Desarrollo de un catalizador para la oxidación de dióxido de azufre (SO2) a partir de las cenizas de combustión del fuel oil

Abstract

Este trabajo de investigación se contó con el desarrollo de un catalizador para la reacción de oxidación del Dióxido de Azufre utilizando las cenizas de combustión del fuel oil como fase activa. Para tal fin, se establecieron una serie de objetivos que permitieron la obtención de un material con características adecuadas al el uso previsto. La metodología utilizada contempló la aplicación de un tratamiento de purificación de las cenizas disponibles para su adecuación como fase activa del catalizador, la selección y utilización del material de soporte catalítico, la manufactura de las piezas catalíticas, la caracterización de las mismas y la evaluación de su desempeño. El procedimiento aplicado para la purificación de las cenizas de combustión consistió en un tratamiento térmico en un horno industrial, con base en los métodos de purificación de minerales de Vanadio aplicados en algunas industrias de la República del Perú. El material de soporte seleccionado fue la arcilla gres, tomando como referencia el trabajo de Acosta y Zanotty (2003). Para la fabricación del catalizador se aplicó el procedimiento de cementado como método de incorporación másica y se dio a las piezas la forma de anillos Raschig tomando como referencia el trabajo de Agujera y Chávez (2003). Las pruebas de caracterización fueron realizadas en el Laboratorio Central de la empresa Venezolana del Vidrio, C.A., dónde se utilizó el equipo SHIMADZU EDX-900 para el análisis por fluorescencia de rayos X, a una muestra del catalizador fabricado para determinar su composición másica. Los ensayos de evaluación de las piezas fabricadas fueron realizados en las instalaciones de la Cooperativa INPROIN, R.L., mediante el montaje de un banco de pruebas que consistía en el ensamblaje de una serie de equipos e instrumentos que permitieron determinar la funcionalidad del catalizador en la reacción estudiada. Entre las conclusiones más resaltantes obtenidas se tiene que el diseño experimental de ensayos y verificación, permitió la eficaz fabricación de un catalizador para la reacción oxidación del Dióxido de Azufre(SO2) en fase gas, utilizando las cenizas de combustión del fuel oíl como fase activa; con el tratamiento aplicado a las cenizas de combustión de Fuel Oíl se puede reducir la presencia de compuestos azufrados en un 90,14 % y materia orgánica no deseada en un 35,48%; el método de cementado, aplicado para la fabricación de las piezas catalíticas, permitió obtener un material con una estabilidad estructural suficiente para los fines previstos. El catalizador fabricado contiene en su composición másica Dióxido de Silicio (SiO2) en un 50,28%, Trióxido de Aluminio (Al2O3) en un 42,99% y Pentóxido de Vanadio (V2O5) en un 5,11%, entre otros compuestos. El desempeño del catalizador en la reacción de oxidación de SO2 a SO3 para obtener H2SO4 en solución acuosa, es muy bueno, obteniéndose un rendimiento promedio de la reacción de (76,8 ± 0,2) % y una conversión catalítica aproximadamente igual al valor del rendimiento; el precio estimado del catalizador presenta una disminución del 49% respecto a los costos de catalizadores similares en el mercado internacional y los beneficios del desarrollo de un catalizador a partir de los desechos de combustión del Fuel Oil, superan los costos de fabricación en una relación de 1,41 unidades. Las recomendaciones más resaltantes que derivaron del estudio realizado contemplaban el estudio de otros métodos de diseño experimental para la realización de las pruebas llevadas a cabo; mejorar las condiciones del sistema de banco de pruebas a fin de evitar condiciones no deseadas; aplicar otros métodos para el tratamiento a las cenizas de combustión del Fuel Oil enfocados a la obtención del Pentóxido de vanadio en un mayor grado de pureza; realizar el estudio de área superficial y porosidad de las piezas catalíticas, con el fin de conocer mejor las características físicas del material, que pudieran incidir en la reacción de oxidación estudiada y la realización de trabajos futuros que permitan estudiar la cinética de la reacción en presencia del catalizador fabricado.