Definición de un catalizador, propiedades físicas y químicas.

Química del Petróleo

Definición de un catalizador, propiedades físicas y químicas.

1. Que es un Catalizador?

Es una sustancia química (simple o compuesta) que aumenta la velocidad de reacción mediante la reducción de la energía de activación, pero que no se modifica por dicha reacción, es decir se comporta como un inerte.

1. Cuáles son los tipos de Catálisis?

Existen dos tipos de catálisis, homogénea y heterogénea.

1. Cuando se le conoce como catálisis homogénea?

Si el catalizador está presente en la misma fase que los reactivos, se le llama catalizador homogéneo, y este tipo de catálisis se le conoce como catálisis homogénea. Ejemplo, en solución acuosa (catálisis ácido-base)

1. Cuando se le conoce como catálisis heterogénea?

Si el catalizador está presente en una fase diferente de los reactivos, se le llamada catalizador heterogéneo, y este tipo de catálisis se le conoce como catálisis heterogénea. Ejemplo, en sistemas de dos o tres fases, con reacciones de gases o líquidos sobre catalizadores sólidos.

1. Cuáles son las formas y dimensiones de los catalizadores?

1. Pellet, tamaño de 1.5-10 mm de diámetro.
2. Anillo, tamaño 6-20 mm de diámetro. El canal central supone una mejora en el transporte de gas, dentro del pellet en el lecho del catalizador.
3. Extrusión, tamaño 1-5 mm de diámetro y 10-30 de longitud.
4. Pellet con varios canales, tamaño 20-40 mm de diámetro y 10-20 mm de longitud, los canales son de menor tamaño que los anillos, produciendo un cambio en el equilibrio entre la fuerza mecánica del pellet y los fenómenos de transporte masa-calor.
5. Fragmentos, tamaño: 1-12 mm de diámetro.
6. Esferas, tamaño de 3-12 mm de diámetro.

1. Como son físicamente los catalizadores?

Son parecidos a una esponja por tener alta porosidad interna, excepto que son duros y resistentes.

1. En qué consisten los catalizadores?

Deben de contener un soporte, ya que este es necesario para dispersar la fase activa a fin de contar con áreas activas grandes.

1. Cuáles son los soportes más utilizados?

1. Alúmina (Al2O3)
2. Titania (TIO2)
3. Zeolitas
4. Carbón Activado.

1. Como se describe este proceso?

De un soporte (material de porosidad y área adecuada) sobre el cual se depositan diferentes óxidos metálicos que posteriormente se activan para llevar a cabo las reacciones. Es decir, los óxidos se transforman en sulfuros.

1. Como es el interior de los catalizadores?

El catalizador generalmente es poroso y tiene área superficial grande.

1. Como se preparan los catalizadores?

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1. Cuáles son los agentes Sulfhidrantes más comunes para la activación de los catalizadores?

1. TNPS : Ter-nonil PoliSulfuro
2. NBM : N-Butil Mercaptano
3. DMDS : DiMetil DiSulfuro
4. EM : Etil Mercaptano
5. DMS : DiMetil Sulfuro

1. Cuáles son las propiedades físicas de los catalizadores?

1. Área superficial Específica (ASE) m2/g[pic 18][pic 19][pic 20]
2. Volumen de Poro (VP) cm3/g
3. Diámetro promedio de Poro (DPP) nm, A
4. Distribución de Volumen de Poro (DVP) %Vol[pic 21]
5. Forma
6. Tamaño, mm
7. Densidad compacta (DC) g/ml
8. Resistencia a la fractura, Kg/partícula
9. Pérdidas por atrición, %Peso
10. Tipo de soporte (seleccionado desde la síntesis)[pic 22][pic 23]
11. Fases activas y su dispersión (sulfuros metálicos)
12. Composición de metales (Ni, Co, Mo, etc.)

Fundamentos de las reacciones catalíticas, desactivación y regeneración de catalizadores.

1. Cuáles son las magnitudes de tamaños en un reactor?

1. Reactor (Lecho catalítico) – 1m
2. Partículas de catalizador  - 1 mm
3. Poro de Catalizador – 1 micrómetro
4. Sitios activos del catalizador – 1 nanómetro

1. Cuáles son los pasos de la reacción catalítica heterogénea?

1. Transporte externo de reactivos del seno del líquido hasta la boca del poro.
2. Transporte interno de reactivos de la boca del poro al interior
3. Adsorción de reactivos en la superficie del catalizador
4. Reacción química en los sitios activos del catalizador
5. Desorción de los productos desde la superficie del catalizador
6. Transporte interno de productos del interior a la boca del poro
7. Transporte externo de los productos de la boca del poro al seno del líquido

1. Como se lleva a cabo la adsorción física en la superficie de un catalizador?

La adsorción física: las moléculas de adsorbato se mantienen unidas a la superficie del sólido por medio de las fuerzas de Van der Waals.

1. Cuáles son las características de la adsorción física?

1. Es una interacción débil
2. Es un proceso exotérmico (las fuerzas de van der Waals son atractivas) en el que los calores liberados son semejantes a las entalpías de condensación de la sustancia adsorbida.
3. La molécula fisisorbida mantiene su identidad ya que la energía es insuficiente para romper el enlace aunque su geometría puede estar distorsionada.
4. La adsorción física es un proceso no específico ya que las fuerzas que intervienen no lo son y no existe una selectividad marcada entre adsorbato y adsorbente.
5. La fisisorción se produce en multicapas, es decir, sobre una capa fisisorbida puede adsorberse otra.
   

1. Como se lleva a cabo la adsorción química en la superficie de un catalizador?

La adsorción química: Las moléculas del adsorbato se mantienen unidas a la superficie del sólido formando un enlace químico fuerte.

1. Cuáles son las características de la adsorción Química?

1. Las entalpias de quimisorción son mucho mayores que las de fisisorción y del orden de las que se liberan en la formación de enlaces químicos.
2. La quimisorción es específica. Por ejemplo el N2 es quimiadsorbido a temperatura ambiente sobre Fe, W, Ca y Ti, por no sobre Ni, Zn, Ag, Cu, o Pb.
3. Dado que implica la formación de un enlace entre adsorbato y el adsorbente, el proceso se detiene tras la formación de una mono capa sobre la superficie.
4. En general, la quimisorción implica la rotura y formación de enlaces, por lo que la molécula quimisorbida no mantiene la misma estructura electrónica (enlaces) que en fase gaseosa.

1. Como ocurre la desactivación de catalizadores?

Al inicio los productos de reacción tienen poco Ni, V, S, y con el tiempo aumenta el contenido de los contaminantes (desactivación del catalizador)

1. Cuales son los tipos de desactivación?

1. Sinterización: Pérdida de área, gradual, o catastrófica, irreversible – no regenerable.
2. Ensuciamiento: Bloquea físico de la superficie por carbón o suciedad
3. Envenenamiento: Quimisorción sobre sitios activos, reversible o irreversible
4. Envenenamiento selectivo: Bloqueo de reacciones laterales, inhibición de reacciones consecutivas

1. Que es la Sinterización?

Es la pérdida de superficie catalítica por el crecimiento de cristales de la fase del catalizador debido al colapso de los poros, ocasionado por temperaturas elevadas.

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