Deshidrogenación oxidativa de N-butano sobre catalizadores másicos y soportados de óxidos de vanadio y magnesio. Preparación, comprobación y comparación de su comportamiento

Abstract

Con el propósito de superar algunos de los problemas que presenta la deshidrogenación directa, se buscan métodos alternativos siendo el más promisorio la deshidrogenación oxidativa (DHOX). En el Laboratorio de Refinación y Petroquímica de la Escuela de Ingeniería Química de la UCV se han estudiado en los últimos años catalizadores de VMgO, los cuales se muestran activos y selectivos en la DHOX de n-Butano, de igual forma se ha estudiado su método de preparación para poder obtener catalizadores equivalentes a los elaborados en el Instituto Tecnológico de Química (ITQ) ubicado en Valencia – España, por ser un laboratorio altamente reconocido en la preparación de este tipo de catalizadores. En dichos estudios se ha determinado que los catalizadores soportados en sílice y α-alúmina son los que poseen mayores probabilidades de llegar a ser el corazón de la tecnología de la deshidrogenación oxidativa de n-Butano. Debido a ello el presente trabajo consistió en el estudio de la DHOX de n-Butano en catalizadores de VMgO másicos y soportados con un 30% en peso de sílice o α-alúmina y una relación atómica Mg/V = 4. Los catalizadores fueron caracterizados a través de ensayos de DRX, análisis químico por absorción atómica y superficie específica (BET). Se estudió el efecto sobre la estabilidad, selectividad y la conversión que tienen la temperatura de reacción, tiempo de contacto, temperatura de calcinación y una variación en el método de agitación utilizado en la preparación. La composición utilizada en la alimentación para este estudio fue de C4H10/O2/N2 = 8/12/80, la temperatura de reacción osciló en un rango de 480 y 550ºC, los tiempos de contacto utilizados fueron 6, 25 y 50 gcat min/moltot y se estudiaron dos temperaturas de calcinación, 600 y 700 ºC. La reacción se llevó a cabo en un reactor de lecho fijo de cuarzo operado a presión atmosférica. La composición de alimentación se reguló con controladores másicos automáticos, la temperatura de reacción se fijó mediante un horno provisto de un controlador PID, y la corriente de salida se analizó mediante un cromatógrafo de gases. Los productos obtenidos durante la DHOX fueron 1-buteno, c-2-buteno, t-2-buteno, 1,3-butadieno, CO y CO2. Se encontró que el nuevo método de preparación de los catalizadores genera una mayor actividad y mejor selectividad en el catalizador comparado con los catalizadores estudiados por Malaver y Rosato (2004) y Farias y Pedroza (2005), los cuales estudiaron el método de preparación en el Laboratorio de Refinación y Petroquímica de la UCV. Los catalizadores másicos calcinados a 700ºC mostraron una mejor estabilidad pero menor actividad que los calcinados a 600ºC, sin embargo la mayoría de los catalizadores másicos calcinados a 700ºC presentaron problemas durante su estabilización, observándose un aumento descontrolado en la temperatura de reacción causando su desactivación. Los catalizadores másicos preparados no sólo reproducen el comportamiento de los catalizadores preparados en el ITQ, sino que tiende a mejorarlos en cuanto a selectividad se refiere. El catalizador soportado en sílice se mostró ligeramente menos activo en comparación con el preparado en el ITQ, pero presentó una mayor selectividad a butenos y butadienos. Para el catalizador soportado en α-alúmina se obtuvo prácticamente el mismo comportamiento que el preparado en el ITQ, pero mostró una menor dispersión en los resultados obtenidos. Los mejores resultados se obtuvieron para el catalizador másico, al presentar la mayor actividad y selectividad total hacia olefinas. Los de α-alúmina presentaron mejor actividad y selectividad total que los catalizadores soportados en sílice, lo que pudo haber sido debido al mayor carácter ácido de la sílice. Los catalizadores preparados presentaron características estructurales muy similares a los preparados en el ITQ. De acuerdo a lo expuesto anteriormente, se concluyó que se logró transferir la tecnología requerida para la preparación de catalizadores de VMgO para la DHOX de n-Butano, logrando mejorar adicionalmente la actividad y selectividad con respecto a los catalizadores preparados en el ITQ.