ES2252450T3

ES2252450T3 - Procedimiento para la disminucion de los contenidos de no2 y nox en gases.

Info

Publication number: ES2252450T3
Application number: ES02727363T
Authority: ES
Inventors: Meinhard Schwefer; Joachim Motz; Rolf Siefert
Original assignee: Uhde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2006-05-16
Anticipated expiration: 2022-03-06
Also published as: NO20033859L; WO2002087733A1; EA005631B1; NO334708B1; DE10112444A1; US20080044331A1; KR20040015066A; IN2003CH01437A; DK1370342T3; ATE308371T1; EA200301001A1; DE50204774D1; KR100824225B1; EP1370342B1; CN1269554C; US20040109805A1; EP1370342A1; CN1507368A; NO20033859D0; ZA200306771B

Abstract

Procedimiento para la disminución del contenido de NOx y N2O en gases, en particular en gases de procesos y gases de escape, que comprende las medidas consistentes en: a) añadir amoníaco como agente de reducción para los NOx, en forma gaseosa en las condiciones de reacción, al gas que contiene NOx y N2O, en una cantidad de hasta unas proporciones molares de 1, 33 (8/6), referidas a la cantidad de NOx, b) introducir la mezcla gaseosa en un dispositivo con una zona de reacción, que contiene una o varias zeolitas cargadas con hierro, cuya estructura cristalina no tiene poros ni canales algunos con un tamaño mayor o igual que 7 Angström, c) ajustar una temperatura hasta de 450ºC en la zona de reacción y elegir la velocidad de circulación de la mezcla gaseosa y/o la cantidad del catalizador por conducción del gas que contiene NOx y N2O con una velocidad espacial de 5.000 a 50.000 h-1, referida al volumen de catalizador, por encima del catalizador, de tal manera que se establezca el deseado gradode descomposición del N2O.

Description

Procedimiento para la disminución de los contenidos de NO_{2} y NO_{x} en gases.

El presente invento se refiere a un procedimiento, con el que se pueden reducir o descomponer totalmente los contenidos de NO_{2} y NO_{x} en gases, en particular en gases de procesos o en gases de escape.

En el caso de muchos procesos, tales como p.ej. procesos de combustión, o también en el de la producción industrial de ácido nítrico, resulta un gas de escape cargado con monóxido de carbono NO, dióxido de nitrógeno (NO_{2}) (aquí designado de modo conjunto como NO_{x}) así como gas hilarante (= óxido nitroso) N_{2}O. Mientras que los NO y NO_{2} son conocidos desde hace mucho tiempo como compuestos con relevancia ecológica y tóxica (lluvia ácida, formación de niebla espesa (en inglés smog = puré de guisantes) y se han establecido a escala mundial valores límites para sus emisiones máximamente admisibles, en los últimos años también el gas hilarante está acercándose en medida creciente al foco de la protección del medio ambiente, puesto que éste contribuye en un grado no insignificante a la descomposición del ozono estratosférico y al efecto de invernadero. Por lo tanto, por razones de la protección del medio ambiente, existe una necesidad imperativa de soluciones técnicas, que disminuyan o, caso de que sea posible, eliminen totalmente, las emisiones de gas hilarante juntamente con las emisiones de NO_{x}.

Para la eliminación por separado del N_{2}O, por una parte, y de los NO_{x}, por otra parte, ya se conocen numerosas posibilidades.

Así, para la disminución de los NO_{x} se encuentran predominantemente procedimientos para la reducción catalítica de NO_{x}, que transcurren mediando utilización de los más diferentes agentes de reducción, describiéndose en muchos casos catalizadores de zeolitas. Junto con zeolitas intercambiadas con Cu, presentan interés, sobre todo para aplicaciones prácticas, las zeolitas que contienen hierro. Como agentes de reducción se emplean, por ejemplo, amoníaco (compárese el documento de patente de los EE.UU. US-A-5.451.387) o también hidrocarburos (compárese la cita de Feng, K. y W.K. Hall en Journal of Catalysis 166, páginas 368-376 (1997)).

A diferencia de la disminución de los NO_{x} en gases de escape, que se ha consagrado en el sector técnico desde hace muchos años, para la eliminación del N_{2}O existen solamente unos pocos procesos técnicos, que en su mayor parte tienen como meta una descomposición térmica o catalítica del N_{2}O. Una recopilación acerca de los catalizadores, de los que se detectó una idoneidad en principio para la descomposición y la reducción del gas hilarante, la ofrecen Kapteijn y colaboradores (F. Kapteijn y colaboradores, Appl. Cat. B: Environmental 9 (1996) 25-64).

Como especialmente apropiados se presentan de nuevo los catalizadores de zeolitas con Fe y Cu, que o bien producen una pura descomposición del N_{2}O en N_{2} y O_{2} (documento US-A-5.171.553), o también sirven para la reducción catalítica del N_{2}O con ayuda, p.ej., de NH_{3} para formar N_{2} y H_{2}O.

Así, en el documento de solicitud de patente japonesa JP-A-07.060.126 se describe un catalizador para la reducción de N_{2}O con NH_{3} en presencia de zeolitas que contienen hierro, del tipo pentasil (MFI). Puesto que los grados de descomposición técnicamente utilizables se consiguen solamente a unas temperaturas > 450ºC, se plantean requisitos especiales en cuanto a la estabilidad térmica del catalizador.

Mauvezin y colaboradores ofrecen en Catal. Lett. 62 (1999) 41-44 una recopilación acerca de la idoneidad de diferentes zeolitas intercambiadas con hierro, de los tipos MOR, MFI, BEA, FER, FAU, MAZ y OFF, para la reducción de N_{2}O con NH_{3}. Según esto, mediante la adición de NH_{3} a 450ºC solamente en el caso de la Fe-BEA se puede alcanzar una reducción del N_{2}O > 70%.

Para la eliminación simultánea de los NO_{x} y N_{2}O, que ha de pretenderse especialmente por razones de sencillez y rentabilidad, en la bibliografía se encuentran asimismo diferentes variantes de procedimientos. Éstas describen siempre la reducción en común de NO_{x} y N_{2}O.

Así, el documento US-A-4.571.329 reivindica un procedimiento para la reducción de los NO_{x} y N_{2}O mediante amoníaco en presencia de catalizadores del tipo de zeolitas sustituidas con Fe, que por una parte catalizan la reacción de NH_{3} con NO_{x} para formar H_{2}O y N_{2}, y por otra parte catalizan asimismo la reacción de NH_{3} con N_{2}O para formar H_{2}O y N_{2}. Como catalizadores apropiados se mencionan zeolitas sustituidas con hierro, seleccionadas entre el conjunto formado por mordenita, clinoptilolita, faujasita y zeolita Y. La relación de NH_{3} a NO_{2} es por lo menos de 1,3.

El documento de solicitud de patente internacional WO-A-00/48715 describe un procedimiento, en el cual un gas de escape, que contiene NO_{x} y N_{2}O, se conduce a unas temperaturas comprendidas entre 200 y 600ºC a través de un catalizador de zeolita con hierro del tipo beta (= BEA), conteniendo el gas de escape además NH_{3} en una relación cuantitativa entre 0,7 y 1,4, referida a la cantidad total de los NO_{x} y N_{2}O. El NH_{3} sirve aquí asimismo como agente de reducción tanto para los NO_{x} como también para el N_{2}O. El procedimiento trabaja ciertamente como procedimiento de una sola etapa a unas temperaturas menores que 450ºC, pero, al igual que los procedimientos antes mencionados, posee la desventaja en principio de que para la eliminación del contenido de N_{2}O se necesita una cantidad del agente de reducción NH_{3} que sea aproximadamente equimolar con respecto a la cantidad de N_{2}O.

En el documento JP-A-51/03953 se describe un procedimiento para la eliminación de óxidos de nitrógeno, que comprenden N_{2}O y NO_{x}, en el cual los N_{2}O y NO_{x} se reducen simultáneamente con hidrocarburos. Como catalizador sirve un soporte de \gamma-Al_{2}O_{3} o de zeolita, sobre el cual se ha aplicado un metal seleccionado entre el conjunto formado por Cu, Ag, Cr, Fe, Co, Ni, Ru, Rh ó Ir. También este procedimiento condiciona la adición de un agente de reducción, en una medida correspondiente a la cantidad total de los N_{2}O y NO_{x}.

Es misión del presente invento la puesta a disposición de un procedimiento rentable y sencillo para la descomposición simultánea de los N_{2}O y NO_{x} en presencia de un único tipo de catalizador, que se distinga por una temperatura de funcionamiento lo más baja que sea posible y por un consumo mínimo de agente de reducción.

El problema planteado por esta misión se resuelve por medio del procedimiento conforme al invento.

Es objeto del presente invento un procedimiento para la disminución de los contenidos de NO_{x} y N_{2}O en gases, en particular en gases de proceso y gases de escape, que comprende las medidas que consisten en:

a): añadir un agente de reducción para los NO_{x}, en forma gaseosa en condiciones de reacción, al gas que contiene NO_{x} y N_{2}O, en una cantidad tal como la que se necesita para la reducción de los NO_{x},

b): introducir la mezcla gaseosa en un dispositivo con una zona de reacción, que contiene una o varias zeolitas cargadas con hierro, cuya estructura cristalina no tiene poros ni canales algunos con un tamaño mayor o igual que 7 Angström,

c): ajustar una temperatura hasta de 450ºC en la zona de reacción y elegir la velocidad de circulación de la mezcla gaseosa y/o la cantidad del catalizador, de tal manera que se establezca el deseado grado de descomposición del N_{2}O.

Para la realización del procedimiento conforme al invento, el gas que contiene N_{2}O y NO_{x} se mezcla en primer lugar con un agente de reducción en forma gaseosa, preferiblemente con NH_{3}, y a continuación, para la simultánea descomposición del N_{2}O (por descomposición) y de los NO_{x} (por reducción), se conduce por encima del catalizador a una temperatura de menos que 450ºC con la velocidad espacial antes elegida.

De acuerdo con la característica a) del procedimiento conforme al invento, el agente de reducción se ha de añadir en una cantidad tal como la que se necesita para la reducción de los NO_{x}. Por este concepto se entiende, en el marco de esta memoria descriptiva, la cantidad de agente de reducción que es necesaria con el fin de reducir la proporción de los NO_{x} en la mezcla gaseosa de una manera total o hasta llegar a la concentración final deseada, sin que tenga lugar una reducción apreciable del N_{2}O. Para el cálculo de la cantidad de agente de reducción no tiene ninguna importancia el con-
tenido en N_{2}O de la mezcla gaseosa, puesto que el agente de reducción actúa casi de manera selectiva sobre los NO_{x}.

Por el concepto de velocidad espacial ha de entenderse en este caso el cociente entre las proporciones en volumen de mezcla gaseosa por hora, referidas a una proporción en volumen de catalizador. La velocidad espacial se puede ajustar por consiguiente a través de la velocidad de circulación del gas y/o de la cantidad del catalizador.

Por lo general, la temperatura de la mezcla gaseosa en la zona de reacción es de 250 a 450ºC, preferiblemente de 300 a 450ºC, en particular de 350 a 450ºC.

Preferiblemente, las elecciones de la temperatura, de la velocidad de circulación y de la cantidad de catalizador en la etapa c) se efectúan de tal manera que en la zona de reacción se descomponga por lo menos un 50%, de manera preferida por lo menos un 70% y de manera muy especialmente preferida por lo menos un 80% del N_{2}O.

La disminución de los contenidos de NO_{x} y N_{2}O se efectúa en presencia de un único tipo de catalizador, preferiblemente de un único catalizador, que en lo esencial contiene una o varias zeolitas cargadas con hierro.

Como agentes de reducción en el sentido del invento se pueden emplear unas sustancias que presentan una actividad y una selectividad altas para la reducción del NO_{2} y cuyas selectividad y actividad son mayores, en las condiciones de reacción seleccionadas, que para la posible reducción del N_{2}O.

Como agentes de reducción en el sentido del invento se pueden emplear, por ejemplo, hidrocarburos, hidrógeno, monóxido de carbono, amoníaco o sus mezclas, tales como p.ej. un gas de síntesis. Se prefiere especialmente el amoníaco.

La cantidad añadida de agente de reducción no debe ser en tal caso mayor, de un modo digno de mención, que la que es necesaria para la reducción de los NO_{x}. En el caso del amoníaco como agente de reducción se utiliza - según sea el deseado grado de la descomposición del contenido de NO_{x} - hasta unas proporciones molares de amoníaco, de 1,33 (8/6), referidas a una proporción molar de NO_{x}. Si se desea un menor grado de descomposición de los NO_{x}, entonces la cantidad de proporciones molares de amoníaco es de 1,33*y, referida a una proporción molar de NO_{x}; en este caso y es la proporción porcentual del NO_{x} que se debe de consumir en la reducción. La relación molar necesaria de agente de reducción a NO_{x} puede depender de las condiciones de reacción. Se ha puesto de manifiesto que, con una presión creciente, o bien con unas temperaturas de reacción decrecientes, disminuye la cantidad de agente de reducción que es necesaria para la descomposición total de los NO_{x}. En el caso del amoníaco, la proporción molar disminuye desde las proporciones molares de 1,33, antes mencionadas, hasta una proporción molar de 1,0.

Como catalizadores encuentran utilización zeolitas cargadas con hierro, o mezclas de zeolitas cargadas con hierro, cuya estructura cristalina no tiene poros ni canales algunos con unos diámetros cristalográficos mayores o iguales que 7,0 Angström.

Se encontró de modo sorprendente que a través de tales catalizadores, en presencia de NO_{x} y de una cantidad correspondiente de un agente de reducción, que no es mayor que la que se consume para la reducción de los NO_{x}, se puede producir una descomposición del N_{2}O ya a unas temperaturas de < 450ºC.

Por debajo de las presentes condiciones de procedimiento, el NH_{3} no actúa como agente de reducción para el N_{2}O, sino que reduce selectivamente a los NO_{x} contenidos en el gas de escape.

Sin estar vinculado a consideraciones teóricas, la siguiente concepción mecanicista podría explicar el fundamento físico-químico del invento:

En la primera etapa de la descomposición del N_{2}O se efectúa la entrega de un átomo de oxígeno a un centro activo (simbolizado por *) del catalizador de zeolita con hierro, conforme a

Ecuación 1N_{2}O + \ \text{*} \rightarrow N_{2} + O\text{*}

Con la presuposición de un centro activo no ocupado en el catalizador, esta descomposición del N_{2}O se efectúa con rapidez. La eliminación del átomo de oxígeno activo, que es necesaria para la formación de O_{2} molecular, es conforme a

Ecuación 2,2O\text{*} \rightarrow O_{2} + 2\text{*}

sin embargo, comparativamente lenta. Esto quiere decir que si la reacción es acelerada de acuerdo con la ecuación 2, se efectúa también una descomposición más rápida del N_{2}O.

Para esto sirve entonces el NO, que reacciona conforme a

Ecuación 3NO + O\text{*} \leftrightarrow NO_{2} + \text{*}

con el O* sorbido.

En el caso de unas temperaturas suficientemente altas, se efectúa, en presencia de los catalizadores utilizados conforme al invento, una retroformación suficientemente rápida del NO conforme a

Ecuación 42 NO_{2} \leftrightarrow 2 NO + O_{2} + \text{*}

En el caso de bajas temperaturas de funcionamiento, que son especialmente preferidas en el sentido del invento, el ajuste del equilibrio entre NO/NO_{2} se efectúa de una manera correspondientemente lenta.

Una reacción de agotamiento de la especie O* está limitada por una deficiencia de NO.

Puesto que en el caso de la ecuación 3 se trata de un equilibrio químico, la reacción de agotamiento del O*, sin embargo, se puede producir no solamente por aportación de NO sino también por eliminación del NO_{2}. Esto se consigue por adición del agente de reducción gaseoso, tal como NH_{3}, que según

Ecuación 56 \ NO_{2} + 8 \ NH_{3} \rightarrow 7 \ N_{2} + 12 \ H_{2}O

reacciona selectivamente también a bajas temperaturas con el NO_{2} para formar N_{2} y H_{2}O.

Esto quiere decir que la presencia de NO_{x} y la adición de un agente de reducción gaseoso, tal como amoníaco, aceleran la descomposición de N_{2}O, sin que para esto se consuman equivalentes de reducción de NH_{3}. La cantidad necesaria de NH_{3} se establece, en presencia de los catalizadores utilizados conforme al invento, a partir de la deseada descomposición de los NO_{x}. Sin embargo, en tal caso ésta no debería ser mayor, de una manera digna de mención, que la que es necesaria para la reducción de los NO_{x}, puesto que el NH_{3} en exceso bloquea la descomposición del N_{2}O y, eventualmente a unas temperaturas elevadas. conduce a la reducción indeseada del N_{2}O con NH_{3}. Esto último se da el caso en particular cuando no se emplean conforme al invento las zeolitas con hierro que tienen unos poros o canales de tamaño situado por encima de 7 Angström. Ejemplos de esto son las zeolitas del tipo BEA.

El procedimiento conforme al invento hace posible, por consiguiente, llevar a cabo tanto la descomposición del N_{2}O como también la reducción de los NO_{x} a una temperatura de funcionamiento considerablemente más baja en un lecho de catalizador sencillo con un pequeño consumo de agentes de reducción gaseosos tales como NH_{3}, lo cual hasta ahora no era posible con los procedimientos descritos en el estado de la técnica.

Esto constituye una gran ventaja, en particular cuando se deben eliminar grandes cantidades de N_{2}O.

Por utilización de zeolitas que contienen hierro, preferiblemente las de los tipos FER, MEL y MFI, en particular la Fe-ZSM-5, la descomposición de N_{2}O de acuerdo con el anterior procedimiento en presencia de NO_{x} se efectúa ya a aquellas temperaturas a las que no tendría lugar de ningún modo una descomposición de N_{2}O sin NO_{x} ni NH_{3}.

La ejecución del lecho de catalizador se puede desarrollar libremente en el sentido del invento. Ésta puede efectuarse por ejemplo en forma de un reactor tubular o de un reactor de cestas radiales. También el modo de realizar la incorporación del agente de reducción gaseoso en la corriente gaseosa que se ha de tratar, se puede desarrollar libremente en el sentido del invento, siempre y cuando que ésta se efectúe delante de la zona de reacción, en la dirección de la corriente. Ésta se puede efectuar, por ejemplo en la conducción de entrada delante del recipiente para el lecho de catalizador, o inmediatamente delante del lecho. El agente de reducción se puede incorporar en forma de un gas o también de un líquido o bien de una solución acuosa, que se evapora en la corriente gaseosa que se ha de tratar.

Los catalizadores utilizados conformes al invento contienen, en lo esencial, preferiblemente > 50% en peso, en particular > 70% en peso, de una o varias zeolitas cargadas con hierro. Así, por ejemplo, junto a una zeolita Fe-ZSM-5 puede estar contenida en el catalizador utilizado conforme al invento otra zeolita que contenga hierro, tal como p.ej. una zeolita que contiene hierro del tipo MFI ó FER.

Además de esto, el catalizador utilizado conforme al invento puede contener otros materiales aditivos conocidos por un experto en la especialidad, tales como p.ej. agentes aglutinantes.

Los catalizadores utilizados conforme al invento se basan preferiblemente en zeolitas, en las cuales se había incorporado hierro mediante un intercambio de iones en cuerpos sólidos. Usualmente, se parte para esto de las zeolitas con amonio comercialmente obtenibles (p.ej. la NH_{4}-ZSM-5) y de las correspondientes sales de hierro (p.ej. la FeSO_{4} x 7 H_{2}O), y éstas se mezclan entre sí intensamente por vía mecánica en un molino de bolas a la temperatura ambiente. (Turek y colaboradores; Appl. Catal. 184, (1999) 249-256; documento EP-A-0.955.080). A estas citas bibliográficas se hace referencia expresa por la presente. Los polvos de catalizador obtenidos se calcinan a continuación en un horno de cámaras en presencia del aire a unas temperaturas situadas en el intervalo de 400 a 600ºC. Después de la calcinación, las zeolitas que contienen hierro se lavan intensamente en agua destilada y, tras de haber separado las zeolitas por filtración, se secan. Finalmente, las zeolitas que contienen hierro, así obtenidas, se reúnen y mezclan con los agentes aglutinantes apropiados y se extruden por ejemplo para formar cuerpos cilíndricos de catalizador. Como agentes aglutinantes son apropiados todos los aglutinantes usualmente utilizados, los más habituales son en este caso silicatos de aluminio, tales como p.ej. un caolín.

De acuerdo con el presente invento, las zeolitas utilizables están cargadas con hierro. El contenido de hierro puede ser en este caso, referido a la masa de zeolita, hasta de 25%, pero preferiblemente de 0,1 a 10%. La estructura cristalina de las zeolitas no presenta poros ni canales algunos con unos diámetros cristalográficos mayores o iguales que 7,0 Angström.

En el procedimiento conforme al invento está incluido también el empleo de las zeolitas, en las cuales el aluminio del retículo ha sido sustituido de una manera isomorfa por uno o varios elementos, por ejemplo ha sido reemplazado por uno o varios elementos seleccionados entre B, Be, Ga, Fe, Cr, V, As, Sb y Bi. Está incluido asimismo el empleo de zeolitas, en las que el silicio del retículo ha sido sustituido de una manera isoforma por uno o varios elementos, por ejemplo ha sido reemplazado por uno o varios elementos seleccionados entre Ge, Ti, Zr y Hf.

Datos exactos acerca de la construcción o estructura de las zeolitas empleadas conforme al invento, se dan en la obra Atlas of Zeolite Structure Types [Atlas de tipos de estructuras de zeolita], Elsevier, 4ª edición revisada de 1996, a la que se hace referencia expresa por la presente.

Las zeolitas preferidas conforme al invento son del tipo MFI (pentasil) o FER (ferrierita). Son preferidas en particular las zeolitas del tipo Fe-ZSM-5.

De modo muy especialmente preferido pasan a emplearse en el procedimiento conforme al invento los catalizadores del tipo de zeolita definidos más arriba, que han sido tratados con vapor de agua (catalizadores "vaporizados con agua"). Mediante un tratamiento de este tipo, el retículo de la zeolita se desaluminiza; este tratamiento es de por sí conocido para un experto en la especialidad. De manera sorprendente, estos catalizadores de zeolitas, tratados hidrotérmicamente, se distinguen en el procedimiento conforme al invento por una actividad especialmente alta.

De manera preferida, se emplean catalizadores de zeolitas, tratados hidrotérmicamente, que han sido cargados con hierro, y en los cuales la relación de aluminio extrarreticular a aluminio reticular es por lo menos de 1:2, preferiblemente de 1:2 a 20:1.

La temperatura de funcionamiento del catalizador, por encima de la cual se eliminan los N_{2}O y NO_{x}, está situada conforme al invento en < 450ºC, de manera muy especialmente preferida en el intervalo de 350 a 450ºC.

El gas cargado con óxidos de nitrógeno se conduce por encima del catalizador usualmente con una velocidad espacial de 200 a 200.000 h^{-1}, de manera preferida de 5.000 a 100.000 h^{-1}, en particular de 5.000 a 50.000 h^{-1} y de manera muy especialmente preferida de 5.000 a 30.000 h^{-1}, referida al volumen del catalizador.

La elección de la temperatura de funcionamiento está determinada, al igual que la velocidad espacial escogida, mediante el deseado grado de descomposición del N_{2}O.

La descomposición deseada de los NO_{x} se ajusta mediante la cantidad añadida de agente de reducción gaseoso, tal como NH_{3}. De acuerdo con la ecuación 5, ésta es para el amoníaco preferiblemente de alrededor de 8/6 de la cantidad de NO_{x} que se ha de descomponer, pero a unas altas presiones o bien a unas bajas temperaturas puede adoptar también valores menores, tal como antes se ha descrito.

El procedimiento conforme al invento se lleva a cabo por lo general a una presión situada en el intervalo de 1 a 50 bar, preferiblemente de 1 a 25 bar.

La alimentación del agente de reducción delante del lecho de catalizador, se efectúa mediante un apropiado dispositivo, tal como p.ej. una correspondiente válvula de presión o boquillas adecuadamente estructuradas.

El contenido en agua del gas de reacción está situado preferiblemente en el intervalo de < 25% en volumen, en particular en el intervalo de < 15% en volumen.

Por lo general, se prefiere una concentración de agua relativamente baja, puesto que unos contenidos más elevados de agua harían necesarias unas más altas temperaturas de funcionamiento. Éstas, dependiendo del tipo empleado de zeolita y de la duración del funcionamiento, sobrepasarían los límites de estabilidad hidrotérmica del catalizador, y por consiguiente han de adaptarse al caso individual en cada caso escogido.

También la presencia de CO_{2} así como la de otros componentes desactivadores del gas de reacción, que son conocidos para un experto en la especialidad, deberían reducirse al mínimo en lo posible, puesto que éstos repercutirían negativamente sobre la descomposición del N_{2}O.

El procedimiento conforme al invento trabaja también en presencia de O_{2}, puesto que los catalizadores utilizados conforme al invento tienen unas correspondientes selectividades, que a unas temperaturas de < 450ºC reprimen una reacción con O_{2} del agente de reducción gaseoso, tal como NH_{3}.

Todos estos factores influyentes, así como la carga elegida con catalizador, es decir la velocidad espacial, han de tenerse en cuenta al elegir la apropiada temperatura de funcionamiento en la zona de reacción.

Los grados de conversión para N_{2}O y N_{x}, que se pueden conseguir con el presente procedimiento, están situados en > 80%, preferiblemente en > 90%. Por consiguiente, el procedimiento es superior al estado de la técnica en lo que se refiere a su eficiencia, es decir al grado de conversión conseguible de los N_{2}O y NO_{x}, así como en lo que se refiere a los costos de funcionamiento e inversión.

El procedimiento conforme al invento puede pasar a emplearse especialmente en el caso de la producción de ácido nítrico, en el de gases de escape de centrales energéticas o en el de turbinas de gas. En estos procesos resultan unos gases de proceso y de escape, que contienen óxidos de nitrógeno, los cuales deben de ser deshidrogenados de un modo barato con ayuda del procedimiento que aquí se muestra.

El invento se explica mediante el siguiente Ejemplo.

Como catalizador se emplea una zeolita cargada con hierro del tipo ZSM-5.

La preparación del catalizador de Fe-ZSM-5 se efectuó mediante un intercambio de iones en cuerpos sólidos, partiendo de una zeolita en la forma de amonio (ALSI-PENTA, SM27) disponible comercialmente. Datos más detallados acerca de la preparación se pueden tomar de la cita de: M. Rauscher, K. Kesore, R. Mönnig, W. Schwieger, A. Ti\betaler, T. Turek: "Preparation of highly active Fe-ZSM-5 catalyst through solid state ion exchange for the catalytic decomposition of N_{2}O" [Preparación de un catalizador de Fe-ZSM-5 muy activo, por intercambio de iones en estado sólido, para la descomposición catalítica de N_{2}O], en Appl. Catal. 184 (1999) 249-256.

Los polvos del catalizador se calcinaron en presencia de aire durante 6 h a 823ºK, se lavaron y se secaron a 383ºK durante una noche. Después de la adición de correspondientes aglutinantes, siguió la extrusión para dar cuerpos cilíndricos de catalizador, que se trituraron para dar un granulado con un tamaño de granos de 1-2 mm.

Como dispositivo para la disminución de los contenidos de NO_{x} y N_{2}O pasó a emplearse un reactivo tubular, que estaba cargado con una cantidad tal del catalizador antes citado, que, referido a la corriente gaseosa entrante, resultaba una velocidad espacial de 10.000 h^{-1}. Antes de la entrada en el reactor se efectuó la adición de NH_{3} gaseoso. La temperatura de funcionamiento del reactor se ajustó mediante calefacción. El análisis de las corrientes gaseosas que entraban y salían del dispositivo, se efectuó con ayuda de un analizador de gases por FTIR (infrarrojos con transformada de Fourier).

Con las concentraciones de entrada y las temperaturas de funcionamiento señaladas seguidamente, se consiguieron los siguientes grados de descomposición de N_{2}O y NO_{x} reproducidos en la Tabla 1:

Ejemplo 1

375ºC (1A), 400ºC (1B), 425ºC (1C)

Concentraciones de entrada:

1.000 ppm de N_{2}O, 2.500 ppm de H_{2}O y 2,5% en volumen de O_{2} en N_{2}

Ejemplo 2

375ºC (2A), 400ºC (2B), 425ºC (2C)

Concentraciones de entrada:

1.000 ppm de N_{2}O, 1.000 ppm de NO_{x}, 2.500 ppm de H_{2}O, 2,5% en volumen de O_{2} y 1.200 ppm de NH_{3} en N_{2}

TABLA 1

Ejemplo	Temperatura	Descomposición de N_{2}O	Descomposición de NO_{x}
1 A	375ºC	4,5%	-
2 A	375ºC	56,2%	89,9%
1 B	400ºC	14,7%	-
2 B	400ºC	79,8%	91,5%
1 C	425ºC	33,7%	-
2 C	425ºC	93,2%	91,9%

Tal como se justifica en los Ejemplos, la presencia de NO_{x} y la adición de amoníaco conducen a un aumento drástico de la descomposición del N_{2}O, sin que se hubiera consumido NH_{3} para la reducción del N_{2}O. La reducción alcanzada de los NO_{x}, de aproximadamente 90% (partiendo de 1.000 ppm de NO_{x}) corresponde, en el marco de la precisión de medición, a la cantidad añadida de NH_{3} (1.200 ppm) dividida por la relación estequiométrica de reacción de 8/6 conforme a la ecuación 5. Al contrario que esto, el grado de la descomposición del N_{2}O con unas concentraciones dadas de NO_{x} y de NH_{3}, es dependiente solamente de la temperatura de funcionamiento o bien de la velocidad espacial ajustada.

Claims

1. Procedimiento para la disminución del contenido de NO_{x} y N_{2}O en gases, en particular en gases de procesos y gases de escape, que comprende las medidas consistentes en:

a): añadir amoníaco como agente de reducción para los NO_{x}, en forma gaseosa en las condiciones de reacción, al gas que contiene NO_{x} y N_{2}O, en una cantidad de hasta unas proporciones molares de 1,33 (8/6), referidas a la cantidad de NO_{x},

c): ajustar una temperatura hasta de 450ºC en la zona de reacción y elegir la velocidad de circulación de la mezcla gaseosa y/o la cantidad del catalizador por conducción del gas que contiene NO_{x} y N_{2}O con una velocidad espacial de 5.000 a 50.000 h^{-1}, referida al volumen de catalizador, por encima del catalizador, de tal manera que se establezca el deseado grado de descomposición del N_{2}O.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa c) se ajustan una temperatura y una velocidad de circulación de la mezcla gaseosa y/o una cantidad de catalizador, tales que en la zona de reacción se descompone por lo menos un 50%, de modo preferido por lo menos un 70% y de modo especialmente preferido por lo menos un 80% del N_{2}O.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el gas que contiene NO_{x} y N_{2}O se conduce por encima del catalizador con una velocidad espacial de 5.000 a 30.000 h^{-1}, referida al volumen del catalizador.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la temperatura en la zona de reacción está situada entre 350 y 450ºC.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el gas se conduce por encima de un único catalizador.

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque como catalizadores se emplean zeolitas cargadas con hierro de los tipos MFI, FER y MEL.

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque como catalizador se emplea una zeolita cargada con hierro del tipo MFI.

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la zeolita cargada con hierro del tipo MFI es un catalizador del tipo Fe-ZSM-5.

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque como catalizadores se emplean unas zeolitas que han sido tratadas con vapor de agua.

10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque como catalizadores se emplean unas zeolitas cargadas con hierro, en las cuales la relación de aluminio extrarreticular a aluminio reticular es por lo menos de 0,5.

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque éste se integra en el proceso de la producción de ácido nítrico.

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque éste se integra en el proceso del funcionamiento de una turbina de gas.

13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque éste se integra en el proceso del funcionamiento de una central energética.