Estudio a escala laboratorio y planta piloto, de la adsorción de NO y SO2 sobre CR2O3/AL2O3 a altas temperaturas, provenientes de fuentes fijas

Abstract

Se planificaron las experiencias con el objeto de analizar el comportamiento del catalizador en la columna metálica de mayor diámetro. Se modificaron las masas usadas para verificar la eficiencia de retención respecto de la masa. Se realizaron ciclos de adsorción, desorción y readsorción sobre una misma muestra para determinar variaciones en la eficiencia del catalizador. En otra fase, en colaboración con el Dr. V. A. Ranea y el Prof. E. E. Mola (INIFTA, UNLP), se desarrolló el estudio teórico de la adsorción de moléculas de SO2, CH4, CO2, O2 y CO sobre Cr2O3(0001) mediante Teoría del Funcional Densidad (programa VASP, Vienna Ab-initio Simulation Package), y el estudio de la cinética de la reacción entre CH4, SO2 y el O2 junto con la presencia de especies sulfito y sulfato. Este estudio permitió hallar los sitios preferenciales de adsorción de Sº y la posible competencia con SO2 experimentalmente y por cálculos teóricos. Dentro del marco de la presente línea de investigación, la Ing. Sabrina Hernández Guiance continúa realizando experiencias en el marco del proyecto conjunto con el INIFTA, las cuales forman parte del desarrollo de su tesis doctoral. Experimentalmente, se observa que la eficiencia de adsorción del catalizador respecto al SO2 es cercana al 100%. Se observa un pico de termodesorción a 1120 K. Luego, se estudió la oxidación de CH4 con SO2. Se observa que hay producción de CO2 desde temperatura inicial, seguida de un aumento significativo en la formación de CO2 hasta 330-340 K. Luego, la producción de CO2 se mantiene aproximadamente constante. Mediante el empleo de la ecuación de Arrhenius y resultados experimentales, se obtuvo la energía de activación de la reacción global, de 7 Kcal/mol. Mediante estudios teóricos, se determinó que la energía de quimisorción del SO2 sobre el Cr2O3 es de -3.09 eV para la configuración más estable, una energía de adsorción de O2 en estado disociativo de -1.567 eV, una energía para CH4 sobre O2 adsorbido previamente de -0.335 eV, y - 0.812 eV para la configuración más estable de CO2 sobre el sustrato.

Experiments were planned in order to analyze the catalyst behavior in the metal column reactor. The sample masses were varied to verify the retention efficiency with respect to the mass. Cycles of adsorption, desorption and readsorption were carried out on a same sample to determine variations in the catalyst efficiency. In another stage, in collaboration with Dr. V. A. Ranea and Prof. E. E. Mola (INIFTA, UNLP), the theoretical study of the adsorption of molecules of SO2, CH4, CO2, O2 and CO on Cr2O3 (0001) was developed applying Density Functional Theory (VASP program, Vienna Ab-initio Simulation Package); also was studied the kinetics for the reaction between CH4, SO2 and O2 in the presence of sulfite and sulfate species. This study allowed the identification of preferential adsorption sites of S0 and the possible competition with SO2, both experimentally and by theoretical calculations. Within this line of research, Ing. Sabrina Hernandez Guiance is continuing to carry out experiments in the framework of the joint project with INIFTA, which forms part of the development of her doctoral thesis. It was experimentally observed that the efficiency of SO2 adsorption by the catalyst is close to 100%. A thermal desorption peak is observed at 1120 K. The oxidation of CH4 with SO2 was also studied. CO2 production is measured already from the initial temperature, followed by a significant increase in the formation of CO2 up to 330-340 K. Then, the CO2 production is approximately constant. By using the Arrhenius equation and experimental results, the activation energy for the overall reaction of 7 Kcal / mol was obtained. By theoretical studies, it was determined that the energy of chemisorption of SO2 on the Cr2O3 is -3.09 eV for the most stable configuration; an adsorption energy of O2 in dissociative state of -1.567 eV; an energy for CH4, over previously adsorbed O2, of -0.335 eV; and an energy of -0.812 eV for CO2 in its most stable configuration on the substrate.