ES2278639T3 - Conversion de oxidos de nitrogeno en presencia de un catalizador soportado por una estructura de tipo malla. - Google Patents

Conversion de oxidos de nitrogeno en presencia de un catalizador soportado por una estructura de tipo malla. Download PDF

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ES2278639T3 ES00973540T ES00973540T ES2278639T3 ES 2278639 T3 ES2278639 T3 ES 2278639T3 ES 00973540 T ES00973540 T ES 00973540T ES 00973540 T ES00973540 T ES 00973540T ES 2278639 T3 ES2278639 T3 ES 2278639T3
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Joakim A. Carlborg
Yun-Feng Chang
Lawrence L. Murrell
Robert E. Trubac
Rudolf A. Overbeek
Verena R. Schmidt
Chuen Y. Yeh
Lothar Schuh
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Abstract

Un aparato (18, 102, 2048) para retirar al menos un óxido de nitrógeno de un fluido que fluye al aparato desde una dirección dada (21), que comprende: una estructura de material poroso de lámina de malla fibrosa (22, 24, 26, 102) formada por una pluralidad de capas de fibras orientadas aleatoriamente, teniendo el material de lámina de la estructura poros y lados opuestos, estando cada uno en comunicación con los poros, teniendo dicha estructura de malla una porosidad de más de aproximadamente el 85%, comprendiendo la estructura de malla una pluralidad de canales (154, 156, 158, 161, 163, 164, 166, 168, 170), teniendo cada canal una entrada de recepción de fluido y una salida de fluido, fluyendo el fluido recibido a través de los canales desde las entradas a través de dichas salidas, incluyendo dicho material de lámina generadores de turbulencia (28, 46, 48, 121, 123, 124, 124'', 124", 124''") localizados en los canales y que se extienden desde el material de lámina, estando formados los generadores desde e integrales con dicho material de lámina y que se extienden en los canales para formar turbulencia en el fluido que fluye, creando la turbulencia un diferencial de presión a través del material de lámina de malla, proporcionando dicho diferencial de presión una fuerza directriz para el acceso del flujo del fluido que fluye a los poros para promover el contacto con el material fibroso en los poros sobre esencialmente toda la superficie del material de lámina fibroso; y un catalizador de conversión de óxido de nitrógeno soportado sobre las porciones interior y exterior de la estructura de material de lámina para reaccionar con los fluidos que fluyen recibidos.

Description

Conversión de óxidos de nitrógeno en presencia de un catalizador soportado por una estructura de tipo malla.
Esta invención se refiere a la conversión de óxidos de nitrógeno, tales como NO y NO_{2}, y más particularmente, a la conversión de óxidos de nitrógeno en presencia de un catalizador soportado sobre una estructura de tipo malla.
Son de interés las Solicitudes de Estados Unidos de cesión común y en trámite junto con la presente con Nº de Serie 09/181.186 titulada Method and Apparatus for Making a Catalyst Carrier Device Element, presentada el 28 de octubre de 1998 en nombre de Vogt et al. y correspondiente al documento WO-A-00.24506 presentada el 21 de octubre de 1999; Nº de Serie 09/265.164 titulada Exhaust Gas Catalytic Converter, presentada el 9 de marzo de 1999 en nombre de J. Lloyd et al. y correspondiente al documento WO-A-00.53904 presentada el 8 de marzo de 2000; Nº de Serie 09/156,023 titulada Coated Products, presentada el 17 de septiembre de 1998 en nombre de L. Schuh et al. y correspondiente al documento WO-A-99.15715 presentada el 23 de septiembre de 1998; Nº de Serie 09/589.817 titulada Heat Exchanger/Reactor Apparatus, presentada el 7 de junio de 2000 en nombre de Timothy Griffin et al. (WO-A-01.94006), Nº de Serie 09/322.534 titulada Structured Packing and Element Therefor, presentada el 28 de mayo de 1999 en nombre de Rudolf A. Overbeek et al. y correspondiente al documento WO-A-99,62629 presentada el 14 de mayo de 1999; Nº de Serie 09/002539 titulada Structured Packing and Element Therefor, presentada el 2 de junio de 1998 en nombre de Bertina Paikert et al. correspondiente al documento WO-A-99,34911 presentada el 29 de diciembre de 1998.
Los óxidos de nitrógeno, tales como NO y NO_{2}, son subproductos indeseables encontrados en los gases de escape en diversas plantas tales como centrales eléctricas, incluyendo centrales eléctricas que funcionan con gas natural, plantas de obtención de energía a partir de residuos, y plantas de combustión de combustible. Los óxidos de nitrógeno pueden encontrarse también en los productos de combustión de motores diesel.
La Patente de Estados Unidos Nº 4.280.926 describe un método para producir un material catalítico para la reducción de óxidos de nitrógeno utilizando amoniaco como agente reductor. El material de soporte tiene la forma de una lámina fibrosa compuesta por fibras inorgánicas no metálicas mezcladas con un polvo catalíticamente activo. El producto puede tratarse adicionalmente por impregnación en agentes catalíticamente activos. Las láminas pueden conformarse en una estructura con forma de panal y fijarse mediante un adhesivo en solución de sílice.
La Patente de Estados Unidos Nº 4.416.800 describe un método para producir un material catalítico. El material de soporte tiene la forma de una lámina fibrosa compuesta por fibras inorgánicas no metálicas mezcladas con un soporte de catalizador en polvo. El producto puede tratarse adicionalmente por impregnación en suspensión o solución que contiene materiales de soporte y agentes catalíticamente activos. El material catalítico puede usarse para:
a) reducción de óxidos de nitrógeno en presencia de amoniaco (catalizador: Cu, Fe, V, W y Mo sobre Al_{2}O_{3} o TiO_{2})
b) oxidación de monóxido de carbono e hidrocarburos (catalizador: Pt sobre Al_{2}O_{3} o TiO_{2}).
De acuerdo con la presente invención, se proporciona un aparato con las características de la reivindicación 1 para retirar al menos un óxido de nitrógeno de un fluido, en particular un gas. El aparato convierte el al menos un óxido de nitrógeno en presencia de un catalizador soportado sobre una estructura de tipo malla. La estructura de tipo malla tiene una porosidad mayor del 85%. La estructura de tipo malla es fibrosa y está hecha de un metal, metal y cerámico o un cerámico e incluye generadores de turbulencia.
Otras realizaciones preferidas del aparato se incluyen en las reivindicaciones dependientes.
En los dibujos:
La Figura 1 es una vista en diagrama isométrico de una estructura de relleno útil para explicar los principios de la presente invención;
La Figura 1a es un diagrama útil para explicar los parámetros de un material de relleno ondulado.
La Figura 2 es una vista seccionada isométrica fragmentada de la vista de una realización de una estructura de relleno para usar con la presente invención;
Las Figuras 3a, 3b y 3c son vistas de tipo diagrama de diferentes combinaciones de elementos de relleno que muestran la relación dimensional entre las diferentes combinaciones para obtener un resultado catalítico dado;
La Figura 4 es una vista en perspectiva de una pluralidad de elementos ondulados de relleno de la Figura 2 dispuestos en una relación lado a lado para mostrar sus orientaciones de ondulación relativas en la realización de la Figura 2;
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La Figura 5 es una vista en perspectiva más detallada de una porción de uno de los elementos ondulados usados en la realización de las Figuras 2 y 4;
La Figura 6 es una vista más detallada de una porción del elemento de la Figura 5 tomada en la zona 6;
La Figura 7 es una vista más detallada de uno de los generadores de vórtice de la Figura 6 tomada en la zona 7;
La Figura 8 es una vista final de una parte del elemento de relleno de la Figura 5;
La Figura 9 es una vista isométrica de una segunda realización de una estructura de relleno para usar con la presente invención;
La Figura 10a es una vista superior en planta de uno de los elementos de relleno de la Figura 9;
La Figura 10 es una vista en alzado frontal del elemento de relleno de la Figura 10a tomado a lo largo de las líneas 10-10;
La Figura 11 es una vista en planta superior de la estructura de la Figura 9;
La Figura 12a es una vista más detallada de una porción de la estructura de la Figura 11;
La Figura 13 es una vista en alzado frontal de un blanco de formación de un elemento de relleno de la estructura de Figura 9;
La Figura 14 es una vista isométrica de un módulo de relleno de acuerdo con otra realización;
La Figura 15 es otra vista isométrica del módulo de relleno de la Figura 14;
La Figura 16 es una vista seccionada en planta superior de la realización de la Figura 14 que muestra un módulo de relleno en un tubo;
La Figura 17 es una vista en planta de un conjunto de blancos usados para preparar los módulos de la Figuras 14 y 15;
La Figura 18 es una vista más detallada de una porción de uno de los blancos de la Figura 17 que ilustra la formación de la paleta; y
La Figura 19 es un diagrama útil para explicar ciertos principios de la presente invención.
La expresión "retirar al menos un óxido de nitrógeno", como se usa en este documento, significa que el al menos un óxido de nitrógeno se hace reaccionar con una molécula o moléculas para producir nitrógeno diatómico. Dichas reacciones incluyen, aunque sin limitación, reacciones de oxidación-reducción. En otro aspecto, el al menos un óxido de nitrógeno en primer lugar se oxida adicionalmente y después se hace reaccionar con un carbonato, bicarbonato o hidróxido metálico para producir un nitrito metálico y nitrato metálico, reduciendo el nitrito y el nitrato para producir nitrógeno diatómico y regenerar el carbonato, bicarbonato o hidróxido metálico.
El material de tipo malla está compuesto por fibras o hilos, tales como una malla de hilo o fibra, una mala de fibra cerámica, una combinación de fibras metálicas y cerámicas, un fieltro o tela metálicos, un filtro de fibra metálica o similares. La estructura de tipo malla está compuesta por una pluralidad de capas de fibras para formar una red tridimensional de materiales. La estructura de soporte está compuesta por una pluralidad de capas de fibras que están orientadas aleatoriamente en las capas. Pueden usarse uno o más metales en la producción de una malla metálica. Como alternativa, las fibras de la malla pueden incluir fibras cerámicas en lugar de o en combinación con fibras metálicas. Las mallas de fibra tales cerámica están disponible en el mercado en Crane & Co. de Massachusetts, EE.UU.
En una realización preferida en la que la estructura de tipo malla está compuesta por una pluralidad de capas de fibras para formar la red tridimensional de materiales, el espesor de dicho soporte es al menos de cinco micrómetros, y generalmente no es mayor de diez milímetros. De acuerdo con una realización preferida, el espesor de la red es de al menos 50 micrómetros y más preferiblemente al menos 100 micrómetros y generalmente no es mayor de 2 milímetros.
En general, el espesor o diámetro de las fibras que forman la pluralidad de capas de fibras es menor de aproximadamente 500 micrómetros, preferiblemente menor de aproximadamente 150 micrómetros y más preferiblemente menor de aproximadamente 30 micrómetros. En una realización preferida, el espesor o diámetro de las fibras es de aproximadamente 8 a aproximadamente 25 micrómetros.
La estructura tridimensional de tipo malla puede producirse como se describe en la Patente de Estados Unidos Nº 5.304.330, 5.080.962; 5.102.745 o 5.096.663. Debe entenderse, sin embargo, que dicha estructura de tipo malla puede formarse por procedimientos distintos de los descritos en las patentes mencionadas anteriormente.
La estructura de tipo malla que se emplea en la presente invención (sin catalizador soportado sobre la malla) tiene una porosidad o volumen hueco que es mayor del 85%, y preferiblemente es mayor del 87% y más preferiblemente es mayor del 90%. La expresión "volumen hueco" como se usa en este documento se determina dividiendo el volumen de la estructura que está abierta por el volumen total de la estructura (aberturas y material de malla) y multiplicando por 100.
En una realización, el catalizador está soportado sobre el material de tipo malla sin el uso de un soporte particulado.
En otra realización, el catalizador para convertir el óxido u óxidos de nitrógeno está soportado sobre un soporte particulado que está soportado sobre el material de tipo malla. El término material particulado, como se usa en este documento, incluye y abarca partículas esféricas, partículas alargadas, fibras, etc. En general, el tamaño medio de partícula del material particulado sobre el que puede soportarse el catalizador no es mayor de 200 micrómetros y típicamente no es mayor de 50 micrómetros, no siendo el tamaño medio de partícula en la mayoría de los casos mayor de 20 micrómetros. En general, el tamaño medio de partícula de dichos materiales particulados es al menos 0,002 micrómetros y más en general al menos 0,5 micrómetros. Cuando el catalizador soportado sobre el soporte particulado se recubre sobre la malla, el tamaño medio de partícula del soporte del catalizador generalmente no es mayor de 10 micrómetros y, cuando queda atrapado en la malla, generalmente no es mayor de 150 micrómetros.
La estructura de tipo malla, que funciona como un soporte para el catalizador, está en forma de un relleno estructural conformado. Este relleno puede configurarse como se describe a continuación en las realizaciones dadas como ejemplo para proporcionar la turbulencia de la fase gaseosa que fluye sobre el catalizador en el reactor. La estructura de soporte del catalizador de tipo malla puede proporcionarse con las ondulaciones adecuadas para proporcionar un aumento de turbulencia como se describe con más detalle posteriormente en este documento. La estructura de tipo malla puede incluir lengüetas o generadores de vórtice para proporcionar turbulencia, como también se muestra a continuación en este documento. La presencia de generadores de turbulencia potencia la mezcla en la dirección radial (y en la longitudinal) y mejora también el acceso al catalizador recubierto sobre o atrapado en la malla proporcionando diferenciales de presión locales a través de la malla, y creando de esta manera una fuerza directriz para el flujo. El relleno estructural puede estar también en forma de un módulo tal como un rollo de una o más láminas que se sitúa en los tubos de un reactor de manera que los canales en el módulo siguen la dirección longitudinal del tubo. El rollo puede comprender láminas que son planas, corrugadas u onduladas o una combinación de las mismas y las láminas pueden contener aletas u orificios para promover la mezcla. Las láminas pueden formarse también como tiras onduladas que están separadas entre sí por una lámina plana que se ajusta exactamente al tamaño del tubo y se mantienen juntas mediante soldaduras, hilos, una lámina plana cilíndrica o combinaciones de los mismos. La malla, con fibras metálicas, metálicas y cerámicas o cerámicas, puede formarse en una estructura con forma de panal con canales paralelos. Los canales en forma de panal pueden incluir orificios y/o generadores de turbulencia para permitir el aumento de la transferencia de masa de los reactivos al catalizador.
El catalizador que está soportado sobre la estructura de tipo malla puede estar presente sobre el soporte de tipo malla en forma de un recubrimiento sobre los hilos o fibras que forman la estructura de tipo malla y/o puede estar presente y quedar retenido en los intersticios de la estructura de tipo malla.
El catalizador puede recubrirse sobre la estructura de tipo malla por diversas técnicas, por ejemplo, por inmersión o pulverización. Las partículas de catalizador pueden aplicarse a la estructura de tipo malla poniendo en contacto la estructura de tipo malla con una composición de recubrimiento líquida (preferiblemente en forma de un baño de recubrimiento) que incluye las partículas dispersas en un líquido en condiciones tales que la composición de recubrimiento entra o se introduce en la estructura de tipo malla y forma un recubrimiento poroso en ambas porciones interior y exterior de la estructura de tipo malla.
En una realización preferida, la composición de recubrimiento líquida tiene una viscosidad cinemática no mayor de 175 centistokes y una tensión superficial no mayor de 300 dinas/cm.
En una realización, el catalizador se recubre sobre la malla por recubrimiento por inmersión. En una realización preferida, el material metálico tridimensional de tipo malla se oxida antes del recubrimiento; por ejemplo, calentándolo en aire a una temperatura de 300ºC hasta 700ºC. En algunos casos, si el material de tipo malla está contaminado con material orgánico, el material de tipo malla se limpia antes de la oxidación; por ejemplo, por lavado con un disolvente orgánico tal como acetona.
El baño de recubrimiento es preferiblemente un sistema de disolventes mixto de disolventes orgánicos y agua en el que se dispersan las partículas. La polaridad del sistema de disolventes es preferiblemente menor que la del agua para evitar una alta solubilidad del catalizador y para obtener una suspensión para recubrimiento de buena calidad. El sistema de disolventes puede ser una mezcla de agua, amidas, ésteres, y alcoholes. La viscosidad cinemática del baño de recubrimiento es preferiblemente menor de 175 centistokes y la tensión superficial del mismo es preferiblemente menor de 300 dinas/cm.
En una realización preferida de la invención, la estructura de tipo malla que se recubre incluye fibras metálicas o fibras cerámicas o fibras metálicas y cerámicas y las fibras metálicas que se recubren se seleccionan o se tratan de una manera tal que la tensión superficial de las mismas sea mayor de 50 dinas/cm, según se determina por el método descrito en "Advances in Chemistry, 43, Contact Angle, Wettability and Adhesion, American Chemical Society, 1964".
Durante el recubrimiento de una estructura de tipo malla que incluye fibras metálicas, la composición de recubrimiento líquida tiene preferiblemente una tensión superficial de aproximadamente 50 a 300 dinas/cm, y más preferiblemente de aproximadamente 50 a 150 dinas/cm, según se mide por el método de tubo capilar, como se describe en T.C. Patton, "Paint Flow and Pigment Dispersion", 2ª Ed., Wiley-lnterscience, 1979, pág. 223. Al mismo tiempo, la composición de recubrimiento líquida tiene una viscosidad cinemática no mayor de 175 centistokes, según se mide con un viscosímetro capilar y se describe en P.C. Hiemenz, "Principles of colloid and Surface Chemistry", 2ª Ed., Marcel Dekker Inc., 1986, pág. 182.
En dicha realización, la viscosidad y la tensión superficial de la composición de recubrimiento líquida está coordinada con la tensión superficial del metal a recubrir de manera que la composición de recubrimiento líquida es atraída hacia el interior de la estructura para producir un recubrimiento particulado sobre la estructura de tipo malla tras el secado. El metal a recubrir preferiblemente tiene una tensión superficial que es mayor de 50 dinas/cm y preferiblemente es mayor que la tensión superficial de la composición de recubrimiento líquida para obtener la humectación espontánea y penetración del líquido en el interior de la malla.
En el caso en el que el metal de la estructura que se va a recubrir no tenga la tensión superficial deseada, la estructura puede tratarse térmicamente para producir la tensión superficial deseada.
La composición de recubrimiento líquida puede prepararse sin aglutinantes o adhesivos para provocar la adherencia del recubrimiento particulado a la estructura.
La superficie de la estructura a recubrir puede modificarse también química o físicamente para aumentar la atracción entre la superficie y las partículas que forman el recubrimiento; por ejemplo, tratamiento térmico o modificación química de la superficie.
El contenido de sólidos del baño de recubrimiento generalmente es de aproximadamente el 2% a aproximadamente el 50%, preferiblemente de aproximadamente el 5% a aproximadamente el 30%.
El baño puede contener también aditivos tales como tensioactivos, dispersantes, polímeros solubles en agua, etc. En general, la proporción en peso de aditivos a partículas en el baño de recubrimiento es de 0,0001 a 0,4 y más preferiblemente de 0,001 a 0,1.
El material de tipo malla preferiblemente se recubre por inmersión del material de tipo malla en un baño de recubrimiento una o más veces mientras se seca o calcina entre una inmersión y otra. La temperatura del baño es preferiblemente temperatura ambiente, aunque tiene que estar suficientemente por debajo del punto de ebullición del líquido en el baño.
Después del recubrimiento, el material de tipo malla que incluye un recubrimiento poroso compuesto por una pluralidad de partículas se seca, preferiblemente con el material en una posición vertical. El secado se realiza preferiblemente por contacto con un gas que fluye (tal como aire) a una temperatura de 20ºC a 150ºC más preferiblemente de 100ºC a 150ºC. Después del secado, el material de tipo malla recubierto preferiblemente se calcina, por ejemplo, a una temperatura de 250ºC a 800ºC, preferiblemente de 300ºC a 500ºC, más preferiblemente a aproximadamente 400ºC. En una realización preferida, la temperatura y el flujo de aire se coordinan para producir una velocidad de secado que no afecte negativamente al recubrimiento del catalizador, por ejemplo, craqueo, bloqueo de los poros, etc. En muchos casos, se prefiere una velocidad de secado más lenta. Esta velocidad de secado más lenta puede conseguirse usando un gas de secado humidificado. Puede ser ventajoso también variar la humedad del gas de secado como una función del tiempo.
El espesor del recubrimiento formado puede variar. En general, el espesor es al menos 1 micrómetro y en general no mayor de 100 micrómetros. Típicamente, espesor del recubrimiento es menor de 50 micrómetros y más típicamente no es mayor de 30 micrómetros. El solicitante ha descubierto que un espesor del recubrimiento de menos de 30 micrómetros potencia la eficacia del catalizador y aumenta, por lo tanto, la actividad volumétrica.
La parte interior del material de malla que está recubierto tiene una porosidad que es suficiente para permitir que las partículas que comprenden el recubrimiento penetren o migren en la red tridimensional. De esta manera, el tamaño de poro del material tridimensional y el tamaño de partícula de las partículas que comprenden el recubrimiento, determina en efecto la cantidad y uniformidad del recubrimiento que puede depositarse en el interior de la red de material y/o el espesor del recubrimiento en la red. Cuanto mayor sea el tamaño de los poros mayor será el espesor del recubrimiento que puede recubrirse uniformemente de acuerdo con la invención.
En el caso en el que las partículas están en forma de un precursor catalítico, el producto, después del depósito de las partículas, se trata para convertir el precursor catalítico en un catalizador activo. En el caso en el que las partículas que se depositan en la red tridimensional de material sean un soporte del catalizador, catalizador activo o precursor catalítico pueden aplicarse entonces a dicho soporte, por ejemplo, por pulverización, inmersión, o impregnación.
Usando un baño de recubrimiento, la suspensión de recubrimiento en algunos casos puede incluir aditivos. Estos aditivos cambian las características físicas de la suspensión de recubrimiento, en particular la viscosidad y la tensión superficial de manera que durante la inmersión la suspensión penetra en la malla, y puede obtenerse un recubrimiento con una distribución homogénea en el interior y en el exterior de la malla. Los soles no solo cambian las propiedades físicas de la suspensión de recubrimiento, sino que actúan también como aglutinantes. Después de la deposición, el artículo se seca y calcina.
Como agentes estabilizadores representativos pueden mencionarse: un ácido poliacrílico de tipo polímero, acrilaminas, compuestos orgánicos de amonio cuaternario, u otras mezclas especiales que se seleccionan basándose en las partículas. Como alternativa, puede usarse un disolvente orgánico para el mismo propósito. Los ejemplos de dichos disolventes son alcoholes o parafinas líquidas. El control del pH de la suspensión, por ejemplo, por adición de HNO_{3} es otro método para cambiar la viscosidad y la tensión superficial de la suspensión de recubrimiento.
El catalizador puede recubrirse sobre el soporte del catalizador de tipo malla por un procedimiento de recubrimiento electroforético, como se describe en el documento US-A-6.217.732, presentado el 17 de septiembre de 1998. En dicho procedimiento, una estructura de tipo malla de hilo metálico se emplea como electrodos, y el catalizador del tamaño de partícula requerido, se suspende en una suspensión de recubrimiento. Se aplica un potencial a través de los electrodos, una vez formada la estructura de tipo malla a partir de una pluralidad de capas de fibras, y la estructura de tipo malla se recubre electroforéticamente con el catalizador.
Como se ha indicado anteriormente en este documento, el catalizador soportado selectivo de oxidación puede soportarse sobre el material de malla atrapando o reteniendo el material particulado en los intersticios de la malla. Por ejemplo, durante la producción de una estructura de tipo malla compuesta por una pluralidad de capas de fibras orientadas aleatoriamente, el catalizador o un soporte del catalizador pueden incluirse en la mezcla que se usa para producir la estructura de tipo malla, produciéndose de esta manera la estructura de tipo malla con el catalizador o soporte del catalizador retenido en los intersticios de la malla. Por ejemplo, dichas estructuras de tipo malla pueden producirse como se describe en las patentes mencionadas anteriormente, y añadiendo un catalizador o soporte del catalizador apropiado a la malla que contiene las fibras y un aglutinante, tal como celulosa. La estructura de malla producida incluye el catalizador retenido en la estructura de malla.
Aunque en una realización preferida, esencialmente todo el espesor del material se recubre con el catalizador, está dentro del espíritu y alcance de la invención el recubrir menos que todo el espesor con dichas partículas. También es posible dentro del alcance de la presente invención tener diversos espesores del recubrimiento dentro de la estructura tridimensional en los intersticios internos del material de malla.
Los catalizadores para convertir óxidos de nitrógeno se conocen en la técnica. Los ejemplos representativos de los mismos incluyen, aunque sin limitación, óxidos de vanadio, aluminio, titanio, volframio y molibdeno. También pueden usarse zeolitas. Los ejemplos de estas últimas incluyen ZSM-5 modificada con protones o cationes de cobre, cobalto, plata, cinc, o platino o su combinación. Otros ejemplos de catalizadores usados para convertir los óxidos de nitrógeno son metales preciosos tales como platino, rodio y paladio. Se entiende, sin embargo, que el alcance de la presente invención no debe limitarse a los catalizadores específicos descritos anteriormente en este documento.
El catalizador está soportado sobre la estructura de tipo malla en una cantidad eficaz para convertir el óxido u óxidos de nitrógeno. En general, el catalizador está presente en una cantidad de al menos el 5%, y preferiblemente al menos el 10%, no superando generalmente la cantidad de catalizador el 60% y más generalmente no superando el 40%, todas en peso, basadas en la malla y el catalizador. En una realización en la que la porosidad o el volumen hueco de la estructura de tipo malla antes de añadir el catalizador soportado es mayor del 87%, el porcentaje en peso del catalizador es de aproximadamente el 5% a aproximadamente el 40%, y cuando la porosidad o el volumen hueco es mayor del 90%, el porcentaje en peso del catalizador soportado es de aproximadamente el 5% a aproximadamente el 80%.
En una realización, el catalizador que está soportado sobre la estructura de tipo malla se emplea en la reducción de óxidos de nitrógeno con un agente reductor por ejemplo urea, amoniaco, hidrocarburos, etc. en presencia de oxígeno para producir nitrógeno y agua. Los reductores tales como amoniaco o urea se usan ampliamente para eliminación de NOx de fuentes estacionarias aunque no de fuentes móviles tales como vehículos que funcionan con gasolina, gasóleo o gas natural debido a los inconvenientes del almacenamiento y suministro de amoniaco, las preocupaciones sobre los aspectos de seguridad, y la pérdida de amoniaco (el amoniaco no reaccionado en el efluente). Si se usan hidrocarburos como reductores se producirán también óxidos de carbono. Es más probable el uso de hidrocarburos como reductores en fuentes móviles. Sin embargo, la invención descrita en este documento incluye cualquier reductor usado en cualquier fuente, ya sea móvil o estacionaria.
En otra realización, el catalizador que se soporta sobre la estructura de tipo malla se emplea en la descomposición de óxidos de nitrógeno en oxígeno diatómico y nitrógeno diatómico. Los catalizadores típicos usados para este propósito son cationes de metales de transición y metales nobles intercambiados en zeolitas, o soportados sobre óxidos metálicos.
En otra realización en la que los niveles de NOx son bajos en el suministro, es ventajoso enriquecer la concentración de NOx para potenciar la velocidad de reacción. En esta realización, el NOx se enriquece en primer lugar por adsorción sobre un catalizador y después se hace reaccionar, o se adsorbe sobre un catalizador o adsorbente y después se resorbe y se hace reaccionar sobre el mismo catalizador o un catalizador diferente. A menudo las temperaturas necesarias para adsorción y reacción son diferentes, prefiriéndose temperaturas bajas para la adsorción y mayores temperaturas para la reacción. Dados los rápidos cambios de temperatura típicos de las fuentes móviles tales como motores de automoción, es necesario un cambio rápido entre la adsorción y la reacción para conseguir una eficacia óptima del sistema. El uso de la estructura de tipo malla descrita en este documento es ideal para dichas aplicaciones dado su magnífica transferencia de calor, su baja masa térmica y su capacidad para calentarse eléctricamente. Además, el uso de la estructura de tipo malla mejora la eficacia del catalizador y, por lo tanto, aumenta la actividad volumétrica.
Por ejemplo, puede hacerse reaccionar amoniaco o urea con el NO y NO_{2} encontrados en los gases de escape de centrales eléctricas que funcionan con combustibles fósiles, o en los productos de combustión de motores de combustión interna para producir nitrógeno y agua en presencia del catalizador soportado sobre una estructura de tipo malla como se ha descrito anteriormente en este documento. Dichas reacciones son las siguientes:
4NO + 4NH_{3} + O_{2} \rightarrow 4N_{2} + 6H_{2}O
NO + NO_{2} + 2NH_{3} \rightarrow 2N_{2} + 3H_{2}O
También es posible usar una porción del combustible del motor para reducir el óxido de nitrógeno en aquellos casos en los que sea menos conveniente usar amoniaco o urea, tales como en un motor móvil tal como un motor de automoción diesel típico.
C_{x}H_{y} + 2 \ NO + (x + y/4 -1) \ O_{2} \rightarrow N_{2} + y/2 \ H_{2}O + x \ CO_{2}
La reducción de óxido de nitrógeno y el catalizador para la misma se muestran, por ejemplo en los documentos USP 5.750.460, USP 5.707.509, USP 5.580.534 y USP 5.905.056. En la presente invención, dicho catalizador está soportado sobre un material de tipo malla, como se ha descrito anteriormente en este documento.
Cuando se usa para un motor diesel, el material de tipo malla que incluye el catalizador para convertir óxido u óxidos de nitrógeno puede formarse en una estructura con forma de panal. En general, dichas reacciones tienen lugar a una temperatura de aproximadamente 100ºC a aproximadamente 500ºC, preferiblemente de aproximadamente 200ºC a aproximadamente 400ºC.
En otra realización es posible descomponer catalíticamente N_{2}O de acuerdo con la siguiente reacción:
N_{2}O \rightarrow N_{2} + \ ^{1}/_{2} \ O_{2}
En otra realización, un catalizador de oxidación tal como platino, paladio, rodio, cobalto, níquel, hierro, cobre, molibdeno, etc., y un absorbente de carbonato potásico puede soportarse sobre la estructura de tipo malla descrita anteriormente en este documento. Dicha combinación del catalizador, y el carbonato potásico, soportada sobre una estructura de tipo malla, puede emplearse en oxidar simultáneamente, CO a CO_{2} y NO a NO_{2}, de acuerdo con las siguientes reacciones:
CO + \ ^{1}/_2 \ O_{2} \rightarrow \ CO_{2}
El CO y NO pueden encontrarse en el gas de escape de una central eléctrica que funciona con gas natural. El NO_{2} se absorbe, y se hace reaccionar con un carbonato o bicarbonato o hidróxido, tal como un carbonato, bicarbonato o hidróxido de metal alcalino o alcalinotérreo, en particular carbonato potásico, para formar dióxido de carbono y nitrito potásico y nitrato potásico de acuerdo con la siguiente reacción:
2NO_{2} + K_{2} \ CO_{3} \rightarrow \ CO_{2} + KNO_{2} + KNO_{3}
El nitrito potásico y el nitrato potásico que permanecen en el catalizador, se hacen reaccionar después con un agente reductor tal como hidrógeno gas en ausencia de oxígeno para regenerar el catalizador, de acuerdo con la siguiente reacción:
KNO_{2} + KNO_{3} + 4H_{2} + CO_{2} \rightarrow K_{2}CO_{3} + 4H_{2}O \ (g) + N_{2}
Se extrae agua, en forma de vapor, y nitrógeno elemental en lugar de NO o NO_{2}, y carbonato potásico cuando esté presente como absorbente sobre la estructura de tipo malla, permitiendo de esta manera que comience de nuevo el ciclo de oxidación y absorción. Este proceso se describe en los documentos USP 5.665.321, USP 5.762.885, y USP 5.650.127.
A continuación se describirán diversas realizaciones de rellenos estructurales. En la Figura 1, el relleno 2 es un diagrama representativo de una pluralidad de láminas onduladas paralelas de material de malla poroso (denominado en este documento material MEC) en el que las ondulaciones 4 están representadas por las líneas diagonales que están formando un ángulo respecto a la dirección vertical de flujo f. La Figura 1a, es una sección transversal representativa de una ondulación 6. Las láminas onduladas adyacentes 8 se alternan 90º entre sí. El material MEC es preferiblemente de fibras metálicas aunque puede ser cerámico o combinaciones de los mismos.
Se desea la orientación vertical del relleno respecto a la dirección de flujo f para optimizar la caída de presión frente a la retirada de NO y minimizar el desprendimiento de NH_{3} (NH_{3} no reaccionado). Esto se representa mejor por una eficacia de retirada caracterizada por el término k/\Deltap donde k es la constante de la velocidad de reacción de primer orden y \Deltap es la caída de presión. La Tabla I muestra la relación entre el ángulo de inclinación \alpha y la eficacia de retirada para diferentes ángulos de inclinación y comparado también con un monolito cerámico sólido típico en estructura con forma de panal usado para este propósito. Sin embargo, puede usarse una malla en forma de panal como alternativa. Los cerámicos sólidos en forma de panal, Tabla I, presentan una caída de presión a una velocidad superficial de 5 m/s y 350C de aproximadamente 750 Pa/m. Lo que es importante es el grado de mezcla conseguido en una estructura con una caída de presión menor (mayor ángulo de inclinación) que tenderá a disminuir el amoniaco desprendido mientras que mantiene la conversión de NO. Esta caída de presión menor es importante en los sistemas de generación de energía ya que cualquier pérdida de presión adicional hará disminuir la eficacia de la turbina de generación de energía.
TABLA 1
1
La Tabla 1 muestra que aunque hay una ligera pérdida en la conversión al pasar de una estructura que contiene un ángulo de inclinación de 45º a una estructura con un ángulo de 60º, esto se ve ensombrecido por el aumento en la eficacia global. La Tabla anterior muestra también que la ventaja de la estructura ondulada porosa catalizada sobre la forma de panal aumenta con el aumento de la GHSV. Esto se debe al beneficio adicional de que se mezcla mejor a mayores producciones por la turbulencia que provoca la estructura ondulada, opuesta al régimen de flujo laminar típico de una forma de panal.
Se cree que para aumentar adicionalmente la conversión, debe usarse una combinación de material de malla poroso ondulado MEC y monolito cerámico convencional en forma de panal en una orientación en flujo vertical. Esto se muestra en la Figura 3c. Sin embargo, puede usarse también una malla en forma de panal construida con fibras metálicas o fibras cerámicas o ambos materiales, como alternativa.
En la Figura 3a un cerámico convencional con estructura con forma de panal 10 tiene una longitud de L_{1}, mientras que una estructura ondulada 12 que usa material de malla MEC de la presente invención para los elementos de relleno de estructura tiene una altura de L_{2} y L_{2} < L_{1} para un valor de conversión dado. En la Figura 3c, la estructura ondulada 14 se combina con una estructura con forma de panal 16 de generalmente la misma construcción que las estructuras 10 y 12 excepto que las longitudes son ahora más cortas para proporcionar una conversión dada proporcionada por cualquiera de la forma de panal sola de la Figura 3a o la estructura ondulada de la Figura 3b. De esta manera se proporciona una conversión mejorada usando un material de estructura ondulada. El uso de una menor cantidad de estructura DeNOx es una solución de compromiso para las instalaciones existentes que prefieren una reestructuración/abastecimiento más rápido a costa de una retirada algo mayor. El aumento en la conversión estará provocado por la mezcla mejorada de la estructura que crea una eficacia mejorada del panal aguas abajo.
En la Figura 2, una estructura de convertidor 18 preferida comprende una carcasa 20 de sección transversal preferiblemente cuadrada o rectangular que tiene una cámara en la que se localiza el relleno 22. El relleno 22 comprende elementos de material fibroso de malla poroso MEC, preferiblemente fibras metálicas, como se ha descrito anteriormente en este documento.
El material poroso MEC comprende una pluralidad de elementos ondulados 24 como se muestra en la Figura 1 y se menciona en la Tabla 1 preferiblemente a un ángulo de inclinación de 45º o a cualquier otro ángulo adecuado de acuerdo con una realización dada. Los elementos 24 son idénticos en esta realización, aunque pueden diferir de acuerdo con la realización particular. En la Figura 19, el ángulo entre elementos adyacentes se define por 2\alpha en el que cada línea diagonal en la figura representa las ondulaciones de un elemento, representando las dos diagonales cruzadas elementos adyacentes en los que la dirección de flujo es como se muestra en la Figura 1. Como se observa en la Figura 4, el ángulo de inclinación \alpha de elementos adyacentes difiere en 2\alpha y se alterna. No hay generadores de vórtice sobre los elementos 24, el número de elementos usados depende de las dimensiones de la carcasa 20 y las dimensiones de las ondulaciones y, por supuesto, del espesor de la lámina.
En la Figura 5, como alternativa, puede usarse un elemento de material de malla ondulado 26 en lugar de los elementos ondulados 24 de la Figura 4. El elemento 26 tiene generadores de vórtice 28 y 30. El elemento 28 de la Figura 6 se fabrica en los aparatos mostrados y descritos en las solicitudes mencionadas anteriormente WO-A-00.53904; WO-A-99.34911. Estas últimas solicitudes proporcionan una descripción de un aparato para obtener los elementos 26, formar las ondulaciones 32 y los generadores de vórtice en el material de lámina. Las ondulaciones se forman mediante las paredes laterales adyacentes 34, 36, 38, 40 y así sucesivamente. Las ondulaciones definen valles 42 y crestas 44. Las paredes laterales están inclinadas preferiblemente a un ángulo \beta (Figura 8) de aproximadamente 90º. Los valles y crestas se extienden en una dirección lineal.
Los elementos 24, Figura 4, tienen orientados sus ejes del canal de ondulación a ángulos alternos en la dirección de flujo f, Figura 1. Las ondulaciones forman canales de gas a su través. Estos canales están en comunicación fluida entre sí en los bordes de los elementos en la superficie periférica de la carcasa 20. El ángulo del patrón de flujo puede ser cualquier valor deseado de acuerdo con una realización dada como se indica en la Tabla I anterior en la caída de presión mínima deseada. El gas que entra en la carcasa 20 en la dirección 21, Figura 2, entra en los canales de los elementos y se desvía después a un ángulo \alpha inicialmente, después a 2\alpha del mismo en los elementos adyacentes y así sucesivamente alternándose en la dirección de flujo. Esto crea una turbulencia en el flujo. Esta turbulencia crea un diferencial de presión a través de los elementos dando como resultado un flujo de fluido a través de los poros del material de lámina poroso MEC.
En las Figuras 6, 7 y 8, los generadores de vórtice 46 y 48 son triangulares y se pliegan hacia fuera del plano del elemento 26 de material de lámina. Los generadores 46 y 48 se alternan en la dirección en la que se proyectan desde el plano del material de lámina como se observa mejor en la Figura 8. Las ondulaciones tienen una anchura w. Los generadores de vórtice proporcionan turbulencia adicional y esto promueve adicionalmente el flujo de fluido a través de los poros del material MEC debido al diferencial de presión a su través. Esto se analiza con más detalle en la solicitud mencionada anteriormente WO-A-99.62629.
En la Figura 9, el relleno estructural 102 en una realización adicional se forma de material de malla poroso MEC, fibras metálicas o fibras cerámicas o ambas, y comprende un conjunto de elementos de relleno idénticos 104, 106, 108 y 110 que son parte de un conjunto más grande 103, Figura 11. Esta estructura de relleno muestra generadores de vórtice de una configuración. Aunque se muestran nueve elementos en la Figura 11, esto es a modo de ilustración, ya que en la práctica pueden usarse más o menos elementos de acuerdo con una realización dada. También, los elementos se muestran en un conjunto cuadrado. Esta configuración es también a modo de ilustración como una realización preferida. En la práctica, el conjunto puede ser también rectangular, circular o de cualquier otra forma deseada en vista en planta, comparable a la vista de la Figura 11, según se desee para una realización dada.
Los elementos se alojan en una carcasa externa de tipo torre 112 que en este caso tiene una sección transversal cuadrada. Otras carcasas (no mostradas) pueden ser de sección transversal rectangular o circular, como se muestra por ejemplo en las realizaciones descritas anteriormente en este documento. Cada elemento 104, 106, 108 y 110 se forma a partir de un blanco de sustrato idéntico 114, Figura 13, preferiblemente de fibras porosas compuestas como se ha descrito anteriormente en este documento. El material se forma preferiblemente a partir del material como se ha descrito anteriormente en este documento o como se describe en las publicaciones indicadas en la introducción.
El blanco 114 es un fragmento de y representa una parte de un blanco completo más grande que forma cada uno de los elementos de la Figura 11. El blanco completo (no mostrado) aparece como se muestra para el blanco parcial 114 con una repetición idéntica del patrón ilustrado que se extiende a la derecha de la Figura (y de acuerdo con una realización dada, puede extenderse adicionalmente verticalmente desde la parte superior a la parte inferior de la figura).
En la Figura 13, el blanco de sustrato 114 incluye una pluralidad de cortes a su través opcionales representados por líneas continuas. Las líneas de pliegue se ilustran mediante líneas discontinuas 116, 118, 120, 160 y así sucesivamente. Una primera fila 122 de lengüetas 124 idénticas y orificios de paso 126 idénticos se forman con una lengüeta 124 y un orificio 126 dispuestos entre cada par alterno de líneas de pliegue adyacentes, tales como las líneas 116 y 118, 120 y 121 y así sucesivamente. Las lengüetas 124 finalmente forman generadores de vórtice como se describirá posteriormente en este documento. Los orificios 126 están situados adyacentes a la zona de la punta de las lengüetas 124 y están localizados en un canal que forma la línea de pliegue de la que surge el borde inclinado 130. Los mismos números de referencia con o sin primas y múltiples primas en las figuras representan piezas idénticas.
Cada lengüeta 124 tiene un primer borde 128 de la misma extensión que un canal que forma la línea de pliegue, tal como la línea 118. La lengüeta 124 tiene un segundo borde 130 que surge en un segundo canal de línea de pliegue tal como la línea de pliegue 116 inclinada hacia las líneas de pliegue 116 y 118 terminando en una punta del segmento del extremo distal 132. Los bordes 128 y 130 terminan en un extremo en la línea de pliegue 160 de la lengüeta a lo largo del plano 133. La punta 132 tiene un borde que es de la misma extensión que el borde 128 siendo rectos ambos bordes y situados sobre una línea de pliegue de un canal, tal como la línea 118. Los bordes 128 y 130 surgen ambos de un plano transversal común 133 como hacen todos los bordes de las lengüetas 124 de la fila 122. La punta 132, que es opcional, preferiblemente es cuadrada o rectangular para el propósito descrito, aunque puede tener otras formas de acuerdo con una realización dada. Los orificios 126 son ligeramente mayores que la punta 132 para permitir que una punta 132 de una lengüeta 124 pase a su través de una manera que se explicará. Todas las lengüetas 124 y orificios de la fila 122 están alineados paralelos al plano 133.
Las filas 127 y 129 adicionales de lengüetas 124 y orificios 126 se alinean paralelos a la fila 122 y se alinean en la misma columna que la columna 134 entre un conjunto dado de líneas de pliegue tales como las líneas 116 y 118. Las lengüetas 124 y los orificios 126 entre las líneas de pliegue 116 y 118 se alinean en la columna 134. El blanco 114 como se muestra tiene columnas alternas 136, 138 y así sucesivamente correspondientes a la columna 134 de las lengüetas 124 y los orificios 126 que están alineados en las filas respectivas 127 y 129. De acuerdo con una realización dada pueden proporcionarse más o menos de dichas filas y columnas.
Las filas 122, 127 y 129 se alternan con las filas 140, 142 y 144 de las lengüetas 124 y los orificios 126. Las lengüetas 124 y los orificios 126 de las filas 140, 142 y 144 están en las columnas alternativas 146, 148, 150 y así sucesivamente. En consecuencia, el blanco 114 tiene una pluralidad de filas y columnas de las lengüetas 124 y los orificios 126 con las lengüetas de un conjunto dado de columnas y filas que se alternan en posición vertical y horizontal con las lengüetas y orificios de las restantes columnas y filas como se muestra.
En las Figuras 10 y 10a, el elemento 1044, como todos los elementos, se forma doblando el material de sustrato del blanco a lo largo de las líneas de pliegue 116, 118, 120, 121 y así sucesivamente (Figura 13) en direcciones alternativamente opuestas. Esto forma el blanco 114 en una estructura canalizada casi-ondulada. La estructura tiene canales idénticos preferiblemente cuadrados en vista en planta 154, 156, 158 y así sucesivamente. Estos canales están orientados en direcciones alternativamente opuestas 159 (Figura 12). De esta manera, los canales 154, 158 y así sucesivamente están orientados hacia el fondo de la figura, las direcciones 159 y los canales 156, 161, 163 y así sucesivamente están orientados en la dirección opuesta hacia la parte superior de la figura.
En la Figura 12, el elemento representativo 162 tiene canales 164, 166, 168, 170 cada uno de los cuales tiene una pared de conexión intermedia respectiva 172, 174, 176 y 178 y así sucesivamente situados en planos que se extienden de izquierda a derecha en la figura espaciados en una dirección perpendicular. El canal 166 tiene paredes laterales en los lados 180 y 182 y el canal 168 tiene paredes laterales en los lados 182 y 184 siendo común la pared 182 para los 166 y 168. El elemento 162 tiene canales idénticos adicionales como se observa en la Figura 11. Todos los elementos de relleno 102 están construidos de forma similar, con canales idénticos.
Antes de formar los canales o al mismo tiempo, las lengüetas 124, Figura 13, se doblan para proyectarse desde el plano del blanco 114 para formar generadores de vórtice en las líneas de pliegue 160 colineales situadas en el plano 133.
Las lengüetas 124 en la fila 122 se doblan fuera del plano de la figura en direcciones opuestas en columnas alternas 134, 136, 138 y así sucesivamente. De esta manera las lengüetas de las columnas 134,138, y 145 se doblan en la misma dirección, por ejemplo, fuera del plano del dibujo hacia el observador. Las lengüetas en las columnas 136 y 41 se doblan en la dirección opuesta fuera del plano de la figura lejos del observador. La misma secuencia de doblado la proporcionan las lengüetas de filas 127 y 129 que están en las mismas columnas que las lengüetas de la fila 122 de manera que las lengüetas de una columna dada se doblan todas en direcciones paralelas.
Las lengüetas 124' de la siguiente fila 140 en las columnas alternas adyacentes 146, 148, 150 y así sucesivamente se doblan todas en paralelo en la misma dirección que las líneas de pliegue 186 colineales correspondientes paralelas al plano 133 hacia el observador. También son paralelas a las lengüetas de las columnas 134, 138 y así sucesivamente.
Las lengüetas 124'' de la siguiente fila 127 se doblan por sus líneas de pliegue respectivas en la misma dirección que las lengüetas 124' en la fila 127, por ejemplo, hacia el observador fuera del plano del dibujo. Estas lengüetas son paralelas a las lengüetas de la fila 140.
Las lengüetas 124''' de la fila 142 se doblan por sus líneas de pliegue 188 en una dirección opuesta a la de doblado de las lengüetas de las filas 127 y 140, por ejemplo, en una dirección fuera del plano del dibujo lejos del observador. Estas lengüetas son paralelas y se doblan en la misma dirección que las lengüetas en las columnas 136 y 141. Las lengüetas de la fila 129 se doblan en la misma dirección que las lengüetas de las filas 122 y 127 en las mismas columnas, repitiendo dichos dobleces. Las lengüetas de la fila 144 se doblan igual que las lengüetas de las filas 142 y 140 hacia el observador.
En las Figuras 9 y 10, el elemento 104 tiene un conjunto de lengüetas 124_{1}, 124_{1}', 124_{1}'', 124_{1}''', 121 y 123 en el canal 154. Todas las lengüetas 124_{1}, 124_{1}'', y 121 se extienden en la misma dirección, por ejemplo, desde el canal 154 que conecta la pared 190 en el canal 154. Las lengüetas 124_{1}', y 123 se extienden desde la misma pared lateral del lado, por ejemplo, la pared lateral 192. La lengüeta 124_{1}''', sin embargo, se extiende hacia el canal 154 desde la pared lateral 194 del lado opuesto. Las lengüetas en vista en planta a lo largo de la longitud del canal 154, desde la parte superior de la figura al fondo, en las Figuras 9 y 10, interrumpen los canales verticales y forman de esta manera una ruta exclusivamente tortuosa generalmente vertical para los fluidos. No está disponible una trayectoria de fluido lineal abierta continua vertical a lo largo de las longitudes del canal para cualquiera de los canales.
Las lengüetas en el siguiente canal orientado opuesto 156 están en una orientación de imagen especular respecto a las lengüetas del canal 154 como se observa mejor en la Figura 10.
La interrupción de bloqueo tortuoso de la trayectoria lineal vertical por las lengüetas se observa mejor en la Figura 12a. El elemento representativo 162 del canal 166 tiene una lengüeta más alta 124_{2}, una lengüeta a continuación más baja 124_{2}' y aún otra lengüeta todavía más baja 124_{2}'' y así sucesivamente. Como se muestra, una porción de cada una de las lengüetas solapa con una porción de las otras lengüetas en el canal. En la vista en planta el canal 166 está totalmente bloqueado por las lengüetas, como lo están todos los canales, en la dirección vertical perpendicular al plano de la figura. De esta manera no está presente una trayectoria de fluido lineal vertical a lo largo de la longitud del canal 166 (o canales 154, 156, 158 y así sucesivamente en la Figura 10). También, cada lengüeta en un canal dado tiene un borde de la misma adyacente a y apoyado en una pared lateral del lado o una pared de conexión.
Cada uno de los orificios 126 recibe una punta 132 de una lengüeta correspondiente. Por ejemplo, en la Figura 12, una punta 132_{2} de la lengüeta 124_{2} se extiende a través de un orificio 126 hacia el canal adyacente 196 de un elemento adyacente 1102. Una punta 132_{2}' de la lengüeta 124_{2}' se extiende hacia el canal adyacente 198 del elemento 162. Una punta 132_{2}'' de la lengüeta 124_{2}'' se extiende hacia el canal adyacente 1100 del elemento 162. Las puntas de la lengüeta se extienden por lo tanto a través de los orificios correspondientes 126 del canal del mismo en un siguiente canal adyacente para todas las lengüetas.
Las lengüetas que se extienden desde una pared de conexión intermedia, tal como la lengüeta 124_{2}, Figura 12, unidas a la pared 174 del elemento 162, se extienden hacia y pasan a través del orificio 126 de la pared de conexión del elemento adyacente de relleno, tal como la pared 197 del elemento 1102. Sin embargo, ninguna de las lengüetas del elemento 1102 se extiende hacia o desde los canales del elemento 162. De esta manera, las lengüetas de cada elemento se emplean para que cooperen sustancialmente sólo con los canales de este elemento para proporcionar las trayectorias de fluido tortuosas deseadas. Las lengüetas de cada elemento son sustancialmente independientes de los canales de los elementos adyacentes, independientemente de que las puntas 132 de las lengüetas de la pared de conexión cooperen como se ha descrito con la pared de conexiones y canales de los elementos adyacentes.
Las lengüetas 124 y las puntas 132 no se doblan lejos del plano del blanco 114, Figura 13 para aquellas paredes de los canales próximas y adyacentes a la carcasa, estando apoyadas dichas paredes en la carcasa 112. De esta manera las lengüetas en los bordes del conjunto de la estructura 103, Figura 11, no se extienden más allá de la estructura para no interferir con las paredes interiores de la carcasa 112. De la misma manera, las lengüetas en las superficies de borde de la estructura 103 no se doblan más allá del plano de estas superficies como se muestra en la Figura 11. Los orificios 126 en estas superficies de borde tampoco son necesarios.
Las puntas 132 y los orificios 126 se emplean opcionalmente para proporcionar flujo de líquido por goteo a los lados opuestos de las paredes de canal respectivas para potenciar el contacto del fluido a través de la estructura de relleno. También, los orificios transversales de comunicación y similares son opcionales para la presente invención.
Los orificios 126 proporcionan también comunicación fluida entre los canales en direcciones transversales al eje vertical del conjunto de estructura 103. Por supuesto, las aberturas en los elementos estructurales del material de lámina formadas doblando las lengüetas fuera del plano del material de lámina proporcionan una mayor comunicación fluida entre los canales en una dirección transversal. Estas aberturas y aberturas 126 pueden formarse en las cuatro paredes de cada canal interior.
Los elementos del conjunto de estructura 103, Figura 11, tales como los elementos 104, 106, 108, 110 y así sucesivamente, preferiblemente se aseguran juntos soldando por puntos las esquinas de los canales en los extremos superior e inferior del conjunto 3. La soldadura es opcional puesto que los elementos pueden dimensionarse para que se ajusten con fijación en la carcasa de tipo torre 112 (Figura 11) y mantengan en su sitio la carcasa por fricción o por otros medios (no mostrados) tales como fijadores o similares. Los elementos también pueden asegurarse juntos en primer lugar por cualquier dispositivo de sujeción o medio de unión conveniente.
Debe entenderse que el número de lengüetas en un canal y su orientación relativa se da a modo de ejemplo. Por ejemplo, sólo una lengüeta, tal como la lengüeta 124_{1}''' en el canal 154 se extiende desde la pared lateral del lado 194 hacia el canal 154. En la práctica, más de una lengüeta se extendería de cada pared lateral en cada canal. También, la secuencia de la orientación de la lengüeta, por ejemplo, qué lengüetas se extienden desde una pared dada en una secuencia vertical, es también a modo de ejemplo, ya que pueden usarse otras orientaciones de acuerdo con una necesidad dada.
Además, la longitud vertical de los elementos y los canales del conjunto de relleno del conjunto 103 en la práctica pueden variar de lo mostrado. Las longitudes del canal se determinan por los factores implicados para una realización dada según se determina por los tipos de fluido, volúmenes de los mismos, velocidades de flujo, viscosidades y otros parámetros relacionados necesarios para realizar el proceso deseado como se ha analizado anteriormente en este documento con más detalle. La estructura de las Figuras 9-13 se describe adicionalmente en el documento WO-A-99.34911 mencionado anteriormente.
En las Figuras 14, 15 y 16, una estructura de soporte de un catalizador o relleno modular para transferencia de calor 2028, de acuerdo con una realización dada, se pone axialmente en un tubo 202020 en toda la longitud del tubo 202020. Cada uno de los rellenos 2028 comprende un único trozo de lámina de malla porosa o material de tamiz hecho de metal u otras fibras. El material de fibra puede ser también cerámico, vidrio, carbono o cualquier combinación de los mismos. Los rellenos modulares 2028 se sitúan preferiblemente apoyados (o en una relación con espacios muy próximos) en la perforación del tubo 202020.
El relleno modular 2028 representativo comprende una única lámina del material de malla poroso. El material de malla, Figura 16, se dobla por las líneas de pliegue 2030, 2031, 2033 y así sucesivamente en un lado 2034 del relleno 2028, y por las líneas de pliegue 2030', 2031' y 2033' y así sucesivamente por el lado opuesto 2036 del tubo 202020. Las líneas de pliegue 2030, 2030' definen una sección plana 2038 entre el material plano de lámina de malla. Las líneas de pliegue 2031, 2031' forman una sección plana 2040 adyacente de material de malla. Las secciones 2038 y 2040 forman un canal para el flujo de fluido 2042 entre las mismas para el flujo de fluido nominalmente en la dirección 2044, Figura 14. La dirección real del flujo de fluido en el tubo es compleja debido a la turbulencia como se describirá y también por los flujos transversales inclinados respecto al eje longitudinal del tubo definido por la dirección 2044.
La zona entre las secciones 2038 y 2040, a modo de ejemplo, entre las líneas de pliegue 2030' y 2031' forma una interfaz 2046 del tubo intermedio generalmente rectangular que se apoya en la superficie interna del tubo 202020. Las secciones 2038 y 2048 que son representativas de la orientación de las otras secciones en el relleno 2028 son paralelas y paralelas a las otras secciones en el relleno. Como resultado hay un conjunto 2048 de secciones paralelas, terminando cada sección en una línea de pliegue que forma una interfaz con la línea de pliegue de la sección adyacente. Las interfaces intermedias tales como la interfaz 2046 se apoyan todas en una superficie interna del tubo 202020 en relación de conducción térmica preferible. Las secciones tales como las secciones 2038 y 2040 y así sucesivamente están todas interconectadas como una estructura de una sola pieza separada por líneas de pliegue y una interfaz intermedia, tal como la interfaz 2046.
El conjunto de secciones tales como las secciones 2038 y 2040 forman un conjunto de canales de fluido correspondiente tal como el canal 2042 que son todos paralelos generalmente de la misma anchura transversal en las direcciones 2050, Figura 4. En cada canal se localizan paletas generadoras de turbulencia 2052, 2054 y 2056, por ejemplo en el canal 2058. Las paletas están todas inclinadas a aproximadamente 45º con respecto a la dirección de flujo del fluido 2044, a través del tubo 2020, aunque pueden estar inclinadas a otros ángulos. Las paletas redirigen el fluido que colisiona sobre las paletas transversalmente contra la superficie de la pared lateral interna del tubo 2020 para optimizar la transferencia de calor al tubo. Las paletas 2052, 2054 y 2056 son sólo unas pocas de las paletas unidas a la sección. Otras paletas similares están alineadas espaciadas con las paletas 2053, 2054 y 2056 en la dirección de flujo axial del fluido 2044 del tubo 2020 en un conjunto vertical. Una interfaz o paleta (en el borde del relleno tal como las paletas 2057 y 2059, Figura 16) está en contacto de conductividad térmica con la superficie interna del tubo 2020. El relleno modular 2028 es por lo tanto una estructura en zig-zag doblada de acuerdo con los canales rectangulares formados por las secciones planas y las interfaces intermedias. Las interfaces intermedias están formando ángulos respecto al plano de algunas de las secciones para ajustarse con la curvatura correspondiente de la superficie interna del tubo 2020 como se muestra en la Figura 4.
La configuración y distribución de las paletas 2052, 2054, 2056 y así sucesivamente se ilustra mejor en relación con las figuras 17 y 18. En las Figuras 17 y 18, la orientación de las paletas es diferente, aunque el dimensionado de las paletas es el mismo para una diámetro interno de tubo dado puesto que la orientación relativa de las paletas no es crítica para un tubo dado, siendo la orientación de todos los módulos preferiblemente la misma en un tubo correspondiente. Sin embargo, la orientación de las paletas, que puede ser de aproximadamente 45º respecto al eje longitudinal del tubo, puede ser también diferente para un conjunto dado de módulos en un tubo de acuerdo con una realización
dada.
En la Figura 17, tres láminas de blanco rectangulares idénticas 2062, 2062' se forman de malla de hilo a partir de un blanco 2063, el material de malla que se describirá a continuación. La lámina 2062' representativa es una lámina rectangular alargada de material de malla de fibra que tiene dos bordes longitudinales 64 paralelos idénticos y bordes finales 2066 paralelos idénticos. Las líneas continuas en la lámina del blanco 2063 representan cortes a su través. La lámina del blanco 2062' tiene una pluralidad de secciones alineadas 2068, 2070 y 2072 y así sucesivamente en un conjunto lineal. Las secciones tienen diferentes longitudes L que corresponden a la dimensión transversal a través del diámetro interno del tubo 2020 para esta sección (véase la Figura 16). Las interfaces están entre cada sección tal como las interfaces 2074, 2076 y 2078. Las interfaces se alternan en lados opuestos del tubo 2020 como se muestra en la Figura 16. Las paletas se forman mediante los cortes 2088, Figura 18, en la sección 20104 a 45º respecto la dimensión de longitud del blanco y las secciones de izquierda a derecha en la figura.
Como se observa mejor en la Figura 18, en el blanco 20104 las paletas tales como las paletas 2080, 2082 y 2084 en la sección representativa 2086 son idénticas y están formadas por cortes a su través 2088. Las paletas 2090 y 2092 son más cortas que las paletas 2080, 2082 y 2084 puesto que están localizadas en la esquina de la sección. Las paletas de imagen especular 2094 y 2096 en la esquina diagonal opuesta de la sección 86 son iguales que las paletas 2090 y 2092, aunque en alternativa pueden diferir entre sí de acuerdo con una realización dada.
El corte 2088 tiene una porción recta 2088' y un corte que forma un ángulo 2088'' en un extremo del corte y un corte con forma de U 2098 junto con el corte 2088'. La paleta representativa 2084 tiene una línea de pliegue 20100 mostrada por la línea discontinua. Las líneas de pliegue para las paletas en las otras secciones no se muestran mediante líneas discontinuas, aunque se pretende incluirlas. Las líneas de pliegue para todas las secciones centrales en el blanco 20104 excluyendo las dos secciones finales opuestas tales como la sección 20102 son paralelas a la línea de pliegue 20100.
Cada una de las secciones está separada por dos líneas de pliegue tales como las líneas de pliegue 20106 y 20108 entre las secciones 2086 y 20102. Las secciones 20106 y 20108 forman la interfaz intermedia 20110 entre las mismas. Otra interfaz intermedia 20112 está entre las líneas de pliegue 20114 y 20116 de las secciones respectivas 20118 y 2086 y así sucesivamente.
Las paletas de la sección final 20102 son diferentes entonces de las paletas intermedias de las secciones finales. Las paletas 20120, 20122, 20124, 20126 y así sucesivamente de la sección final 102 son más finas en la anchura transversal, y tienen bordes externos curvos 20128. Estas paletas se apoyan directamente sobre la superficie interna del tubo y por lo tanto tienen curvaturas que se ajustan a la curvatura de la superficie interna curva del tubo 2020. Esta sección final de las paletas corresponde a la locación de las paletas 2054, 2057, por ejemplo, en la Figura 16, relleno modular 2028. Debe entenderse que los dibujos no están a escala y generalmente son de naturaleza esquemática para explicar los principios en lugar de proporcionar la relación dimensional exacta de los diferentes elementos del relleno y el tubo 2020.
Como las paletas de los diferentes rellenos modulares 2028; Figuras 14-16, están inclinadas generalmente a 45º respecto al eje longitudinal del tubo 2020, todas estas paletas dirigen el fluido contra la superficie interna de la pared del tubo para maximizar la transferencia de calor desde el interior de las secciones al tubo. Las paletas crean también diferenciales locales de presión, es decir, turbulencia, que pueden maximizar el flujo de fluido a través de la malla del material de sustrato que forma el relleno modular 2028 como se describirá con más detalle en este documento. El material de malla debido al pequeño tamaño de poro normalmente no presenta flujo de fluido a su través cuando el diferencial de presión a su través en superficies opuestas es aproximadamente igual o un pequeño valor.
El tamaño y el espaciado de las aberturas en el material de malla de las secciones, en combinación con las paletas generadoras de turbulencia, se seleccionan para obtener una mezcla en toda su extensión y una caída de presión deseadas a través de la malla del relleno estructural.
La invención se describirá ahora con respecto a los siguientes ejemplos; sin embargo, no se pretende limitar el alcance de la presente invención a los mismos.
Ejemplo 1
Un catalizador de conversión de NO_{x} compuesto por una mezcla de óxidos de metal de transición se muele en un molino de bolas Eiger durante cinco minutos a 4000 rpm para preparar una suspensión del 19,6 por ciento en peso de sólidos para producir un tamaño medio de partícula de 2,4 micrómetros. A esta mezcla en suspensión se le añadió un 2% en peso de sol de alúmina Nyacol en base al peso de los sólidos en la suspensión. Una lámina de microfibra Hastelloy X de 0,4 milímetros de espesor y 90% de porosidad se formó en una estructura con forma de panal que se recubrió después con esta mezcla en suspensión mediante recubrimiento por inmersión de la estructura. La suspensión en exceso en los canales se retiró por tratamiento con cuchillo de aire a 5 bar de presión. La estructura pesaba 6,14 gramos antes del recubrimiento, y 7,25 gramos después del recubrimiento y se secó a 120ºC durante 1 hora, dando un porcentaje en peso de recogida del 15,4 por ciento en peso. Esta estructura en forma de panal recubierta se recubrió después una segunda vez con el mismo cuchillo de aire para retirar la suspensión de los canales en forma de panal. El segundo recubrimiento dio como resultado una estructura en forma de panal con un peso de 8,40 gramos que produjo una muestra del 26,9 por ciento en peso. Dos estructuras con forma de panal más de 6,32 y 8,43 gramos de peso se recubrieron como se describe en este ejemplo y el porcentaje en peso final de estas dos muestras fue del 27,9 y 28,6%. Estas muestras se usaron para la evaluación catalítica de la retirada de NOx en un gas de escape simulado y se demostró que eran catalizadores eficaces para la retirada de NOx.
Ejemplo 2
A sesenta gramos de la mezcla en suspensión del Ejemplo 1, se le añadieron sesenta gramos de agua para diluir el contenido de sólidos en la suspensión al 9,8 por ciento en peso. Una estructura en forma de panal de 5,87 gramos se recubrió con la suspensión del 19,6 por ciento en peso del Ejemplo 1, y se secó como se ha descrito en el Ejemplo 1. Esta estructura con forma de panal se recubrió después una segunda vez con la suspensión del 9,8 por ciento en peso, y se trató con cuchillo de aire como se ha descrito en el Ejemplo 1. Este segundo recubrimiento dio como resultado un nivel de carga final del 21,2 por ciento en peso. Esta muestra se usó para la evaluación catalítica de la retirada de NOx en un gas de escape simulado, y se demostró que era un catalizador eficaz para la retirada de NOx.
Ejemplo 3
El segundo lote del catalizador se molió en un molino de bolas como se ha descrito en el Ejemplo 1 durante 5 minutos. A esta suspensión se le añadió un 1 por ciento en peso de Povidone (PVP) (un producto polimérico soluble en agua de BASF) basado en la concentración total de la suspensión. A esta suspensión se el añadió un 5 por ciento en peso de sol de alúmina Nyacol basado en el contenido de sólidos en la suspensión. Se descubrió que el contenido de sólidos era del 23,1 por ciento en peso. Para dos estructuras con forma de panal hechas del material de microfibra usado en el Ejemplo 1, el recubrimiento por inmersión de esta suspensión al 23,1% produjo un producto recubierto que contenía el 20,5 y 19,8 por ciento en peso de sólidos después del secado a 120ºC durante 0,5 horas, y calcinación a 500ºC durante 1 hora. A una tercera estructura con forma de panal esta suspensión al 23,1 por ciento en peso se diluyó al 17,8 por ciento en peso, y el producto recubierto tenía un nivel de carga del 16,3 por ciento en peso. Estas muestras se usaron para la evaluación catalítica de la retirada de NOx en un gas de escape simulado, y se demostró que eran catalizadores eficaces para la retirada de NOx.
Ejemplo 4
Se preparó un relleno de las siguientes especificaciones:
Tamaño del reactor
\hskip0.5cm Anchura del reactor 0,05 m
\hskip0.5cm Profundidad del reactor 0,05 m
\hskip0.5cm Altura del haz 0,09 m
\hskip0.5cm Volumen del haz 2,25E-04 m^{3}
\hskip0.5cm Nº de haces 2
\hskip0.5cm Láminas/Haz 10
\hskip0.5cm Altura total del reactor 0,18 m
\hskip0.5cm Volumen total del reactor 4,50E-04 m^{3}
\hskip0.5cm Área superficial específica del relleno 500 m^{2}/m^{3}
Material de relleno
\hskip0.5cm Diámetro de la fibra 12 \mum
\hskip0.5cm Espesor de la lámina 0,8 mm
\hskip0.5cm Porosidad 90%
\hskip0.5cm Material Acero Inoxidable 316
y el catalizador se recubrió de la siguiente manera:
El catalizador DeNOx se molió con un molino de bolas a un tamaño medio de partícula menor de 5 \mum. El catalizador se mezcló con agua en una proporción en peso de 15:85, y se homogenizó en un molino de bolas con bolas de zirconia. El pH de la suspensión se ajustó a 8,5 por adición de amoniaco. La suspensión se transfirió a un baño de recubrimiento que contenía dos electrodos conectados a los polos positivos de un suministro de energía. Cada lámina del haz se recubrió por separado. La lámina se puso verticalmente paralela a y a una distancia igual desde cada uno de los electrodos y conectada al polo negativo del suministro de energía. El recubrimiento se depositó a 9 V durante 30 segundos. La lámina se tomó del baño, y se secó al aire a 100ºC durante 30 minutos, después de lo cual se calcinó en aire a 500ºC durante 30 minutos a una velocidad de calentamiento de 10ºC/min.
Ejemplo 5
El rendimiento de una nueva estructura catalítica DeNOx de Reducción Catalítica Selectiva (SCR) de la configuración descrita en el Ejemplo 4 se usó en un ensayo convencional de actividad de DeNOx usando las siguientes condiciones: una concentración de entrada de NOx de 500 ppm, suministro de NH_{3} de 1,1 x estequiometría, temperatura de 350ºC, velocidad espacial de 10000 1/h y una caída de presión de 1,5 mbar/m (0,06 psi/ft). En estas condiciones se midió una reducción eficacia para NOx del 92% para esta estructura catalítica que contiene 0,16 g de vanadio. Esto puede compararse con el mismo catalizador configurado en forma de panal (35 cpsi, 2,3 g de vanadio) dando una eficacia de retirada de NOx del 96% en las mismas condiciones de reacción.
En general, se cree que la reacción de DeNOx es de primer orden con respecto a NOx. Por la tanto, la estructura catalítica de este ejemplo alcanza una retirada de NOx comparable a una velocidad de retirada de primer orden/unidad de catalizador que es 11 veces más rápida que la de una estructura convencional.
Ejemplo 6
En este ejemplo el rendimiento de la misma estructura catalítica que en el Ejemplo 2 se ha usado para estudiar la eficacia de retirada de NOx para aplicaciones de bajo contenido de NOx. Una corriente de gas que contiene 27 ppm de NOx se ha tratado sobre la estructura catalítica después de la inyección de amoniaco a dos puntos diferentes aguas arriba del reactor. En el primer caso la corriente de entrada de gas resultante se mezcla bien, en el segundo caso NOx y NH_{3} se mezclan un poco antes de entrar en la estructura catalítica. Los resultados de estos experimentos (realizados en las mismas condiciones que en el Ejemplo 5 excepto por las concentraciones de NOx y NH_{3}) se resumen en la siguiente tabla:
2
La estructura DeNOx SCR de tipo malla puede garantizar cantidades muy bajas de NOx y NH_{3} en la salida de las corriente que no están premezcladas perfectamente. Este no es verdaderamente el sistema convencional, en el que el rendimiento cae drásticamente si no se consigue una mezcla perfecta.
Ejemplo 7
Una estructura ondulada SCR-DeNOx de tipo malla se comparó con un cerámico sólido de canal recto convencional en forma de panal en condiciones que simulan la salida de una Turbina de Gas. Ambas estructuras utilizaron el mismo catalizador (V_{2}O_{5} al 3% sobre WO_{3}/TiO_{2}. La caída de presión en todos los casos es de 740-840 Pa/m.
Temperatura -350ºC
NO en - 20 - 30 ppm
NH_{3}/NO en - 0,92 - 1,0
Sección Transversal del Reactor de Ensayo - 86 x 90 mm
Longitud del Reactor de Ensayo - 740 - 750 mm
Velocidad Superficial - 6,4 m/s
Estructura de Tipo Malla
500 m^{2}/m^{3} en la superficie de la lámina
Carga del catalizador = 0,19 (peso catalizador/peso catalizador + peso malla)
Ángulo de ondulación = 60 grados respecto a la horizontal
Catalizador con forma de Panal
882 m^{2}/m^{3}
45,9 cpsi
La constante de velocidad específica en los siguientes resultados tiene en cuenta las diferencias en la entrada de NH_{3}/NO.
k/SV = -ln(1-x/r)
donde
k = constante de velocidad específica (1/h)
SV = velocidad espacial (suministro vol/estructura vol)
x = conversión de NO
r = entrada de NH_{3}/NO.
Resultados
3
Este ejemplo muestra claramente que una estructura ondulada de tipo malla puede retirar más NO que un cerámico sólido con estructura con forma de panal del mismo volumen.
Ejemplo 8
En el siguiente ejemplo los 250 mm superiores del cerámico sólido en la estructura con forma de panal se retiraron y sustituyeron, en un caso por una estructura ondulada de tipo malla catalizada y en otro por una hoja metálica no catalizada de la misma configuración ondulada. Este se realizó para evaluar el impacto de la mezcla mejorada antes de la estructura en forma de panal sobre el amoniaco desprendido (amoniaco no reaccionado).
Resultados
4
Los resultados de este ejemplo muestran que un elemento ondulado mezclador catalizado en combinación con un canal recto en forma de panal es mucho más eficaz para convertir amoniaco que un mezclador ondulado no catalizado seguido por un cerámico sólido de cadena lineal en forma de panal. Además, la comparación de los ejemplos 7 y 8 muestra que el uso de una estructura ondulada mezcladora (catalizada o no catalizada) más una estructura en forma de panal es más eficaz para retirar NOx que la misma longitud de la estructura en forma de panal sola.
Ejemplo 9
Una suspensión al 25% (en peso de sólidos) de un material catalítico V_{2}O_{5}-WO_{3}/TiO_{2} se preparó moliendo en un molino de bolas a un tamaño <1 micrómetro. El contenido de sólidos del material en suspensión se redujo al 10% por adición de agua desionizada. A esta suspensión, se le añadió un 2% (en peso basado en el contenido de sólidos de la suspensión) de sol de zirconia estabilizado con ácido nítrico. Adicionalmente, se añadió un 1% (en peso basado en el peso de la suspensión) de sulfato amónico a esta suspensión.
Las láminas, de 2,5 cm por 3,5 cm por 0,8 mm de espesor, con un 95% de volumen hueco, hechas de fibras de sílice de alta pureza se recubrieron usando esta suspensión. Las láminas se secaron después a 120ºC durante 1 h. Se realizó un segundo recubrimiento de catalizador a partir de la suspensión y las láminas se secaron de nuevo a 120ºC durante 1 h. Las láminas secadas se calcinaron a 350ºC durante 4 h. Se descubrió que la captación de material catalítico sobre las láminas de fibra de sílice era del 70% (basado en el peso final de la lámina recubierta). El catalizador preparado de esta manera se ensayó para su capacidad de reducción de NO. Las condiciones del ensayo fueron:
Concentración de NO: 410 ppm
Concentración de NH_{3}: 390 ppm
Concentración de Oxígeno: 5%
Concentración de CO_{2}: 13%
Concentración de H_{2}O: 8%
Se observó una conversión de NO del 86% a una temperatura de 300ºC y una velocidad espacial de 25000 h^{-1}.

Claims (7)

1. Un aparato (18, 102, 2048) para retirar al menos un óxido de nitrógeno de un fluido que fluye al aparato desde una dirección dada (21), que comprende:
una estructura de material poroso de lámina de malla fibrosa (22, 24, 26, 102) formada por una pluralidad de capas de fibras orientadas aleatoriamente, teniendo el material de lámina de la estructura poros y lados opuestos, estando cada uno en comunicación con los poros, teniendo dicha estructura de malla una porosidad de más de aproximadamente el 85%, comprendiendo la estructura de malla una pluralidad de canales (154, 156, 158, 161, 163, 164, 166, 168, 170), teniendo cada canal una entrada de recepción de fluido y una salida de fluido, fluyendo el fluido recibido a través de los canales desde las entradas a través de dichas salidas, incluyendo dicho material de lámina generadores de turbulencia (28, 46, 48, 121, 123, 124, 124', 124'', 124''') localizados en los canales y que se extienden desde el material de lámina, estando formados los generadores desde e integrales con dicho material de lámina y que se extienden en los canales para formar turbulencia en el fluido que fluye, creando la turbulencia un diferencial de presión a través del material de lámina de malla, proporcionando dicho diferencial de presión una fuerza directriz para el acceso del flujo del fluido que fluye a los poros para promover el contacto con el material fibroso en los poros sobre esencialmente toda la superficie del material de lámina fibroso; y
un catalizador de conversión de óxido de nitrógeno soportado sobre las porciones interior y exterior de la estructura de material de lámina para reaccionar con los fluidos que fluyen recibidos.
2. El aparato de la reivindicación 1 que incluye una disposición en serie de dicha estructura de malla de material de lámina (14) y una estructura con forma de panal (16).
3. El aparato de la reivindicación 2 en el que la estructura de malla de material de lámina y la estructura con forma de panal se disponen de manera que el fluido fluye inicialmente hacia la estructura de malla de material de lámina y después hacia la estructura con forma de panal.
4. El aparato de la reivindicación 1 en el que la estructura de malla de material de lámina (24, 26) es ondulada.
5. El aparato de la reivindicación 1 en el que la estructura de malla de material de lámina comprende láminas onduladas adyacentes (24, 26), cada lámina con ondulaciones paralelas, las ondulaciones de láminas adyacentes a 90º unas respecto a otras y a un ángulo \mu respecto a la dirección dada del flujo de fluido.
6. El aparato de la reivindicación 1 en el que la estructura de malla de material de lámina está hecha de uno de fibras metálicas, fibras cerámicas, o una combinación de fibras metálicas y cerámicas.
7. El aparato de la reivindicación 2 en el que la estructura con forma de panal está hecha de uno de material cerámico sólido, fibras metálicas, fibras cerámicas, o fibras metálicas y cerámicas.
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