Hydrodesulfuration

Universidad Nacional Experimental Politécnica[pic 1][pic 2]

“Antonio José de Sucre”

Vicerrectorado Barquisimeto

Departamento de Ingeniería Química

Cinética Química

4,6-Dimethyldibenzothiophene Hydrodesulfurization

Alumno:

Ronald Rojas                                          C.I: 24.513.892                                            Exp: 20131-0004

Barquisimeto, Febrero del 2019.

RESUMEN

Se analizó el artículo científico “Kinetics of Two Pathways for 4,6-Dimethyldibenzothiophene Hydrodesulfurization over NiMo, CoMo Sulfide, and Nickel Phosphide Catalysts” en el cual se describe un estudio cinético para la hidrodesulfuración (HDS) de 4,6-dimetildibenzotiofeno (4,6-DMDBT)  sobre catalizadores comerciales del tipo NiMo, catalizadores de sulfuro de CoMo y catalizadores de fosfato de níquel. En dicho artículo estudiado se hace constar  que el estudio experimental de ésta reacción se realizó en un reactor  bacth a temperaturas entre 548 K y 598 K, y presiones  (hidrógeno presurizado) mayores a 13 atm, a su vez se observó según los resultados tabulados que un aumento de temperatura o presión favorece la reacción, incrementando la constante cinética. Además se identificó que en la HDS ocurren reacciones múltiples (serie-paralelo) a través de 2 vías de reacción: una vía de hidrogenación indirecta (HYD) y una desulfuración directa (hidrogenólisis). La hidrodesulfuración de compuestos individuales de azufre en concordancia con los datos experimentales sigue una cinética de pseudo primer orden y la   reacción se lleva a cabo de forma catalítica heterogénea. Aunado a lo anterior, también se pudo identificar los reactivos de la reacción principal: hidrógeno (H2) y 4,6-Dimetildibenzotiofeno, siendo este último el reactivo limitante. La HDS es una reacción sin mecanismo en cadena, y no es aplicable el método de aproximación del estado estacionario para hallar una cinética no elemental.

Palabras clave: Hidrodesulfuración, Catalizador, cinética, Ley de velocidad.

Introducción

La hidrodesulfuración (HDS) es un proceso químico catalítico destinado a eliminar el azufre el cual es una impureza contaminante que se encuentra en el gas natural y de los productos refinados del petróleo, tales como gasolina, queroseno, combustible diesel.

Este azufre se encuentra combinado formando componentes químicos que, de ser encontrados en los combustibles en el motor en el momento de la combustión, este se corroería y al mismo tiempo, al ser expulsados los gases, contaminarían el ambiente.

Es de hacer notar que el incremento en el uso del diesel origina severos problemas de contaminación en zonas urbanas. Un elevado contenido de azufre en el diesel, y el empleo de vehículos con motores viejos a los que casi nunca se les dan mantenimiento, provocan serios problemas no sólo en Venezuela sino en todo el mundo.

La HDS se produce a través de dos rutas, dónde una de ellas es la hidrogenación indirecta en la cual se forman hidrodimetildibenzotiofenos y una ruta denominada hidrogenólisis

La reacción química se puede esquematizar de la siguiente forma:

R’-S-R2 + 2H2  R’ + R2 + H2S[pic 3]

El sistema de reacción consta usualmente de reactores empacados de tres fases, son llamados así porque se encuentran presentes la fase líquida (gasóleo), la fase gas (H2 y H2S) y la fase sólida (catalizador).

En el presente informe se analiza el artículo científico “Kinetics of Two Pathways for 4,6-Dimethyldibenzothiophene Hydrodesulfurization over NiMo, CoMo Sulfide, and Nickel Phosphide Catalysts” el cual tiene como objetivo estudiar el efecto que tienen distintos catalizadores comerciales en la velocidad de reacción en la HDS.

Con la finalidad de identificar un sistema reactivo real, en el presente informe se examinará un artículo científico basado en el estudio experimental cinético para la hidrodesulfuración  con catalizadores comerciales, dónde se describirán característica de dicho sistema, tales como: Tipo de reacción, reactivos, productos primarios y secundarios que se forman, condiciones de operación, mecanismo, rutas y cinética.

Desarrollo

1. Consideraciones de la reacción a estudiar.

Los reactivos de la reacción principal son hidrógeno (H2) y 4,6-Dimetildibenzotiopfeno, mientras que los productos principales son 3,3’-dimetilbifenil (DMBP), tetrahidrodimetildibenzotiofeno (4HDMDBT) y Hexahidrodimetildibenzotiofeno (6HDMDBT). Y los productos secundarios son 3’-Metilciclohexiltolueno y Dimetilbiciclohexil.

La catálisis heterogénea es una reacción química en la que se utiliza un catalizador que está en una fase distinta a los reactantes. [pic 4][pic 5]

Para la obra en estudio, los tres tipos de catalizador empleados en la  reacción de HDS generalmente son sólidos. Mientras tanto, los reactivos empleados, 4,6-Dimetildibenzotiopfeno e hidrógeno están en estado líquido (dependiendo de las condiciones de operación) y gaseoso respectivamente.

 Expuesto lo anterior, la reacción se lleva a cabo de forma heterogénea. Más aún, la reacción es una catálisis heterogénea debido al estado sólido del catalizador.

1. Concentraciones iniciales de los reactivos.

El reactivo 4,6-DMDBT, se encuentra en una solución de decalina en 1,23% de peso en concentración y fueron usados 4 gramos  de ésta solución para el experimento, dónde a su vez, los moles iniciales son [pic 6]

El otro reactivo utilizado para la reacción es el mismo hidrógeno, que, para las condiciones dadas se puede calcular su concentración inicial por la ley de gases ideales o considerando el factor de compresibilidad.

Por ejemplo, a 20.4 Atm, 573 K y asumiendo gases ideales, la concentración inicial de Hidrógeno es .[pic 7]

• [pic 8]

• [pic 9]

1. Reactivo limitante.

Se sabe que el reactivo limitante es aquel que está presente en una  menor proporción estequiometrica respecto a los demás reactivos. La relación estequiométrica del hidrógeno con el 4,6-DMDBT es 2:1 (b/a) mientras que la relación de moles al inicio (para las condiciones de 20.4 Atm y 573 K) es 46,77:1 (, el hidrógeno se alimenta en una proporción mayor a la estequiométrica respecto al 4,6-DMDBT. En consecuencia, A es el reactivo limitante.[pic 10]

La relación antes descrita para saber que reactivo es el limitante, se basa en dividir los moles iniciales o de entrada de B entre A (NBi/NAi).

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