Reducción selectiva catalítica de óxido nítrico con hidrocarburos. Elección del catalizador, modelado de la reacción y optimación del reactor

Abstract

El presente trabajo está enfocado hacia la reducción de los óxidos de nitrógeno mediante catalizadores metálicos soportados, utilizando hidrocarburos como agente reductor. El estudio aborda la preparación de los catalizadores, análisis del comportamiento actividad/selectividad de los mismos, estudios cinéticos de la reacción NO+HC+O2, y el diseño y control óptimo del reactor. Los catalizadores se han preparado sobre una alúmina comercial dopada con óxidos alcalino-térreos y óxidos de tierras raras incorporados al 10%. La incorporación de las fases metálicas activas se ha realizado mediante adsorción en disolución para lograr contenidos metálicos del 1%. La reactividad de los catalizadores en la eliminación de NO con hidrocarburos se ha estudiado en un reactor de lecho fijo equipado con analizadores específicos, el cual permite la resolución de la distribución de productos durante el transcurso de la reacción. Igualmente, se ha estudiado la reacción modificando las concentraciones de oxígeno, así como variando la naturaleza del hidrocarburo; se han alimentado metano, etileno y propileno. El comportamiento de los catalizadores se ha analizado en base a los siguientes parámetros: actividad y selectividad en el punto de máxima conversión. Se ha realizado el estudio cinético de la reacción de reducción de NO con HC, determinándose los órdenes de reacción de eliminación de NO, de combustión del hidrocarburo, y de oxidación de NO, así como las correspondientes energías de activación. Se ha establecido el conjunto de ecuaciones diferenciales de estado que modelan el sistema de reacción, y permiten su optimación mediante las teorías de control óptimo. El control del lecho isotermo permite establecer una ecuación paramétrica para el cálculo de la temperatura del reactor que logra la máxima conversión en función de las variables de estado. Esta ecuación ha sido generalizada a o