Envenenamiento De CatalizadoresEnvenenamiento de catalizadores y
proceso de limpieza de los mismos
IntroduccinElenvenenamiento de catalizadoro catalizador
envenenado se refiere en el sentido de que un catalizador puede ser
'envenenado' si ste reacciona con otro compuesto que vincula
qumicamente (similar a un inhibidor) pero no libera, o qumicamente
cambia alcatalizador. Esto con eficacia reduce la utilidad del
catalizador, (es decir el nmero de sitios activos) como ste no
puede participar en la reaccin con la cual se supona para
catalizar; entonces se inhibe en trminos qumicos, aunque existen
sustancias, que pueden limitar o revertir tal condicin de
envenenamiento, La molcula envenenadora, podra ser un reactivo y/o
un producto de la reaccin principal, o podra ser una impureza de la
corriente de alimentacin.
DesarrolloEl envenenamiento es un proceso de inhibicin o de
inactivacin que sufre un catalizador, puesto que el catalizador
pierde su actividad de reaccin.Consideremos un elemento de la
superficie del catalizador en un entorno activo y uniforme. Los
centros activos de esta superficie pueden desactivarse de modos
diferentes. Por una parte, pueden desactivarse uniformemente; en
otras palabras, todos los centros (los muy activos y los pocos
activos) son atacados indiscriminadamente. Por otra parte, puede
ocurrir que se ataquen y desactiven preferentemente los centros ms
activos. Los denominaremos ataque homogneo de los centros y ataque
preferente de los centros, respectivamente.Ataque homogneo de los
centrosEl ataque homogneo de los centros corresponde al
envenenamiento por deposicin fsica sobre la superficie; tal como el
ensuciamiento. Por el contrario, el ataque preferente de los
centros corresponde a la quimisorcin de pequeas cantidades de
venenos.En el ataque homogneo de los centros hemos de considerar
otro factor: si laDeposicin fsica da lugar a una capa porosa de
espesor creciente, la actividad ha de disminuir de modo gradual a
medida que el reactante vaya encontrando mayor dificultad para
difundirse a travs de esta capa creciente. La desactivacin por
envenenamiento tiene lugar cuando algunas molculas presentes en el
fluido (venenos) se quimisorben permanentemente sobre los centros
activos, disminuyendo el nmero de stos disponible para la
reaccin
El veneno suele ser una impureza presente en la alimentacin
Son ejemplos tpicos, la desactivacin de los catalizadores de
platinoo nquel por quimisorcin de compuestos de azufre,
Envenenamiento de catalizadores cidos (zeolitas o
slice-alminas)por compuestos orgnicos bsicos (quinoleina, pirrol,
etc). En ocasiones, los propios reactivos o productos pueden actuar
como venenos El proceso se denomina entonces autoenvenenamiento.
Por ejemplo, en el esquema complejo de reacciones que tienen lugar
en el convertidor cataltico de un automvil, el propio monxido de
carbono o los hidrocarburos inquemados a eliminar actan a
temperaturas bajas como venenos adsorbidos sobre los centros
activos, reduciendo la actividad de los catalizadores de Pt/Pd/Rh
en el convertidor. En este caso el autoenvenenamiento suele ser
reversible, es decir, al aumentar la temperatura los compuestos en
cuestin se desorben participando en la reaccin principal, a la vez
que liberan los centros activos del catalizador.
Este proceso referido es la quimisorcionLaquimisorcinocurre
cuando un enlace qumico se forma, definido en este caso como un
intercambio de electrones. El grado de intercambio y lo simtrico
que sea dependen de los materiales involucrados. A menudo hay un
paralelismo con las situaciones encontradas enqumica de
coordinacin. La quimisorcin es particularmente importante en
lacatlisis heterognea, la forma ms comn en la industria, donde
uncatalizadorslido interacciona con un flujo gaseoso, el reactivo o
los reactivos, en lo que se denomina reaccin enlecho fluido. La
adsorcin del reactivo por la superficie del catalizador crea un
enlace qumico, alterando la densidad electrnica alrededor de la
molcula reactivo y permitiendo reacciones que normalmente no se
produciran en otras circunstancias. La corrosin es un ejemplo de
ello.
En los temporales, el envenenamiento tiene lugar en el perodo en
que el veneno est en contacto con el catalizador. En cuanto aqul se
remueve se restaura la actividad. La disminucin de sta se debe, en
la mayora de las ocasiones, a la fuerte adsorcin preferencial del
veneno sobre la superficie del catalizador. Con una adsorcin
suficientemente fuerte, el reactivo puede desplazarse
completamente, y la superficie total se cubre de una capa inactiva
de veneno.
Resultado del envenenamientoComo resultado del envenenamiento,
la actividad desciende a medida que el contenido de veneno en el
catalizador aumenta. Puede darse diferentes comportamientos,
dependiendo de si envenenamiento es uniforme en toda la masa de
catalizador o avanza progresivamente desde el exterior hacia el
interior.
Conclusiones:Existen dos tipos de envenenamiento cataltico, el
permanente y los temporales. nicamente los envenenamientos
temporales pueden limpiarse ya que los temporales, ya que se ha
demostrado que la cantidad de veneno suficiente para detener la
actividad, es a veces tan pequea que no podra alcanzar a cubrir la
superficie total ni aun con una capa monomolecular. En su teora de
los centros activos, H. S. Taylor explica este hecho al considerar
la superficie irregular, con una actividad cataltica localizada en
ciertos puntos, en cuanto ellos se cubren con el veneno, disminuye
la actividad reducindose prcticamente a cero. Adems, como estos
puntos son slo una parte pequea de la superficie total, la cantidad
de sustancia necesaria para envenenar el catalizador es muy
pequea.
Etileno a partir de acetilenoLa produccin de losproductos
qumicosindustriales ms importantes implica a la catlisis. Por
ejemplo, en la reduccin deletinoaeteno, el catalizador paladio(Pd)
es "envenenado" parcialmente conacetato de plomo (II)(Pb(CH3COO)2).
Sin la desactivacin del catalizador, el eteno producido se reducir
posteriormente aetano.
Cuando el paladio est finamente dividido, un catalizador de
formas verstiles acelera reacciones dehidrogenacinydeshidrogenacin,
as como en elcraqueodepetrleo. Un gran nmero de enlaces
carbono-carbono formando reacciones enqumica orgnica(como el
acoplamiento de Heck y Suzuki) se ven facilitadas por lacatlisiscon
compuestos de paladio. Adems del paladio, cuando se dispersa sobre
materiales conductores, resulta ser un excelente electrocatalizador
para laoxidacindealcoholesprimarios en mediosalcalinos.
El nquel Raney se usa en una gran variedad de procesos
industriales y ensntesis orgnicas, gracias a su estabilidad y gran
actividad cataltica a temperatura ambiente.Se usa en la reduccin de
compuestos con enlaces mltiples (insaturados),
comoalquinos,alquenos, nitrilos,dienos, compuestos aromticosy
carbonilos.