Activación de n-butano en Zeolitas USY: Influencia de la composición del catalizador y de la contaminación por sodio y vanadio

Abstract

La zeolita USY es tal vez el catalizador más usado en el mundo. Su actividad y selectividad la hacen idónea para el proceso FCC , uno de los desarrollos industriales de mayor impacto en el mundo, que consiste en la ruptura de hidrocarburos pesados a través de la acción catalítica de un sólido ácido. Muchos metales existentes en la carga del crudo entran en contacto con el catalizador. La fuerte evidencia experimental obtenida durante más de 40 años indica que el catalizador pierde actividad por la presencia de estos contaminantes metálicos. El sodio y el vanadio son dos de los metales más dañinos para el proceso; se sabe que su presencia se asocia a la pérdida de actividad del sólido. De otra parte, la destrucción de la red tridimensional de la zeolita Y parece estar relacionada con estos contaminantes, lo que conduce a una baja selectividad del proceso. Este tema ha sido ampliamente investigado, aunque aún está lejos de llegarse a una conclusión definitiva sobre el mismo. En el presente estudio se contempla una posibilidad aún no explorada por estudios previos, se evalúan los parámetros globales, tales como selectividad y actividad para una reacción modelo de cracking, en analogía al FCC ; se monitorean además los cambios estructurales y se determina la densidad de sitios activos. También se estudia el efecto que la contaminación metálica y la composición del catalizador ejercen en la propiedad que define todos los procesos catalíticos: la energía de activación. Se muestra que el sodio y el vanadio actúan de forma muy diferente; el primero destruye la estructura tridimensional del sólido, mientras que el segundo neutraliza selectivamente los sitios activos. Estos fenómenos tienen un efecto definido en la energía de activación del proceso, el cual se trata de racionalizar con los modelos existentes. La composición de la zeolita rige la actividad de los sitios ácidos; se muestra también que la energía de activación del proceso es función de este parámetro. Se encontraron algunos resultados controversiales respecto a los modelos actuales sobre el comportamiento de la acidez en zeolitas; para explicarlos se propone un modelo novedoso sobre la activación de los alcanos en ambientes zeolíticos, según el cual los sitios del tipo 1-NNN juegan un rol importante al ser capaces de atacar también las moléculas de hidrocarburo. Finalmente, se hace un aporte a la interpretación del significado del efecto de compensación en la cinética de las reacciones catalizadas, relacionándolo con el mecanismo particular por el que una reacción ocurre. Como en todo trabajo, quedan dudas por resolver; de todos modos se realizan grandes aportes al entendimiento de los mecanismos de desactivación de los catalizadores por la acción metálica y de la activación de hidrocarburos durante el proceso catalítico.