Evaluación catalítica de Pt y NiMo soportados en arcilla modificada con Zr y SiO2-A12O3 en la hidrodesulfuración e hidrogenación de moléculas modelo representativas de fracciones del diesel - Colín Luna, José Antonio (Universidad Autónoma Metropolitana, 2010)
Los actuales problemas ambientales son derivados en su mayor parte de la emisión de gases precursores de contaminantes provenientes de vehículos automotores. Por tanto, la industria de refinación del petróleo se enfrenta al reto de modificar sus procesos y mejorar sus sistemas de reacción con el fin de reducir el contenido de azufre y de aromáticos en carburantes como diesel y gasolina. Una solución a un corto plazo es el desarrollo de nuevos sistemas catalíticos con una mayor actividad que los catalizadores comerciales de NiMoS/-Al2O3, y selectividad hacia compuestos con cero contenido de hetero-átomos precursores de contaminantes (S, N, V, etc.) y que no alteren los índices de octano en gasolinas o de cetano en el diesel. Para alcanzar este propósito una opción consiste en catalizadores con fases activas de metales nobles como Pt, Pd, Ir o combinaciones de estos con propiedades catalíticas destacadas. No obstante, debido al azufre presente en las fracciones del diesel, este tipo de material se desactiva rápidamente bajo determinadas condiciones de proceso, por lo que se requiere de investigación acerca de estos catalizadores en reacciones de hidrotratamiento. En el presente trabajo, se propone el estudio de sistemas de catalizadores basados en Pt soportados en dos materiales con base en sílice y alúmina: SiO2-Al2O3 y un aluminosilicato laminar tipo arcilla modificado por la introducción de cationes de Zr. Estos materiales se seleccionaron en función de sus propiedades ácidas, texturales y estructurales, por lo que una arcilla pilareada con cationes de circonio (PILC-Zr) se empleó como soporte de acidez alta, mientras que el material usado como soporte moderadamente ácido fue SiO2-Al2O3 comercial, a una relación en peso Si/Al de 87/13 (SiAl). Adicionalmente se consideró -Al2O3 como soporte de referencia. Se determinó que la acidez de moderada a alta presente en estos catalizadores, provoca una diferencia en la actividad y selectividad, respecto a catalizadores comerciales de NiMoS/-Al2O3, y que este efecto tiene que ver con la deficiencia de electrones del metal debido a la acidez del soporte, generando metales con una baja capacidad de formar enlaces con el azufre. Las muestras se caracterizaron por fisisorción de nitrógeno, difracción de rayos X, microscopía electrónica de transmisión de alta resolución, quimisorción de piridina seguida por espectroscopía IR y reducción a temperatura programada. En un intento por determinar la conveniencia de estos materiales como soportes de catalizador en un proceso de hidrodesulfuración profunda de doble etapa, se sintetizaron catalizadores de Pt reducidos y bajo un tratamiento de sulfuración. Los catalizadores se probaron en la hidrodesulfuración de dibenzotiofeno y en moléculas altamente refractarias como el 4,6-dimetildibenzotiofeno. En el caso de catalizadores de NiMoS el catalizador soportado en PILC-Zr presentó una actividad hidrogenante superior frente a catalizadores NiMoS/SiAl y NiMoS/-Al2O3. Este comportamiento es atribuible a los sitios Brönsted presentes en la PILC-Zr y a especies de NiMoS pequeñas bien dispersas en los poros del soporte. A través de los resultados de caracterización por microscopía electrónica de alta resolución, se detectó un efecto importante del tamaño de partícula derivado de las interacciones del soporte, atribuible a las propiedades superficiales del soporte y a la naturaleza química de las especies de impregnación presentes. De acuerdo con estos resultados, la mayor contribución de este trabajo se centró en la comprensión de la función de la acidez superficial en sistemas catalíticos sulfuros y reducidos, así como el efecto de la morfología de las partículas en la actividad en reacciones de HDT. La integración de estos resultados derivó en un modelo estructural que esquematiza la HDS o la HID en estos catalizadores.