Desactivación por coque de catalizadores de zeolita HZSM-5 en procesos de obtención de olefinas.

Abstract

Se ha estudiado la desactivación de catalizadores preparados con zeolita HZSM-5 en procesos de obtención de olefinas ligeras a partir de oxigenados (bio-oil y dimetil éter), clorometano, poliolefinas, así como en la intensificación de propileno a partir de etileno o 1-buteno. Los resultados se han comparado con los de otros catalizadores ácidos con zeolitas HY, Hß o silicoaluminofosfatos (SAPO-18 y SAPO-34). La desactivación de los catalizadores se ha estudiado atendiendo a la evolución con el tiempo de sus propiedades y de los índices de reacción (conversión, rendimientos y selectividades de productos), evaluando sistemáticamente el efecto sobre estas magnitudes y sobre la naturaleza y ubicación del coque, de las propiedades del catalizador (estructura porosa y acidez) y de las condiciones de operación (temperatura y composición del medio de reacción). La comprensión del problema exige interpretar de forma integral el efecto de todas estas variables.La naturaleza, estructura y ubicación del coque se han determinado mediante la combinación de diferentes técnicas de análisis termogravimétrico, espectroscópico y de extracción. En el análisis se han identificado dos fracciones de coque; una mayoritariamente localizada en la matriz del catalizador y otra en el interior de los canales de los cristales de zeolita, y cuya importancia relativa en la desactivación depende de las propiedades de catalizador y condiciones de reacción.La comparación de los resultados para los diferentes procesos ha permitido obtener una visión general y transversal de la desactivación por coque de los catalizadores de zeolita HZSM-5. Se hacen patentes características comunes bien definidas de la desactivación, atribuibles a la particular estructura de microporos de la zeolita HZSM-5, sin cajas en las intersecciones, y que limitan la evolución del coque. Estas ventajas son potenciadas por la configuración de la partícula de catalizador en una estructura porosa jerarquizada, así como por unas condiciones adecuadas de reacción. Además, la relación SiO2/Al2O3 de la zeolita HZSM-5 es una herramienta para modular la acidez, evitando la presencia de centros fuertemente ácidos, principales responsables de la formación de coque.Se ha establecido una metodología para determinar ecuaciones cinéticas de desactivación dependientes de la concentración de los precursores del coque, identificando estos a partir de la relación entre los mecanismos de formación del coque y de las reacciones del proceso principal. La cinética de desactivación está condicionada por la formación de coque a tiempos cortos de reacción y ha de cuantificar el efecto de la temperatura de reacción y de la concentración de agua en el medio de reacción.