ES2241852T3 - Catalizador para descomponer oxido nitroso y metodo para realizar procedimientos que comprenden la formacion de oxido nitroso. - Google Patents

Catalizador para descomponer oxido nitroso y metodo para realizar procedimientos que comprenden la formacion de oxido nitroso.

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ES2241852T3 ES01958644T ES01958644T ES2241852T3 ES 2241852 T3 ES2241852 T3 ES 2241852T3 ES 01958644 T ES01958644 T ES 01958644T ES 01958644 T ES01958644 T ES 01958644T ES 2241852 T3 ES2241852 T3 ES 2241852T3
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Abstract

Catalizador para la descomposición de N2O a temperaturas de 250-1000ºC, caracterizado porque el catalizador comprende 0, 1-10% en moles de Co3-xMxO4, en el que M es Fe o Al y x = 0, 25-2, y hasta 2% en peso de ZrO2, sobre un soporte de óxido de cerio.

Description

Catalizador para descomponer óxido nitroso y método para realizar procedimientos que comprenden la formación de óxido nitroso.
La presente invención se refiere a un catalizador que descompone óxido nitroso (N_{2}O) en nitrógeno y oxígeno a temperaturas de 250-1000ºC. La invención también comprende un método para realizar procedimientos en los que se forma óxido nitroso.
En los últimos años ha habido una atención creciente al modo de descomponer N_{2}O dado que es un gas de empobrecimiento de ozono atmosférico (gas de invernadero). El N_{2}O se formará durante la oxidación catalítica del amoniaco en la producción de ácido nítrico y durante la oxidación de alcoholes y cetonas, por ejemplo, en la producción de ácido adípico. Por otra parte, al usar el N_{2}O, por ejemplo, como gas anestésico, el N_{2}O no se debe descargar a la atmósfera, sino que se debe descomponer.
Aunque el N_{2}O se descompondrá homogéneamente, en cierto grado, a temperaturas elevadas, la mayoría de los procedimientos implican la aplicación de varios tipos de catalizadores para su descomposición. Sin embargo, un catalizador que puede funcionar bien en un determinado intervalo de temperaturas y/o con una mezcla de gases que contiene N_{2}O, no funciona necesariamente para otras condiciones operativas. La selectividad del catalizador tiene también gran importancia, especialmente si el catalizador se aplica para la oxidación de amoniaco, delante de la unidad de absorción, en una planta de ácido nítrico. En ese caso, el catalizador no debe descomponer el producto principal, esto es, el óxido nítrico (NO).
Se conocen numerosos catalizadores para la descomposición de N_{2}O y la mayor parte de ellos está basada en varios óxidos metálicos tales como óxido de cobalto, óxido cúprico, óxido de cromo, dióxido de manganeso y óxido de níquel como componente activo. Además, se conocen catalizadores basados en óxidos metálicos sobre soporte de zeolita y zeolitas de intercambio iónico de metales de transición.
Por la solicitud de patente japonesa JP 48089185 se conoce un catalizador para reducir compuestos de óxido de nitrógeno. Aunque esta solicitud no menciona específicamente el óxido nitroso, su definición cubre también el óxido nitroso. El catalizador contiene óxidos de Co y Ce como componentes principales. En un ejemplo, se disolvió en agua una mezcla de 249 partes de acetato de cobalto y 315 partes de acetato de cerio. Se mantuvo en remojo en esta solución ZrO_{2} que luego se pirolizó a 900ºC durante 5 h, obteniéndose un catalizador que contenía CeO_{2} y Co_{3}O_{4} sobre la superficie del soporte de ZrO_{2}.
Por la solicitud WO 93/15824 se conoce poner en contacto un gas que contiene N_{2}O con un catalizador que contiene óxido de níquel más óxido de cobalto sobre un sustrato de zirconia a 280ºC. La relación de óxido de níquel a óxido de cobalto es de 0,5-1:3-1. De acuerdo con esta solicitud, se pueden tratar gases que contienen N_{2}O puro y diluido.
Se conoce además por el documento EP 20785/B1 un catalizador que consta de óxido de cerio y de 1-20% en peso de al menos Al, Si, Zr, Th o metales de tierras raras como óxidos. Esta composición, que esencialmente contiene óxido de cerio y, preferiblemente, 1-5% en peso de los mencionados óxidos, se puede usar para la síntesis de metanol durante un prolongado período sin pérdida de la superficie específica.
Por la patente U.S. nº. 4.738.947 se conoce que un óxido metálico de tipo p, dispersado sobre un óxido refractario tal como ceria, mejora la oxidación de hidrocarburos y monóxido de carbono. Se reivindica además que la dispersión con adición de platino sobre el óxido refractario da por resultado un catalizador adecuado para la reducción catalítica de óxido de nitrógeno con hidrocarburos y/o monóxido de carbono. No se hace referencia a la descomposición catalítica de óxido de nitrógeno sin reductores. Ningún ejemplo se refiere a óxido nitroso.
La solicitud WO 98/32524 describe una invención relacionada con la reducción catalítica de óxido de nitrógeno y el uso de un catalizador para la reducción de óxido de nitrógeno y la oxidación de monóxido de carbono e hidrocarburos. El ingrediente esencial es el oro que se compleja con un metal de transición y se ancla a un soporte de óxido. No se hace referencia a una descomposición catalítica de óxido de nitrógeno sin reductores. Ningún ejemplo se refiere a óxido nitroso.
La patente EP 562 567 se refiere a un catalizador que tiene una resistencia mecánica mejorada y una alta selectividad catalítica para la oxidación de amoniaco a óxidos de nitrógeno. Comprende óxidos de cobalto, hierro, bismuto, cromo, manganeso o mezclas de ellos como principales componentes catalíticamente activos, en el que el componente catalítico activo está sobre un soporte de estructura monolítica de un material resistente al calor. No hay indicación alguna de que este catalizador se puede usar para la descomposición de N_{2}O.
En Applied Catalysis B:Environmental 13 (1977) 69-79, R.S. Drago y otros describen una descomposición catalítica de N_{2}O sobre soportes de óxido metálico. Se estudió la descomposición de N_{2}O usando óxidos metálicos sobre soporte de sílice, óxido de magnesio, óxido de calcio y soportes del tipo de hidrotalcita. Se encontró que el CoO era un catalizador muy activo cuando estaba sobre un soporte de sílice a temperaturas de 500ºC. Los catalizadores sobre soporte de sílice se prepararon por llenado de los poros del soporte de sílice con nitratos de los metales, secado a 180ºC y descomposición de los nitratos a óxidos a 500ºC.
Cuando se usó CoO sobre soporte de MgO, se consiguió un catalizador mucho más activo. Sin embargo, la actividad del catalizador disminuía por calcinación a 1000ºC. Los catalizadores calcinados a 500ºC daban una conversión de N_{2}O del 88%, mientras que los catalizadores calcinados a 1000ºC daban una conversión del N_{2}O del 50%. También se describe la preparación del compuesto "de tipo hidrotalcita" Co_{3}MG_{5}Al_{2}(OH)_{2}OCO_{3}.y.H_{2}O. Este precursor se calcinó a 500ºC o 800ºC. El análisis por BET de los catalizadores de Co_{2}O/2MgO calcinados a 500ºC y 1000ºC presentaban una superficie específica de 118 m^{2}/g y 4 m^{2}/g, respectivamente.
Cuando el catalizador para la descomposición de N_{2}O comprende óxido de cobalto, como se da cuenta en Journal of Chem. Soc. Faraday Trans. 1, 74(7), 1595-603, publicación en que se estudia la estructura y actividad de soluciones sólidas de espinelas Co_{x}Mg_{1-x}Al_{2}O para uso como catalizadores en la descomposición de N_{2}O, por lo general, la actividad del catalizador aumenta cuando en los sitios octaédricos de la estructura se sitúa una cantidad mayor de iones cobalto.
El objetivo principal de la presente invención era lograr un catalizador activo, versátil y térmicamente estable para descomponer N_{2}O a temperaturas por encima de 250ºC, especialmente a temperaturas de 800-1000ºC.
Otro objetivo era que el catalizador debiera ser estable y retener su actividad durante al menos un ciclo normal, esto es, durante el tiempo entre cambios del catalizador de oxidación del amoniaco.
Era también un objetivo producir un catalizador que pudiera aplicarse a altas velocidades espaciales y que tuviera una alta selectividad para descomponer N_{2}O sin descomponer el NO.
Otro objetivo más era conseguir un procedimiento para reducir la cantidad de óxido nitroso procedente de procesos en los que se forma óxido nitroso, tales como los procesos de producción de ácido nítrico, ácido adípico y de combustión de hidrocarburos en motores de vehículos.
Otro objetivo era eliminar óxido nitroso del gas de la extremidad de colas de las plantas de ácido nítrico y otros gases exhaustos.
Primeramente se evaluaron en cuanto a su actividad y estabilidad térmica los varios catalizadores de descomposición de N_{2}O conocidos. Era conocido por la bibliografía que el óxido de cobalto posee una actividad alta, al menos inicialmente, para algunas composiciones gaseosas y a temperaturas relativamente bajas. Se había dado cuenta de que la descomposición de N_{2}O en el gas de cola de plantas de ácido nítrico se realiza con una alta actividad usando catalizadores preparados a partir de precursores de hidrotalcita que contienen cobalto y se calcinan ligeramente, esto es, a 200-500ºC. Por tanto, los autores de la invención empezaron investigando más este tipo de catalizador para la preparación de un catalizador para un gas resultante de procesos. Un requerimiento esencial para un nuevo catalizador era que debería ser térmicamente estable en las condiciones de oxidación del amoniaco. Esto significa que el catalizador debe ser activo, selectivo y estable a temperaturas de 800-1000ºC y para mezclas de gases formados durante la oxidación catalítica de amoniaco.
Se prepararon luego varios precursores que contenían óxido de cobalto y se calcinaron durante al menos 5 h a temperaturas de aproximadamente 900ºC. Se compararon tales catalizadores con otros catalizadores conocidos en un ensayo inicial de descomposición de N_{2}O para un gas que contenía 2932 ppm de N_{2}O y 2574 ppm de NO, en el que la relación NO:N_{2}O era de 0,88 y la velocidad espacial horaria, GHSV, era de 280.000 h^{-1}. Las constantes de velocidad del proceso se midieron a 700ºC.
Estos ensayos confirmaron que el Co es un metal esencial en el Co-Mg-Al (ex hidrotalcita). Los óxidos se ensayaron para diferentes GHSV y para la mayoría de los óxidos activos con una conversión demasiado alta para dar unas constantes de velocidad de reacción precisas. Los ensayos de estabilidad térmica de un catalizador basado en hidrotalcita calcinada que contenía Co, MG y Al se realizaron durante 48 h a aproximadamente 900ºC. Los ensayos se realizaron a una GHSV de 108.440 h^{-1} y con 2932 ppm de N_{2}O, 2575 ppm de NO, siendo el resto argón. Para estos tipos de catalizadores, la conversión de N_{2}O y sus constantes de velocidad de reacción se redujeron durante el período de ensayo. Se redujo la superficie específica del catalizador de 9,3 a 1,3 BET m^{2}/g. Estos resultados indican claramente que es cuestionable la estabilidad de tales catalizadores.
Los autores de la invención empezaron luego a investigar catalizadores basados en componentes activos sobre soporte, por ejemplo, óxidos metálicos como zirconia, alúmina, ceria y sus mezclas. Una ventaja de este tipo de catalizadores será la reducción del coste del material si es posible reducir sustancialmente reducir la cantidad del componente activo en la descomposición del óxido nitroso.
Primeramente se evaluó sistemáticamente, en ensayos en un reactor de laboratorio, el sistema cobalto-aluminio. La composición del sistema Co_{3-x}Al_{x}O_{4} se varió de x=0 a x=2.
En la Figura 1 se presentan los resultados de los datos de actividad en laboratorio, viéndose que hay un aumento de la actividad, medida después de aproximadamente 90 h de operación, a medida que se añade aluminio a la estructura de espinela. Sin embargo, cuando la relación cobalto/aluminio era inferior a 1, se observó una disminución de la actividad. Esto era sorprendente puesto que hay un aumento continuo de la superficie específica al aumentar el contenido de aluminio. Por tanto, en términos de una velocidad de reacción intrínseca, parece ventajoso trabajar con una espinela rica en cobalto aunque estos materiales tienden a tener una baja superficie específica.
Otros sistema de óxidos que se examinó también detenidamente, fue el sistema Co_{3-x}Fe_{x}O_{4}, en el que x podía variar de 0 a 2. Estos materiales se ensayaron en un microrreactor de laboratorio y los resultados se presentan en la Figura 2. La composición CoFe_{2}O_{4} presentó la actividad más alta. Esta composición particular puede describirse también como "magnetita estabilizada con cobalto".
Aunque estos dos tipos de espinelas presentan altas actividades, no se consideraron como prácticas para uso como fases puras en una planta por las tres siguientes razones: cualquier catalizador que contiene un alto contenido de cobalto será prohibitivamente caro, todas las fases activas anteriores, excepto para la espinela rica en aluminio, tienen superficies específicas bajas y también se desactivan, incluso a una temperatura relativamente baja, de 800ºC. Consecuentemente, estas fases sólo pueden considerarse útiles si se pueden combinar con éxito con una fase soporte apropiada. Sin embargo, muchos soportes convencionales de catalizadores no se pueden usar para esta aplicación. Se requieren las siguientes propiedades: el soporte debe ser de un material refractario, preferiblemente con un punto de fusión superior a 1800ºC, de manera que resista la sinterización y mantenga una superficie específica alta en las condiciones del proceso. Además, el soporte no debe reaccionar significativamente con la fase activa, de lo que resultaría una pérdida de actividad y/o selectividad. Finalmente, el soporte debe ser fácilmente asequible a un precio sustancialmente más bajo que el de la fase activa.
La selección de un soporte adecuado resultó ser más complicada que lo esperado y pronto se tuvo el convencimiento de que se tenían que evaluar a fondo posibles combinaciones de fase activa y soporte. El primer material soporte examinado fue óxido de magnesio. Luego se realizó un ensayo piloto de actividad en una fase de espinela de aluminato de cobalto con la composición nominal de Co_{2}AlO_{4}. Se observó que la actividad inicial de la espinela era buena. Sin embargo, en ensayos posteriores se encontró que había una disminución continua del comportamiento con el tiempo. El análisis detallado del catalizador después del ensayo piloto indicó que había un transporte de cobalto desde la fase activa de espinela al soporte de magnesia. Investigaciones adicionales revelaron que la espinela rica en aluminio y la solución sólida de cobalto-magnesio presentan una actividad más baja que la espinela Co_{2}AlO_{4} y esto explicaba la desactivación. Este proceso continuará hasta que se igualen la actividad química del cobalto de la espinela y el soporte de magnesia. Basándose en estas observaciones y ensayos, se excluyó la magnesia como soporte de catalizador a usar en un proceso en un medio de gases.
Otro material soporte comúnmente usado es la alúmina. Sin embargo, como con el soporte de magnesia, se encontró que hay un transporte del metal de transición desde la fase activa a la alúmina, lo que conduce a la formación de espinelas ricas en aluminio que presentan una velocidad intrínseca más baja que la espinela rica en cobalto o fases activas de perovsquita. Por tanto, hubo que excluir la alúmina como material soporte real. Hay argumentos similares contra el uso de soportes de aluminosilicatos y alumino/magnesio-silicatos.
También se han usado como material soporte en algunos catalizadores zirconia, ceria y mezclas de ellos para la oxidación de monóxido de carbono e hidrocarburos. (documento WO 98/14153), siendo el catalizador activo un metal noble y, posiblemente, también un metal de transición. Como se ha mencionado antes, el óxido de cerio también se usa en un catalizador para la producción de metanol. Este catalizador contiene de 1 a 20% de por lo menos Al, Si, Zr o Th. A la vista de las propiedades físicas del óxido de cerio, se decidió investigar más este material soporte. La solubilidad del cobalto y el hierro en óxido de cerio es baja y se ha dado cuenta de que la velocidad de difusión de estos elementos en óxido de cerio es muy baja, por lo que el óxido de cerio era un candidato interesante. En la mayoría de los casos, la ceria está en forma de CeO_{2}, pero también puede estar en forma de Ce_{2}O_{3}. Se realizaron luego ensayos de laboratorio con Ce_{3}O_{4}/CeO_{2} y la actividad y la estabilidad de los catalizadores eran muy prometedoras. Se efectuaron luego más ensayos de laboratorio y en planta piloto con el fin de establecer la composición óptima de este tipo de catalizador.
También se ensayaron muestras de óxido de cerio puro, sin un componente de fase activa, en cuanto a su actividad de descomposición de N_{2}O en los microrreactores de laboratorio en condiciones estándar de ensayo. A una temperatura de 890ºC, se alcanzó una conversión de 70%, en comparación con conversiones de más de 95% para los mejores catalizadores de espinelas sobre soporte. Estos resultados indican una ventaja adicional de sinergia del uso del óxido de cerio como material soporte. La superficie total del catalizador, la fase activa y el material soporte, contribuirán a la descomposición del óxido nitroso. Se encontró que, al contrario que el óxido de cerio, otros materiales soporte tales como alúmina y magnesio eran completamente inertes frente a la descomposición del óxido nitroso.
Los catalizadores sobre soporte de óxido de cerio pudieron prepararse de varias maneras usando procedimientos convencionales de producción de catalizadores. Se pudieron precipitar sales de cobalto, sales de cobalto-aluminio y les de cobalto-hierro sobre polvo de óxido de cerio, o impregnar polvo de óxido de cerio con sales de cobalto, sales de cobalto-aluminio y sales de cobalto-hierro, y la suspensión resultante se pudo secar y calcinar. Las partículas de catalizador se pudieron luego conformar a la forma adecuada por compresión, compactación, extrusión, etc. Será ventajosa una superficie específica alta del soporte de óxido de cerio y, puesto que se reducirá durante la calcinación, debería usarse óxido de cerio con una alta superficie específica inicial. A la temperatura operativa, la superficie específica del óxido de cerio debe ser mayor que 10 m^{2}/g, preferiblemente mayor que 50 m^{2}/g.
La invención se ilustra y aclara adicionalmente en los experimentos siguientes y las correspondientes tablas y figuras.
La Figura 1 presenta la conversión de N_{2}O de las fases activas de Co_{3-x}Al_{x}O_{4} a 890ºC en un microrreactor de laboratorio.
La Figura 2 representa la conversión de N_{2}O de las fases activas de Co_{3-x}Fe_{x}O_{4} a 890ºC en un microrreactor de laboratorio.
La Figura 3 representa la conversión de N_{2}O de catalizadores Co_{3}O_{4}-CeO_{2} en un microrreactor de laboratorio.
La Figura 4 presenta los datos de actividad en planta piloto para la conversión de N_{2}O de varios catalizadores a 5 bar, 900ºC y una GHSV = 66.000 h^{-1}.
La Figura 5 presenta los datos obtenidos en un microrreactor de laboratorio de la conversión de N_{2}O usando varios catalizadores de acuerdo con la invención.
La Figura 6 presenta el efecto de la composición del catalizador de la carga sobre la conversión de N_{2}O en un microrreactor de laboratorio.
La Figura 7 presenta el efecto sobre la conversión de N_{2}O de la adición de ZrO_{2} al catalizador de Co_{2}AlO_{4}/CeO_{2}.
El catalizador de acuerdo con la presente invención esencialmente consiste en 1-10% en moles de Co_{3-x}M_{x}O_{4}, siendo M hierro o aluminio y x = 0,25-2, sobre un soporte de óxido de cerio. Un catalizador preferido también contiene 0,01-2% en peso de ZrO_{2}.
Preferiblemente, el catalizador sobre soporte contiene 1-5% en moles del componente de cobalto.
El soporte de óxido de cerio usado en la preparación del catalizador debe tener, preferiblemente, una superficie específica mayor que 10 m^{2}/g, más preferiblemente mayor que 50 m^{2}/g a la temperatura de funcionamiento.
Los componentes de cobalto preferidos en el catalizador son Co_{3-x}Al_{x}O_{3}, siendo x = 0,25-2, o Co_{3-x}Fe_{x}O_{4}, siendo x = 0,25-2.
La característica principal del procedimiento de acuerdo con la invención para aplicarlo en procesos en los que se forma N_{2}O, es que el gas que contiene N_{2}O se pone en contacto con un catalizador que contiene 0,1-10% en moles de Co_{3-x}M_{x}O_{4}, siendo M Fe o Al y x = 0,25-2, y hasta un máximo de 2% en peso de ZrO_{2}, sobre un soporte de óxido de cerio, a 250-1000ºC. Se prefiere usar un catalizador que contiene 0,1-2% en peso de ZrO_{2}.
Cuando el procedimiento de acuerdo con la invención se aplica en una planta de ácido nítrico, el amoniaco se oxida en presencia de un catalizador de oxidación y, luego, la mezcla de gases así formada se pone en contacto con el cata-
lizador que comprende el componente de cobalto sobre soporte de óxido de cerio a una temperatura de 500-1000ºC.
El gas de la extremidad de cola de una unidad aguas abajo de una unidad de oxidación de amoniaco se puede poner en contacto con el catalizador de descomposición de N_{2}O (que consta de 0,1-10% en moles de Co_{3-x}M_{x}O_{4}, siendo M = Fe o Al y x = 0,25-2, y hasta como máximo 2% en peso de ZrO_{2}) sobre un soporte de óxido de cerio, a una temperatura de 250-500ºC.
La mezcla de gases que contienen N_{2}O de un proceso de producción de ácido adípico también se puede tratar de acuerdo con la invención poniendo en contacto el mencionado gas con el catalizador de descomposición de N_{2}O, que comprende 0,1-10% en moles de Co_{3-x}M_{x}O_{4}, siendo M = Fe o Al y x = 0,25-2, sobre un soporte de óxido de cerio a una temperatura de 500-800ºC.
Ejemplo 1
El ejemplo presenta los resultados de ensayos realizados a escala de laboratorio usando catalizadores que tienen, respectivamente, una concentración de 1, 5 o 10% en moles de Co_{3}O_{4} sobre soporte de ceria. En la Figura 3 se muestra el porcentaje de conversión de N_{2}O en función del tiempo a una presión de 3 bar, una GHSV = 560.000 h^{-1} y una composición del gas de:
N_{2}O = 1200 ppm
NO = 10000 ppm
Oxígeno = 4%
H_{2}O = 1,7%
siendo el resto nitrógeno.
Los ensayos se realizaron a 800ºC y 890ºC. Los resultados de los ensayos se presentan en la Figura 3. Estos ensayos demuestran que la conversión de N_{2}O era muy alta, de aproximadamente 98%. La estabilidad del catalizador era también prometedora. Los mejores resultados se obtuvieron cuando el catalizador contenía 5% en moles del componente de cobalto.
Ejemplo 2
Los catalizadores usados en los ensayos del Ejemplo 1 se ensayaron luego en una planta piloto que tenía condiciones de oxidación de amoniaco. Además, los ensayos comprendieron la investigación de un catalizador de Co_{2}AlO_{4} sin soporte y un catalizador que era de Co_{2}AlO_{4} sobre soporte de MgO. El catalizador de conversión de N_{2}O se puso justo debajo del catalizador de oxidación de amoniaco y las galgas de recuperación de platino. Los ensayos se realizaron en las siguientes condicione estándar: presión, 5 bar; temperatura 900ºC; GHSV 55.000 h^{-1} - 0,000 h^{-1}. La composición del gas era:
N_{2}O = 1200-1400 ppm
NO = 10%
Oxígeno = 4%
H_{2}O = 16%, siendo el resto nitrógeno (más Ar, CO_{2}, etc. del aire)
Los resultados de estos ensayos se presentan en la Figura 4 y demuestran que, para el mejor catalizador, la conversión de N_{2}O era de aproximadamente 95% después de mantenimiento en la corriente durante 100 días. La descomposición de NO era sensiblemente inferior a 0,5%, que se consideró que era un nivel aceptable.
La Figura 4 ilustra además que el catalizador de Co_{2}AlO_{4} sin soporte y la misma fase activa sobre MgO perdieron la mayor parte de su actividad después de funcionar durante unos pocos días.
Ejemplo 3
El ejemplo presenta los resultados de ensayos realizados durante 90 horas en un microrreactor de laboratorio. Las condiciones operativas fueron las mismas del Ejemplo 1 y los ensayos se realizaron a las temperaturas de 800ºC y 890ºC. Los resultados se presentan en La Figura 5, que demuestra que el aluminato de cobalto sobre ceria es un catalizador más estable que el óxido de cobalto sobre ceria.
Ejemplo 4
Este Ejemplo muestra el efecto de la composición del catalizador y la carga sobre la conversión de N_{2}O en un reactor de laboratorio. Las condiciones operativas fueron como las del Ejemplo 1. Los ensayos se realizaron a 890ºC. Para todos los catalizadores de acuerdo con la invención, los mejores resultados se obtienen para una carga del catalizador de aproximadamente 2% en moles, pero se alcanza ya una cierta actividad a una carga muy baja, como demuestra la Figura 6. Se puede obtener una conversión de N_{2}O de más de 95% para una carga muy baja de catalizador e incluso para 10% en moles, pero no parece que se pueda conseguir ventaja alguna aumentando la carga de catalizador por encima de 5% en moles. Consecuentemente, la carga catalítica dependerá de evaluaciones prácticas y económicas.
Ejemplo 5
Este Ejemplo presenta el efecto de la adición de ZrO_{2} sobre el comportamiento del catalizador de Co_{2}AlO_{4}/CeO_{2} instalado en una planta piloto de oxidación de amoniaco. El catalizador se preparó mezclando los ingredientes como en los ejemplos anteriores y, además, añadiendo 0,01-2% en peso de polvo fino de ZrO_{2} (tamaño de partícula de 1-3 \mum). Los ensayos se realizaron en las mismas condiciones estándar del Ejemplo 2. En la Figura 7 se presentan los resultados para una adición de 0,22, 0,28 y 0,90% en peso de ZrO_{2}, comparativamente con catalizadores sin ZrO_{2}. La concentración óptima en este caso era de 0,2% en peso. El efecto de la adición de ZrO_{2} es una disminución de la degradación de la actividad del catalizador con el tiempo.
Los autores de la presente invención han tenido éxito en el logro de un catalizador de descomposición de N_{2}O versátil, activo y térmicamente estable. Los catalizadores de acuerdo con la invención se pueden aplicar en un amplio intervalo de temperaturas y serán también estables a composiciones variables del gas. Se ha encontrado que la presencia de agua, que con frecuencia es un problema en, por ejemplo, catalizadores para gases exhaustos de motores de vehículos, no es un problema serio para estos catalizadores. Consecuentemente, los nuevos catalizadores se pueden aplicar para la descomposición de N_{2}O procedente de procesos en los que se forma N_{2}O. Los catalizadores son especialmente útiles en la producción de ácido nítrico puesto que el N_{2}O se puede descomponer en el gas de proceso formado después de la oxidación de amoniaco sin una destrucción significativa de NO, y también usarse en el gas de cola de la posterior unidad de absorción.

Claims (7)

1. Catalizador para la descomposición de N_{2}O a temperaturas de 250-1000ºC, caracterizado porque el catalizador comprende 0,1-10% en moles de Co_{3-x}M_{x}O_{4}, en el que M es Fe o Al y x = 0,25-2, y hasta 2% en peso de ZrO_{2}, sobre un soporte de óxido de cerio.
2. Catalizador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el catalizador sobre soporte contiene 1-5% en moles del componente de cobalto.
3. Catalizador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el soporte de óxido de cerio usado en la preparación del catalizador tiene una superficie específica mayor que 10 m^{2}/g, preferiblemente mayor que 50 m^{2}/g, a la temperatura de funcionamiento.
4. Procedimiento para la ejecución de un procedimiento en el que se forma N_{2}O, caracterizado porque un gas que contiene N_{2}O se pone en contacto con un catalizador que comprende 0,1-10% en moles de Co_{3-x}M_{x}O_{4}, en el que M es Fe o Al y x = 0,25-2, y hasta 2% en peso de ZrO_{2}, sobre un soporte de óxido de cerio, a 250-1000ºC.
5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque se oxida amoniaco en presencia de un catalizador de oxidación y porque la mezcla de gas así formada se pone en contacto con el catalizador que comprende el componente de cobalto sobre soporte de óxido de cerio, a una temperatura de 250-500ºC.
6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque el gas de la extremidad de cola de la unidad de absorción aguas abajo de la unidad de oxidación de amoniaco se pone en contacto con el catalizador de descomposición de N_{2}O que comprende 0,1-10% en moles de Co_{3-x}M_{x}O_{4}, en el que M es Fe o Al y x = 0,25-2, y hasta 2% en peso de ZrO_{2}, sobre un soporte de óxido de cerio, a 250-1000ºC.
7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la mezcla de gases que contiene N_{2}O procedente de un proceso de producción de ácido adípico se pone en contacto con el catalizador de descomposición de N_{2}O que comprende 0,1-10% en moles de Co_{3-x}M_{x}O_{4}, en el que M es Fe o Al y x = 0,25-2, y hasta 2% en peso de ZrO_{2}, sobre un soporte de óxido de cerio, a 500-800ºC.
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