Minerales arcillosos en el diseño de nanocatalizadores para el hidrocraqueo

Abstract

Una serie de catalizadores bifuncionales mesoporosos fueron sintetizados mediante la incorporación de fases activas de Mo o W promovidas con Co, Ni, o Fe (Ni(Co)(Fe)-Mo(W)), sobre una serie de soportes basados en arcillas naturales colombianas previamente modificadas a través del proceso de delaminación. Los sólidos resultantes fueron caracterizados empleando difracción de rayos X (DRX), reducción a temperatura programada con H2 (TPR-H2), temperatura programada de desorción de amoniaco (TPD-NH3), espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier en modo de reflectancia difusa usando amoníaco como molécula sonda (DRIFTS-NH3), isotermas de adsorción/desorción de N2, microscopía electrónica de transmisión (TEM), microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM), y espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS). El desempeño catalítico de los nuevos catalizadores fue evaluado en la hidroconversión de decano (n-C10), el hidrocraqueo (HCK) de 1-metilnaftaleno (1MN), y el hidrocraqueo de Bitumen de Atabasca (proveniente de la región de Alberta, Canadá). Los resultados muestran que los soportes y catalizadores sintetizados son mesoporosos y tienen acidez tipo Brönsted apropiadas para la reacción de hidrocraqueo de crudos pesados, extrapesados y bitumen. Adicionalmente, se evidencia que la incorporación de las fases oxídicas sobre los soportes delaminados fue exitosa alcanzando una buena dispersión. Así mismo, se observa una disminución en el área superficial y un aumento en la acidez de los materiales después de la incorporación de los óxidos, y se verifica la sulfuración de los metales, con algunas variaciones en la proporción sulfurada cuando se emplean las diferentes fases activas. Los catalizadores que presentan el mejor desempeño catalítico son aquellos que comprenden el sistema NiMo, lo cual se ve reflejado en menores temperaturas de conversión de decano y mayores conversiones de 1MN y de Bitumen. Este desempeño de los materiales se atribuye a mejores propiedades fisicoquímicas de los catalizadores: propiedades ácidas, número de especies reducibles y mayor dispersión metálica.

A series of mesoporous bifunctional catalysts of Mo and W were synthesized by incorporating active phases promoted with Co, Ni or Fe ((Ni(Co)(Fe)-Mo(W)) on different supports based on natural clays modified through delamination process. Solids were characterized by X-ray diffraction (XRD), temperature-programmed reduction (TPR), ammonia temperature-programmed desorption (TPD-NH3) and diffuse reflectance FTIR (DRIFTS-NH3), adsorption/desorption experiments using N2, transmission electron microscopies (TEM and HRTEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Catalytic performance was evaluated in the hydroconversion of n-decane (n-C10), hydrocracking (HCK) of 1-methylnaphtalene (1MN) and hydrocracking of Athabasca Bitumen (Alberta, Canada) Mesoporosity and Brønsted acid sites of supports and synthesized catalysts were determined by adsorption/desorption, TPD-NH3 and DRIFTS-NH3 experiments. These properties are suitable for hydrocracking reaction of heavy and extra heavy crudes as well as of bitumen. In addition, a successful incorporation of oxidic phases on delaminated supports was evidenced, reaching a good dispersion. Likewise, there was a decrease on surface area and an increase of acidity of catalytic materials because of the incorporation of the oxides. Also, the sulfurization of the metals was evidenced, with some variations in the sulfurized proportion when different active phases are used. Best catalytic performance was obtained using NiMo catalysts, which was reflected in lower n-decane conversion temperatures and higher conversions of 1MN and Bitumen. The performance of these catalysts seems to be related with better acidity properties, number of reducible species and a greater metallic dispersion.