Eliminación de carbonilla en gases de escape con catalizadores DeNOx. Determinación de parámetros cinéticos

Soot removal from exhaust using DeNOx catalysts. Kinetic parameters estimation

Los catalizadores DeNO_x se emplean en la eliminación de los óxidos de nitrógeno en vehículos diésel y, también, puede que entren en contacto con carbonilla o incluso sean utilizados como sistemas de reducción de NO_x y soot simultáneamente (DPNR-Diesel Particulate NO_x Reduction); por ello, es importante profundizar en el mecanismo de interacción entre el soot y el catalizador. Se ha utilizado un soot Printex U modelo y un catalizador Pt-K/Al₂O₃, con el potasio en forma de óxido e hidroxicarbonato hidratado. Se ha estudiado mediante TG-MS el proceso de eliminación en diferentes atmósferas oxidantes. Los procesos han sido desacoplados mediante el establecimiento de la función de distribución de energía de activación. En ausencia de catalizador, se produce la combustión del soot con el oxígeno molecular en fase gas a temperaturas alrededor de los 1100 K. En presencia de NO, la reducción tiene lugar a menor temperatura debido a su carácter más oxidante y a las especies de óxidos de nitrógeno retenidas y en fase gas. Si la carbonilla se encuentra en contacto con el catalizador Pt-K/Al₂O₃, los centros Pt-OH-K son los responsables de la eliminación vía gasificación a 780 K con una energía de activación alrededor de 85 kJ·mol^-1.

Introducción

En la actualidad, el sector del transporte es uno de los principales causantes de la contaminación atmosférica, siendo los vehículos con motorizaciones diésel los que contribuyen en mayor proporción a las emisiones de óxidos de nitrógeno (NO_x) y material particulado (PM). A pesar de los intentos por reducir la venta de este tipo de vehículos o modificar el combustible de partida para evitar el origen de fuentes fósiles, el número de automóviles que circulan en la actualidad y que lo seguirán haciendo a corto y medio plazo es elevado. Por ello, es necesario la reducción de la emisión de esos compuestos contaminantes por debajo de los niveles establecidos por las cada vez más restringentes normativas que, en el caso de Europa, se regula por la Euro 6 que en la actualidad impone como límite máximo para la emisión de NO_x y carbonilla unos valores de 0,08 y 0,005 g km^-1.

Para la eliminación de NO_x existen dos tecnologías catalíticas ampliamente desarrolladas, la de Almacenamiento y Reducción de óxidos de nitrógeno (NSR) y la Reducción Catalítica Selectiva (SCR), requiriendo esta última el aporte de un agente reductor como el amoniaco y necesitando a priori la colocación de un depósito con una solución de urea, que descomponga proporcionando el amoniaco involucrado en la reacción. La tecnología NSR está basada en el funcionamiento cíclico del motor, ya que considera la alternancia de etapas ricas y pobres en combustible. Los catalizadores empleados, tipo LNT (del inglés Lean NO_x Trap), actúan como trampa almacenadora de los óxidos de nitrógeno en la etapa oxidante y, posteriormente, son liberados en la fase rica en combustible con reacción y formación de nitrógeno y agua. Principalmente, estos catalizadores están compuestos por un soporte de alta área superficial, como la alúmina, un metal noble como el Pt o el Pd y un elemento almacenador, que suele ser un alcalino o alcalino-térreo, siendo el catalizador modelo el Pt-Ba/Al₂O₃.