Calentamiento por efecto Joule o inductivo para el mejoramiento del desempeño de catalizadores estructurados metálicos en reacciones de oxidación.

Abstract

Los catalizadores estructurados tomaron gran relevancia en el último tiempo debido a que por su estructura geométrica permiten el tratamiento de grandes volúmenes de gases. Particularmente esto resulta útil para el tratamiento de gases de escape de motores o de procesos industriales o en la industria petroquímica que por lo general opera con grandes volúmenes de reactivos gaseosos. Buscando optimizar el consumo de energía se estudiarán dos métodos de calentamiento que poseen varias ventajas, ya que el calentamiento resulta más especifico focalizándose sólo en el catalizador y no en todo el reactor. Para lograr esto se establecen los siguientes puntos en el proyecto: • Sintetizar catalizadores estructurados por medio de la Deposición de Capa Atómica (ALD). • Obtener los parámetros para la deposición de Ni y Co por medio de la técnica ALD. • Diseñar y construir los sistemas para calentar los catalizadores metálicos estructurados mediante efecto Joule o por inducción. • Evaluar su desempeño en reacciones test como la oxidación de CO y de hollín y en la deshidrogenación oxidativa de etano para obtener etileno, calefaccionando los catalizadores por técnicas no convencionales. • Comparar el desempeño de los sistemas con métodos de calentamiento tradicionales. Sobre los sustratos metálicos se depositará una capa de Al2O3, ZrO2 o Al2O3-ZrO2 por el método de washcoating para luego incorporar los metales activos del catalizador. La técnica elegida para la deposición de los elementos activos del catalizador es la de deposición por capa atómica, la cual permite depositar capas de catalizador bien dispersas sobre el sustrato. Las reacciones elegidas revisten importancia ambiental e industrial. Específicamente, el CO y el hollín con compuestos que están presentes en los gases de combustión de los motores diésel que están ampliamente difundidos por su fortaleza y durabilidad. Por lo que su eliminación de los gases de escape es importante para disminuir su impacto en el ambiente. El etileno es un compuesto muy importante en la industria química ya que es el principal reactivo de muchos procesos industriales que generan productos que consumimos a diario. La deshidrogenación oxidativa de etano se produce a temperaturas moderadas y genera menos emisiones en comparación con el método tradicional, craqueo con vapor de agua. El proyecto prevé la implementación de dos métodos de calentamiento directo de catalizadores (efecto Joule o inducción) además del calentamiento convencional, buscando optimizar el gasto energético global y aumentar el rendimiento de los catalizadores.

Structured catalysts have recently become important because their geometrical structure allows the treatment of large volumes of gases. This is particularly useful for the treatment of exhaust gases from engines, industrial processes and in the petrochemical industry, which generally operates with large volumes of gaseous reagents. In order to optimize the energy consumption two heating methods that have several advantages will be studied, since the heating is more specific, focused only on the catalyst and not on the reactor. To achieve this aim in the project, the following points are established: - Synthesize structured catalysts by Atomic Layer Deposition (ALD). - To obtain parameters for the deposition of Ni and Co through the ALD technique. - Design and build systems to heat the structured metal catalysts by the Joule effect or by induction. - Evaluate their performance in test reactions such as CO and soot oxidation and in the oxidative dehydrogenation of ethane to obtain ethylene, heating the catalysts by non-conventional techniques. - To compare the performance of the systems with traditional heating methods. A layer of Al2O3, ZrO2 or Al2O3-ZrO2 will be deposited on the metal substrates by the washcoating method to subsequently incorporate the active metals of the catalyst. The technique chosen for the deposition of the catalyst active elements is the Atomic Layer Deposition, which allows the deposition of well dispersed catalyst layers on the substrate. The reactions chosen are of environmental and industrial importance. Specifically, CO and soot are present in diesel engine exhaust, that are widely spread for their strength and durability. Therefore, their elimination from exhaust gases is important to reduce their impact on the environment. Ethylene is a very important compound in the chemical industry as it is the main reagent in many industrial processes that generate products that we consume every day. The oxidative dehydrogenation of ethane is produced at moderate temperatures and generates lower emissions compared to the steam cracking. The project foresees the implementation of two methods of direct heating of catalysts (Joule effect or induction) in addition to conventional heating, in order to optimize the overall energy expenditure and increase the performance of the catalysts.