Catalizadores y Adsorbentes (Juan Bussi)

8/3/2019 Catalizadores y Adsorbentes (Juan Bussi)

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TECNOLOGÍAS LIMPIASBASADAS EN EL USO DE CATALIZADORES

Y ADSORBENTES

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TECNOLOGÍAS LIMPIAS

= procesos de manufactura otecnologías de producto que

previenen y reducen la polución

en comparación con las

tecnologías que reemplazan.




Contr ibución de Catalizadores

y Adsorbentes a lasTecnologías Limpias

RESIDUOS

PROCESOS

PRODUCTOS

MATERIAS PRIMAS




MATERIAS PRIMASØMenos contaminantes: sustitución de recursos fósiles(petróleo, gas, carbón) por recursos renovables(biomasa) (agua).ØMenor consumo.

PRODUCTOSReducción de contaminación.ØDirecta: presente en el producto (eliminación deazufre en gasolina)ØIndirecta: posterior a su uso (derivados de sudestrucción)(combustión de PVC).




PROCESOS

Contribución a la sustitución por otros menoscontaminantes por:Ømenor consumo energético.Ømayor rendimientoØcondiciones experimentales menos severas

(temperatura y presiones menores).Øoperaciones más sencillas (procesos en flujo).

RESIDUOSØ

Reciclaje (CO2, metales pesados).ØDestrucción segura y eficiente (CO, NOx, VOCs.dioxinas, órgano-clorados, patógenos, toxinas).




BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGÍA YPRODUCTOS QUÍMICOS

Tecnología deConversión

Pirólisis

Licuefacción

Gasificación

Combustión

ProductosPrimarios

Alquitranes

Líquidos

Gasescombustibles

Calor.

Tecnología deprocesamiento

Extracción

Degradación

Turbina

Síntesis

Motores

Calderas

Tecnología deprocesamiento

ProductosQuímicos

Gasolina+Diesel

Metanol

Electricidad

Amoníaco




Pirólisis de Biomasa

CxHyOz (sólido)

400ºC – 700ºC

Principales componentes de la biomasa: celulosa, hemicelulosa

y lignina

Recuperación de Productos QuímicosExtracción directa (destilación, solventes): polifenoles,

levoglucosano (20%), hidroxiacetaldehído.

Gases (H2, CO,

CO2, hidrocarburos

livianos)

Alquitranes

(CxHyOz fluido)

30% - 85%

20 - 23

MJ/m3

5 – 15

MJ/m3

Efecto catalítico de componentes inorgánicos, agregado de

sales (acetona, hidrógeno).




Degradación catalítica de alquitr anes

Hidrotratamiento

C6H8O4 + 6H2 6CH2 + 4 H2O

Aceite depirólisis

Hidrocarburos

(equivalente a nafta)

CoMo

70 – 200 bar250ºC – 400ºC

Cracking con zeolitas

C6H8O4 4.6CH1.2 + 1.4CO2 + 1.2 H2O

1 bar

350ºC – 600ºC

ZSM-5

15% aromáticos




Gasificación de Biomasa

Gases (H2, CO,CO2, hidrocarbur oslivianos)

Alquitranes y Cenizassólidas (inorgánicos)

4 - 6 MJ/m3

60% N2CxHyOz (sólido)

900ºC – 1400ºC

O2

Poder calorífico hasta 20 MJ/m3 usando H2O como agente

oxidante (reformado).

Uso de catalizadores:Ø reduce cantidad de alquitranes

Ø mejora calidad de gases para su posterior uso en síntesis.




Catalizadores utilizados:Ø

minerales de bajo costo (dolomita).Ø níquel/alúmina elimina trazas de hidrocarburos

(necesario para uso en síntesis).




Gas de Síntesis: CO + H2

Producido a partir de cualquier fuente de carbono.

CO + H2O ⇔ CO2 + H2

Catalizadores: Cr/Fe2O3 o Zn/Cr2O3 a 440 – 700°C

Cu/Cr2O3 a 230°C – 350°C

Co-MoS2 /Al2O3 a 180°C – 550°C

Reacción de Gas de Agua

C + H2O CO + H2

CO + H2O CO

2+ H

2




Síntesis Fischer Tropsch

BiomasaGas NaturalCarbón

CO + H 2

CH 3* CH 3CH 2* CH 3CH 2CH 2* C n H 2n+1*

CH 4 C 2 H 4 C 2 H 6 C 3 H 6 C 3 H 8 C n H 2n C n H 2n+2

H 2O




ØLa reacción se lleva a cabo sobre catalizadores de cobalto o

hierro.

ØPara un buen rendimiento se requiere alta presión (típicamente

20 - 30 bar) y temperatura (200 - 350 °C).

ØPor encima de los 400 °C la formación de metano resulta

excesiva.

(Producción de parafinas)

(Producción de olefinas)

Reacciones pr incipales:

Reacciones muy exotérmicas

Reacciones secundar ias, indeseadas:

(Producción de metano)(Producción de alcoholes)

(Deposición de carbono sólido)




Cinética(5 etapas básicas)

ØAbsorción de CO sobre la superficie del catalizador.

ØIniciación de la polimerización mediante

formación de radical metilo (por disociación delCO e hidrogenación).

ØPolimerización por condensación (adición de CO

y H2 y liberación de agua).

ØTerminación.

ØDesorción del producto.




Car acter ísticas de conver tidores para

Síntesis Fischer – Tr opsch (Alemania, 1940)

•Catalizador: Co-ThO2-MgO- Kieselgur (100:5:8:200)

•Temperatura: 195 – 200°C

•Presión: 1 atm

•Producción: 9.4 Kg/m3cat.h

•Composición del Producto:

C3-C4 10%

Gasolina 52.2%

Diesel oil 26.5%Parafinas 11.3%

•Alimentación : CO-H2 (1:2)

•Conversión: 50-60%




Otros Procesos

Composición de Productos (%)Cat. T(°C) P(atm)Producción(Kg/día)

Gasolina Diesel Parafinas Otros

Co 175-200 1 2260 56 33 11 -Co “ 7 9600 35 35 30 -Fe 240-260 20 9600 40 26 24 10Fe 270-290 20 20000 15 60 15 10




Distr ibución de pesos molecular es (Schulz-

Flory)% de HC

N° de at. de C

1

2 PH2

PCO

>

1 2

PH2

PCO





C ©



Síntesis de metanol

Favorecida a bajas temperatura y altas presiones

Proceso BASF (1913): catalizador Zn – Cr, 250-300 atm, 300-450ºC, muy estable a trazas de azufre.

Proceso ICI(1966): Cu-ZnO (selectividad > 99%), 50-150 atm,

200-300ºC, sensible a trazas de cloro y azufre.

Proceso Lurgi: incluye 6% de CO2 incrementa 23% el

rendimiento

2H2 + CO CH3OH ∆H25ºC = -90.75 kJ mol-1


G t d b F it PDF C t © F it S ft



Síntesis de etanol

Rh-Fe/SiO26.1 53 2.1 9 29.6

Rh-Fe/Al2O3 2.4 55 17 6.4 14.2

Rh-Fe/La2O3 31.2 66 9.6 1.2 20.5Rh-Fe/La2O3-

SiO2

14.8 52.4 4.7 6.8 31.1

Rh/SiO2 78 8 0.1 3.2

SelectividadCatalizador Conversión

CH4 (H.C) C2-C5 CH3OH C2H5OH

T = 593 K

P = 7 Mpa

CO/H2 = 1/1

CH 3

M

COCH3

C=O

M

H2 CH3

CH2OHRh


G t d b F it PDF C t © F it S ft



Catalizador: 3%Rh + Promotores/SiO2

Condiciones de reacción: P = 100 Kg/cm2

CO/H2 = 2/1

Selectividad (% )Promotores T(°C)

ActividadAcOH AcH EtOH CH 4 C2+

MnCl2 (1/3) 280 1.06 36.1 31.1 1.9 13.7 12.3MnCl 2+ZrCl4 300 1.38 39.5 30.7 3.6 15.4 8.5

MnCl2+LiCl 300 1.67 48.8 27.6 1.6 8.5 8.9

MnCl2 -

ZrCl4-LiCl

300 1.66 46.6 29.7 3.2 10.4 6.3

- 320 0.16 15.0 49.2 0.1 22.2 10.0

Síntesis de ácido acético




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OH+ H2CO

H+

O

OH

CHOO2; 500ºC

Ag/SiO2

∆T CHO

CHO

∆T

Pd

ØMétodo clásico por oxidación de terpenos con MnO2: grancantidad de residuos inorgánicos.

Síntesis de Citr al

ØMétodo BASF : oxígeno molecular como agente oxidante.


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Oxidación con H2O2 (solución acuosa al 30%)

Catalizadores: tamices molecular es redox TS1

TS-1+

30% H2O2

OH

OH

OH

OH

O NOH

O

RCH CH2

RCH CH2

R2CO

R2CHOH

NH3PhOH

Treacción = 40ºCSolvente: MeOH


Catalizadores y Adsorbentes (Juan Bussi)

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