VOx/WOx/TiO2 and alternative catalysts for the simultaneous abatement of NOx and PCDD/Fs from ...

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DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
INGENIARITZA KIMIKOA SAILA
VO /WO /TiO and alternative catalysts for the
x x 2
simultaneous abatement of NO and PCDD/Fs
x
from MSW treatment plants
VO /WO /TiO y catalizadores alternativos para
x x 2
la depuración simultánea de NO y PCDD/Fs en
x
plantas de tratamiento de RSU
MEMORIA
para optar al Grado de
Doctor Internacional en Ingeniería Química
presentada por
Miren Gallastegi Villa
Leioa, junio de 2016
(c)2016 MIREN GALLESTEGUI VILLA

Quisiera comenzar agradeciendo de manera especial la dedicación mostrada
por mis directores desde el comienzo de esta aventura, Dr. Asier Aranzabal
Maiztegi y Dr. Juan Ramón González Velasco. Cada uno desde su lugar ha
aportado los ingredientes necesarios para que finalmente el trabajo de más de
cuatro años intensos florezca. También me gustaría dar las gracias por darme la
oportunidad de iniciarme en la docencia y como no, por apostar y confiar en mí.
A los Doctores José Antonio González Marcos, José Ignacio Gutiérrez Ortiz,
Miguel Ángel Gutiérrez Ortiz, María Pilar González Marcos, Rubén López Fonseca,
José Luis Ayastuy Arizti, Jon Iñaki Álvarez Uriarte, Unai Iriarte Velasco, José María
Castresana Pelayo, Beatriz de Rivas Martín, Zouhair Boukha y Beñat Pereda Ayo.
A todos los investigadores y técnicos del Servicio General de Análisis
(SGIKER) de la UPV/EHU por su colaboración en la caracterización de tan
variadas muestras.
Especial mención al Dr. Søren Birk Rasmussen, no solo por hacerme sentir
parte de Haldor Topsøe, sino también por compartir conmigo toda tu sabiduría y
transmitirme pasión por el trabajo. For that, I wish to extend to you all my
warmest thanks Soren. También agradecer a otros compañeros de Topsøe, entre
otros a Juan, Irantzu y Pablo por hacer mi estancia con vosotros tan agradable.
A mis compañeros de laboratorio, empezando por Manuelin y siguiendo por
Itxaso, Karina, Carmen, Emilio, Edwin, Angélica, Vanesa, Unai, Cris, Ainara,
Andoni, Jonatán, Maitane, Myriam, Jon Ander, Alberto y Adrian y en especial a
aquellos que han trabajado directamente conmigo en la realización de sus
proyectos como Santi, Miriam, Adriana y al fenómeno de Bittor; eskerrik asko!
Al Departamento de Educación del Gobierno Vasco por la Beca predoctoral
concedida (BFI-2011-238) y la financiación de la estancia en Haldor Topsøe A.S
en Dinamarca.
Aipamen berezi bat baita, nire ikaskide izan diren eta lagun diren Eneritz
eta Iratiri. Eta bukatzeko, zelan ez, batez ere azken txanpa honetan alboan izan
zaituztedan guztioi, familia, lagun eta batez ere zuri Julen, nire bidelagun
izatearren.

Etxekoei,
Etxekoari.

ÍNDICE/ INDEX

ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN……………………...…………………………………………..... 3
1.1. PROBLEMÁTICA Y GESTIÓN DE LOS RESIDUOS EN CIFRAS…….. 4
1.2. REVALORIZACIÓN ENERGÉTICA DE RSU………………………….…..… 7
1.3. INCINERACIÓN DE RSU................................................................................... 9
1.3.1. Depuración de contaminantes…………………………………..………………..11
1.4. TECNOLOGÍA CATALÍTICA PARA EL TRATAMIENTO DE
NO Y PCCD/Fs…………………………………………………………………...... 18
x
1.4.1. Tecnología catalítica para la reducción de NO ........................................ 18
x
1.4.2. Tecnología catalítica para la oxidación de PCDD/Fs………………..….. 22
1.4.3. Tecnología catalítica para la depuración simultánea de
NO y PCDD/Fs…………………………………………………………….…….…...... 24
x
1.5. OBJETIVOS Y ESTRUCTURA DE LA TESIS............................................. 26
2. MATERIALES Y MÉTODOS PARA PREPARACIÓN Y
CARACTERIZACIÓN DE CATALIZADORES…………..………….….....33
2.1. PREPARACIÓN DE CATALIZADORES……………….……….................... 33
2.2. MATERIALES Y REACTIVOS………………………………………..…..…..… 33
2.2.1. Impregnación húmeda………………………………………………………….…... 35
2.2.2. Intercambio iónico……………………………………….…………………………… 37
2.2.3. (Co-) precipitación……………………………………….….…………………....….. 38
2.3. TÉCNICAS DE CARACTERIZACIÓN DE LOS CATALIZADORES..... 39
2.3.1. Espectrómetro de emisión atómica con plasma acoplado
inductivamente...................................................................................................... 39
2.3.2. Adsorción física de nitrógeno……………………………………………………. 40
2.3.3. Reducción a temperatura programada con hidrógeno………………... 44
2.3.4. Desorción de amoniaco a temperatura programada…......................... 45
2.3.5. Espectroscopía de infrarrojo por transformada de Fourier de
piridina...…………………………………………………………………………............. 47
iii
INDEX

2.3.6. Difracción de rayos X.…………………………...............................................….. 49
2.3.7. Espectroscopía fotoelectrónica de rayos X…………………………………. 52
2.3.8. Espectroscopía de reflectancia difusa ultravioleta visible…………... 53
2.3.9. Espectroscopía Reman……………...…..………….………......…..….…………... 55
2.3.10. Microscopía electrónica de transmisión……...……………..……..……….. 57
3. DISEÑO Y PUESTA A PUNTO DE UN EQUIPO EXPERIMENTAL
PARA LA ELIMINACIÓN SIMULTÁNEA DE NO Y PCDD/Fs....... 61
x
3.1. SELECCIÓN DE CONDICIONES DE OPERACIÓN................................. 62
3.1.1. Simulación de gases de incineración de RSU……………...………….…… 62
3.1.2. Dimensionamiento del lecho catalítico…………………………..…….…….. 66
3.1.3. Determinación experimental de la ausencia de controles
difusionales …………………………………………………………………………...… 79
3.2. CONSTRUCCIÓN DEL EQUIPO EXPERIMENTAL…….…….……….… 83
3.2.1. Procedimiento de reacción………………………………………….………...... 100
3.2.2. Reproducibilidad del equipo experimental………………………………. 102
4. FEASIBILITY ASSESSMENT OF VO /TiO CATALYST FOR
x 2
THE SIMULTANEOUS ABATEMENT OF NO AND o-DCB….……107
4.1. INDEPENDENT AND COMBINED ABATEMENT OF NO AND
o-DCB………………………………………………………………………………..………. 115
4.2. OPERATIONAL STRATEGIES FOR THE IMPROVEMENT OF
NO AND o-DCB SIMULTANEOUS ABATEMENT............................... 122
4.2.1. Changes of space velocity…………………………………...………...……..….. 122
4.2.2. Changes of injected NH concentration……………………………………. 126
3
4.2.3. Use of promoters………………………………………………….……………….... 129
4.3. EFFECT OF GAS FEEDING COMPOSITION…………………...…….… 133
iv