ES2262463T3 - Unidad catalizadora y aparato purificador de gas. - Google Patents
Unidad catalizadora y aparato purificador de gas.Info
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Abstract
Una unidad catalizadora que comprende un alojamiento que tiene una entrada, una salida y paredes laterales que se extienden entre ambas, dicha entrada y dicha salida definen entre ambas una dirección para el flujo del gas como dirección axial; una pluralidad de elementos catalizadores en forma de placa montados dentro del dicho alojamiento entre dicha entrada y dicha salida para formar una pila, cada elemento catalizador en forma de placa soporta un material catalítico y tiene nervaduras paralelas separadas a través de una de sus dimensiones con secciones planas que separan las nervaduras; que se caracteriza porque una pluralidad de dichos elementos catalizadores en forma de placa están compuestos de elementos catalizadores en forma de placa perforados que tienen una pluralidad de orificios abiertos y adicionalmente una pluralidad de orificios cerrados por el material catalítico.
Description
Unidad catalizadora y aparato purificador de
gas.
La presente invención se refiere a una unidad
catalizadora para purificar un gas y más particularmente a una
unidad catalizadora que emplea elementos catalizadores en forma de
placas para reducir eficientemente los óxidos de nitrógeno (de
aquí en adelante denominados "NOx") con amoníaco (NH_{3}) y
a un procesamiento de gases que emplea la unidad catalizadora.
Los NOx contenidos en los gases de escape
descargados por centrales generadores, fábricas, automóviles y
similares son una sustancia causante de la niebla fotoquímica y la
lluvia ácida. Un procedimiento para la desnitrificación de los
gases de escape que emplea NH_{3} como agente reductor para la
reducción catalítica selectiva se ha utilizado previamente como
procedimiento de desnitrificación efectivo principalmente en
centrales generadoras térmicas. Como ingrediente activo se utiliza
un catalizador de óxido de titanio (TiO_{2}) que contiene vanadio
(V), molibdeno (Mo) o tungsteno (W). Particularmente, un
catalizador que contenga vanadio (V) es altamente activo, difícil
de deteriorar por las impurezas contenidas por los gases de escape
y efectivo incluso a bajas temperaturas. Por lo tanto, dicho
catalizador es el catalizador de desnitrificación actualmente más
utilizado (JP-A nº 50-128681).
Generalmente, los elementos catalizadores tienen
forma de panal o de placa. Se han desarrollado diferentes
procedimientos para manufacturar los elementos catalizadores. Una
placa catalítica plana bien conocida se forma mediante el
recubrimiento y el revestimiento de un miembro de base en forma de
malla formado trabajando una plancha metálica fina para formar un
enrejado de metal y pulverizando aluminio sobre el enrejado de
metal, un tejido textil o un tejido no entretejido con un
catalizador. Esta placa catalítica plana se trabaja para obtener
un elemento catalizador 1 en forma de placa que tiene nervaduras 2
de una sección de corte ondulada, y secciones planas 3 en una
disposición alternativa según se muestra en la figura 2. Una serie
de dichos elementos catalizadores 1 se apilan en capas en una
carcasa 4 con las nervaduras 2 extendidas en la misma dirección
para construir una unidad catalizadora 8 (JP-A Nº
54-79188 y JPO Nº de cumplimentación
63-324676) según se muestra en la figura 26. Ya que
esta unidad catalizadora 8 ya conocida provoca pérdidas de presión
comparativamente pequeñas y no se obstruye fácilmente con hollín y
cenizas de carbón, la unidad catalizadora 8 se emplea
principalmente en aparatos de desnitrificación para desnitrificar
los gases de escape de calderas para la generación de energía
térmica.
El número de instalaciones generadoras de
energía equipadas con turbinas de gas o combinaciones de turbinas
de gas y calderas de recuperación de calor residual se ha
incrementado progresivamente en los años recientes para dar
respuesta a los picos de demanda de energía durante el verano. La
mayoría de tales instalaciones generadoras de energía están
situadas en los suburbios de las ciudades y los aparatos de
procesamiento de los gases de escape pueden ser altamente
eficientes y compactos en vista de las condiciones del lugar y el
control de la polución. Bajo estas circunstancias, un procedimiento
para reducir eficientemente el contenido de NOx de los gases de
escape propuesto en el documento JO-A Nº
55-152552 emplea una unidad catalizadora 8
construida apilando elementos catalizadores 1 como los mostrados en
la figura 2 de manera que las respectivas nervaduras 2 de los
elementos catalizadores 1 adyacentes se extiendan perpendiculares
entre sí y se dispone la unidad catalizadora 8 con las nervaduras 2
de elementos catalizadores 1 alternativos extendiéndose
perpendicular a la dirección del flujo 6 del gas y con las
nervaduras 2 del resto de los
elementos catalizadores 1 extendiéndose en paralelo a la dirección del flujo 6 del gas según se muestra en la figura 27.
elementos catalizadores 1 extendiéndose en paralelo a la dirección del flujo 6 del gas según se muestra en la figura 27.
La unidad catalizadora 11 propuesta en el
documento JP-Y_{2} Nº 52-6673 se
forma trabajando enrejados metálicos o láminas metálicas para
obtener láminas onduladas 9 que tienen lomos 10 sucesivos de una
sección de corte ondulada y que no tienen ninguna sección plana
según se muestra en la figura 29, construyendo una estructura de
soporte apilando las láminas onduladas 9 de manera que los lomos 10
respectivos de láminas onduladas 9 adyacentes se extiendan entre sí
según se muestra en la figura 30 y soportando un catalizador sobre
la estructura de soporte para completar la unidad catalizadora 11.
La unidad catalizadora 8 de la figura 26 necesita las siguientes
mejoras para construir un aparato de procesamiento de gases de
escape compacto y altamente eficiente. La figura 31 muestra
algunos conductos para el gas definidos por los elementos
catalizadores 1 apilados con las nervaduras 2 extendidas en
paralelo a la dirección del flujo 6 del gas. Las unidades
catalizadoras 8 de este tipo provocan pérdidas de presión muy
pequeñas, el aparato de procesamiento de gases de escape que emplea
las unidades catalizadoras 8 de este tipo requiere muy poca energía
para funcionar. Sin embargo, ya que los flujos de gas en los
conductos para el gas de la unidad catalizadora 8 no son demasiados
turbulentos y la distancia de movimiento de los componentes del gas
en los conductos para el gas es pequeña, la tasa de reacción
catalítica (tasa de reacción total) es pequeña y el catalizador es
incapaz de exhibir su actividad de forma completa.
Cuando la unidad catalizadora 8 se construye
apilando los elementos catalizadores 1 de manera que las nervaduras
2 se extiendan en paralelo a la dirección del flujo 6 del gas según
se muestra en la figura 26, la rigidez de la unidad catalizadora
con respecto a la dirección en la cual se extienden las nervaduras
2 (dirección longitudinal) es muy grande, mientras que la rigidez
con respecto a la dirección perpendicular a la dirección
longitudinal es pequeña. Por lo tanto hay leves diferencias de
anchura entre el conducto para el gas en la dirección longitudinal
de las nervaduras 2 y la dirección perpendicular a la mismas.
En la unidad catalizadora 8 mostrada en la
figura 27, en la cual las respectivas nervaduras 2 de los elementos
catalizadores 1 adyacentes son perpendiculares entre sí, las
nervaduras 2 que se extienden perpendiculares a la dirección del
flujo 6 del gas ejercen un alto efecto de perturbación del gas para
promover que las sustancias componentes del gas sean expuestas a
una reacción catalítica. Sin embargo, esas nervaduras 2 trabajan
como barreras contra el flujo del gas provocando una gran pérdida
de presión.
Un pequeño grado de libertad para cambiar la
pérdida de carga y el rendimiento constituye un problema en la
unidad catalizadora 8 mostrada en la figura 27. Ya que la unidad
catalizadora 8 se construye apilando alternativamente elementos
catalizadores 1 de la misma forma, la relación de apertura de la
unidad catalizadora 8 no cambia y por lo tanto no desciende
significativamente la pérdida de carga incluso si se cambia la
distancia de paso (la distancia entre nervaduras
adyacentes)de las nervaduras 2. Además, ya que la longitud
de los elementos catalizadores 1 puede ser igual al tamaño del
frente de la unidad catalizadora 8, es difícil cambiar
opcionalmente la longitud de los elementos catalizadores 1.
Naturalmente, pueden apilarse dos tipos de elementos catalizadores
1 de formas diferentes, por ejemplo aquellos que se diferencian en
la distancia de paso de las nervaduras 2, pero dichos dos tipos de
elementos catalizadores 1 requieren procesos de manufacturación
complejos que conllevan un incremento de los costes de
manufacturación.
En la unidad catalizadora 8 mostrada en la
figura 27, la distancia de paso de las nervaduras 2 que afecta
significativamente al efecto del catalizador sobre la tasa de
reacción y a la pérdida de presión es un factor importante. Aunque
las nervaduras 2 se disponen en distancias de paso iguales, la
distancia entre el extremo de entrada de la unidad catalizadora 8 y
la primera nervadura 2 y la distancia entre la última nervadura 22
y el extremo de salida de la unidad catalizadora 8 con respecto a la
dirección del flujo 6 del gas no se especifican particularmente.
Ya que la unidad catalizadora 8 mostrada en la figura 27 se
construye apilando los elementos catalizadores 1 de una longitud
dada que se obtienen cortando una lámina catalítica continua
provista de las nervaduras 2 a distancias de paso dadas a
intervalos dados, en algunos casos, la distancia entre el extremo
de la unidad catalizadora 8 y la primera nervadura 2 se incrementa
cuando se incrementa la cantidad de catalizador necesaria para la
reacción catalítica, es decir, cuando se incrementa la longitud de
los elementos catalizadores 1. Consecuentemente, la sección plana
se comba y es difícil formar conductos de flujo uniformes y es
posible que la sección del extremo del elemento catalizador se
combe según se muestra en la figura 28 para bloquear el conducto
del gas, disminuyendo el rendimiento de la unidad catalizadora 8
debido al incremento de la resistencia a la succión y a los flujos
de gas desequilibrados.
Los elementos catalizadores 9 ondulados de la
unidad catalizadora 11 mostrados en la figura 30 no tienen ninguna
sección que se corresponda con las secciones planas 3 de los
elementos catalizadores 1 mostrados en la figura 2. Por lo tanto,
cuando la altura de los lomos 10 es substancialmente igual a la de
las nervaduras 2 de los elementos catalizadores 1 mostrados en las
figuras 26 y 27, los lomos 10 de los elementos catalizadores 9
ondulados adyacentes están en contacto en un número muy grande de
puntos de contacto. Por lo tanto, cuando el flujo 6 de gas fluye a
través de la sección de la unidad catalizadora 11 cúbica, los
numerosos puntos de contacto de los lomos 10 provocan resistencia a
la succión en contra el flujo 6 de gas, incrementando la pérdida
de presión. El documento DE 4316132A1 presenta placas catalizadoras
perforadas.
Consecuentemente, es un primer objeto del a
presente invención resolver los problemas de la técnica anterior y
suministrar una unidad catalizadora capaz de mejorar la turbulencia
de un gas a procesar en sus conductos para el gas para suprimir la
formación de películas laminares y mejorar adicionalmente la acción
catalítica.
Un segundo objeto de la presente invención es
resolver los problemas de la técnica anterior y suministrar una
unidad catalizadora capaz de provocar el procesamiento de un gas que
se propague satisfactoriamente sobre las superficies catalíticas
sin incrementar la pérdida de presión y de mejorar el rendimiento
del catalizador.
Un tercer objeto de la presente invención es
resolver los problemas de la técnica anterior para conseguir la
purificación de gases de escape utilizando una unidad catalizadora
capaz de mejorar el rendimiento del catalizador nivelando
adicionalmente la distribución de la velocidad de flujo del gas a
procesar sin provocar la pérdida de presión del flujo de gas.
Generalmente, la reacción entre un flujo de gas
que fluye a través de un tubo y un catalizador soportado sobre la
pared del tubo se expresa mediante:
1/K = 1/Kr +
1/Kf
en donde K es la constante de
velocidad de la reacción catalítica total, Kr es la constante de
velocidad de reacción del área superficial unitaria y Kf es el
coeficiente de transmisión superficial de transferencia de masa de
un gas, que indica la facilidad de difusión de un gas sobre
superficies
catalíticas.
Como es obvio a partir de la expresión, el
rendimiento catalítico de un catalizador puede mejorarse
incrementando el coeficiente de transmisión superficial de
transferencia de masa del gas.
La presente invención se dirige a resolver un
problema para mejorar el rendimiento del catalizador mejorando la
difusión del gas sobre la superficie de las superficies catalíticas
hasta la máxima extensión posible, sin incrementar la pérdida de
presión del gas que fluye a través de la unidad catalizadora. La
unidad catalizadora de acuerdo con la invención se define en la
reivindicación 1.
Las nervaduras de los elementos catalizadores en
forma de placa de acuerdo con la presente invención pueden ser de
cualquier tipo, teniendo en cuenta que las nervaduras y las
secciones planas estén dispuestas alternativamente en paralelo
entre sí. Las nervaduras pueden realizarse bien en secciones
transversales curvadas en forma de S, bien en forma de zigzag o
bien en forma de relieve convexo, según se muestra en las figuras
(3a) a (3b) a modo de ejemplo.
Aunque no hay ninguna restricción particular
para la altura de las nervaduras desde la superficie de las
secciones planas, es deseable que la altura de las nervaduras de
los elementos catalizadores que se utilizan en la desnitrificación
esté en la banda de entre 1,5 y 14 mm. Una altura excesivamente
pequeña incrementa la pérdida de presión y una altura
excesivamente grande incrementa el volumen de catalizador necesario
para asegurar el mismo rendimiento. La anchura de las secciones
planas depende de la resistencia a la combadura del elemento
catalizador; una mayor anchura es más ventajosa puesto que el
elemento catalizador no se comba, ya que una mayor anchura es más
efectiva para reducir la pérdida de presión.
Una anchura deseable está en la banda de entre 5
y 25 veces la altura de las nervaduras desde la superficie de la
sección plana. Habitualmente, la anchura de las secciones planas del
elemento catalizador a utilizar en la desnitrificación está en la
banda de entre aproximadamente 10 mm y aproximadamente 150 mm
De aquí en adelante se describirá una unidad
catalizadora de acuerdo con la invención que emplea elementos
catalizadores que se obtienen trabajando placas de base
perforadas.
Se explicará un ejemplo que emplea un enrejado
metálico como placa de base perforada. Un elemento catalizador que
tiene un enrejado metálico que soporta un catalizador de manera que
las mallas que se corresponden con los orificios de una placa
perforada formen aberturas, se fabrica trabajando, por ejemplo, una
lámina metálica fina para obtener un enrejado metálico que tiene
mallas dispuestas a distancias de paso en la banda de entre 1 y 5
mm y revistiendo directamente el enrejado metálico después de
rugosificar la superficie mediante metalización utilizando
aluminio o un material similar con una pasta que contenga un
catalizador de forma que las mallas no se taponen con la pasta o
revistiendo completamente el enrejado metálico con una pasta que
contenga un catalizador e insuflando aire comprimido contra el
enrejado metálico enteramente revestido con la pasta para abrir
las mallas taponadas con la pasta.
Algunas de las mallas del elemento catalizador
están abiertas y otras están cerradas. Los siguientes elementos
catalizadores tienen propiedades catalíticas particularmente
excelentes.
(1) Un elemento catalizador que tenga secciones
planas revestidas con el catalizador de manera que las mallas
estén taponadas con el catalizador y nervaduras de, por ejemplo, una
sección de corte entre las mostradas en la figura 3 que se
extienda en una dirección fija y que tenga mallas no taponadas con
el catalizador.
(2) Un elemento catalizador que tenga secciones
planas revestidas con un catalizador de forma que sus mallas no
estén taponadas con el catalizador y nervaduras de la forma antes
mencionada que tengan mallas taponadas con el catalizador.
(3) Un elemento catalizador que tenga secciones
planas y nervaduras que tengan mallas taponadas con un
catalizador.
El elemento catalizador del apartado (3) se
utiliza en combinación con los elementos catalizadores de los
apartados (1) y (2).
Las figuras 7 a 11 muestran típicamente un flujo
6 de gas en los espacios formados entre los elementos catalizadores
1 que constituyen las unidades catalizadoras y que se obtienen
procesando, por ejemplo, enrejados metálicos de acuerdo con la
presente invención. Las figuras 7 a 10 muestran típicamente las
unidades catalizadoras construidas apilando los elementos
catalizadores 1 de manera que las nervaduras 2 de cada elemento
catalizador 1 y las del elemento catalizador 1 que está por debajo
del elemento catalizador inicial se extiendan perpendiculares
entre sí. En la figura 7, todas las mallas de los enrejados
metálicos que soportan el catalizador de los elementos
catalizadores 1 están abiertas; en la figura 8, solamente están
abiertas las mallas de parte de los enrejados metálicos que
soportan el catalizador que forman las nervaduras 2 de los
elementos catalizadores 1; en la figura 9 solamente están abiertas
las mallas de parte de los enrejados metálicos que soportan el
catalizador que forman las secciones planas 3; en la figura 10, los
elementos catalizadores 1 con todas las mallas de los enrejados
metálicos taponados y los elementos catalizadores 1’ con todas las
mallas de los enrejados metálicos abiertas se apilan
alternativamente.
La figura 11 muestra parte de una unidad
catalizadora de acuerdo con la presente invención según se ve de
forma oblicua desde encima de la unidad catalizadora. Esta unidad
catalizadora se construye apilando una serie de elementos
catalizadores 1 que tienen mallas 4 abiertas solamente en las
nervaduras 2 de manera que los lomos de las nervaduras 2 de dos
elementos catalizadores 1 adyacentes intersecten entre sí para
formar un conducto para el gas entre los elementos catalizadores 1
adyacentes de forma que parte del gas se bloquee continuamente o
de forma escalonada con respecto a la dirección del flujo 6 del
gas. La figura 11 muestra un flujo 6 de gas en una unidad
catalizadora construida apilando los elementos catalizadores
alternativamente de manera que las nervaduras 2 estén inclinadas
formando un ángulo superior a 0º e inferior a 90º con respecto a
la dirección del flujo 6 de gas.
Según se muestra en las figuras 7 a 11, a medida
que se incrementa la resistencia de las nervaduras 2 que se
extienden perpendiculares a la dirección del flujo 6 del gas o que
las nervaduras 2 que se extienden formando un ángulo con la
dirección del flujo 6 del gas en contra del flujo 6 del gas, el gas
fluye a través de las mallas abiertas 4 (figura 11) de uno a otro
conducto adyacente al inicial separado del último por el elemento
catalizador 1. Consecuentemente, el flujo 6 de gas se agita
(perturba) para mejorar la actividad catalítica. La pérdida de
presión provocada por las nervaduras 2 será reducida por los flujos
de gas a través de las mallas de los elementos catalizadores 1, de
manera que la pérdida de carga de la unidad catalizadora sea
pequeña. Ya que las nervaduras 2 de los elementos catalizadores 1
mostrados en la figura 11 están inclinadas formando un ángulo
superior a 0º e inferior a 90º con respecto a la dirección del flujo
6 del gas y por lo tanto el gas que fluye al interior en la unidad
catalizadora incide de forma oblicua sobre las nervaduras 2, el
área del conducto para el flujo de los conductos para el gas no se
reduce dramáticamente reduciéndose gradual y continuamente o de
forma escalonada, en comparación con la reducción del área para el
conducto de flujo de las unidades catalizadoras mostradas en las
figuras 7 a 10, de manera que el flujo de gas no sea excesivamente
bloqueado por las nervaduras 2. Consecuentemente, la pérdida de
presión puede reducirse adicionalmente con un efecto de agitación
suficiente para mejorar la actividad mantenida.
La unidad catalizadora de acuerdo con la
presente invención que emplea dicha placa perforada tiene una
excelente capacidad de mezcla y un excelente efecto de agitación
del gas para mejorar y promover el rendimiento catalítico, así
como un efecto excelente en la reducción de las pérdidas de
carga.
Una unidad catalizadora de acuerdo con la
presente invención que tiene elementos catalizadores formados
procesando placas perforadas y apilándolas de manera que sus
nervaduras estén inclinadas formando un ángulo superior a 0º e
inferior a 90º puede tomar la forma de una cualquiera de las
construcciones mostradas en la anterior solicitud EP95336731/0744
207 cumplimentada de acuerdo con el artículo 76 del EPC.
El elemento catalizador de acuerdo con la
presente invención que se forma procesando la placa perforada puede
aplicarse para la construcción de una unidad catalizadora 8 que
tenga elementos catalizadores 1' que tengan nervaduras 2' de una
menor altura y elementos catalizadores 1 que tengan nervaduras 2 de
una mayor altura, apilados en una disposición alternativa según se
muestra en la figura 12, y en la construcción de una unidad
catalizadora 8 que tenga elementos catalizadores 1 que tengan dos
tipos de nervaduras 2 y 2' de alturas diferentes y apilados de
forma que los lomos de las respectivas nervaduras 2 y 2' de
elementos catalizadores 1 adyacentes sean perpendiculares entre sí
según se muestra en la figura 18. Una unidad catalizadora, no
mostrada, puede construirse apilando alternativamente elementos
catalizadores 1 que tengan dos tipos de nervaduras 2 y 2' de
alturas diferentes y elementos catalizadores 1 que tengan nervaduras
2 de la misma altura.
La presente invención incluye una unidad
catalizadora 8 como la mostrada en la figura 8 construida apilando
alternativamente elementos catalizadores 1 y 1' que tienen
respectivamente nervaduras 2 de una altura mayor y nervaduras 2'
de una altura menor de manera que los bordes de las nervaduras 2 y
2' intersecten perpendiculares entre sí (figura 12) o en un ángulo
superior a 0º e inferior a 90º.
En la unidad catalizadora 8 mostrada en la
figura 27, en la cual los lomos de las respectivas nervaduras 2 de
los elementos catalizadores 1 adyacentes son perpendiculares entre
sí, las nervaduras 2 tienen la misma altura y las nervaduras 2
deben disponerse a distancias de paso comparativamente grandes
parea limitar la resistencia a la succión de la unidad catalizadora
8 hasta un valor pequeño; esto es, el número de nervaduras 2 de la
unidad catalizadora 8 debe ser pequeño para limitar la resistencia a
la succión hasta un valor pequeño y, consecuentemente, el gas no
puede ser interferido satisfactoriamente.
La resistencia a la succión de la unidad
catalizadora 8 se debe a una pérdida de energía cinética del flujo
gaseoso provocada por un flujo turbulento provocado por la
contracción y la expansión de los conductos formados por las
nervaduras 2. Ya que la pérdida de energía cinética depende en gran
medida de la propiedad oclusiva de la sección del conducto del gas
(relación de apertura del conducto), contra mayor sea la relación
de apertura, es decir, contra más bajas sean las nervaduras 2, la
resistencia a la succión será menor. Por lo tanto, para reducir la
resistencia a la succión es efectivo formar las nervaduras 2 del
elemento catalizador 1 dispuestas con los lomos de las nervaduras 2
extendidos de forma perpendicular a la dirección del flujo 6 del
gas en una menor altura para incrementar la relación de apertura
del conducto del gas de escape.
Los inventores de la presente invención hicieron
el siguiente estudio del efecto de la perturbación del flujo de
gas para promover la transferencia de masa. En una unidad
catalizadora construida apilando elementos catalizadores que
tienen nervaduras dispuestas a intervalos fijos de manera que los
lomos de las respectivas nervaduras de los elementos catalizadores
adyacentes sean perpendiculares entre sí, se varió el área del
conducto del flujo de un conducto entre dos elementos catalizadores
adyacentes que tienen respectivamente nervaduras de diferentes
altura para examinar la relación entre el rendimiento catalítico y
la resistencia a la succión. Los resultados del estudio se
muestran en la figura 14.
Se realizaron experimentos utilizando una unidad
catalizadora construida apilando dos tipos de elementos
catalizadores 1 y 1' que respectivamente tenían nervaduras 2 y 2'
de diferentes alturas según se muestra en la figura 13 de forma
que los lomos de las nervaduras 2 y 2' se extendían perpendiculares
entre sí. Las nervaduras 2 del elemento catalítico 1 tienen una
altura h_{1} desde la superficie de la sección plana 3 y se
disponen a la misma distancia de paso P_{1}. Los elementos
catalizadores 1' tienen una altura h_{2} desde la superficie de
la sección plana 3' y se disponen a una distancia de paso
P_{2}.
Se efectuó una comparación de una unidad
catalizadora construida apilando alternativamente elementos
catalizadores 1 que tenían nervaduras 2 de una altura h_{1} = 6
mm y elementos catalizadores 1' que tenían nervaduras 2' de una
altura h_{2} = 4 mm de manera que las nervaduras 2 de los
elementos catalizadores 1 eran perpendiculares a la dirección de
flujo del gas y las nervaduras 2' de los elementos catalizadores 1'
eran paralelas a la dirección del flujo del gas, y una unidad
catalizadora construida apilando alternativamente elementos
catalizadores 1 que tenían nervaduras 2 y elementos catalizadores
1' que tenían nervaduras 2' de una altura h_{2} = 4 mm de manera
que las nervaduras 2 de los lomos de los elementos catalizadores 1
eran paralelas a la dirección del flujo del gas y nervaduras 2' de
los elementos catalizadores 1' eran perpendiculares a la dirección
del flujo del gas. Los resultados de la comparación se muestran en
la figura 14.
Como obviamente se desprende de la figura 14, la
unidad catalizadora construida apilando alternativamente elementos
catalizadores 1 que tienen nervaduras 2 de una altura h_{1} = 6 mm
y elementos catalizadores 1' que tienen nervaduras 2' de una
altura h_{2} = 4 mm de forma que las nervaduras 2 de los
elementos catalizadores 1 sean perpendiculares a la dirección del
flujo del gas y las nervaduras 2' de los elementos catalizadores1'
sean paralelas a la dirección del flujo del gas y la unidad
catalizadora construida apilando alternativamente elementos
catalizadores 1 que tienen nervaduras 2 de una altura h_{1} = 6 mm
y elementos catalizadores 1' que tienen nervaduras 2' de una
h_{2} = 4 mm de manera que las nervaduras 2 de los lomos de
elementos catalizadores sean paralelas a la dirección del flujo del
gas y las 2' de los elementos catalizadores1' sean perpendiculares
a la dirección del flujo del gas, son substancialmente iguales en la
capacidad de desnitrificación, y la resistencia a la succión de la
unidad catalizadora que tienen nervaduras 2' de una altura h_{2}
= 4 mm extendidas perpendiculares a la dirección del flujo del gas
es tan pequeña como aproximadamente el 60% de la unidad
catalizadora que tienen las nervaduras 2 de una altura h_{1} = 6
mm.
Similarmente, una unidad catalizadora que tiene,
en combinación, elementos catalizadores 1 que tienen nervaduras 2
de una altura h_{3} = 3 mm y que se extienden perpendiculares a la
dirección del flujo del gas y elementos catalizadores 1 que tienen
nervaduras 2 de una altura h_{1} = 7 mm, tiene una resistencia a
la succión adicionalmente reducida. Se sabe que la reducción de la
resistencia a la succión tiene poco efecto sobre la reducción de
la tasa de transferencia de masa.
Por lo tanto, una unidad catalizadora que tenga
nervaduras de una gran altura que promuevan turbulencias no es
necesariamente preferible; las nervaduras de una menor altura son
deseables desde el punto de vista de la reducción de la
resistencia a la succión, teniendo en cuenta que las nervaduras
sean capaces de perturbar el gas de forma efectiva (capaces de
reducir el grosor de las películas laminares formadas sobre las
superficies catalíticas).
En el catalizador de la técnica anterior
mostrado en la figura 27, puede reducirse el intervalo entre las
nervaduras 2 (el ancho de las secciones planas 3) para asegurar una
capacidad satisfactoria cuando se reduce la altura de las
nervaduras 2. La reducción del intervalo entre las nervaduras
incrementa el número de nervaduras más allá de un número necesario
y aumenta la resistencia a la succión.
Consecuentemente, la presente invención incluye
una unidad catalizadora construida apilando alternativamente
elementos catalizadores, que tienen, en una disposición alternativa,
una serie de nervaduras lineales y una serie de secciones planas
paralelas a las nervaduras, en las cuales, según se muestra en las
figuras 13a y 13b, los dos tipos de elementos catalizadores
respectivamente 1 y 11' que tienen las nervaduras 2 y 2' de
diferentes alturas se apilan alternativamente con las nervaduras 2 y
2' extendidas de forma perpendicular entre sí.
Aunque no hay restricciones particulares sobre
las alturas de las nervaduras de los dos tipos de elementos
catalizadores, las alturas, según se muestra en las figuras (13a) y
(22b), de las nervaduras de los elementos catalizadores destinados
a ser usados para la desnitrificación están en las siguientes
bandas.
Altura h_{1} (nervaduras 2 más altas):
- 3 a 14 mm, más preferiblemente, 3 a 10 mm.
- Los lomos de las nervaduras 2 son paralelos a la dirección del flujo del gas.
Altura h_{2} (nervaduras 2' más bajas):
- 2 a 6 mm.
- Los lomos de las nervaduras 2' son perpendiculares a la dirección del flujo del gas.
Si la altura h_{2} de las nervaduras 2' es
excesivamente grande en comparación con la altura h_{1} de las
nervaduras 2, la resistencia a la succión de la unidad catalizadora
es tan grande como la de la unidad catalizadora 8 de la técnica
anterior mostrada en la figura 27. Si la altura h_{2} de las
nervaduras 2' es excesivamente pequeña en comparación con la altura
h_{1} de las nervaduras 2, el efecto de perturbación del gas de
las nervaduras 2' de los elementos catalizadores 1' no es
satisfactorio ya que la resistencia a la succión es pequeña y se
necesita incrementar el volumen catalítico para asegurar la misma
capacidad.
Consecuentemente, cuando se utilizan los
elementos catalizadores 1 y 1', que tienen las nervaduras 2 y 2'
de diferentes alturas, en combinación para construir una unidad
catalizadora, es deseable que la proporción de la altura de las
nervaduras 2 más altas con respecto a la altura de las nervaduras
2' más bajas esté en la banda de 3/2 a 7/3.
Aunque para reducir la resistencia a la succión
de forma habitual es ventajoso disponer las nervaduras 2' de los
elementos catalizadores 1' con los lomos de las nervaduras 2'
perpendiculares a la dirección del flujo del gas a una menor
distancia P_{2} de paso, la distancia P_{2} de paso en la banda
de entre 30 y 200 mm proporciona un efecto satisfactorio para
promover la transferencia de masa.
No hay restricciones particulares sobre la
distancia P_{1} de paso de las nervaduras 2 del elemento
catalizador 1 dispuesto con los lomos de las nervaduras 2 más altas
en paralelo a la dirección del flujo del gas. Las nervaduras 2
pueden disponerse a cualquier distancia P_{1} de paso adecuada
teniendo en cuenta que los elementos catalizadores 1 tengan una
resistencia adecuada y la unidad catalizadora sea capaz de asegurar
conductos para el gas.
En la unidad catalizadora mostrada en la figura
12, los elementos catalizadores 1 que tienen nervaduras 2 más
altas pueden disponerse con los lomos de las nervaduras 2 en
paralelo a la dirección del flujo 6 del gas y los elementos
catalizadores 1' que tienen nervaduras 2 más bajas pueden
disponerse con los lomos de las nervaduras 2' inclinados con
respecto a la dirección del flujo 6 del gas en un ángulo superior a
0º e inferior a 90º, por ejemplo, en una banda que va desde 30º
hasta un ángulo inferior a 90º, más preferiblemente en la banda
que va desde 40º hasta un ángulo inferior a 80º. Dicha disposición
de los elementos catalizadores 1 y 1' es capaz de perturbar el
flujo 6 del gas sin conllevar un incremento significativo en la
resistencia a la succión. El flujo 6 del gas no puede perturbarse
satisfactoriamente si el ángulo de inclinación de los lomos de las
nervaduras 2 de los elementos catalizadores 1' con respecto a la
dirección del flujo 6 del gas es excesivamente pequeño.
Un elemento catalizador que tenga dos tipos de
nervaduras de diferentes alturas o dos tipos de elementos
catalizadores que respectivamente tengan nervaduras de diferentes
alturas puede obtenerse procesando placas perforadas a partir de
las cuales se fabrican los elementos catalizadores mostrados en las
figuras 7 a 11.
La presente invención incluye una unidad
catalizadora que se forma apilando una serie de elementos
catalizadores 1 cada uno de los cuales tiene, en una disposición
alternativa, conjuntos de nervaduras compuestos por nervaduras 2
más altas y nervaduras 2' más bajas y secciones planas 3 según se
muestra en la figura 17, de forma que los lomos de las respectivas
nervaduras 2 y 2' de elementos catalizadores 1 adyacentes se
extiendan perpendiculares entre sí. Una unidad catalizadora como la
mostrada en la figura 18 puede construirse apilando
alternativamente elementos catalizadores 1 que tengan dos tipos de
nervaduras 2 y 2' de diferentes alturas y elementos catalizadores
1 que tengan nervaduras de la misma altura de manera que los lomos
de las nervaduras de los elementos catalizadores 1 y los de las
nervaduras de los elementos catalizadores 1' se extiendan
perpendiculares entre sí.
Las nervaduras 2 y 2' del elemento catalizador
1, de acuerdo con la presente invención, pueden ser de cualquier
forma teniendo en cuenta que los conjuntos de nervaduras 2 y 2' y
las secciones planas 3 estén formados alternativamente y en
paralelo entre sí. Por ejemplo, las nervaduras 2 y 2' pueden tener
una forma que similar a una cualquiera de las secciones de corte
mostradas en las figuras 19(a) a 19(e).
Aunque no hay restricciones particulares sobre
las alturas de los dos tipos de nervaduras 2 y 2' que tengan
algunas de las formas mostradas en la figura 20 del elemento
catalizador 1, las alturas de las nervaduras 2 y 2' de las
unidades catalizadoras propuestas para su uso en la
desnitrificación están en la siguientes bandas.
Altura h_{1} (nervaduras 2 más altas).
- 3 a 14 mm, más preferiblemente 3 a 10 mm.
- Los lomos de las nervaduras 2 son paralelos a la dirección del flujo del gas.
Altura h_{2} (nervaduras 2' más bajas).
- 2 a 6 mm.
Si la altura h_{2} de las nervaduras 2' más
bajas es excesivamente grande en comparación con la altura h_{1}
de las nervaduras 2 más altas, se incrementa la resistencia a la
succión de la unidad catalizadora. Si la altura h_{2} de las
nervaduras 2' más bajas es excesivamente pequeña en comparación con
la altura h_{1} de las nervaduras 2 más altas, el efecto de
perturbación del gas de las nervaduras 2' más bajas no es
satisfactorio ya que la resistencia a la succión es pequeña y se
necesita incrementar el volumen catalítico para asegurar la misma
capacidad.
\newpage
Aunque para reducir la resistencia a la succión
es ventajoso formar las nervaduras 2 más altas con una distancia
P_{1} de paso más grande, ordinariamente, la distancia P_{1} de
paso en la banda de entre 70 y 250 mm proporciona un efecto
satisfactorio para promover la transferencia de masa.
En la unidad catalizadora 8 mostrada en la
figura 27 en la cual los lomos de las respectivas nervaduras 2 de
los elementos catalizadores 1 adyacentes son perpendiculares entre
sí, las nervaduras 2 tienen la misma altura y las nervaduras 2
deben disponerse a distancias de paso comparativamente grandes para
limitar la resistencia a la succión de la unidad catalizadora 8
hasta un valor pequeño; esto es, el número de nervaduras 2 de la
unidad catalizadora 8 mostrada en la figura 27 debe ser pequeño para
limitar la resistencia a la succión hasta un valor pequeño y,
consecuentemente, el gas no puede perturbarse
satisfactoriamente.
Ya que la pérdida de energía del flujo de gas
debida a un flujo turbulento provocado por la contracción y
expansión del conducto por efecto de las nervaduras 2 de la unidad
catalizadora 8 es altamente dependiente de las propiedades
oclusivas de las sección del conducto para el gas (relación de
apertura del conducto), contra mayor sea la relación de apertura,
es decir, contra más bajas sean las nervaduras 2, la resistencia a
la succión será menor tal como se mencionó anteriormente. Por lo
tanto para reducir la resistencia a la succión es efectivo
utilizar la unidad catalizadora 8 mostrada en la figura 18
construida apilando alternativamente los elementos catalizadores 1
cada uno de los cuales tiene los dos tipos de nervaduras 2 y 2' de
diferentes alturas que se muestran en las figura 26. La figura 21
muestra típicamente el modo de flujo 6 de gas en un conducto
definido por los elementos catalizadores 1 cada uno de los cuales
tiene los dos tipos de nervaduras 2 y 2' de diferentes
alturas.
A partir de los resultados mostrados en la
figura 14 del estudio efectuado por los inventores de la presente
invención sobre el efecto promotor de la transferencia de masa de la
turbulencia del gas, se sabe que la unidad catalizadora que tiene
nervaduras, es decir, medios promotores de las turbulencias, de una
altura comparativamente grande no es necesariamente preferible y
que las nervaduras de una altura comparativamente baja son
deseables para reducir la resistencia a la succión, teniendo en
cuenta que puede reducirse el grosor de las películas laminares
formadas sobre las superficies catalíticas. Esto sigue siendo
verdadero también para el caso en el que una unidad catalizadora
emplee los elementos catalizadores 1 mostrados en la figura 17.
Por ejemplo, aunque los elementos catalizadores
1 se disponen con los lomos de las nervaduras 2 y 2' extendidos en
perpendicular a la dirección del flujo 6 del gas en la unidad
catalizadora mostrada en la figura 18, los elementos catalizadores
1 pueden disponerse con los lomos de las nervaduras 2 y 2'
inclinados en un ángulo superior a 0º e inferior a 90º, por ejemplo
un ángulo en la banda de entre 30º y un ángulo inferior a 90º,
preferiblemente, en la banda de entre 40º y un ángulo inferior a
80º, con respecto a la dirección del flujo 6 del gas. Esta
disposición de los elementos catalizadores 1 es capaz de perturbar
el flujo 6 del gas sin conllevar un incremento significativo de la
resistencia a la succión.
Los anteriores elementos catalizadores se
utilizan en combinaciones adecuadas para construir unidades
catalizadoras de acuerdo con la presente invención.
La unidad catalizadora de la presente invención
puede aplicarse a diferentes aparatos de reacción catalítica para
procesar gases, tales como aparatos catalíticos desodorizantes,
combustores catalíticos y convertidores de carburante. El uso de
la unidad catalizadora de la presente invención en aparatos
desnitrificadores de gases de escape para desnitrificar un gas de
escape reduciendo el NOx contenido en el gas de escape bajo la
existencia de un amoníaco es la aplicación más típica de la presente
invención. Por ejemplo, un aparato desnitrificador (figura 5)
provisto de al menos una unidad catalizadora de la presente
invención que comprende elementos catalizadores revestidos con un
catalizador de desnitrificación en el paso de un gas de escape que
contenga NOx es capaz de desnitrificar el gas de escape con una
alta eficiencia de eliminación del NOx conllevando una pérdida de
presión en el gas de escape comparativamente baja.
La pérdida de presión puede limitarse a un valor
dentro de una banda permitida por un sistema, tal como una
fábrica, en el cual se utiliza un aparato desnitrificador utilizando
una unidad catalizadora de la presente invención que comprende los
elementos catalizadores antes mencionados revestidos con un
catalizador de desnitrificación en combinación, según se muestra en
la figura 6, con un aparato desnitrificador ordinario de baja
pérdida de presión que tenga elementos catalizadores dispuestos con
sus nervaduras extendidas en paralelo a la dirección del flujo del
gas (un aparato desnitrificador de panal que tenga una estructura
que tenga una sección de corte en forma de panal o un aparato
desnitrificador del tipo de placas como el mostrado en la figura 26
que tenga una estructura obtenida apilando una serie de placas
planas a intervalos dados).
Ya que algún sistema, tal como una fábrica, pone
restricciones a la pérdida de presión en la unidad catalizadora y
en algunos casos la pérdida de presión que puede ser provocada
solamente cuando se usa la unidad catalizadora de la presente
invención es excesivamente alta, la pérdida de presión puede
limitare a un valor en la banda permisible utilizando la unidad
catalizadora de la presente invención en combinación con una unidad
catalizadora ordinaria que provoque una baja pérdida de
presión.
El elemento catalizador de la presente invención
tiene un gran efecto en la mezcla del gas en la unidad
catalizadora. Por lo tanto, la irregularidad, por ejemplo, de la
concentración de amoníaco en la salida del aparato catalítico de
desnitrificación es menor que en la salida de un aparato catalítico
desnitrificador que provoque una baja pérdida de presión incluso si
la concentración de amoníaco en la salida del aparato catalítico de
desnitrificación es localmente irregular, de forma que un aparato
catalítico dispuesto en el lado corriente abajo del aparato
catalítico de desnitrificación es capaz de funcionar de manera
efectiva.
La figura 1 es una vista en perspectiva
fragmentaria de una unidad catalizadora en una realización de
acuerdo con la presente invención.
La figura 2 es una vista en perspectiva de un
elemento catalizador en una realización de acuerdo con la presente
invención.
Las figuras 3(a), 3(b),
3(c), 3(d) y 3(e) son vistas en sección de
elementos catalizadores que tienen nervaduras y que se emplean en
la presente invención.
La figura 4 es una vista en sección de un
elemento catalizador empleado en una realización de la presente
invención.
La figura 5 es un diagrama de bloques de un
aparato purificador de gases de escape que comprende dos unidades
catalizadoras, en una realización de acuerdo con la presente
invención, sucesivamente dispuestas sobre un conducto para los
gases de escape.
La figura 6 es un diagrama de bloques de un
aparato purificador de los gases de escape que comprende una
unidad catalizadora en una realización de acuerdo con la presente
invención y de un aparato de desnitrificación que provoca una baja
pérdida de presión dispuesto corriente abajo de la unidad
catalizadora, dispuestos en un conducto para los gases de
escape.
La figura 7 es una vista lateral diagramática
que muestra un flujo de gas en la unidad catalizadora del ejemplo
1 de la presente invención.
La figura 8 es una vista lateral diagramática
que muestra un flujo de gas en la unidad catalizadora del ejemplo
2 de la presente invención.
La figura 9 es una vista lateral diagramática
que muestra un flujo de gas en la unidad catalizadora del ejemplo
3 de la presente invención.
La figura 10 es una vista lateral diagramática
que muestra un flujo de gas en la unidad catalizadora del ejemplo
4 de la presente invención.
La figura 11 es una vista en perspectiva que
muestra un flujo de gas en la unidad catalizadora del ejemplo 5 de
la presente invención.
La figura 12 es una vista en perspectiva de la
unidad catalizadora de los ejemplos 7 y 8 de la presente
invención.
Las figuras 13(a) y 13(b) son
respectivamente vistas en perspectiva de elementos catalizadores
empleados en los ejemplos 7 y 8 de la presente invención.
La figura 14 es un diagrama que muestra las
características de unidades catalizadores que comprenden elementos
catalizadores provistos de nervaduras de diferentes alturas.
La figura 15 es un gráfico que muestra las
características de la velocidad del flujo de la capacidad
catalítica de las unidades catalizadoras del ejemplo 17 de la
presente invención y de los ejemplos comparativos 4, 4 y 5.
La figura 16 es un gráfico que muestra las
características de la velocidad del flujo de la pérdida de presión
provocada por las unidades catalizadoras del ejemplo 7 de la
presente invención y de los ejemplos comparativos 4 y 5.
La figura 17 es una vista en perspectiva de un
elemento catalizador empleado en el ejemplo 9 de la presente
invención.
La figura 18 es una vista en perspectiva de una
unidad catalizadora empleada en el ejemplo 9.
Las figuras 19(a), 19(b),
19(c), 19(d) y 19(e) son vistas laterales de
ejemplos de nervaduras de elementos catalizadores aplicables al
ejemplo 16 de la presente invención.
La figura 20 es una vista en sección
fragmentaria de un elemento catalizador aplicable al ejemplo 9 de
la presente invención.
La figura 21 es una vista en sección que muestra
un flujo de gas en una unidad catalizadora empleada en el ejemplo
9.
La figura 22 es un gráfico que muestra la
relación entre la tasa de reacción total y la velocidad del flujo
de gas para las unidades catalizadoras de los ejemplos 1 del
documento EP 95 936 791.3/0 744 707 y 8 de la presente invención y
del ejemplo comparativo 2 del documento EP 95 936 791.3/0 744 707 y
de una unidad catalizadora 11 mostrada en la figura 30.
La figura 23 es un gráfico que muestra
comparativamente la relación entre la pérdida de presión y la
velocidad del flujo del gas para las unidades catalizadoras de los
ejemplos 1 del documento EP 95 936 791.3/0 744 707 y 8 de la
presente invención y del ejemplo comparativo 2 del documento EP 95
936 791.3/0 744 707, y de la unidad catalizadora 11 mostrada en la
figura 30.
La figura 24 es un diagrama que muestra
comparativamente datos que representan la pérdida de presión
provocada por las unidades catalizadoras de los ejemplos 1 y 8 de
la presente invención y del ejemplo comparativo 2 de la unidad
catalizadora 11 mostrada en la figura 30, sobre la base de la misma
capacidad de desnitrificación.
La figura 25 es un diagrama de bloques de un
aparato de purificación de gases de escape que comprende dos
aparatos catalíticos de desnitrificación de baja pérdida de presión
de acuerdo con la presente invención.
La figura 26 es una vista lateral en perspectiva
de una unidad catalizadora de la técnica anterior.
La figura 27 es una vista en perspectiva de una
unidad catalizadora de la técnica anterior.
La figura 28 es una vista que ayuda a explicar
problemas de la unidad catalizadora de la figura 27.
La figura 29 es una vista en planta de un
elemento catalizador de la técnica anterior.
La figura 30 es una vista en perspectiva de una
unidad catalizadora construida apilando elementos catalizadores
similares a los mostrados en la figura 29.
La figura 31 es una vista en perspectiva
fragmentaria de una unidad catalizadora que ayuda a la explicación
de problemas en la técnica anterior.
La figura 32 es una vista en perspectiva
fragmentaria de una unidad catalizadora que ayuda a la explicación
de problemas en la técnica anterior.
La figura 33 es una vista que ayuda a la
explicación de un modo de apilar los elementos catalizadores de la
técnica anterior.
La figura 34 es una vista típica que muestra un
flujo de gas en una unidad catalizadora construida apilando
elementos catalizadores en el modo ilustrado en la figura 33.
De aquí en adelante se describirán con detalle
realizaciones preferidas de la presente invención.
Se preparó una pasta de aproximadamente con un
contenido de humedad del 36% amasando una mezcla de 67 kg de una
pasta de ácido metatitánico (30% de su peso de TiO_{2}, 8% de su
peso de SO_{4}), 2,4 kg de paramolibdato de amonio
((NH_{4})_{6}\cdotMo7O24\cdot4H2O) y 1,28 kg de
metavanadato de amonio (NH_{4}VO_{3}) y evaporando el agua
contenida en la misma mediante una amasadora caliente. La pasta se
extruyó en cordones redondos de un diámetro de 3 mm, las pastillas
obtenidas aglomerando los cordones se secaron mediante una secadora
de lecho fluidizado y luego las pastillas se hornearon a 250º C
durante 24 h en la atmósfera para obtener gránulos. Los gránulos
se trituraron mediante un molino de martillos para reducir el
tamaño para obtener un polvo de un tamaño medio del grano de 5
\mum como primer componente. La composición del primer componente
fue V/Mo/T = 4/5/91 en relación atómica.
De ahora en adelante se explicarán ejemplos de
los elementos catalizadores fabricados a partir de placas
perforadas.
Ejemplo
1
Se trabajó una banda de SUS 304 de 2 mm de
grosor y 500 mm de anchura para obtener un enrejado metálico que
tenia mallas de 2,1 mm de anchura dispuestas a una distancia de paso
de 2,1 mm, se depositó aluminio sobre la superficie del enrejado
en una cantidad de 100 g/m^{2} mediante un proceso de
pulverización de aluminio para rugosificar la superficie del
enrejado metálico, el enrejado metálico se trabajó mediante presión
para obtener una banda de soporte del catalizador de 0,9 mm de
grosor que tenía nervaduras que tenían una altura h = 4,0 mm y
secciones planas que tenían una anchura P = 80 mm según se muestra
en la figura 4, y después la banda de soporte del catalizador se
cortó para obtener placas de soporte del catalizador de 480 mm x
480 mm.
\newpage
Se preparó una pasta catalítica dispersando 10
kg del polvo catalítico definido anteriormente en 20 kg de agua,
las placas de soporte del catalizador se sumergieron en la pasta
catalítica para revestir las placas de soporte del catalizador con
un revestimiento de pasta catalítica de aproximadamente 500 \mun
de grosor, se proyectó aire comprimido contra las placas de soporte
del catalizador revestidas con la pasta catalítica para eliminar
la pasta catalítica que taponaba las mallas y luego las placas de
soporte del catalizador revestidas con la pasta catalítica se
hornearon a 550ºC durante dos horas en la atmósfera para obtener
los elementos catalizadores 1.
Los elementos catalizadores 1 conformados con
las dimensiones predeterminadas se apilaron según se muestra en la
figura 27 en una carcasa que tenía paredes, no mostradas, de 2 mm de
grosor de manera que las nervaduras de los elementos catalizadores
1 adyacentes se extendían perpendiculares entre si para construir
una unidad catalizadora de 150 mm x 150 mm x 480 mm (de
profundidad). La unidad catalizadora 8 del ejemplo 1 tiene una
sección de corte que es típicamente la que se muestra en la figura
7.
Ejemplos 2 y
3
Se proyectó aire comprimido solamente contra las
nervaduras 2 de placas de soporte del catalizador similares a las
de las empleadas en el ejemplo 1 y revestidas con la pasta
catalítica empleada en el ejemplo 1 para eliminar solamente la
pasta catalítica que taponaba las mallas de las nervaduras 2 para
obtener elementos catalizadores 1 que tenían mallas abiertas
solamente en sus nervaduras 2. Los elementos catalizadores 1 se
apilaron para construir la unidad catalizadora del ejemplo 2 que
tenía una sección de corte que se muestra típicamente en la figura
8. Se proyectó aire comprimido solamente contra las secciones
planas 3 de placas de soporte del catalizador similares a las
empleadas en el ejemplo 1 y revestidas con la pasta catalítica
empleada en el ejemplo 1 para eliminar solamente la pasta catalítica
que taponaba las mallas de las secciones planas 3 para obtener
elementos catalizadores 1 que tenían mallas abiertas solamente en
sus secciones planas 3. Los elementos catalizadores 1 se apilaron
para construir la unidad catalizadora del ejemplo 3 que tenía una
sección de corte que se muestra típicamente en la figura 9.
Ejemplo comparativo
1
Se preparo una pasta catalítica amasando una
mezcla de 20 kg del polvo catalítico empleado en el ejemplo 1, 3
kg de fibras inorgánicas de Al_{2}O_{3}\cdotSiO_{2} y 10 kg
de agua utilizando una amasadora durante 1 hora. La pasta
catalítica se aplicó mediante un rodillo a enrejados metálicos de
SUS 304 de 0,2 mm de grosor que tenían superficies rugosificadas
mediante la pulverización de aluminio para obtener enrejados de
soporte del catalizador de aproximadamente 0,9 mm de grosor y 480
mm de longitud. Los enrejados metálicos se trabajaron mediante
presión para obtener enrejados de soporte de catalizador de 0,9 mm
de grosor que tenían nervaduras que tenían una altura h = 4,0 mm y
secciones planas que tenían una anchura P = 80 mm según se muestra
en la figura 4, y entonces los enrejados de soporte del catalizador
se hornearon a 550ºC durante 2 horas en la atmósfera y los
enrejados de soporte del catalizador así horneados se cortaron para
obtener elementos catalizadores 1 de dimensiones predeterminadas.
Los elementos catalizadores 1 se apilaron en una carcasa que tenía
paredes de un grosor de 2 mm de manera que las nervaduras 2 de los
elementos catalizadores eran paralelas a la dirección el flujo del
gas para construir una unidad catalizadora de 150 mm x 150 mm x 480
mm (de profundidad) según se muestra en la figura 26.
Ejemplo
4
Los elementos catalizadores 1 empleados en el
ejemplo 1 y que tienen mallas abiertas en sus áreas completas y
los elementos catalizadores 1 empleados en el ejemplo comparativo 4
que tienen mallas taponadas con la pasta catalítica en sus áreas
completas se apilaron alternativamente con las nervaduras 2 de los
elementos catalizadores iniciales extendidas en perpendicular a la
dirección del flujo del gas y las nervaduras 2 de los últimos
elementos catalizadores 1 extendidas en paralelo a la dirección de
flujo del gas para construir una unidad catalizadora de 150 mm x
150 mm x 480 mm (de profundidad) que tenía una sección de corte que
se muestra típicamente en la figura 10.
Ejemplo
5
Las placas de soporte del catalizador a partir
de las cuales se formaron los elementos catalizadores 1 empleados
en el ejemplo 1 y que tenían mallas abiertas en sus áreas completas
se cortaron en forma rectangular de manera que las nervaduras 2
estaban inclinadas a 45º con respecto a un borde lateral específico
para obtener los elementos catalizadores 1. Los elementos
catalizadores 1 y aquellos puestos del revés se apilaron
alternativamente en una carcasa que tenía paredes de 2 mm de grosor
para construir una unidad catalítica de 150 mm x 150 mm x 480 mm
(de profundidad).
Ejemplo
6
Las placas de soporte del catalizador a partir
de las cuales se formaron los elementos catalizadores 1 empleados
en el ejemplo 1 y que tenían mallas abiertas solamente en sus
nervaduras 2 se cortaron en forma rectangular de manera que las
nervaduras 2 estaban inclinadas a 45º con respecto a un borde
lateral específico para obtener elementos los catalizadores 1. Los
elementos catalizadores 1 y aquellos puestos del revés se apilaron
alternativamente en una carcasa que tenía paredes de 2 mm de grosor
para construir una unidad catalizadora de 150 mm x 150 mm x 480 mm
(de profundidad) y que se muestra en una típica vista fragmentaria
en perspectiva en la figura 11.
Ejemplo comparativo
2
Los elementos catalizadores empleados en el
ejemplo comparativo 1 se apilaron en una carcasa de manera que las
nervaduras 2 de los elementos catalizadores 1 alternativos eran
perpendiculares a la dirección del flujo del gas para construir una
unidad catalizadora de 150 mm x 150 mm x 480 mm (de profundidad)
según se muestra en la figura 27.
Ejemplo comparativo
3
Elementos catalizadores 1 iguales a los
empleados en el ejemplo 1 excepto en que la altura de las
nervaduras 2 era de 8 mm, se apilaron en una carcasa que tenía
paredes de 2 mm de grosor de manera que todas las nervaduras 2
eran paralelas a la dirección del flujo del gas para construir una
unidad catalizadora de 150 mm x 150 mm x 480 mm (de profundidad)
según se muestra en la figura 26.
Cada una de las estructuras catalíticas de los
ejemplos 1 a 6 y de los ejemplos comparativos 1 a 3 se instaló en
un reactor, se hizo pasar un gas de combustión LPG a través de las
unidades catalizadoras para medir su capacidad desnitrificadora y
las pérdidas de carga (pérdidas de presión) provocadas por aquellas
unidades catalizadoras bajo las condiciones tabuladas en la Tabla
1. Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 2.
\vskip1.000000\baselineskip
| Temperatura de reacción | 350ºC |
| Velocidad zonal | 60 m/h |
| Gas de escape | Gas de escape de combustión LPG |
| NO | 90 ppm |
| NH_{3} | 108 ppm |
\vskip1.000000\baselineskip
| Unidades | Pérdida de carga | Desnitrificación | Tasa de reacción |
| catalíticas | (mmH_{2}O/m) | (%) | (m/h) |
| Ejemplo 1 | 48,8 | 69,8 | 108 |
| Ejemplo 2 | 33,5 | 60,2 | 83 |
| Ejemplo 3 | 42,6 | 65,2 | 95 |
| Ejemplo 4 | 27,0 | 56,5 | 75 |
| Ejemplo 5 | 38,1 | 64,0 | 92 |
| Ejemplo 6 | 28,0 | 58,1 | 78 |
| Ej. comparativo 1 | 10,1 | 43,3 | 51 |
| Ej. comparativo 2 | 80,8 | 73,3 | 119 |
| Ej. comparativo 3 | 15,0 | 51,4 | 65 |
\vskip1.000000\baselineskip
Como obviamente se desprende de la Tabla 2,
aunque los ejemplos comparativos 1 y 3 provocan pérdidas de carga
comparativamente pequeñas, las eficiencias de desnitrificación de
los ejemplos comparativos 1 y 3 son bajas y sus efectos sobre la
tasa de reacción son tan pequeños como entre 0,5 y 0,7 veces los
efectos de los ejemplos 1 a 6 sobre la tasa de reacción. Aunque la
eficiencia de desnitrificación del ejemplo comparativo 2 de la
misma construcción que la de los ejemplos 1 a 6 y que comprende los
elementos catalizadores en los cuales todas las mallas están
taponadas, es alta, el ejemplo comparativo provoca una gran pérdida
de carga. Las eficiencias de desnitrificación y los respectivos
efectos de los ejemplos 1 a 3 sobre la tasa de reacción están
básicamente al mismo nivel y las pérdidas de carga provocadas por
los ejemplos 1 a 3 son aproximadamente la mitad que las provocadas
por el ejemplo comparativo 2. De esta forma, las unidades
catalizadoras de la presente invención que comprenden los elementos
catalizadores que tienen mallas abiertas tienen excelentes
capacidades de desnitrificación y provocan bajas pérdidas de carga,
respectivamente.
De ahora en adelante se describirán los ejemplos
que emplean dos tipos de elementos catalizadores 1 y 1'
respectivamente que tienen nervaduras 2 y 2' de diferentes alturas
y que se apilan alternativamente con los lomos de las nervaduras 2
y 2' extendidos perpendiculares entre sí.
\newpage
Ejemplo
7
Se preparó una pasta catalítica amasando una
mezcla de 20 kg del polvo catalítico definido anteriormente, 3 kg
de fibras inorgánicas de Al_{2}O_{3}\cdotSiO_{2} y 10 kg de
agua mediante una amasadora durante 1 hora. La pasta catalítica se
aplicó con un rodillo a enrejados metálicos de SUS 304 de 0,2 mm de
grosor que tenían superficies rugosificadas mediante la
pulverización de aluminio para obtener enrejados de soporte del
catalizador de aproximadamente 0,9 mm de grosor y 500 mm de
longitud. Los enrejados metálicos se trabajaron mediante presión
para obtener enrejados de soporte del catalizador de 0,9 mm de
grosor que tenían nervaduras onduladas que tenían una altura
h_{1} = 6 mm y secciones planas 3 que tenían una anchura P_{1}
= 120 mm tal como se muestra en la figura 13(a) y enrejados
de soporte del catalizador de 0,9 mm de grosor que tenían
nervaduras 2' onduladas que tenían una altura h_{2} = 4 mm y
secciones planas 3' que tenían una anchura P_{2} = 60 mm según
se muestra en la figura 13(b) y entonces los enrejados de
soporte del catalizador se hornearon a 550ºC durante 2 horas en la
atmósfera después de su secado mediante aire para obtener los
elementos catalizadores 1 y 1' (h_{2}/h_{1} = 4/6).
Los elementos catalizadores 1 y 1' se apilaron
alternativamente de forma que las respectivas nervaduras 2 y 2' de
los elementos catalizadores 1 y 1' eran perpendiculares entre sí
para construir una unidad catalizadora 8 de 150 mm x 150 mm x 500
mm (de profundidad) según se muestra en la figura 12. La unidad
catalizadora se dispuso con las nervaduras 2 más bajas de los
elementos catalizadores 1' extendidas en perpendicular a la
dirección del flujo del gas.
Ejemplo
8
Se prepararon enrejados de metal utilizando el
mismo proceso mediante el cual se formaron los enrejados metálicos
a partir de los cuales se obtuvieron los elementos catalizadores
empleados en el ejemplo 7 y se trabajaron mediante presión para
obtener enrejados de soporte del catalizador que tenían nervaduras
2 onduladas que tenían una altura h_{1} = 7 mm y secciones planas
3 que tenían una anchura P_{1} = 120 mm tal como se muestra en
la figura 13(a), así como enrejados de soporte de catalizador
que tenían nervaduras 2 onduladas que tenían una altura h_{2} =
3 mm y secciones planas 3' que tenían una anchura P_{2} = 60 mm
según se muestra en la figura 13(b), y entonces los
enrejados de soporte del catalizador se hornearon a 550ºC durante 2
horas en la atmósfera después de su secado mediante aire para
obtener elementos catalizadores 1 y 1' (h_{2}/h_{1} =
3/7).
Los elementos catalizadores 1 y 1' se apilaron
alternativamente de forma que las respectivas nervaduras 2 y 2' de
los elementos catalizadores 1 y 1' eran perpendiculares entre sí
para construir una unidad catalizadora 8 de 150 mm x 150 mm x 500
mm (de profundidad) según se muestra en la figura 12. La unidad
catalizadora se dispuso con las nervaduras 2' más bajas de los
elementos catalizadores 1' extendidas en perpendicualar a la
dirección del flujo 6 del gas.
Ejemplo comparativo
4
Elementos catalizadores similares a los
elementos catalizadores 1 empleados en el ejemplo 7, excepto en que
las nervaduras 2 tenían una altura h = 5 mm, se apilaron con todas
las nervaduras 2 paralelas entre sí en una carcasa para construir
una unidad catalizadora de 150 mm x 150 mm x 500 mm (de
profundidad) según se muestra en la figura 26. La unidad
catalizadora se dispuso con las nervaduras 2 de los elementos
catalizadores 1 extendidos en paralelo a la dirección del flujo 6
del gas.
Ejemplo comparativo
5
Los elementos catalizadores 1 empleados en el
ejemplo comparativo 4 se apilaron con los lomos de las respectivas
nervaduras 2 de elementos catalizadores 1 adyacentes perpendiculares
entre sí para construir una unidad catalizadora 8 de 150 mm x 150
mm x 500 mm (de profundidad) según se muestra en la figura 27.
Ejemplo comparativo
6
Elementos catalizadores 1 similares a los
elementos catalizadores 1 empleados en el ejemplo 7, excepto en
que la altura h_{1} de las nervaduras 2 era de 10 mm, se apilaron
para construir una unidad catalizadora 8 de 150 mm x 150 mm x 500
mm (de profundidad) según se muestra en la figura 26.
Cada una de las unidades catalizadoras 8 de los
ejemplos 7 y 8 y de los ejemplos comparativos 4 a 6 se instaló en
un reactor y se hizo pasar un gas de escape de combustión LPG a
través de las estructuras catalíticas 8 bajo las condiciones
tabuladas en la tabla 1 para medir las respectivas capacidades de
desnitrificación y resistencias a la succión de las unidades
catalizadoras 8. Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla
3.
Tal como se desprende obviamente de la Tabla 3,
las resistencias a la succión de las unidades catalizadoras 8 de
los ejemplos 7 y 8 de la presente invención son menores que las de
la unidad catalizadora 8 del ejemplo comparativo 5, y las
capacidades de desnitrificación de las unidades catalizadoras 8 de
los ejemplos 7 y 8 son aproximadamente iguales a las de la unidad
catalizadoras 8 del ejemplo comparativo 5.
| Unidades | Eficiencia de | Resistencia a la succión |
| catalizadoras | desnitrificación (%) | (mmH_{2}O) |
| Ejemplo 7 | 80 | 25 |
| Ej. comparativo 4 | 65 | 16 |
| Ej. comparativo 5 | 80 | 38 |
| Ej. comparativo 6 | 53 | 8 |
| Ejemplo 8 | 78 | 18 |
Los altos efectos de las unidades catalizadoras
8 de los ejemplos 7 y 8 de la presente invención sobre la tasa de
reacción total, en comparación con los de la unidad catalizadora 8
del ejemplo comparativo 6, otorgan a las unidades catalizadoras 8
de los ejemplos 7 y 8 capacidades de desnitrificación
mejoradas.
En el ejemplo 7, ya que los elementos
catalizadores 1 que tienen las nervaduras 2 de una altura h_{1} =
6 mm (figura 13(a)) y los elementos catalizadores 1' que
tienen las nervaduras 2' de una altura h_{2} = 4 mm (figura
13(b)) se apilan alternativamente y los lomos de las
nervaduras 2 y 2' descansan uno sobre los otros, el intervalo
entre los elementos catalizadores 1 y 1' adyacentes es de 10 mm, lo
que es igual al intervalo entre los elementos catalizadores 1
adyacentes de las unidades catalizadoras 8 de los ejemplos
comparativos 5 y 6.
A partir de los resultados obtenidos mostrados
en la tabla 3 se sabe que el ejemplo 7 necesita una menor cantidad
de catalizador que el ejemplo comparativo 6 para una eficiencia de
desnitrificación del 80% según se muestra en la tabla 4 ya que la
eficiencia de desnitrificación del ejemplo 7 es mayor que la del
ejemplo comparativo 6 para la misma velocidad zonal y que la unidad
desnitrificadora del ejemplo 7 puede formarse en una construcción
más compacta que en el ejemplo comparativo 6.
| Unidades | Tasa de actividad | Espec. Nec. amt. | Pérdida de presión |
| catalizadoras | Catalizador (long.) | para un 80% (mmH_{2}O) | |
| Ejemplo 7 | 1,00 | 1,00 | 25 |
| Ej. comparativo 4 | 0,65 | 1,54 | 25 |
| Ej. comparativo 5 | 1,00 | 1,00 | 38 |
| Ej. comparativo 6 | 0,47 | 2,13 | 17 |
| Ejemplo 8 | 0,94 | 1,06 | 19 |
La figura 15 muestra la variación de la
actividad catalítica con la velocidad de flujo del gas para el
ejemplo 7 y los ejemplos comparativos 4 y 5, y la figura 16 muestra
la variación de la pérdida de presión con la velocidad del flujo
del gas para el ejemplo 7 y los ejemplos comparativos 4 y 5.
De la figura 15 se desprende que las actividades
catalíticas de las unidades catalizadoras del ejemplo 7 y del
ejemplo comparativo 5, en comparación con las de la unidad
catalizadora del ejemplo comparativo 4 que tiene un conducto para
el gas paralelo a la dirección del flujo del gas, se incrementan
drásticamente con el incremento de la velocidad de flujo del
gas.
La actividad catalítica de la unidad
catalizadora del ejemplo 6 disminuye hasta situarse cerca de la de
la unidad catalizadora del ejemplo comparativo 4 a medida que la
velocidad del flujo del gas desciende hasta aproximadamente 2
m/seg., lo que se infiere es debido al alto efecto perturbador del
gas que provocan las nervaduras 2' de los elementos catalizadores
1' que se extienden perpendiculares a la dirección del flujo 6 del
gas cuando la velocidad del flujo del gas es alta y al efecto de
estancamiento del gas cuando la velocidad del flujo del gas es
baja.
Por lo tanto, es preferible que la velocidad de
flujo del gas esté en la banda de 2 m/seg. o superior y por debajo
de 10 m/seg., más preferiblemente en la banda de 4 m/seg. o superior
y por debajo de 8m/seg., en la cual la pérdida de presión no es
prácticamente significativa cuando se utiliza la unidad
catalizadora 8 de la presente invención. Las nervaduras 2 no son
capaces de perturbar el flujo del gas si la velocidad de flujo de
gas es excesivamente baja y la pérdida de presión es excesivamente
grande si la velocidad de flujo del gas es excesivamente alta.
De aquí en adelante se describirán ejemplos de
unidades catalizadoras cada una de ellas construidas apilando
elementos catalizadores 1 cada uno de los cuales tiene dos tipos de
nervaduras 2 y 2' paralelas que tienen diferentes alturas con los
lomos de las respectivas nervaduras 2 y 2' de elementos
catalizadores 1 adyacentes extendidas perpendiculares entre sí.
Ejemplo
9
Se preparó una pasta catalítica amasando una
mezcla de 20 kg del polvo catalítico definido anteriormente, 3 kg
de fibras inorgánicas de Al_{2}O_{3}\cdotSiO_{2} y 10 kg de
agua mediante una amasadora durante 1 hora. La pasta catalizadora
se aplicó con un rodillo a enrejados metálicos de SUS 304 de 0,2 mm
de grueso que tenían superficies rugosificadas mediante la
pulverización de aluminio para obtener enrejados de soporte del
catalizador de aproximadamente 0,9 mm de grosor y 500 mm de
longitud. Los enrejados metálicos se trabajaron mediante presión
para obtener enrejados de soporte del catalizador de 0,9 mm de
grosor que tenían nervaduras 2 onduladas más altas que tenían una
altura h_{1} = 3 mm, nervaduras 2' más bajas que tenían una
altura h_{2} = 2,5 mm y secciones planas 3 que tenían una anchura
P_{1} = 100 mm según se muestra en la figura 20, y entonces los
enrejados de soporte del catalizador se hornearon a 550ºC durante 2
horas en las atmósfera después de su secado por aire para obtener
los elementos catalizadores 1.
Los elementos catalizadores 1 y los elementos
catalizadores 1' que tenían nervaduras 2 y 2' de la misma altura
se apilaron alternativamente de manera que las respectivas
nervaduras de los elementos catalizadores 1 y 1' se extendían
perpendiculares entre sí en una carcasa 4 mostrada en la figura 18
para construir una unidad catalizadora 8 de 150 mm x 150 mm x 500
mm (de profundidad). La unidad catalizadora 8 se dispuso con los
lomos de las nervaduras 2 de cualquiera de los elementos
catalizadores 1 ó 1' paralelas a la dirección del flujo 6 del
gas.
Ejemplo comparativo
7
Se fabricaron elementos catalizadores similares
a los empleados en el ejemplo 9, excepto que las nervaduras 2 y 2'
tenían una altura igual a 6 mm desde la superficie de las secciones
planas 3. Los elementos catalizadores se apilaron de forma que las
nervaduras 2 y 2' se extendían en paralelo en la dirección del
flujo del gas en una carcasa para construir una unidad catalizadora
de 150 mm x 150 mm x 500 mm según se muestra en la figura 26.
Ejemplo comparativo
8
Los elementos catalizadores que tenían las
nervaduras de una altura igual a los empleados en el ejemplo
comparativo 7 se apilaron de forma que las respectivas nervaduras 2
de elementos catalizadores adyacentes fueran perpendiculares entre
sí en una carcasa, no mostrada, según se muestra en la figura 27
para construir una unidad catalizadora 8 de 150 mm x 150 mm x 500
mm (de profundidad).
Cada una de las unidades catalizadoras del
ejemplo 9 y de los ejemplos comparativos 7 y 8 se instalaron en un
reactor y se hizo pasar gas de combustión LPG a través de las
unidades catalizadoras para medir las capacidades de
desnitrificación y la resistencia a la succión de las unidades
catalizadoras bajo las condiciones tabuladas en la tabla 1. Los
resultados observados se muestran en la Tabla 4.
| Unidades | Efecto | Pérdida de presión |
| catalizadoras | desnitrificador (%) | (mmH_{2}O) |
| Ejemplo 9 | 85 | 24 |
| Ej. comparativo 7 | 65 | 16 |
| Ej. comparativo 8 | 89 | 38 |
Tal como se desprende obviamente de la Tabla 4,
la unidad catalizadora del ejemplo 9 tiene una menor resistencia a
la succión y es substancialmente igual en capacidad de
desnitrificación a la unidad catalizadora del ejemplo comparativo
11. La unidad catalizadora del ejemplo 9, en comparación con la
unidad catalizadora del ejemplo comparativo 7, tiene una mayor
capacidad de desnitrificación debido a su efecto en el incremento
de la tasa de reacción total.
Los siguientes experimentos se realizaron para
comparar el rendimiento catalítico de la unidad catalizadora de la
presente invención y el de la unidad catalizadora de la técnica
anterior.
(1) Se construyo una unidad catalizadora (I)
similar a la unidad catalizadora del ejemplo 1 de un sistema de
apilamiento mostrado en la figura 6(a) del documento
EP95936731.3/0744 207 apilando elementos catalizadores 1 que tenían
secciones planas 3 de 80 mm de anchura y nervaduras 2 de 2,5 mm de
altura desde la superficie de las secciones planas 3 de manera que
las nervaduras 2 de los elementos catalizadores 1 estaban
inclinadas a 45º con respecto de la dirección del flujo 6 del
gas.
(2) Se construyó una unidad catalizadora (II)
similar a la unidad catalizadora del ejemplo 1 de un sistema de
apilamiento mostrado en la figura 27 apilando elementos
catalizadores 1 que tenían secciones planas 3 de 80 mm de anchura,
nervaduras 2 de 4 mm de altura desde la superficie de las secciones
planas 3 y mallas abiertas de manera que la inclinación \theta de
las nervaduras 2 de los elementos catalizadores 1 con respecto a
la dirección del flujo del gas era de 90ºC.
(3) Se construyó una unidad catalizadora (III)
similar a la unidad catalizadora del ejemplo comparativo 2 del
documento EP95936731.3/0744 del sistema de apilamiento mostrado en
la figura 27 apilando elementos catalizadores 1 que tenían
secciones planas 3 de 80 mm de anchura, nervaduras 2 de 2,5 mm de
altura desde la superficie de las secciones planas 3 y mallas
taponadas de forma que la inclinación \theta de las nervaduras 2
de los elementos catalizadores 1 con respecto a la dirección del
flujo del gas era de 90ºC.
(4) Se construyó una unidad catalizadora (IV)
apilando los elementos catalizadores 10 ondulados mostrados en la
figura 30 que tenían lomos 9 de 5 mm de altura y revestidos con el
mismo revestimiento catalítico que el empleado en los párrafos (1)
a (3) de manera que los respectivos lomos 9 de elementos
catalizadores 10 adyacentes intersectaban entre sí
perpendicularmente y estaban inclinados a 45º con respecto a la
dirección del flujo 6 del gas.
Se hizo pasar un gas de combustión LPG a través
de las unidades catalizadoras (I), (II), (III) y (IV) para
examinar la relación entre la constante de velocidad de reacción
total y la velocidad del flujo del gas y la relación entre la
pérdida de presión y la velocidad del flujo del gas. Los resultados
de este examen se muestran en las figuras 22 y 23. La figura 24
muestra las pérdidas de presión normalizadas provocadas por las
unidades catalizadoras (I), (II), (III) y (IV), respectivamente,
para la misma capacidad de desnitrificación.
Como obviamente se desprende de las figuras 22,
23 y 24, las pérdidas de presión provocadas por las unidades
catalizadoras de acuerdo con la presente invención son muy pequeñas
en comparación con las provocadas por la unidad catalizadora 4
mostradas en la figura 30 para la misma capacidad de
desnitrificación. La diferencia de pérdida de presión
(aproximadamente 130 mmH_{2}O) entre la unidad catalizadora y la
unidad catalizadora mostrada en la figura 30 (unidad catalizadora
IV) para la misma capacidad de desnitrificación es equivalente a
una diferencia de coste de energía de 240.000 \textdollar para una
generación anual de energía de 73.000 kW.
La unidad catalizadora de acuerdo con la
presente invención ejerce una baja resistencia a la pérdida de
carga, perturba el flujo del gas para mejorar la capacidad
catalítica y tiene una construcción compacta. La unidad
catalizadora de acuerdo con la presente invención puede aplicarse a
diferentes aparatos catalíticos de procesamiento de gas, tales
como aparatos desodorizantes, combustores catalíticos y
convertidores de carburantes. El uso de la unidad catalizadora de
la presente invención en aparatos desnitrificadores de gases de
escape para desnitrificar un gas de escape mediante la reducción
del NOx contenido en el gas de escape bajo la resistencia de un
reductor del amoníaco es la aplicación más típica de la presente
invención.
Claims (22)
1. Una unidad catalizadora que comprende un
alojamiento que tiene una entrada, una salida y paredes laterales
que se extienden entre ambas, dicha entrada y dicha salida definen
entre ambas una dirección para el flujo del gas como dirección
axial; una pluralidad de elementos catalizadores en forma de placa
montados dentro del dicho alojamiento entre dicha entrada y dicha
salida para formar una pila, cada elemento catalizador en forma de
placa soporta un material catalítico y tiene nervaduras paralelas
separadas a través de una de sus dimensiones con secciones planas
que separan las nervaduras; que se caracteriza porque
una pluralidad de dichos elementos catalizadores
en forma de placa están compuestos de elementos catalizadores en
forma de placa perforados que tienen una pluralidad de orificios
abiertos y adicionalmente una pluralidad de orificios cerrados por
el material catalítico.
2. La unidad catalizadora de la reivindicación
1, en la que dichas secciones planas definen superficies opuestas
para cada uno de dichos elementos catalizadores perforados en forma
de placa y en donde cada uno de dichos elementos catalizadores
perforados en forma de placa tiene lomos formados por dichas
nervaduras que se extienden desde sus dos superficies opuestas,
mediante lo cual el contacto entre los elementos catalizadores
adyacentes perforados en forma de placa en dicha pila es el contacto
entre sus respectivas nervaduras.
3. La unidad catalizadora de la reivindicación
1, en la que las placas perforadas tienen orificios en sus
secciones planas que están cerrados por material catalítico y
orificios en sus nervaduras que están abiertos.
4. La unidad catalizadora de la reivindicación
1, en la que las placas perforadas tienen orificios en sus
secciones planas que están abiertos y orificios en sus nervaduras
que están cerrados por el material catalítico.
5. La unidad catalizadora de una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 4, en la que los elementos catalizadores
en forma de placa de dicha pila están en contacto entre sus
respectivas nervaduras, mediante lo cual los ángulos de contacto
entre los elementos catalizadores adyacentes en forma de placa es
de 90º entre sus respectivas nervaduras.
6. La unidad catalizadora de la reivindicación
5, en la que dicha pluralidad de elementos catalizadores
perforados en forma de placa incluye un primer conjunto de
elementos catalizadores en forma de placa y un segundo conjunto de
elementos catalizadores en forma de placa que se alternan con los
elementos catalizadores en forma de placa de dicho primer conjunto
y que se disponen a 90º con respecto a dicha dirección axial.
7. La unidad catalizadora de una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 5, en la que se disponen las nervaduras
de los elementos catalizadores en forma de placa entre elementos
catalizadores en forma de placa adyacentes para que bloqueen parte
del flujo de gas de forma continua o escalonada con respecto a
dicha dirección axial.
8. La unidad catalizadora de la reivindicación
7, en la que dicha pluralidad de elementos catalizadores
perforados en forma de placa incluye primeros elementos
catalizadores en forma de placa que tienen dichas nervaduras
dispuestas como primeras nervaduras a un primer ángulo con respecto
a la dirección axial y segundos elementos catalizadores en forma de
placa que tienen dichas nervaduras dispuestas como segundas
nervaduras a un segundo ángulo, diferentes de dichos primeros
ángulos, con respecto a la dirección axial y en la que al menos
dichos primeros o al menos dichos segundos ángulos son superiores a
0º e inferiores a 90º.
9. La unidad catalizadora de la reivindicación
1, en la que dicha pluralidad de elementos catalizadores se
compone de una pluralidad de primeros elementos catalizadores
perforados en forma de placa y una pluralidad de segundos elementos
catalizadores perforados en forma de placa, y
cada primer elemento catalizador en forma de
placa tiene primeras nervaduras paralelas separadas a través de
una de sus dimensiones con secciones planas que separan las primeras
nervaduras, dichos primeros elementos catalizadores perforados en
forma de placa tienen orificios de los cuales al menos una parte
están abiertos,
dichos segundos elementos catalizadores
perforados en forma de placa se montan dentro de dicho alojamiento
alternándose con dichos primeros elementos catalizadores perforados
en forma de placa para formar una pila, cada segundo elemento
catalizador en forma de placa soporta un material catalítico y
tiene segundas nervaduras paralelas separadas a través de una de
sus dimensiones con secciones planas que separan las segundas
nervaduras, dichos segundos elementos catalizadores perforados en
forma de placa tienen orificios que están todos cerrados por dicho
material catalítico.
10. La unidad catalizadora de la reivindicación
9, en la que dicha sección plana define superficies opuestas para
cada uno de dichos elementos catalizadores perforados en forma de
placa y en la que cada uno de dichos elementos catalizadores
perforados en forma de placa tiene lomos formados por dichas
nervaduras que se extienden desde ambas de sus superficies
opuestas, mediante lo cual el contacto entre los elementos
catalizadores perforados adyacentes en forma de placa de dicha pila
es el contacto entre sus respectivas nervaduras.
\newpage
11. La unidad catalizadora de la reivindicación
9, en la que los primeros elementos catalizadores perforados en
forma de placa tienen en sus nervaduras orificios que están abiertos
en su sección plana y orificios que están cerrados por el material
catalítico.
12. La unidad catalizadora de una cualquiera de
las reivindicaciones 9 a 11, en la que dichos elementos
catalizadores perforados adyacentes en forma de placa de dicha pila
están en contacto entre sus respectivas nervaduras, mediante lo
cual el ángulo de contacto entre elementos catalizadores adyacentes
en forma de placa es de 90º entre sus respectivas nervaduras.
13. La unidad catalizadora de la reivindicación
12, en la que cualquiera de dichas nervaduras de los primeros
elementos catalizadores perforados en forma de placa o dichas
nervaduras de los segundos elementos catalizadores perforados en
forma de placa se disponen en un ángulo de 90º con respecto a dicha
dirección axial.
14. La unidad catalizadora de una cualquiera de
las reivindicaciones 10 a 12, en la que se disponen las nervaduras
de los elementos catalizadores en forma de placa entre elementos
catalizadores adyacentes en forma de placa para que bloqueen parte
del flujo del gas de forma continua o escalonada con respecto a
dicha dirección axial.
15. La unidad catalizadora de la reivindicación
14, en la que la pluralidad de elementos catalizadores perforados
en forma de placa están hechos de los primeros elementos
catalizadores en forma de placa que tienen las primeras nervaduras
dispuestas según un primer ángulo con respecto a la dirección axial
y de los segundos elementos catalizadores en forma de placa tienen
las segundas nervaduras dispuestas en un segundo ángulo, diferente
de dichos primeros ángulos, con respecto a la dirección axial, en
donde al menos uno de dichos primero o segundo ángulos es superior
a 0º e inferiores a 90º.
16. La unidad catalizadora de la reivindicación
15, en la que dichos primeros y segundos elementos catalizadores
en forma de placa son idénticos pero se disponen con los lados
opuestos de dichos segundos elementos catalizadores en forma de
placa invertidos con relación a los lados opuestos de dichos
primeros elementos catalizadores en forma de placa.
17. La unidad catalizadora de una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 16, en la que cada uno de dichos
elementos catalizadores perforados en forma de placa tienen dos
tipos de nervaduras de diferente altura.
18. La unidad catalizadora de una cualquiera de
las reivindicaciones 6 a 7, en la que dichos elementos
catalizadores perforados en forma de placa incluyen primeros
elementos catalizadores perforados en forma de placa que tienen
dos tipos de nervaduras de diferente altura y segundos elementos
catalizadores perforados en forma de placa que tienen nervaduras de
la misma altura, dichos primeros y segundos elementos catalizadores
perforados en forma de placa se apilan alternativamente.
19. La unidad catalizadora de una cualquiera de
las reivindicaciones 6 a 18, en la que dicha pluralidad de
elementos catalizadores perforados en forma de placa incluye
primeros elementos catalizadores perforados en forma de placa que
tienen nervaduras de una primera altura y segundos elementos
catalizadores perforados en forma de placa que tienen nervaduras de
una segunda altura, inferior a dicha primera altura y en la que
los primeros y segundos elementos catalizadores perforados en forma
de placa se apilan alternativamente.
20. La unidad catalizadora de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 19, en la que dichas nervaduras, en su
sección de corte, tienen forma de S en zigzag o convexa.
21. La unidad catalizadora de una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 20, en la que dichos elementos
catalizadores perforados en forma de placa son enrejados
metálicos.
22. La unidad catalizadora de una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 21, en la que dicho material catalítico
soportado sobre dichos elementos catalizadores perforados en forma
de placa es un catalizador de desnitrificación.
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