Aplicaciones Industriales de las Zeolitas

Presentación del tema: "Aplicaciones Industriales de las Zeolitas"— Transcripción de la presentación:

1 Aplicaciones Industriales de las Zeolitas
J. Weitkamp, H.G. Karge, H. Pfeifer and W. Hölderich Zeolites and Related Microporous Materials: State of the Art 1994 Studies in Surface Science and Catalysis. Vol 84

2 Introducción El mundo necesitaba combustibles de alta calidad.
En las refinerías los márgenes eran pequeños, por ello eligieron tecnologías más efectivas. En muchas aplicaciones de la química fina reemplazaron catálisis existentes. El avance fue notable en el cracking catalítico fluidizado (FCC). En la química industrial no tienen mucha aplicación. La ilustración de lo complejo de la catálisis se presenta en la isomerización estructural del buteno.

3 Desarrollos de los materiales tipo malla molecular
Desarrollo de las zeolitas Principalmente suplir la necesidad de materiales con tamaño de poro mucho mayor Impacto de las zeolitas en refinería A principio de los sesenta las refinerías se vieron beneficiadas por la aparición de las mallas moleculares que ayudaron a aumentar la cantidad de fracciones de hidrocarburos. Aquí hay un hipervínculo figura1

4 Factores que se desarrollaron en el uso de zeolitas:
Intensas competiciones en los negocios de combustibles. Cambios en la calidad de los productos y demandas ambientales. Nuevas tecnologías introducidas debido al desarrollo de nuevas mallas y nuevos procesos. En la época entre los se desarrollaron muchas patentes En general las zeolitas presentaban mejores propiedades que sus equivalentes amorfos. Aquí hay un hipervínculo Figura3

5 Zeolitas en catálisis para procesos de hidrocarbonación
Cracking catalítico fluidizado La catálisis con zeolitas, combinada con la alta tecnología condujeron a la disminución de formación de coke y a realzar las gasolinas a partir del FCC. Hay tres puntos importantes relacionados con el FCC: Realce de la producción de olefinas. Mejoramiento de las gasolinas por un proceso secundario.

6 Isomerización del buteno para la producción del metil ter-butil eter (MTBE).
Olefinas mejoradas a partir del FCC La gran demanda de olefinas livianas (propeno) como materias primas. El buteno era el elemento que constituía la base de obtención de los componentes de la gasolina de alta calidad. Las olefinas eran obtenidas con temperaturas de operación altas, y con tiempos de contacto bajos para evitar la transferencia de hidrógeno. Es importante la separación del catalizador de los productos, por ejemplo por separadores sólido/gas.

7 En los 90 se mejoró agregando ZSM-5 (5-20 %m/m)
Antes se mejoraba el octanaje de la gasolina agregando MFI como un selector de forma. En los 90 se mejoró agregando ZSM-5 (5-20 %m/m) Mejoramiento en la calidad de la gasolina (FCC) Implantaron un proceso de aromatización antes del hidro-tratamiento Había desactivación del catalizador debida a la formación de coque La diferencia entre la desactivación de la MFI y la FER, es debida a la disimulada discrepancia entre los tamaños de poro. Aquí hay hipervínculo tabla1

8 Isomerización estructural del buteno
El MTBE es hecho por la eterificación del isobuteno con metanol. El isobuteno puede ser obtenido a partir del butano o del n-buteno Un proceso como el mostrado en la, puede duplicar la cantidad de MTBE producido en una refinería. La zeolita FER evita que la dimerización y la aromatización interfieran en la estabilidad catalítica y en la selectividad, en la obtención del isobuteno Otro hipervínculo figura 5

9 Hidrocracking En muchos países no es deseable la selectividad para la nafta, solo les interesa obtener el keroseno y los combustibles de transporte. La selectividad para el keroseno y los combustibles se favoreció utilizando una zeolita Y de poro pequeño. El recirculamiento hacia que la conversión de los compuestos pesados fuera mucho más eficiente. Se mezclaron la zeolita Y con silica y alúmina amorfa, que no tenía el problema de exclusión por tamaño para las moléculas pesadas.

10 Desparafinaje catalítico
Las parafinas están constituidas por las moléculas lineales. Para esta catálisis se usa un catalizador (ZSM-5, Ferririta o Mordenita) como selector de forma. En éste las moleculas que conforman la parafina, son convertidas a nafta por craqueo. Muchas veces no ocurre cracking, sino una isomerización. En los 90 se utilizaba la SAPO, que era un catalizador con poro grande y baja acidez.

11 Ciclo de innovación tecnológica en la catálisis con zeolitas
El ciclo de desarrollo del catalizador Casi es iterativo: 1) Preparación; 2) Caracterización; 3) Pruebas catalíticas. La rapidez con que esto se haga depende directamente de la hipótesis que guíe el trabajo Optimización de materiales basada en la relación propiedad/funcionamiento debe ser establecida por caracterización y muestreo detallados.

12 Síntesis de zeolitas Desarrollar un nuevo material para comercializarlo es un proceso costoso y requiere de mucho tiempo. Ferririta es un ejemplo de esta evolución. Los catalizadores tipo zeolita, sólo son comercializados cuando su capacidad de intercambio iónico, calcinación, incorporación de algún metal y los pasos de catálisis por forma han sido definidos con éxito.

13 Caracterización A veces los catalizadores que están bien caracterizados, no tienen el comportamiento esperado en catálisis. El número de los sitios Bronsted de acidez pueden ser contados con la técnica de espectroscopía. La forma de preparación tiene mucho que ver con funcionamiento en catálisis. Estudios sobre varias ferriritas (relaciones Si/Al) han concluido que la disribución de los sitios ácidos es importante para el comportamiento catalítico.

14 Muestreo Una buena caracterización alivia al principio la carga del proceso de muestreo. Modelamiento El modelaje ha tenido buena atención por su importancia comercial y su accesibilidad a varias herramientas. Los resultados teóricos a veces tiene buena correlación con los experimentales. Determinar las fuerzas de interacción entre las moléculas de las zeolitas es a través de un método ineficiente de ensayo-error, que lleva a errores en los datos experimentales reportados.

15 Para predecir las vibraciones en los enlaces y los cambios en la adsorbancia de los sistemas con zeolitas, a veces es necesario un procesador potente. La ferririta produce pequeñas cantidades de productos de más de 5 carbonos, debido a su tamaño pequeño de poro.

16 Futuras posibilidades y requerimientos
Actividad, acidez y composición química La actividad depende de la relación Si/Al. Es difícil mejorar la acidez y mantener su estructura. Se han logrado cambios en la acidez con la sustitución del Al en los metalsilicatos, por Ga, Fe o B. Selectividad y tamaño de poro Las zeolitas con tamaño de poro compuesto por 10 anillos has sido las que han tenido mayor aplicación.

17 Estabilidad térmica e hidrotérmica y la permanencia de la estabilidad
Siempre hay una zeolita o un aluminofosfato que cumpla con los requisitos térmicos del proceso. Una estabilidad hidrotérmica es necesaria en el FCC. La pérdida de esta estabilidad es debida a la presencia del Vanadio. Se han intentado cambios como disminuir la temperatura de regeneración, pero con poco éxito.

18 Utilidades no convensionales de las zeolitas
La hidrogenación y la deshidorgenación. La hidrogenación catalítica resistente al sulfuro. Los materiales compuestos por metales de transición como el Ti y el Co son utilizados en la catálisis oxidativa. Conclusiones La catálisis con zeolita está firmemente establecida en la industria petroquímica. Se han alcanzado nuevos materiales que responden a las necesidades ambientales y de catálisis. El crecimiento en la tecnología ha hecho posible la modelación de muchas zeolitas.