Estudio de la reacción de oxidación de SO2 a SO3 con catalizadores basados en Vanadio. Aplicación a motores diésel marinos de dos tiempos

Colom Díaz, Juan Manuel
Munkholt, Jakob (dir.) ; Glarborg, Peter (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2015
Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente department, Tecnologías del Medio Ambiente area

Ingeniero Químico

Abstract: Recientemente, en grandes barcos que utilizan motores diésel de dos tiempos, se han incrementado los problemas operacionales, principalmente asociados a la corrosión fría, que se han acentuado como consecuencia de la adaptación a nuevas regulaciones medioambientales. Este problema se debe a los óxidos de azufre que se forman durante la combustión del fuelóleo, principalmente SO2, que puede oxidarse a SO3 y, en presencia de agua, formar ácido sulfúrico, el cual actúa como agente corrosivo. La oxidación de SO2 a SO3 tiene lugar a través de una secuencia de reacciones en fase gas bien establecidas. Sin embargo, el tipo de combustible con el que funcionan, fuelóleo pesado, contiene importantes cantidades de vanadio, el cual se sabe que actúa como catalizador en la oxidación de SO2. No existen muchos estudios detallados sobre las características cualitativas y cuantitativas de esta reacción catalítica en motores marinos. Es por ello, que el principal objetivo de este proyecto ha sido determinar mediante experimentos y modelado cinético la contribución de la presencia de vanadio para la formación de SO3. La cinética de la oxidación de SO2 sobre catalizadores de vanadio se ha estudiado en un reactor de cuarzo de lecho fijo. La inexistencia de estudios previos para esta reacción en motores de dos tiempos, ha requerido introducir una nueva técnica de síntesis de partículas de vanadio, pirólisis de spray en llama, con el objetivo de emular la formación de estas partículas en el proceso de combustión. Los experimentos se llevaron a cabo con una concentración de SO2 de 1375 ppm y en un intervalo de temperaturas entre 300 °C y 650 °C. Los resultados experimentales obtenidos mostraron un límite en la conversión de SO2 por el equilibrio termodinámico y una mayor reactividad de las partículas de vanadio cuando se las dopa con sodio, cuya presencia es también notable en los motores. Estos datos junto con el modelo cinético propuesto, han permitido determinar los parámetros cinéticos de la reacción a presión atmosférica con una regresión no-lineal. Se consiguieron parejas de datos cinéticos (factor pre-exponencial y energía de activación) que mejor ajustaban los datos experimentales. Estos resultados se compararon con los obtenidos a partir de la oxidación homogénea, utilizando para ello una simulación usando el software Chemkin-II con un mecanismo detallado para la oxidación de SO2 a SO3 en fase gas. De este modo, se ha evaluado que la oxidación de SO2 con vanadio no es lo suficientemente rápida como para ser relevante frente a las reacciones de oxidación de SO2 en fase gas. Por último, y no por ello menos importante, como resultado del trabajo realizado se ha detectado una serie de temas y áreas que abren nuevas líneas de trabajo y que requerirán experimentación y análisis posterior. Entre ellos cabe señalar, el efecto de la presión y la cinética de oxidación de SO2 con el catalizador fundido.

Tipo de Trabajo Académico: Proyecto Fin de Carrera