Desarrollo de monolitos catalíticos de mallas metálicas apiladas para la eliminación de contaminantes provenientes de motores diésel

Abstract

Los motores diésel son cuestionados debido a los contaminantes que emiten, los cuales tienen un efecto adverso en la salud y el medioambiente. Estos gases de escape están compuestos por material particulado y compuestos orgánicos volátiles (COVs) entre otros. Aún así, son ampliamente utilizados debido a su autonomía, potencia y durabilidad. Es por ello que las regulaciones de las emisiones diésel son cada vez más estrictas y es necesario el tratamiento de los gases de exhaución. El presente trabajo de tesis se basa en el desarrollo de una estructura con capacidad oxidante y filtrante compuesta por mallas metálicas apiladas de acero inoxidable AISI 304 sobre las cuales se deposita un catalizador, como una alternativa novedosa a los actuales DOC – DPF. Se utilizaron como catalizadores los óxidos de cerio y cobalto, ya que poseen un muy buen desempeño y estabilidad en la combustión de hollín y COVs. Alentados por los resultados obtenidos en laboratorio, se escaló el sistema, pasando de filtros de 16 mm de diámetro a 130 mm. Se estudió la capacidad filtrante del cartucho escalado en un motor diésel montado en un banco de pruebas. Los sistemas desarrollados en este trabajo de tesis resultaron eficientes para reducir el material particulado y COVs emitidos por los motores diésel, adecuándose a las normativas vigentes. La buena actividad, baja pérdida de carga, robustez, versatilidad y bajo costo que presentaron las estructuras diseñadas, junto con la buena adherencia del coating catalítico, hace que éstas sean prometedoras para el desarrollo de filtros catalíticos.

Diesel engines are being called into question because of their pollutants emissions, which have an adverse effect on health and the environment. These exhaust gases are composed of particulate matter and volatile organic compounds (VOCs) among others. However, they are widely used due to their autonomy, power, and durability. Owing to this, regulations on diesel emissions are increasingly strict and aftertreatment emission control technologies are necessary. This thesis work is based on the development of a stacked AISI 304 stainless steel wire meshes structure with oxidizing and filtering capacity, where a catalyst is deposited on the surface of the metallic fibers as a novel alternative to the current DOC - DPF. Cerium and cobalt oxides were used as catalysts, since they have a very good performance and stability in the soot and VOCs combustion. The system was scaled up encouraged by the results obtained at lab scale, going from 16 mm filter diameter to 130 mm. A diesel engine mounted on a test bench was used to evaluate the filtering capacity of the scaled up wire mesh cartridge. The systems developed in this thesis work were able to reduce particulate matter and VOCs compounds emitted by diesel engines below limits restrained by laws. The good activity, pressure drop, robustness, versatility and low cost of the designed structures, along with the good adhesion of the catalytic coating, makes them very promising for the development of catalytic filters.