which changes the profile of the products, generating NOx and decreasing the formation of N2.
[00012] Dessa forma, a eficácia do uso desses metais nobres no tratamento para reduzir ou eliminar precursores de NOx ainda não foi claramente verificada.[00012] Thus, the effectiveness of using these noble metals in the treatment to reduce or eliminate NOx precursors has not yet been clearly verified.
[00013] O documento WO 2006/118700 descreve o uso de composições redutoras de NOx em plantas de FCC para reduzir as emissões de NOx e seus precursores liberados na zona de regeneração operando em modo de combustão parcial.[00013] WO 2006/118700 describes the use of NOx reducing compositions in FCC plants to reduce emissions of NOx and its precursors released in the regeneration zone operating in partial combustion mode.
[00014] As composições redutoras compreendem uma zeólita e pelo menos um metal nobre selecionado dentre platina, paládio, irídio, ródio, ósmio, rutênio, rênio, ou mistura dos mesmos.[00014] The reducing compositions comprise a zeolite and at least one noble metal selected from platinum, palladium, iridium, rhodium, osmium, ruthenium, rhenium, or a mixture thereof.
[00015] No entanto, catalisadores contendo metais nobres possuem a desvantagem de apresentar um custo elevado.[00015] However, catalysts containing noble metals have the disadvantage of having a high cost.
[00016] Logo, há uma necessidade no estado da técnica de catalisadores de menor custo para tratamento dos efluentes gasosos típicos do regenerador da unidade de FCC operando no modo de combustão parcial.
São necessários catalisadores que tenham alta atividade e seletividade para oxidação desses precursores de NOx em relação à oxidação de CO, transformando esse precursor de NOx em N2.[00016] Therefore, there is a need in the state of the art for lower cost catalysts for the treatment of typical gas effluents from the FCC unit regenerator operating in partial combustion mode.
Catalysts that have high activity and selectivity are needed for oxidation of these NOx precursors in relation to CO oxidation, transforming this NOx precursor into N2.
[00017] Contudo, na reação de oxidação de NH3 com O2 como o gás oxidante, pode ainda ser formado NOx, o qual não pode ser liberado diretamente na atmosfera.[00017] However, in the oxidation reaction of NH3 with O2 as the oxidizing gas, NOx can still be formed, which cannot be released directly into the atmosphere.
[00018] Por conseguinte, se faz necessário o emprego de um catalisador que tenha uma alta capacidade de catalisar a reação entre NOx e CO de modo a liberar N2 e CO2.[00018] Therefore, it is necessary to use a catalyst that has a high capacity to catalyze the reaction between NOx and CO in order to release N2 and CO2.
[00019] Portanto, é um objetivo da presente invenção proporcionar um processo para a redução das emissões de NOx em refinarias de petróleo, em que o regenerador da unidade de FCC opera em modo de combustão parcial.[00019] Therefore, it is an objective of the present invention to provide a process for the reduction of NOx emissions in oil refineries, in which the FCC unit regenerator operates in partial combustion mode.
[00020] O processo emprega um catalisador com alta seletividade para a reação de oxidação de NH3 na presença de CO, além de possuir alta atividade em promover a reação de NOx com CO.[00020] The process employs a catalyst with high selectivity for the NH3 oxidation reaction in the presence of CO, in addition to having high activity in promoting the reaction of NOx with CO.
[00021] A presente invenção se refere a um processo para a redução da emissão de NOx em refinarias de petróleo, em que o regenerador da unidade de FCC opera em um modo de combustão parcial.[00021] The present invention relates to a process for the reduction of NOx emission in oil refineries, in which the FCC unit regenerator operates in a partial combustion mode.
[00022] O processo revelado compreende o contato de uma mistura de gases compreendendo compostos nitrogenados e monóxido de carbono com oxigênio e um catalisador na faixa de temperatura de 100 a 700°C. A mistura de gases compreende gases presentes no regenerador ou efluentes do mesmo.[00022] The disclosed process comprises contacting a mixture of gases comprising nitrogen compounds and carbon monoxide with oxygen and a catalyst in the temperature range of 100 to 700 ° C. The gas mixture comprises gases present in the regenerator or its effluents.
[00023] O catalisador consiste de um componente zeólita modificado com cobre, dito componente zeólita apresentando tamanho de poros menor ou igual a 5 Å, uma razão molar de sílica para alumina na faixa de 1 a 100 e uma área superficial BET na faixa de 100 a 500 m2/g.[00023] The catalyst consists of a zeolite component modified with copper, said zeolite component having pore size less than or equal to 5 Å, a molar ratio of silica to alumina in the range of 1 to 100 and a BET surface area in the range of 100 at 500 m2 / g.
[00024] O teor de cobre do catalisador está na faixa de 0,1 a 10 mmoles por grama de zeólita.[00024] The copper content of the catalyst is in the range of 0.1 to 10 mmoles per gram of zeolite.
[00025] A presente invenção se refere a um processo para a redução da emissão de NOx em refinarias de petróleo, em que o regenerador da unidade de FCC opera em um modo de combustão parcial.[00025] The present invention relates to a process for reducing NOx emission in oil refineries, in which the FCC unit regenerator operates in a partial combustion mode.
[00026] O referido processo compreende o contato de uma mistura de gases compreendendo compostos nitrogenados e monóxido de carbono com oxigênio e um catalisador na faixa de temperatura de 100 a 700°C. A mistura de gases compreende gases presentes no regenerador ou efluentes do mesmo.[00026] The said process comprises contacting a mixture of gases comprising nitrogen compounds and carbon monoxide with oxygen and a catalyst in the temperature range of 100 to 700 ° C. The gas mixture comprises gases present in the regenerator or its effluents.
[00027] O catalisador utilizado consiste de um componente zeólita modificado com cobre. Em uma modalidade preferencial, o componente zeólita é selecionado dentre Ferrierita, Beta e ZSM-5. Mais preferencialmente, a Ferrierita é o componente zeólita empregado.[00027] The catalyst used consists of a zeolite component modified with copper. In a preferred modality, the zeolite component is selected from Ferrierite, Beta and ZSM-5. Most preferably, Ferrierite is the zeolite component employed.
[00028] O componente zeólita contém poros pequenos, os quais têm um tamanho menor ou igual a 5 Å. Preferencialmente, o tamanho de poros está na faixa de 3 a 5 Å.[00028] The zeolite component contains small pores, which are less than or equal to 5 Å in size. Preferably, the pore size is in the range of 3 to 5 Å.
[00029] A utilização de uma zeólita de poros pequenos aumenta a afinidade dos precursores da formação de NOx, como NH3 e HCN, para o catalisador ácido, bem como assegura o estado ativo da fase ativa depositada.[00029] The use of a small pore zeolite increases the affinity of the precursors of NOx formation, such as NH3 and HCN, for the acid catalyst, as well as ensures the active state of the deposited active phase.
[00030] Além disso, o componente zeólita apresenta uma razão molar de sílica para alumina na faixa de 1 a 100 e uma área superficial BET na faixa de 100 a 500 m2/g.[00030] In addition, the zeolite component has a molar ratio of silica to alumina in the range of 1 to 100 and a BET surface area in the range of 100 to 500 m2 / g.
[00031] Em uma modalidade preferencial, o componente zeólita empregado no presente processo apresenta uma razão molar de sílica para alumina na faixa de 5 a 50 e uma área superficial BET na faixa de 250 a 450[00031] In a preferred embodiment, the zeolite component employed in the present process has a molar ratio of silica to alumina in the range of 5 to 50 and a BET surface area in the range of 250 to 450
[00032] O teor em que o cobre está presente no catalisador está na faixa de 0,1 a 10 mmoles por grama de zeólita. Preferencialmente, o cobre está presente em um teor de 0,3 a 5 mmoles por grama de zeólita.[00032] The content in which copper is present in the catalyst is in the range of 0.1 to 10 mmoles per gram of zeolite. Preferably, copper is present in a content of 0.3 to 5 mmoles per gram of zeolite.
[00033] De acordo com a invenção, o presente processo é empregado quando o regenerador da unidade de FCC opera em um modo de combustão parcial. Desse modo, a quantidade de oxigênio no meio reacional não é suficiente para oxidar todo o carbono presente no coque depositado sobre o catalisador a CO2 e, consequentemente, há a presença de CO e CO2 no meio.[00033] According to the invention, the present process is employed when the regenerator of the FCC unit operates in a partial combustion mode. Thus, the amount of oxygen in the reaction medium is not sufficient to oxidize all the carbon present in the coke deposited on the CO2 catalyst and, consequently, there is the presence of CO and CO2 in the medium.
[00034] Preferencialmente, os compostos nitrogenados encontrados na mistura gasosa são um ou mais dentre óxidos de nitrogênio, tais como, porém não limitados a, NO e NO2, amônia e cianeto de hidrogênio.[00034] Preferably, the nitrogen compounds found in the gas mixture are one or more among nitrogen oxides, such as, but not limited to, NO and NO2, ammonia and hydrogen cyanide.
[00035] Em um modo de concretização preferencial, o catalisador empregado no processo descrito tem atividade catalítica em uma zona entre o regenerador do processo FCC e a caldeira de CO.[00035] In a preferred embodiment, the catalyst used in the described process has catalytic activity in a zone between the FCC process regenerator and the CO boiler.
[00036] De acordo com a presente invenção, o catalisador utilizado tem alta preferência na oxidação de precursores da formação de NOx em relação à oxidação de CO, além de apresentar alta atividade em promover a reação de NOx com CO.[00036] According to the present invention, the catalyst used has a high preference in the oxidation of NOx formation precursors over the oxidation of CO, in addition to having high activity in promoting the reaction of NOx with CO.
[00037] Adicionalmente, o catalisador da presente invenção é compatível com o processo de FCC, podendo atuar como um aditivo de catalisadores usualmente empregados nesse processo de craqueamento. Esse aditivo está, preferencialmente, na forma de microesferas.[00037] Additionally, the catalyst of the present invention is compatible with the FCC process, and can act as an additive to catalysts usually used in this cracking process. This additive is preferably in the form of microspheres.
[00038] A descrição que se segue partirá de concretizações preferenciais da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, a invenção não está limitada a essas concretizações particulares.[00038] The following description will start from preferred embodiments of the invention. As will be apparent to any person skilled in the art, the invention is not limited to these particular embodiments.
[00039] O método utilizado para a preparação do catalisador foi impregnação no ponto úmido, em que um sal de cobre foi depositado sobre a zeólita FER e sobre outras zeólitas para comparação. O sal utilizado foi nitrato de cobre (Cu (NO3)2.3H2O), o qual foi dissolvido em água deionizada.[00039] The method used for the preparation of the catalyst was impregnation in the wet spot, in which a copper salt was deposited on the FER zeolite and on other zeolites for comparison. The salt used was copper nitrate (Cu (NO3) 2.3H2O), which was dissolved in deionized water.
[00040] A tabela 1 mostra algumas propriedades das zeólitas empregadas. Para fins de comparação, alumina na forma de microesfera contendo sílica ligante e caulim também foi usada como suporte de cobre. Esse suporte foi denominado Alu-Cat. [00040] Table 1 shows some properties of the zeolites used. For comparison purposes, alumina in the form of a microsphere containing silica binder and kaolin was also used as a copper support. This support was called Alu-Cat.
[00041] O volume de solução utilizado para impregnar um grama de zeólita foi calculado de forma a preencher todo o volume dos poros da zeólita e a deposição do teor de cobre desejado foi garantida pela quantidade e concentração da solução do sal empregada.[00041] The volume of solution used to impregnate one gram of zeolite was calculated in order to fill the entire pore volume of the zeolite and the deposition of the desired copper content was guaranteed by the quantity and concentration of the salt solution employed.
[00042] Uma vez que a solução de concentração pré-determinada foi preparada, a mesma foi lentamente dosada à zeólita, sendo a mistura resultante homogeneizada mecanicamente.[00042] Once the solution of predetermined concentration was prepared, it was slowly dosed to zeolite, the resulting mixture being mechanically homogenized.
[00043] No decorrer do processo de impregnação, as partículas das zeólitas apresentam a superfície externa seca e, ao atingir o ponto úmido, ocorre a aglutinação das mesmas. Nesse instante, a adição de solução foi finalizada, ou seja, a impregnação foi encerrada.[00043] During the impregnation process, the zeolite particles have a dry external surface and, when they reach the wet point, they agglutinate. At that moment, the solution addition was finished, that is, the impregnation was finished.
[00044] Em seguida, a amostra foi seca em ar a 120°C por cerca de 15 horas e calcinada a 500°C durante 3 horas. As amostras preparadas foram designadas nos exemplos [2] - [5] como xM/Z, em que x indica o número de mmoles do metal M que foi impregnado por grama de zeólita (Z).[00044] Then, the sample was dried in air at 120 ° C for about 15 hours and calcined at 500 ° C for 3 hours. The prepared samples were designated in examples [2] - [5] as xM / Z, where x indicates the number of mmoles of metal M that was impregnated per gram of zeolite (Z).
[00045] A quantidade de sal que pode ser dissolvida em água para o preenchimento dos poros das zeólitas durante o processo de impregnação limita o teor de metal que pode ser depositado pelo procedimento descrito acima. Assim, se for desejável impregnar uma quantidade maior de metais nas zeólitas, impregnações sucessivas podem ser empregadas.[00045] The amount of salt that can be dissolved in water to fill the pores of the zeolites during the impregnation process limits the metal content that can be deposited by the procedure described above. Thus, if it is desirable to impregnate a greater amount of metals in the zeolites, successive impregnations can be used.
[00046] O procedimento acima pode ser repetido outras vezes, se desejado. Neste caso, a etapa de calcinação pode ser omitida entre as impregnações, podendo ser realizada após ter sido atingido o teor desejado do metal que está sendo depositado.[00046] The above procedure can be repeated again, if desired. In this case, the calcination step can be omitted between the impregnations and can be carried out after reaching the desired content of the metal being deposited.
[00047] Opcionalmente, para garantir a propriedade estável durante os testes catalíticos a alta temperatura, a amostra foi calcinada em ar a 750°C durante 5 h.[00047] Optionally, to ensure stable property during catalytic tests at high temperature, the sample was calcined in air at 750 ° C for 5 h.
[00048] Os catalisadores Cu/FER (cobre suportado em Ferrierita) preparados de acordo com o exemplo [1] foram testados e comparados com outros na oxidação competitiva entre NH3 e CO usando um reator de fluxo contínuo.[00048] Cu / FER (copper supported on Ferrierite) catalysts prepared according to example [1] were tested and compared with others in the competitive oxidation between NH3 and CO using a continuous flow reactor.
[00049] Em cada teste se utilizou 100 mg de catalisador junto com 100 mg de material inerte (carbeto de silício).[00049] In each test 100 mg of catalyst was used together with 100 mg of inert material (silicon carbide).
[00050] Um fluxo de 80 ml/min contendo 0,625% de CO, 0,3125% de NH3 e 0,3125% de O2 com balanço em He, foi alimentado continuamente ao reator que continha os catalisadores testados.[00050] A flow of 80 ml / min containing 0.625% CO, 0.3125% NH3 and 0.3125% O2 with He balance, was fed continuously to the reactor containing the tested catalysts.
[00051] Nesta condição, as razões molares CO/NH3 e CO/O2 foram iguais a 2. Ou seja, se todo o oxigênio fosse consumido para oxidar CO a CO2, como ocorre em processos usuais do estado da técnica, não haveria oxigênio para oxidar o NH3.[00051] In this condition, the molar ratios CO / NH3 and CO / O2 were equal to 2. That is, if all the oxygen was consumed to oxidize CO to CO2, as occurs in usual processes of the prior art, there would be no oxygen for oxidize NH3.
[00052] A temperatura do reator foi aumentada de 100 até 700°C com incrementos de 50°C e a geração de N2 e NO devido à oxidação de NH3, bem como o consumo de CO, foi calculada a partir de dados de cromatografia gasosa acoplada em linha ao reator.[00052] The reactor temperature was increased from 100 to 700 ° C in increments of 50 ° C and the generation of N2 and NO due to the oxidation of NH3, as well as the consumption of CO, was calculated from gas chromatography data coupled in line to the reactor.
[00053] A Tabela 2 mostra as conversões de NH3 e de CO. A 400°C, pode ser constatado que os catalisadores de Cu/FER são os mais ativos e os mais seletivos para a oxidação de NH3. Os catalisadores tipicamente promotores de combustão de CO (contendo Pt e/ou Ce), por sua vez, não mostraram atividades detectáveis.[00053] Table 2 shows the conversions of NH3 and CO. At 400 ° C, it can be seen that Cu / FER catalysts are the most active and the most selective for the oxidation of NH3. The catalysts typically promoting CO combustion (containing Pt and / or Ce), in turn, showed no detectable activities.
[00054] A 600°C, as amostras do tipo Cu/FER mantiveram sua alta atividade na conversão de NH3 e sua seletividade em relação à conversão de CO.[00054] At 600 ° C, Cu / FER type samples maintained their high activity in the conversion of NH3 and their selectivity in relation to the conversion of CO.
[00055] Resultados similares aos do sistema Cu/FER foram obtidos utilizando o sistema Cu/Beta na temperatura de 600°C. Na temperatura de 400°C, o sistema Cu/Beta mostrou seletividade para a conversão de NH3 em relação à conversão de CO, apesar de ter demonstrado um valor de conversão menor. [00055] Results similar to the Cu / FER system were obtained using the Cu / Beta system at a temperature of 600 ° C. At a temperature of 400 ° C, the Cu / Beta system showed selectivity for the conversion of NH3 in relation to the conversion of CO, despite having demonstrated a lower conversion value.
[00056] Na tabela 2, os catalisadores mais ativos para oxidação de NH3 podem ser claramente identificados por apresentarem conversão dos reagentes desejados em menor temperatura. Nas aplicações em temperaturas maiores, pode-se utilizar uma quantidade inferior de catalisador.[00056] In table 2, the most active catalysts for oxidation of NH3 can be clearly identified because they present conversion of the desired reagents at a lower temperature. In higher temperature applications, a lower amount of catalyst can be used.
[00057] Portanto, observa-se que os catalisadores Cu/FER podem atuar em um processo de tratamento de gases efluentes para remover seletivamente precursores de NOx em uma larga faixa de temperatura.[00057] Therefore, it is observed that Cu / FER catalysts can act in a process of treatment of effluent gases to selectively remove precursors of NOx over a wide temperature range.
[00058] Mais especificamente, a partir do regenerador de uma unidade FCC até a entrada da caldeira de CO a temperatura de gases pode variar de 700°C até 400°C. Desse modo, estes catalisadores estão aptos para atuar em uma zona catalítica inserida entre essas unidades.[00058] More specifically, from the regenerator of an FCC unit to the entrance of the CO boiler the gas temperature can vary from 700 ° C to 400 ° C. In this way, these catalysts are able to act in a catalytic zone inserted between these units.
[00059] Para demonstrar a eficácia dos catalisadores tipo Cu/FER, a concentração dos reagentes alimentados foi modificada conforme mostrado na Tabela 3.[00059] To demonstrate the effectiveness of Cu / FER type catalysts, the concentration of the fed reagents was modified as shown in Table 3.
[00060] Em resumo, houve alteração da relação de CO/O2 para 2,5, deixando o sistema mais deficiente de O2. Ao mesmo tempo a relação de CO/NH3 foi aumentada de 5 na condição (1) para 10 na condição (2). Assim, o sistema ficou muito mais exigente para a ação do catalisador na reação de oxidação de NH3. [00060] In summary, there was a change in the CO / O2 ratio to 2.5, leaving the O2 system more deficient. At the same time, the CO / NH3 ratio was increased from 5 in condition (1) to 10 in condition (2). Thus, the system became much more demanding for the action of the catalyst in the NH3 oxidation reaction.
[00061] É possível observar que na condição (2) a conversão de CO aumentou por causa do aumento da sua pressão parcial, se tomando mais competitivo em relação ao oxigênio para ser adsorvido na superfície dos catalisadores.[00061] It is possible to observe that in condition (2) the conversion of CO increased because of the increase in its partial pressure, becoming more competitive in relation to oxygen to be adsorbed on the surface of the catalysts.
[00062] Porém, apesar da concentração elevada de CO e da menor disponibilidade de O2 na condição (2), a conversão de NH3 não diminui. Desse modo, o baixo teor de NH3 presente na condição (2) ainda está sendo eliminado com eficácia.[00062] However, despite the high concentration of CO and the lower availability of O2 in condition (2), the conversion of NH3 does not decrease. Thus, the low NH3 content present in condition (2) is still being effectively eliminated.
[00063] Os catalisadores M/Z preparados no exemplo [1] foram testados usando um reator de fluxo contínuo similar ao sistema empregado nos exemplos [2] a [3] anteriores.[00063] The M / Z catalysts prepared in example [1] were tested using a continuous flow reactor similar to the system employed in the examples [2] to [3] above.
[00064] Esse teste utilizou 100 mg de catalisador diluído em 100 mg de material inerte (carbeto de silício). Um fluxo de 50 ml/min contendo 0,50% de CO e 0,50% de NO, com balanço em He, foi alimentado ao reator, o qual passou através do leito catalítico.[00064] This test used 100 mg of catalyst diluted in 100 mg of inert material (silicon carbide). A flow of 50 ml / min containing 0.50% CO and 0.50% NO, with He balance, was fed to the reactor, which passed through the catalytic bed.
[00065] A temperatura do reator foi aumentada de 150 até 700°C com incrementos de 50°C e o consumo de NO e CO foi registrado. A conversão de CO foi, em geral, similar à conversão de NO, consistente com a reação de NO+CO resultando em N2 e CO2 como produtos.[00065] The reactor temperature was increased from 150 to 700 ° C in increments of 50 ° C and the consumption of NO and CO was recorded. The conversion of CO was, in general, similar to the conversion of NO, consistent with the reaction of NO + CO resulting in N2 and CO2 as products.
[00066] Na Tabela 4 está o grau de conversão de NO a N2 na temperatura de 500°C. [00066] Table 4 shows the degree of conversion from NO to N2 at a temperature of 500 ° C.
[00067] Pode ser constatado na Tabela 4 que, com o mesmo teor de cobre depositado sobre o suporte zeolítico, o sistema mais ativo é aquele que utiliza a zeólita Ferrierita como suporte.[00067] It can be seen in Table 4 that, with the same copper content deposited on the zeolitic support, the most active system is that using Ferrierite zeolite as a support.
[00068] Além disso, observa-se que o aumento de teor de cobre na zeólita Ferrierita ocasionou o aumento na conversão, indicando o papel importante do cobre no sistema catalítico.[00068] In addition, it is observed that the increase in copper content in zeolite Ferrierite caused the increase in conversion, indicating the important role of copper in the catalytic system.
[00069] Dessa forma, demonstrou-se que o catalisador Cu/FER é muito ativo na promoção da reação de NO com CO, em que, mesmo a 500°C, verificou-se a alta conversão de NO.[00069] Thus, it was demonstrated that the Cu / FER catalyst is very active in promoting the reaction of NO with CO, in which, even at 500 ° C, there was a high conversion of NO.
[00070] Assim, o catalisador Cu/FER mostrou sua capacidade de remover NO, caso ele seja produzido na oxidação dos seus precursores NH3 e HCN, convertendo-se a N2 ao reagir com CO presente no efluente gasoso proveniente do regenerador operando no modo de combustão parcial.[00070] Thus, the Cu / FER catalyst showed its ability to remove NO, if it is produced in the oxidation of its precursors NH3 and HCN, converting to N2 when reacting with CO present in the gaseous effluent from the regenerator operating in the partial combustion.
[00071] Adicionalmente, também pode ser visto que os sistemas Cu/Beta e Cu/ZSM-5, quando o cobre está presente em um teor de 2 mmoles por grama de zeólita, também apresentam alta taxa de conversão de NO.[00071] Additionally, it can also be seen that the Cu / Beta and Cu / ZSM-5 systems, when copper is present in a content of 2 mmoles per gram of zeolite, also present a high NO conversion rate.
[00072] O catalisador Cu/FER preparado de acordo com o exemplo [1] foi empregado em um processo simples, em que um gás contendo NH3 misturado com um alto teor de CO foi passado em um reator de leito fixo mantido a uma temperatura constante de 500°C.[00072] The Cu / FER catalyst prepared according to example [1] was used in a simple process, in which a gas containing NH3 mixed with a high CO content was passed in a fixed bed reactor maintained at a constant temperature 500 ° C.
[00073] Ajustou-se o teor de O2 alimentado no reator e manteve-se constante os teores de CO e NH3, sendo que o teor de NH3 do gás foi mantido em um valor mínimo, enquanto o teor de CO permaneceu em excesso.[00073] The content of O2 fed into the reactor was adjusted and the levels of CO and NH3 were kept constant, with the NH3 content of the gas being kept to a minimum, while the CO content remained in excess.
[00074] Especificamente, 100 mg de catalisador 0.3Cu/FER (0,3 mmoles de Cu por grama de FER) foram misturados com 100 mg de material inerte (carbeto de silício) em um reator de fluxo contínuo. Um fluxo de gás de 84 ml/min contendo CO, NH3 e O2 com balanço em He, com a composição selecionada conforme tabela 5, foi alimentado continuamente ao reator. [00074] Specifically, 100 mg of 0.3Cu / FER catalyst (0.3 mmoles of Cu per gram of FER) was mixed with 100 mg of inert material (silicon carbide) in a continuous flow reactor. A flow of gas of 84 ml / min containing CO, NH3 and O2 with He balance, with the composition selected according to table 5, was fed continuously to the reactor.
[00075] É possível ver na tabela 5 que a conversão seletiva de NH3 em relação à conversão de CO continuou ocorrendo, mesmo com o emprego de CO altamente em excesso e com um menor teor de cobre suportado em Ferrierita.[00075] It is possible to see in table 5 that the selective conversion of NH3 in relation to the conversion of CO continued to occur, even with the use of highly excess CO and with a lower copper content supported in Ferrierite.
[00076] Um aditivo contendo 50% de Cu/FER, preparado segundo o procedimento descrito no exemplo [1], e 50% de uma partícula fluidizável de sílica-alumina-caulim, foi testado em reator do tipo FST ACE.[00076] An additive containing 50% Cu / FER, prepared according to the procedure described in example [1], and 50% of a fluidizable particle of silica-alumina-kaolin, was tested in a FST ACE type reactor.
[00077] O aditivo foi misturado com catalisador de equilíbrio de uma refinaria da Petrobras na concentração de 1.5%, com base no peso do catalisador escolhido, e posto em contato com gasóleo de vácuo de petróleo da bacia de Campos na temperatura de 535°C, com a relação catalisador/óleo variando de 4 a 8.[00077] The additive was mixed with equilibrium catalyst from a Petrobras refinery at a concentration of 1.5%, based on the weight of the chosen catalyst, and put in contact with vacuum oil diesel from the Campos basin at a temperature of 535 ° C , with the catalyst / oil ratio varying from 4 to 8.
[00078] Os testes catalíticos produziram curvas de rendimento versus conversão que permitiram a comparação de rendimentos à conversão constante do catalisador-base com e sem aditivo, ilustrados na tabela 6. [00078] The catalytic tests produced yield versus conversion curves that allowed the comparison of yields to the constant conversion of the base catalyst with and without additive, illustrated in table 6.
[00079] O resultado dos testes mostrou que o aditivo contendo cobre, um metal notoriamente desidrogenante, não prejudicou o desempenho do catalisador base. Desse modo, o uso do aditivo mostrou-se ser perfeitamente viável numa unidade comercial.[00079] The test results showed that the additive containing copper, a notoriously dehydrogenating metal, did not impair the performance of the base catalyst. Thus, the use of the additive proved to be perfectly viable in a commercial unit.
[00080] Mesmo após a incorporação do aditivo Cu/FER, a atividade de conversão seletiva de NH3 foi mantida, conforme pode ser observada a alta conversão de NH3 e baixa conversão de CO no teste de laboratório de simulação de combustão parcial de FCC, conforme tabela 7. [00080] Even after the addition of the Cu / FER additive, the selective conversion activity of NH3 was maintained, as can be observed the high conversion of NH3 and low conversion of CO in the FCC partial combustion simulation laboratory test, as table 7.
[00081] Catalisadores à base de Ferrierita formam preparados por impregnação de cobre e platina.[00081] Ferrierite based catalysts are prepared by impregnating copper and platinum.
[00082] O teor de Cu obtido foi 0,425 mmoles por grama de FER e o de Pt foi 0,03 mmoles por grama de FER. Ambos foram testados na oxidação competitiva usando um reator de fluxo continuo.[00082] The Cu content obtained was 0.425 mmoles per gram of FER and that of Pt was 0.03 mmoles per gram of FER. Both were tested for competitive oxidation using a continuous flow reactor.
[00083] Em cada teste se utilizou 100 mg de catalisador misturado com 100 mg de material inerte (carbeto de silício). Um fluxo de 85 ml/min contendo 2,95% de CO, 0,29% de NH3 e 1,18% de O2 com balanço em He foi alimentado continuamente ao reator que continha os catalisadores.[00083] In each test 100 mg of catalyst mixed with 100 mg of inert material (silicon carbide) was used. A flow of 85 ml / min containing 2.95% CO, 0.29% NH3 and 1.18% O2 with He balance was fed continuously to the reactor containing the catalysts.
[00084] Nesta condição, as razões molares CO/NH3 e de CO/O2 foram de 10 e 2,5, respectivamente. A temperatura do reator foi aumentada de 100 até 700°C com incrementos de 50°C e a geração de N2 e NO devido à oxidação de NH3, bem como o consumo de CO, foi calculada a partir de dados de cromatografia gasosa acoplada em linha ao reator.[00084] In this condition, the molar ratios CO / NH3 and CO / O2 were 10 and 2.5, respectively. The reactor temperature was increased from 100 to 700 ° C in increments of 50 ° C and the generation of N2 and NO due to the oxidation of NH3, as well as the consumption of CO, was calculated from gas chromatography data coupled in line to the reactor.
[00085] A Tabela 8 mostra as conversões de NH3 e de CO. Pode ser visto que, em qualquer das temperaturas testadas, o catalisador Cu/FER é mais ativo e seletivo para a oxidação da NH3 em comparação com CO. O catalisador contendo Pt mostra-se mais ativo e seletivo para a oxidação do CO. [00085] Table 8 shows the conversions of NH3 and CO. It can be seen that, at any of the temperatures tested, the Cu / FER catalyst is more active and selective for the oxidation of NH3 compared to CO. The Pt-containing catalyst is more active and selective for CO oxidation.
[00086] Desse modo, o catalisador mais ativo para oxidação de NH3 pode ser claramente identificado na tabela 8 por apresentar conversão do reagente desejado em menor temperatura. Nas aplicações em temperaturas maiores, é possível utilizar uma quantidade inferior de catalisador.[00086] In this way, the most active catalyst for oxidation of NH3 can be clearly identified in table 8 because it presents conversion of the desired reagent at a lower temperature. In higher temperature applications, a lower amount of catalyst can be used.
[00087] Além disso, observa-se que os catalisadores Cu/FER ativos podem atuar em um processo de tratamento de gases efluentes para remover seletivamente precursores de NOx em uma larga faixa de temperatura.[00087] In addition, it is observed that active Cu / FER catalysts can act in a process of treating effluent gases to selectively remove NOx precursors over a wide temperature range.
[00088] Mais especificamente, a partir do regenerador da unidade de FCC até a entrada da caldeira de CO, a temperatura de gases pode variar de 700°C até 400°C. Logo, esses catalisadores estão aptos para atuar em uma zona catalítica inserida entre essas unidades.[00088] More specifically, from the FCC unit regenerator to the CO boiler inlet, the gas temperature can vary from 700 ° C to 400 ° C. Therefore, these catalysts are able to act in a catalytic zone inserted between these units.
[00089] A descrição que se fez até aqui do objeto da presente invenção deve ser considerada apenas como uma possível ou possíveis concretizações, e quaisquer características particulares nelas introduzidas devem ser entendidas apenas como algo que foi escrito para facilitar a compreensão. Desta forma, não podem de forma alguma ser consideradas como limitantes da invenção, a qual está limitada ao escopo das reivindicações que seguem.[00089] The description that has been made so far of the object of the present invention should be considered only as a possible or possible embodiments, and any particular characteristics introduced therein should be understood only as something that has been written to facilitate understanding. Therefore, they cannot in any way be considered as limiting the invention, which is limited to the scope of the following claims.
Claims (8)
dito catalisador consiste de um componente zeólita modificado com cobre, dito componente zeólita apresentando tamanho de poros menor ou igual a 5 Å, uma razão molar de sílica para alumina na faixa de 1 a 100 e uma área superficial BET na faixa de 100 a 500 m2/g; e
o teor de cobre do catalisador está na faixa de 0,1 a 10 mmoles por grama de zeólita.Process for the reduction of NOx emission in oil refineries, in which the regenerator of the FCC unit operates in a partial combustion mode, said process characterized by understanding the contact of a mixture of gases comprising nitrogen compounds and carbon monoxide with oxygen and a catalyst in the temperature range of 100 to 700 ° C, said mixture of gases comprising gases present in the regenerator or effluents thereof, in which:
said catalyst consists of a zeolite component modified with copper, said zeolite component having pore size less than or equal to 5 Å, a molar ratio of silica to alumina in the range of 1 to 100 and a BET surface area in the range of 100 to 500 m2 / g; and
the copper content of the catalyst is in the range of 0.1 to 10 mmoles per gram of zeolite.
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