Nuevo proceso para la reducción catalítica de NOx provenientes de fuentes fijas industriales (2007)
El propósito de esta tesis es desarrollar un estudio de modelamiento y simulación de un nuevo esquema de proceso para la reducción de NOX mediante la síntesis de amoniaco in situ. El diseño conceptual del proceso inicia con una primera tarea, consistente en la simulación de un reactor de Reducción Catalítica Selectiva y su análisis como caso base de estudio. Se ha identificado una ruta química para la síntesis de amoníaco que involucra NO e hidrógeno. En la segunda tarea, se simula la producción de hidrógeno mediante reformado de metano con vapor usando diferentes tipos de reactores de membrana. Los resultados obtenidos muestran que la producción de hidrógeno puede intensificarse en un reactor de membrana. Tanto el reactor de membrana inerte como el reactor de membrana con pared catalítica tienen mejor desempeño que el reactor tradicional de lecho fijo. Entre ellos, el reactor de membrana con pared catalítica es el más eficiente debido a la estructuración de funcionalidades en el ensamblaje catalizador-membrana. Debido a que se requiere una ecuación de velocidad de reacción para la formación de amoniaco, fue ajustado un modelo cinético empleando datos experimentales disponibles en la literatura abierta. Dichos resultados son presentados en la sección tres. Finalmente, en la cuarta parte, siguiendo los lineamientos de la filosofía de la intensificación de procesos, fueron diseñados, modelados y simulados diferentes esquemas de contacto-reacción en reactores tipo monolítico estructurados y multifuncionales. Un reactor monolítico bifuncional con empaquetamiento estructurado de catalizador para producción de amoniaco y reducción de NOX simultánea, tiene el potencial de disminuir total o parcialmente la dependencia de un suministro externo de amoniaco, mejorando el desempeño del actual proceso de Reducción Catalítica Selectiva. / Abstract: The aim of this thesis is to develop a modeling and simulation study of a new process scheme for NOX reduction by in situ ammonia synthesis. The conceptual design of the process initiates as the first task with a base case analysis, the simulation of a Selective Catalytic Reduction reactor at plant operating conditions. For ammonia synthesis, a chemical route involving NO and hydrogen is identified. In the second task, the production of hydrogen from steam methane reforming, using different types of membrane reactors is simulated. Obtained simulation results show that the production of hydrogen can be intensified in a membrane reactor. Inert and catalytic membrane reactors have better performance than traditional packed bed type. Between them, catalytic wall coated membrane reactor is the most efficient one because of its structured functionalities in catalyst-membrane assembly. For ammonia formation, a suitable reaction rate equation is required. A kinetic model was adjusted from experimental data available in open literature. Those results are presented in section three. Finally, in part four, in the line of process intensification philosophy, several contact-reaction schemes of structured and multifunctional monolithic type reactors were designed, modeled and simulated. A bifunctional monolithic reactor with channels filled with catalyst for simultaneous ammonia production and NOX reduction has the potential to accomplish the objectives of this work enhancing the performance of current Selective Catalytic Reduction process.