Catalisi ambientale
Distruzione di inquinanti presenti
in fase gassosa
Caratteristiche catalisi ambientale
• 1) Trasformazione di sostanze in bassa
concentrazione in genere <2000ppm (nell’industria
chimica in genere >1% )
• 2) Concentrazioni e temperatura variabili nel tempo
• 3) Composizione variabile nel tempo
• 4) Elevate velocità di flusso della corrente gassosa
necessarie per essere emesse nel camino o
attraversare la marmitta catalitica, tempi di contatto
millisecondi (nell’industria chimica in genere >I sec )
• 5)Nella catalisi ambientale sono gli impianti a monte
che condizionano le condizioni operative, nell’industria
di sintesi,invece, si scelgono quelle ottimali
Ossidazioni VOC
• VOC : composti organici volatili
• Se le concentrazioni sono superiori a 2000 ppm
si utilizza la combustione termica,T>800oC) ,se
la concentrazione è inferiore ai 2000pm si
sceglie la catalisi ambientale ,altrimenti i costi di
combustione sono troppo elevati. La catalisi
ambientale permette l’ossidazione a bassa
temperatura, La reazione avviene in condizioni
adiabatiche
Ossidazione catalitica di VOC
•
•
•
•
1)Idrocarburo +nO2 -> xCO2 +yH2O
2)RCl+nO2-> x CO2 +yHCl +zH2O
3)RSH+nO2-> xCO2 +SO2 +zH2O
Nel caso 2 e 3 a valle dell’impianto di
combustione ci sono abbattitori dei gas
acidi con NaOH o CaOH2
Catalizzatore per eliminare VOC
• Pt su g Al2O3
Monolite di ceramica supporto(nido d’ape )
g Al2O3 specie attiva Pt
gAl2O3
Ceramica
Pt
Soluzione per la catalisi ambientale
• 1)) catalizzatori molto attivi che sono capaci di operare in
un largo campo di temperatura a bassa concentrazione.
• La maggiore attività è raggiunta scegliendo elementi
molto attivi come Pt o Cr-Mn ossidi ed elevata area
superficiale (>120m2/g )
• Bisogna che assolutamente che si vada fino a CO2
altrimenti si formano sostanze tossiche ( aldeidi, chetoni,
organo clorurati,mercaptani )
• La difficoltà di andare a CO2 consiste nell’essere
costretti di operare a basso tempo di contatto a causa
delle condizioni operative dettate dalle apparecchiature
a monte
Soluzioni per la catalisi ambientale
• 2) Si opera con catalizzatori monolitici che
permettono il passaggio di flussi di gas ad
elevata velocità per evitare di creare forti
perdite di carico. Non si possono utilizzare
catalizzatori a base di pasticche come
nell’industria chimica.
• 3) I catalizzatori devono avere elevata vita
almeno di un anno ,gli impianti di
disinquinamento non possono essere fermati
Riduzione NO in impianti fissi
•
•
•
•
•
SCR Selective catalytic reduction
2NO+2NH3+1/2O2-> 2 N2 +3H2O
Reazione non desiderate
2 NH3 +1,5 O2-> N2 +3H2O distrugge il reagente
2NH3 +5/2O2-> 2NO +3H2O aumenta il carico
inquinante
• SO2-+1/2O2-> SO3
• SO3 +2 NH3+H2O->(NH4)2SO4 elimina il
reagente e disattiva il catalizzatore
Impianti SCR
SO2
380oC
Forno
Scambiat
polveri
High dust
NO
SCR
150oC
80oC
ELET
FGD
CAMINO
LOW DUST
380oC
orno
Scambiat
80oC
380oC
SCR
ELET
FGD
CLEAN AIR
80oC
150oC
SCAMB
ELET
F
G
D
80oC
S
SCAMB 380oC C
R
CAMINO
Confronto fra le diverse tecnologie
• 1) Low dust: elevato il costo
dell’elettrofiltro che opera ad alta
temperatura lunga vita del catalizzatore
che non è avvelenato dalle polveri
• 3) High dust: bassa la vita del
catalizzatore disattivato dalle polveri
• 3) Clean air: altissima la vita del
catalizzatore elevati i costi energetici per
riscaldare il catalizzatore
Monolite a base di TiO2
Catalizzatore 1% V2O5 7% WO3
Catalisi per autoveicoli
•
•
•
•
Reazioni coinvolte
CO+1/2O2-> CO2
Idrocarburi+O2-> nCO2
2NO+2CO->N2+2CO2
CO oxid
Resa
NO decomp
Idrocarb oxid
Cat PtRh
Al2O3
1
14,5
O2/idrocarb
Λ Lambda
SINTESI DI MTBE
• 1) Reattore tubolare
• 2)Reattore a letto fisso
• 3) Colonna di distillazione a piatti operante
sotto pressione
• 4)Colonna di lavaggio
• 5)Separatore gas liquido
• &) colonna di distillazione
• Isobutene +CH3OH-> MTBE
DH0= -74oC DGo <0 a T<120oC
• Condizioni operative
• Si lavora con eccesso di metanolo per
evitare la dimerizzazione dell’isobutene e
per spostare l’equilibrio verso la sintesi di
MTBE 50-100oC 10-15 atm
• Catalizzatore resine solfonate
C4,metanolo
A
B
S
O
R
B
CH3OH
H2O+CH3OH
ISOBUTENE
SINTESI DI MTBE
ISOMERIZZAZIONE SCHELETRALE PARAFFINE C5C6