Síntesis y caracterización de catalizadores metálicos con diferentes soportes para las reacciones de hidrogenación de aromáticos

Abstract

En los últimos años, se han desarrollado nuevas técnicas para la formulación de gasolinas, con el objeto de obtener productos de mejor calidad. Por esta razón, la industria de refinación y petroquímica intensifica el desarrollo de nuevos catalizadores cuyas estructuras presenten selectividades a compuestos de bajo impacto ambiental y además muestren resistencia al envenenamiento. El objetivo principal de este trabajo fue preparar y evaluar catalizadores bifuncionales del tipo Pd/soporte HZSM-5 y alúmina y catalizadores bimetálicos del tipo Pd-Pt/soporte HZSM-5 y alúmina para ser empleados en procesos de hidrogenación de compuestos aromáticos. Para ello se prepararon y evaluaron cuatro catalizadores monometálicos del tipo Pd y Pt y tres catalizadores bimetálicos Pd-Pt soportados con zeolita HZSM-5 y con alúmina. La preparación de los mismos se basó en los estudios realizados por Artola y colaboradores y Yasuda y colaboradores. Se procedió a evaluar los catalizadores mediante técnicas de caracterización como la difracción de rayos X, área superficial específica y análisis químico. Los difractogramas obtenidos para la zeolita HZSM-5 presentaron estabilidad en su línea base, evidenciando su alto grado de cristalinidad, y para la alúmina se obtuvo una línea base inestable y presencia de picos escasamente definidos, lo cual revela su carácter amorfo. La segunda prueba fue aplicada tanto a los soportes como a los catalizadores, observándose una disminución en el área superficial entre 3-34% para el soporte impregnado con respecto al sin impregnar, donde esta variación podría ser debida a presencia de aglomeraciones de metal en el sólido. Empleando la espectroscopía de absorción atómica, se realizó el análisis químico a los catalizadores preparados con la finalidad de verificar la cantidad de metal impregnado, obteniendo desviaciones hasta 61% por debajo de los valores teóricos esperados, por el contenido de humedad en las sales empleadas que, al ser pesadas, no contenían la cantidad de metal necesaria para la impregnación. Otra prueba de caracterización realizada a estos catalizadores fue la hidrogenación de tolueno, la cual se llevó a cabo en un reactor dinámico de lecho fijo, a presión atmosférica, PH2/PTOLUENO = 4, a un velocidad espacial 17,4 h-1 y a 110 °C para los catalizadores monometálicos y a 180 °C para los bimetálicos. Se encontró que a mayor porcentaje de alúmina en el soporte se producía una menor desactivación del catalizador. Se efectuó posteriormente la reacción de hidrocraqueo de n-heptano, la cual se llevó a cabo a las mismas condiciones descritas anteriormente variando el velocidad espacial a 13,7 h-1. Los resultados reflejan que a medida que se incrementa el porcentaje de alúmina en el soporte del catalizador, aumenta la producción de compuestos isoméricos. Finalmente, se realizó un estudio del efecto de la temperatura sobre la reacción de hidrogenación de benceno, a presión atmosférica, PH2/Pn-C7 = 4 y una velocidad espacial igual a 17,5 h-1. Para ello se efectuó un barrido de temperaturas desde 120 °C hasta 180 °C para los catalizadores monometálicos y desde 160 °C hasta 240 °C para los bimetálicos. Se obtuvo una mayor conversión (50%) a 160°C con el catalizador 5% Pd/Al2O3 y el soporte que favoreció esta reacción fue la alúmina, debido a que no presenta dificultad en la difusión del aromático a través de sus poros. Por último, se observa que las curvas características de conversión en función de la temperatura de reacción exhiben un máximo, lo cual es común en las reacciones reversibles exotérmicas como en el caso de la hidrogenación de aromáticos.