Studio della reazione SCR di NO con NH3 e ossidazione catalitica di ammoniaca con catalizzatori commerciali V2O5/TiO2/WO3

Per ridurre il livello di emissioni di NOx in molti impianti di combustione viene adottata la tecnologia di riduzione catalitica selettiva ad N2 con NH3 (SCR). Uno dei problemi principali legato all’utilizzo di questa tecnologia è la presenza di ammoniaca residua non reagita, NH3 slip, se si opera con rapporti di alimentazione (α) NH3/NO≥1. L’ammoniaca non può essere emessa in atmosfera per cui è necessario operare con un rapporto di alimentazione sottostechiometrico e ciò comporta basse efficienze di riduzione, 80%. In questo elaborato di tesi è stata studiata la reazione SCR ad alta efficienza (α>1) e la reazione di ossidazione di ammoniaca (SCO) di un ipotetico stadio di reazione in grado di ridurre ad N2 l’NH3 slip, su sistemi catalitici V2O5/WO3/TiO2 a diverso carico di vanadio. Inoltre sono state effettuate delle prove SCO in presenza di piccole quantità di NO per simulare l’ultimo strato catalitico di un reattore SCR in cui, per via dell’ammoniaca slip, si hanno elevate concentrazione di NH3 e bassi tenori di NO. Le prove SCR hanno evidenziato: - una buona attività nella reazione SCR per tutti i sistemi catalitici nonostante non si raggiungano mai conversioni complete e un’elevata selettività ad azoto - l’instaurarsi di limitazioni diffusive interne a temperature superiori a 300°C; - il ruolo di inibitore cinetico da parte dell’acqua all’aumentare della sua concentrazione. Le prove SCO con differenti valori di NH3 in ingresso hanno mostrato una velocità globale di reazione di ordine minore di uno rispetto l’ammoniaca ed una elevata selettività ad N2. Tuttavia i catalizzatori testati hanno mostrato una bassa attività nella reazione SCO con conversioni minori rispetto alla reazione SCR. I test di ossidazione dell’ammoniaca con basso tenore di NO hanno mostrato uno schema di reazione in parallelo per la SCO e l’SCR e un aumento della conversione di NO all’aumentare della pressione parziale di ammoniaca. Per entrambi le reazioni si ha un aumento dell’attività all’aumentare del carico di vanadio. I parametri cinetici sono stati stimati tramite regressione dei dati sperimentali utilizzando un modello di reattore plug-flow ed assumendo una cinetica del primo ordine nella concentrazione di NO per la reazione SCR e di ordine n compreso tra 0 e 1 rispetto l’ammoniaca per la SCO.