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Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos Industriales Industriales Importancia Económica de los Catalizadores. Importancia Económica de los Catalizadores. El mundo industrializado moderno sería El mundo industrializado moderno sería inconcebible sin catalizadores. No hay otro inconcebible sin catalizadores. No hay otro desarrollo tecnológico que combine los desarrollo tecnológico que combine los valores económicos y ecológicos tan valores económicos y ecológicos tan estrechamente como la catálisis. estrechamente como la catálisis. El desarrollo de productos químicos en las El desarrollo de productos químicos en las sociedades industrializadas es sólo sociedades industrializadas es sólo técnica, económica y ecológicamente posible técnica, económica y ecológicamente posible por medio de catalizadores específicos. por medio de catalizadores específicos.

Catalizadores Industriales V0

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Descripción de catalizadores utilizados en la Petroquimica

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Page 1: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustrialesImportancia Económica de los Catalizadores.Importancia Económica de los Catalizadores.

• El mundo industrializado moderno sería El mundo industrializado moderno sería inconcebible sin catalizadores. No hay otro inconcebible sin catalizadores. No hay otro desarrollo tecnológico que combine los valores desarrollo tecnológico que combine los valores económicos y ecológicos tan estrechamente económicos y ecológicos tan estrechamente como la catálisis. como la catálisis.

• El desarrollo de productos químicos en las El desarrollo de productos químicos en las sociedades industrializadas es sólo técnica, sociedades industrializadas es sólo técnica, económica y ecológicamente posible por medio económica y ecológicamente posible por medio de catalizadores específicos.de catalizadores específicos.

Page 2: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• Los ejemplos incluyen la producción específica de Los ejemplos incluyen la producción específica de

productos farmacéuticos puros con respecto a la productos farmacéuticos puros con respecto a la isomería, la producción de materiales poliméricos isomería, la producción de materiales poliméricos hechos a medida, la reducción de contaminantes de hechos a medida, la reducción de contaminantes de los efluentes de las plantas industriales y de los los efluentes de las plantas industriales y de los equipos que funcionan por combustión (estaciones de equipos que funcionan por combustión (estaciones de generación de energía eléctrica, vehículos con generación de energía eléctrica, vehículos con motores de combustión interna).motores de combustión interna).

• Los catalizadores también tienen gran importancia en Los catalizadores también tienen gran importancia en la la producciónproducción, el almacenamiento y la conversión de , el almacenamiento y la conversión de energía, tema que tendrá gran relevancia durante el energía, tema que tendrá gran relevancia durante el siglo 21. siglo 21.

Page 3: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• La catálisis es la tecnología número 1 en la La catálisis es la tecnología número 1 en la

industria química: industria química:

• El 95% de los productos (base volumen) se El 95% de los productos (base volumen) se sintetiza por medio de la catálisis sintetiza por medio de la catálisis

• El 70% de los productos (base procesos) se El 70% de los productos (base procesos) se sintetiza por medio de la catálisis sintetiza por medio de la catálisis

• El 80% del valor agregado en la industria química El 80% del valor agregado en la industria química está basado en la catálisis está basado en la catálisis

• El 20% de la economía mundial dependen El 20% de la economía mundial dependen directamente o indirectamente de la catálisis directamente o indirectamente de la catálisis

Page 4: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• Aproximadamente el 80% de los procesos catalíticos utilizan Aproximadamente el 80% de los procesos catalíticos utilizan

catalizadores heterogéneos, el 15% utiliza catalizadores catalizadores heterogéneos, el 15% utiliza catalizadores homogéneos y 5% biocatalizadores.homogéneos y 5% biocatalizadores.

• El valor comercial total de todos los catalizadores a nivel El valor comercial total de todos los catalizadores a nivel mundial es mayor a 12 mil millones EUR.mundial es mayor a 12 mil millones EUR.

• El valor de los productos que se originan en procesos basados El valor de los productos que se originan en procesos basados en catalizadores es de aproximadamente 500 mil millones de en catalizadores es de aproximadamente 500 mil millones de EUR. EUR.

• En la refinación de petróleo crudo, los procesos catalíticos sólo En la refinación de petróleo crudo, los procesos catalíticos sólo cuestan aproximadamente un 0.1% del valor de los productos cuestan aproximadamente un 0.1% del valor de los productos y para el sector petroquímico este valor es aproximadamente y para el sector petroquímico este valor es aproximadamente 0.22%. 0.22%.

Page 5: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• Debido a que las propiedades especiales de los Debido a que las propiedades especiales de los

catalizadores decididamente influyen en la economía de catalizadores decididamente influyen en la economía de un proceso, su verdadera importancia económica es un proceso, su verdadera importancia económica es considerablemente más alta que su valor de mercado. considerablemente más alta que su valor de mercado.

• El área tradicional en que se han usado catalizadores El área tradicional en que se han usado catalizadores durante más de 100 años es la industria química. Por durante más de 100 años es la industria química. Por ejemplo, el proceso de contacto para la producción de ejemplo, el proceso de contacto para la producción de ácido sulfúrico se introdujo ya en 1875. ácido sulfúrico se introdujo ya en 1875.

• Entre los años 1920 y 1930 se introdujeron los Entre los años 1920 y 1930 se introdujeron los catalizadores para procesar petróleo crudo. Inicialmente catalizadores para procesar petróleo crudo. Inicialmente se usaron en EE.UU. y después en Europa, principalmente se usaron en EE.UU. y después en Europa, principalmente después de la Segunda Guerra Mundial. después de la Segunda Guerra Mundial.

Page 6: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• Los catalizadores medioambientales se volvieron Los catalizadores medioambientales se volvieron

importantes desde 1970 en adelante.importantes desde 1970 en adelante.

• Pueden ser divididos en aplicaciones en fuentes móviles Pueden ser divididos en aplicaciones en fuentes móviles (vehículos) y fuentes fijas (generación de energía eléctrica y (vehículos) y fuentes fijas (generación de energía eléctrica y plantas industriales). plantas industriales).

• Los catalizadores medioambientales no son la parte de los Los catalizadores medioambientales no son la parte de los procesos de creación de riqueza, ellos contribuyen a la procesos de creación de riqueza, ellos contribuyen a la protección del medioambiente, lo que significa una mejor protección del medioambiente, lo que significa una mejor calidad de vida. calidad de vida.

• La importancia de estos catalizadores no puede expresarse La importancia de estos catalizadores no puede expresarse solamente por evaluaciones monetarias. solamente por evaluaciones monetarias.

Page 7: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• El mercado de catalizadores pueden ser divididos El mercado de catalizadores pueden ser divididos

en cuatro áreas principales: en cuatro áreas principales:

– Catalizadores medioambientales (los catalizadores medio- Catalizadores medioambientales (los catalizadores medio- ambientales industriales y automovilísticos) (30%)ambientales industriales y automovilísticos) (30%)

– Catalizadores de la industria química (27%)Catalizadores de la industria química (27%)– Catalizadores utilizados en el procesamiento del petróleo Catalizadores utilizados en el procesamiento del petróleo

(22%)(22%)– Catalizadores de polimerización (21%)Catalizadores de polimerización (21%)

• El crecimiento anual medio del consumo de El crecimiento anual medio del consumo de catalizadores durante el periodo 1995–2005 ha catalizadores durante el periodo 1995–2005 ha sido del 4% y el mayor crecimiento se ha sido del 4% y el mayor crecimiento se ha producido en América del Norte y Europa.producido en América del Norte y Europa.

Page 8: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• El desarrollo de procesos catalíticos de alto El desarrollo de procesos catalíticos de alto

desempeño y conceptualmente innovadores son desempeño y conceptualmente innovadores son cruciales para la industria de catalizadores. Son la cruciales para la industria de catalizadores. Son la llave para un futuro sustentable. llave para un futuro sustentable.

• Los catalizadores son sustancias relativamente Los catalizadores son sustancias relativamente caras y se los puede considerar como productos caras y se los puede considerar como productos de química fina. de química fina.

• Son típicamente más caros que la aspirina Son típicamente más caros que la aspirina farmacéutica a granel (~2 EUR/kg) y tienen farmacéutica a granel (~2 EUR/kg) y tienen aproximadamente el mismo precio que la aproximadamente el mismo precio que la vitamina C (~6–8 EUR/kg). vitamina C (~6–8 EUR/kg).

Page 9: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• Las cantidades (toneladas) también son del mismo Las cantidades (toneladas) también son del mismo

orden de magnitud que los productos farmacéuticos. orden de magnitud que los productos farmacéuticos.

• Aproximadamente entre el 24 y el 28% en peso de los Aproximadamente entre el 24 y el 28% en peso de los catalizadores producidos se vende a la industria catalizadores producidos se vende a la industria química y 38–42% a las compañías petroquímicas química y 38–42% a las compañías petroquímicas incluidas las refinerías. incluidas las refinerías.

• Entre el 28–32% en peso de los catalizadores sólidos Entre el 28–32% en peso de los catalizadores sólidos se utiliza en protección del medioambiente y sólo 3–se utiliza en protección del medioambiente y sólo 3–5% en la producción de farmacéuticos. 5% en la producción de farmacéuticos.

Page 10: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustrialesRefinaciónRefinación

• Los catalizadores usados en la refinación del Los catalizadores usados en la refinación del petróleo son en promedio más baratos que los petróleo son en promedio más baratos que los catalizadores para producir químicos y cuestan, catalizadores para producir químicos y cuestan, por kilogramo, casi la mitad. por kilogramo, casi la mitad.

• Los que dominan son los catalizadores ácidos Los que dominan son los catalizadores ácidos baratos usados para alquilación que comprenden baratos usados para alquilación que comprenden el 90% cuando se considera el consumo por peso el 90% cuando se considera el consumo por peso pero sólo incluyen a aproximadamente el 30% pero sólo incluyen a aproximadamente el 30% por valor. por valor.

Page 11: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• Los nuevos catalizadores ácidos sólidos y sobre Los nuevos catalizadores ácidos sólidos y sobre

todo los catalizadores zeolíticos usados para los todo los catalizadores zeolíticos usados para los procesos de craqueo son más caros y si bien solo procesos de craqueo son más caros y si bien solo representan un décimo del tonelaje, alcanzan a representan un décimo del tonelaje, alcanzan a aproximadamente el 40% de valor de las ventas. aproximadamente el 40% de valor de las ventas.

• Los otros catalizadores usados en la refinación Los otros catalizadores usados en la refinación del petróleo (i. e. hidrotratamiento, hidrocraqueo, del petróleo (i. e. hidrotratamiento, hidrocraqueo, reformando, e isomerización) son de menor reformando, e isomerización) son de menor importancia.importancia.

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Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustrialesPolimerizaciónPolimerización

• Los materiales que promueven la polimerización Los materiales que promueven la polimerización pueden ser los divididos enpueden ser los divididos en

– verdaderos catalizadoresverdaderos catalizadores como los complejos metálicos, como los complejos metálicos,

los óxidos metálicos y catalizadores aniónicos y catiónicos los óxidos metálicos y catalizadores aniónicos y catiónicos – e e iniciadoresiniciadores que aparecen como los grupos de los que aparecen como los grupos de los

extremos en el polímero final. extremos en el polímero final.

• Parece estar claro que los catalizadores de Parece estar claro que los catalizadores de polimerización más caros son los metalocenos de un polimerización más caros son los metalocenos de un solo sitio. solo sitio.

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Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales

• Las ventas han crecido de 1 millon de dólares en Las ventas han crecido de 1 millon de dólares en el año 1994 a 100 millones de dólares en el año el año 1994 a 100 millones de dólares en el año 2000. 2000.

• Los catalizadores de Ziegler usados para la Los catalizadores de Ziegler usados para la producción de polipropileno y polietileno, los de producción de polipropileno y polietileno, los de dibutil estaño y los catalizadores básicos para la dibutil estaño y los catalizadores básicos para la producción de poliuretanos también son caros.producción de poliuretanos también son caros.

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Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustrialesIndustria QuímicaIndustria Química

• El grupo principal de los catalizadores químicos es la síntesis El grupo principal de los catalizadores químicos es la síntesis orgánica general. orgánica general.

• Incluye los catalizadores para esterificación, hidrólisis, alquilación Incluye los catalizadores para esterificación, hidrólisis, alquilación (dominados por cumeno y etilbenceno) y halogenación. (dominados por cumeno y etilbenceno) y halogenación.

• Una clase especial en esta área son los catalizadores de oxidación. Una clase especial en esta área son los catalizadores de oxidación. Más de la mitad de este mercado (por valor) corresponde al Más de la mitad de este mercado (por valor) corresponde al catalizador de plata para producir óxido del etileno.catalizador de plata para producir óxido del etileno.

• Los catalizadores utilizados para la oxiclorinación de etileno son Los catalizadores utilizados para la oxiclorinación de etileno son relativamente baratos. Representan un tercio por peso pero sólo relativamente baratos. Representan un tercio por peso pero sólo 5% por valor. 5% por valor.

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Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• Otros catalizadores de oxidación caros son las sales Otros catalizadores de oxidación caros son las sales

de manganeso y de cobalto en ácido acético más el de manganeso y de cobalto en ácido acético más el promotor de bromo para la oxidación de ácido p-promotor de bromo para la oxidación de ácido p-toluínicotoluínico a ácido tereftálico.a ácido tereftálico.

• La última categoría de catalizadores para la síntesis La última categoría de catalizadores para la síntesis de químicos son los catalizadores basados en hierro de químicos son los catalizadores basados en hierro para la producción de amoníaco y los catalizadores para la producción de amoníaco y los catalizadores basados en cobre o cromo para la síntesis de basados en cobre o cromo para la síntesis de metanol. metanol.

• El costo es relativamente bajo pero el tonelaje para El costo es relativamente bajo pero el tonelaje para el amoníaco solo es casi un quinto del total de los el amoníaco solo es casi un quinto del total de los catalizadores para los químicos. catalizadores para los químicos.

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Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• Los catalizadores del hidrogenación principales Los catalizadores del hidrogenación principales

son: son:

1.1. Níquel de Raney para la producción de margarina y Níquel de Raney para la producción de margarina y procesos relacionados. procesos relacionados.

2.2. Níquel y en menor grado Pd o Pt para la hidrogenación de Níquel y en menor grado Pd o Pt para la hidrogenación de benceno a ciclohexano. benceno a ciclohexano.

3.3. Lana de plata para deshidrogenación o deshidrogenación Lana de plata para deshidrogenación o deshidrogenación oxidativa de metanol a formaldehído. oxidativa de metanol a formaldehído.

4.4. Co y catalizadores de Rh para el proceso oxo.Co y catalizadores de Rh para el proceso oxo.

• El proceso de deshidrogenación principal es la El proceso de deshidrogenación principal es la conversión de etilbenceno a estireno conversión de etilbenceno a estireno (catalizador basado en hierro). (catalizador basado en hierro).

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Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustrialesMedio AmbienteMedio Ambiente

• Los catalizadores para el control de la emisión de los Los catalizadores para el control de la emisión de los automoviles están basados en metales preciosos automoviles están basados en metales preciosos tales como platino, paladio y rodio.tales como platino, paladio y rodio.

• Son casi un orden de magnitud más caros que los Son casi un orden de magnitud más caros que los catalizadores para químicos y el tonelaje es catalizadores para químicos y el tonelaje es correspondientemente más pequeño. correspondientemente más pequeño.

• Los catalizadores automovilísticos son soportados Los catalizadores automovilísticos son soportados generalmente en monolitos impregnados con Pt o Pd. generalmente en monolitos impregnados con Pt o Pd.

Page 18: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• Para la eliminación de NOx de los gases emitidos Para la eliminación de NOx de los gases emitidos

por las centrales de generación de energía eléctrica por las centrales de generación de energía eléctrica se utiliza el proceso de reducción catalítica se utiliza el proceso de reducción catalítica selectiva (SCR). selectiva (SCR).

• Los catalizadores monolíticos mayoritariamente Los catalizadores monolíticos mayoritariamente usados están basados en V2O5, WO3, MoO3 y TiO2. usados están basados en V2O5, WO3, MoO3 y TiO2.

• Los datos del mercado industrial de catalizadores Los datos del mercado industrial de catalizadores sólo reflejan el costo de los catalizadores, los que sólo reflejan el costo de los catalizadores, los que sólo representan el 10% del costo de una planta de sólo representan el 10% del costo de una planta de purificación de efluentes gaseosos completa.purificación de efluentes gaseosos completa.

Page 19: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• Durante los últimos años ha habido una importante disminución en Durante los últimos años ha habido una importante disminución en

el consumo de paladio debido a su, en parte, reemplazo por el consumo de paladio debido a su, en parte, reemplazo por platino en las aleaciones dentales y en los catalizadores de platino en las aleaciones dentales y en los catalizadores de emisión automovilísticos. emisión automovilísticos.

• Las áreas medioambiental y de polimerización se ven como un Las áreas medioambiental y de polimerización se ven como un mercado en crecimiento para los catalizadores, mientras que se mercado en crecimiento para los catalizadores, mientras que se espera que la demanda de catalizadores para la refinación del espera que la demanda de catalizadores para la refinación del petróleo se mantendrá estable. petróleo se mantendrá estable.

• En la actualidad más de 15 las compañías internacionales están En la actualidad más de 15 las compañías internacionales están produciendo aproximadamente 100 tipos fundamentales de produciendo aproximadamente 100 tipos fundamentales de catalizadores sólidos. catalizadores sólidos.

• Además de estos tipos existen numerosos catalizadores especiales Además de estos tipos existen numerosos catalizadores especiales diseñados a medida para procesos o plantas. diseñados a medida para procesos o plantas.

Page 20: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustrialesAlgunos productores de catalizadoresAlgunos productores de catalizadores

– – Engelhard Corp. (inclusive Harshaw Catalyst)Engelhard Corp. (inclusive Harshaw Catalyst)

– – Synetix (ICI Catalysts and ICI Catalco)Synetix (ICI Catalysts and ICI Catalco)

– – Davison Chemicals and GraceDavison Chemicals and Grace

– – SÜD-CHEMIE Catalyst Group (inclusive UCI, Houdry, SÜD-CHEMIE Catalyst Group (inclusive UCI, Houdry, Prototec/USA, NGC, CCIFE/Japan, UCIL/India, AFCAT and Prototec/USA, NGC, CCIFE/Japan, UCIL/India, AFCAT and SYNCAT/South Africa)SYNCAT/South Africa)

– – UOP and KatalytiksUOP and Katalytiks

– – Shell and Criterion Catalysts inclusive Zeolyst InternationalShell and Criterion Catalysts inclusive Zeolyst International

Page 21: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales– – Johnson MattheyJohnson Matthey

– – CalsicatCalsicat

– – DegussaDegussa

– – BASFBASF

– – Haldor TopsoeHaldor Topsoe

– – Nippon ShokubaiNippon Shokubai

– – Nikki ChemicalsNikki Chemicals

Page 22: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustrialesProcesos Catalíticos Heterogéneos en la Industria Procesos Catalíticos Heterogéneos en la Industria

Apreciación globalApreciación global• La química industrial moderna está basada en procesos La química industrial moderna está basada en procesos

catalíticos. catalíticos. • Los catalizadores heterogéneos se usan en gran escala en las Los catalizadores heterogéneos se usan en gran escala en las

siguientes áreas: siguientes áreas:

- Producción de químicos orgánicos e inorgánicos - Producción de químicos orgánicos e inorgánicos - Refinación de petróleo y petroquímica - Refinación de petróleo y petroquímica - Protección del medioambiente - Protección del medioambiente - Procesos de conversión de energía- Procesos de conversión de energía

Page 23: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustrialesProducción de Químicos InorgánicosProducción de Químicos Inorgánicos

• Producción de hidrógeno y mezclas de gas de síntesis (CO/H2) a partir del Producción de hidrógeno y mezclas de gas de síntesis (CO/H2) a partir del metano e hidrocarburos superiores por reformando con vapor involucra metano e hidrocarburos superiores por reformando con vapor involucra varios pasos con diferente los catalizadores.varios pasos con diferente los catalizadores.

• La síntesis de amoníaco y la oxidación de SO2 a SO3 son reacciones de La síntesis de amoníaco y la oxidación de SO2 a SO3 son reacciones de equilibrio muy conocidas en las que el producto deseado es separado de equilibrio muy conocidas en las que el producto deseado es separado de la corriente de reactivos que son reciclados.la corriente de reactivos que son reciclados.

• La oxidación de amoníaco a gases nitrosos es una reacción rápida, de alta La oxidación de amoníaco a gases nitrosos es una reacción rápida, de alta temperatura para la producción de ácido nítrico (Proceso Ostwald). temperatura para la producción de ácido nítrico (Proceso Ostwald).

• El proceso de Claus es un importante proceso petroquímico para la El proceso de Claus es un importante proceso petroquímico para la obtención de azufre a partir del H2S que es el resultado del obtención de azufre a partir del H2S que es el resultado del desulfurization de los cortes de petróleo y gas natural desulfurization de los cortes de petróleo y gas natural (hidrodesulfurización). Un tercio del H2S es oxidado a SO2 que reacciona (hidrodesulfurización). Un tercio del H2S es oxidado a SO2 que reacciona con el H2S restante.con el H2S restante.

Page 24: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales

Catalizadores heterogéneos para la producción industrial de Catalizadores heterogéneos para la producción industrial de gases y productos químicos inorgánicosgases y productos químicos inorgánicos

Proceso o producto Proceso o producto CatalizadorCatalizador CondicionesCondiciones (componentes principales)(componentes principales)

Reformado de metanoReformado de metano Ni/Al2O3 Ni/Al2O3 750–950 °C, 30– 35 750–950 °C, 30– 35 barbar

con vaporcon vaporH2O + CH4H2O + CH43H2 + CO3H2 + CO

Conversion de COConversion de CO Fe/Cr oxidesFe/Cr oxides 350–450 ° C350–450 ° CCO + H2O CO + H2O H2 + CO2 H2 + CO2 Cu/Zn oxidesCu/Zn oxides 140–260 ° C140–260 ° C

Metanación (SNG)Metanación (SNG) Ni/Al2O3 Ni/Al2O3 500–700 ° C, 20– 40 500–700 ° C, 20– 40 barbar

CO + 3H2 CO + 3H2 CH4 + H2O CH4 + H2O

Síntesis de amoníacoSíntesis de amoníaco Fe3O4Fe3O4 450–500 ° C, 250– 400 bar450–500 ° C, 250– 400 bar(K2O, Al2O3)(K2O, Al2O3)

Page 25: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales

Catalizadores heterogéneos para la producción industrial de Catalizadores heterogéneos para la producción industrial de gases y productos químicos inorgánicos gases y productos químicos inorgánicos

Proceso o producto Proceso o producto CatalizadorCatalizador ConditionsConditions (componentes principales)(componentes principales)

Oxidacion de SO2 a SO3 Oxidacion de SO2 a SO3 V2O5/support V2O5/support 400–500 ° C400–500 ° C

Oxidation de NH3 a NO2Oxidation de NH3 a NO2 Pt/Rh nets Pt/Rh nets ca. 900 ° Cca. 900 ° C(nitric acid)(nitric acid)

Claus process (sulfur) Claus process (sulfur) bauxite, Al2O3 bauxite, Al2O3 300–350 ° C300–350 ° C2H2S + SO2 2H2S + SO2 3S + 2H2O 3S + 2H2O

Page 26: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustrialesProducción de Químicos OrgánicosProducción de Químicos Orgánicos • Se usan catalizadores heterogéneos en gran escala en la Se usan catalizadores heterogéneos en gran escala en la

producción de químicos orgánicos. producción de químicos orgánicos.

• Los procesos pueden ser clasificados según el tipo de reacción. Los procesos pueden ser clasificados según el tipo de reacción.

• Las hidrogenaciones catalíticas se llevan a cabo Las hidrogenaciones catalíticas se llevan a cabo preferentemente con catalizadores metálicos basados en Ni, Co, preferentemente con catalizadores metálicos basados en Ni, Co, Pd, o Pt. Pd, o Pt.

• En las hidrogenaciones selectivas, las reacciones laterales no En las hidrogenaciones selectivas, las reacciones laterales no deseadas como la isomerización cis/trans de los doble enlaces deseadas como la isomerización cis/trans de los doble enlaces de los procesos de endurecimiento de los triglicéridos debe ser de los procesos de endurecimiento de los triglicéridos debe ser evitado. evitado.

Page 27: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• La hidrogenación de CO a metanol es de mayor importancia La hidrogenación de CO a metanol es de mayor importancia

industrial.industrial.

• La deshidrogenación es la reacción inversa de hidrogenación. Se La deshidrogenación es la reacción inversa de hidrogenación. Se realiza preferentemente con catalizadores de óxidos metálicos, pero realiza preferentemente con catalizadores de óxidos metálicos, pero también se usan los catalizadores de metálicos a temperaturas bajas también se usan los catalizadores de metálicos a temperaturas bajas para evitar la hidrogenólisis de las uniones C-C. para evitar la hidrogenólisis de las uniones C-C.

• En los procesos de oxidación los catalizadores heterogéneos son En los procesos de oxidación los catalizadores heterogéneos son principalmente usados en fase gaseosa. principalmente usados en fase gaseosa.

• En la oxidación de etileno a óxido de etileno se utilizan catalizadores En la oxidación de etileno a óxido de etileno se utilizan catalizadores de plata soportados.de plata soportados.

• En otros procesos se usan catalizadores de óxidos metálicos En otros procesos se usan catalizadores de óxidos metálicos reducibles. reducibles.

Page 28: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• En la amoxidación se obtienen nitrilos y HCN usando En la amoxidación se obtienen nitrilos y HCN usando

mezclas de NH3/O2. mezclas de NH3/O2.

• La oxicloración de etileno con HCl/O2 se usa para la La oxicloración de etileno con HCl/O2 se usa para la producción de cloruro de vinilo. producción de cloruro de vinilo.

• Los catalizadores ácidos son principalmente usados en los Los catalizadores ácidos son principalmente usados en los procesos del alquilación, pero también para hidratación, procesos del alquilación, pero también para hidratación, deshidratación y reacciones de condensación. deshidratación y reacciones de condensación.

• En las reacciones con olefinas, los catalizadores En las reacciones con olefinas, los catalizadores heterogéneos son principalmente empleados para las heterogéneos son principalmente empleados para las reacciones de metatesis y la producción de polímeros. reacciones de metatesis y la producción de polímeros.

Page 29: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales

Catalizadores heterogéneos para la producción de productos Catalizadores heterogéneos para la producción de productos químicos orgánicos químicos orgánicos

Proceso o producto Proceso o producto CatalizadorCatalizador CondicionesCondiciones (componentes principales)(componentes principales)

HidrogenaciónHidrogenaciónSíntesis de metanol Síntesis de metanol ZnO–Cr2O3ZnO–Cr2O3 250–400 _C, 200– 300 bar250–400 _C, 200– 300 barCO + 2H2 CO + 2H2 CH3OH CH3OH CuO–ZnO–Cr2O3CuO–ZnO–Cr2O3 230–280 _C, 60 bar230–280 _C, 60 bar

Endurecimiento deEndurecimiento de Ni/Cu Ni/Cu 150–200 _C, 5– 15 bar150–200 _C, 5– 15 barGrasasGrasas

Benceno a ciclohexanoBenceno a ciclohexano Raney Ni Raney Ni fase líquida fase líquida 200– 225 _C,200– 225 _C,

50 bar50 barMetales nobles fase gaseosa Metales nobles fase gaseosa 400 _C, 25–30 400 _C, 25–30

barbar

Page 30: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales

Catalizadores heterogéneos para la producción de productos Catalizadores heterogéneos para la producción de productos químicos orgánicos químicos orgánicos

Proceso o producto Proceso o producto CatalizadorCatalizador CondicionesCondiciones (componentes principales)(componentes principales)

HidrogenaciónHidrogenaciónAldehidos y cetonasAldehidos y cetonas Ni, Cu, Pt Ni, Cu, Pt 100–150 °C, bis 30 bar100–150 °C, bis 30 bara alcoholesa alcoholes

Esteres a alcoholes Esteres a alcoholes CuCr2O4 CuCr2O4 250–300 °C, 250– 500 bar250–300 °C, 250– 500 bar

Nitrilos a aminas Nitrilos a aminas Co or NiCo or Ni 100–200 °C, 200– 400 bar100–200 °C, 200– 400 baron Al2O3on Al2O3

DeshidrogenacionDeshidrogenacionEtilbenceno a estireno Etilbenceno a estireno Fe3O4Fe3O4 500–600 °C, 1.4 bar500–600 °C, 1.4 bar

(Cr, K oxide)(Cr, K oxide)Butano a butadieno Butano a butadieno Cr2O3/Al2O3 Cr2O3/Al2O3 500–600 °C, 1 bar500–600 °C, 1 bar

Page 31: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales

Catalizadores heterogéneos para la producción de productos Catalizadores heterogéneos para la producción de productos químicos orgánicosquímicos orgánicos

Proceso o producto Proceso o producto CatalizadorCatalizador CondicionesCondiciones (componentes principales)(componentes principales)

OxidationOxidationEtileno a óxido Etileno a óxido Ag/soportada Ag/soportada 200–250 °C, 10– 22 bar200–250 °C, 10– 22 barde etilenode etileno

Metanol a formaldehido Metanol a formaldehido Ag crist. Ag crist. ca. 600 °Cca. 600 °C

Benceno o buteno a Benceno o buteno a V2O5/soportada V2O5/soportada 400–450 °C, 1– 2 bar400–450 °C, 1– 2 baranhídrido maleicoanhídrido maleico

o-Xileno o naftaleno a o-Xileno o naftaleno a V2O5/TiO2V2O5/TiO2 400–450 °C, 1.2 bar400–450 °C, 1.2 baranhídrido ftálicoanhídrido ftálico V2O5-K2S2O7/SiO2V2O5-K2S2O7/SiO2

Propileno a acroleinaPropileno a acroleina Bi/Mo oxidos Bi/Mo oxidos 350–450 °C, 1.5 bar350–450 °C, 1.5 bar

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Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales

Catalizadores heterogéneos para la producción de productos Catalizadores heterogéneos para la producción de productos químicos orgánicos químicos orgánicos

Proceso o producto Proceso o producto CatalizadorCatalizador CondicionesCondiciones (componentes principales)(componentes principales)

AmoxidaciónAmoxidaciónPropileno a acrilonitrilo Propileno a acrilonitrilo Bi molybdateBi molybdate 400–450 _C, 10– 30 bar 400–450 _C, 10– 30 bar

(U, Sb oxides)(U, Sb oxides)

Metane a HCN Metane a HCN Pt/Rh nets Pt/Rh nets 800–1400 _C, 1 bar800–1400 _C, 1 bar

OxicloraciónOxicloraciónCloruro de vinilo Cloruro de vinilo CuCl2/Al2O3 CuCl2/Al2O3 200–240 _C, 2– 5 bar200–240 _C, 2– 5 bara partir de etiylenoa partir de etiyleno+ HCl/O2+ HCl/O2

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Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales

Catalizadores heterogéneos para la producción de productos Catalizadores heterogéneos para la producción de productos químicos orgánicos químicos orgánicos

Proceso o producto Proceso o producto CatalizadorCatalizador CondicionesCondiciones (componentes principales)(componentes principales)

AlquilaciónAlquilaciónCumeno a partir de Cumeno a partir de H3PO4/SiO2 H3PO4/SiO2 300 °C, 40–60 bar300 °C, 40–60 barbenceno y propilenobenceno y propileno

Etilbenceno a partir Etilbenceno a partir Al2O3/SiO2 oAl2O3/SiO2 o 300 °C, 40–60 bar300 °C, 40–60 barde benceno y etilenode benceno y etileno H3PO4/SiO2H3PO4/SiO2

Reacciones con olefinas Reacciones con olefinas Polimerización de Polimerización de Cr2O3/MoOCr2O3/MoO 350–150 °C, 20– 80 bar350–150 °C, 20– 80 baretileno (polietileno) etileno (polietileno) Cr2O3/SiO2Cr2O3/SiO2

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Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustrialesProcesos en las refinerías Procesos en las refinerías

• En el proceso del petróleo crudo, se usan procesos catalíticos para En el proceso del petróleo crudo, se usan procesos catalíticos para obtener productos como nafta, diesel, querosén, heating oil, obtener productos como nafta, diesel, querosén, heating oil, compuestos aromáticos y gas licuado del petróleo (GPL) con altos compuestos aromáticos y gas licuado del petróleo (GPL) con altos rendimientos y buena calidad.rendimientos y buena calidad.

• En reformando de naftas, hidrocraqueo e isomerización se usan En reformando de naftas, hidrocraqueo e isomerización se usan catalizadores bifuncionales con características ácidas y componentes catalizadores bifuncionales con características ácidas y componentes metálicos.metálicos.

• Catalizadores ácidos en craqueoCatalizadores ácidos en craqueo

• Catalizadores de óxidos metálicos/sulfuros soportados en los Catalizadores de óxidos metálicos/sulfuros soportados en los hidrotratamientos para la eliminación de S, N, y O (hydrofining e hidrotratamientos para la eliminación de S, N, y O (hydrofining e hydrotreating).hydrotreating).

Page 35: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustrialesCatalizadores heterogeneos para los procesos de refinaciónCatalizadores heterogeneos para los procesos de refinación

Proceso o producto Proceso o producto CatalizadorCatalizador CondicionesCondiciones (componentes principales)(componentes principales)

Craqueo de querosen y Craqueo de querosen y Al2O3/SiO2 Al2O3/SiO2 500–550 _C, 1– 20 bar500–550 _C, 1– 20 barresiduos de destilaciónresiduos de destilación zeoliteszeolitesatmosférica de petróleoatmosférica de petróleopara producir naftaspara producir naftas

Hidrocraqueo de Hidrocraqueo de MoO3/CoO/Al2O3MoO3/CoO/Al2O3 320–420 _C, 100– 200 bar320–420 _C, 100– 200 barDestilados de vacío Destilados de vacío Ni/SiO2-Al2O3Ni/SiO2-Al2O3para producir naftas para producir naftas Pd zeolitesPd zeolitesy otros combustiblesy otros combustibles

Hidrodesulfurizacion Hidrodesulfurizacion NiS/WS2/Al2O3 NiS/WS2/Al2O3 300–450 _C, 100 bar H2300–450 _C, 100 bar H2de fracciones de petróleode fracciones de petróleo CoS/MoS2/Al2O3CoS/MoS2/Al2O3

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Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustrialesCatalizadores heterogeneos para los procesos de refinaciónCatalizadores heterogeneos para los procesos de refinación

Proceso o producto Proceso o producto CatalizadorCatalizador CondicionesCondiciones (componentes principales)(componentes principales)

Reformado catalíticoReformado catalítico Pt/Al2O3Pt/Al2O3 470–530 _C, 13– 40 bar H2470–530 _C, 13– 40 bar H2de naftas (naftas de alto, de naftas (naftas de alto, bimetal/Al2O3bimetal/Al2O3octano, aromaticos,LPG)octano, aromaticos,LPG)

Isomerización de naftas Isomerización de naftas Pt/Al2O3 Pt/Al2O3 400–500 _C, 20– 40 400–500 _C, 20– 40 barbar

livianas (alcanos) y livianas (alcanos) y Pt/Al2O3/SiO2Pt/Al2O3/SiO2de m-xileno a o/p-xilenode m-xileno a o/p-xileno

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Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustrialesCatalizadores heterogeneos para los procesos de refinaciónCatalizadores heterogeneos para los procesos de refinación

Proceso o producto Proceso o producto CatalizadorCatalizador CondicionesCondiciones (componentes principales)(componentes principales)

Demetilación de Demetilación de Mo3/Al2O3 Mo3/Al2O3 500–600 °C, 20– 40 bar500–600 °C, 20– 40 bartolueno a bencenotolueno a benceno

Desproporcionación de Desproporcionación de Pt/Al2O3/SiO2 Pt/Al2O3/SiO2 420–550 °C, 5– 30 bar420–550 °C, 5– 30 bartolueno a benceno y xilenostolueno a benceno y xilenos

Oligomerizacion Oligomerizacion H3PO4/kieselguhrH3PO4/kieselguhr 200–240 °C, 20– 60 bar200–240 °C, 20– 60 barde olefinas parade olefinas para H3PO4/activated carbonH3PO4/activated carbonproducir naftas producir naftas

Page 38: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustrialesLos catalizadores en protección del ambienteLos catalizadores en protección del ambiente

• Ya en los años 1940, en EE.UU. se usaron catalizadores de Pt/Al2O3 para la Ya en los años 1940, en EE.UU. se usaron catalizadores de Pt/Al2O3 para la purificación catalítica de efluentes gaseosos por la oxidación. purificación catalítica de efluentes gaseosos por la oxidación.

• En 1975 fueron sancionadas leyes que requirieron la purificación de las emisiones de En 1975 fueron sancionadas leyes que requirieron la purificación de las emisiones de los automóviles más tarde se introdujeron las leyes similares en Europa occidental y los automóviles más tarde se introdujeron las leyes similares en Europa occidental y Japón. Japón.

• Los conversores catalíticos son soportes monolíticos cubiertos con platino y otros Los conversores catalíticos son soportes monolíticos cubiertos con platino y otros metales nobles. metales nobles.

• Los catalizadores para eliminación de NOx tienen gran importancia en la purificación Los catalizadores para eliminación de NOx tienen gran importancia en la purificación de los efluentes gaseosos de las estaciones de potencia en las que el óxido nitroso se de los efluentes gaseosos de las estaciones de potencia en las que el óxido nitroso se convierte a nitrógeno y agua por tratamiento con amoníacoconvierte a nitrógeno y agua por tratamiento con amoníaco

• Los catalizadores heterogéneos también tienen numerosas aplicaciones en Los catalizadores heterogéneos también tienen numerosas aplicaciones en dispositivos de postcombustión catalítica de impurezas o componentes odoríferos en dispositivos de postcombustión catalítica de impurezas o componentes odoríferos en los efluentes gaseosos industriales. los efluentes gaseosos industriales.

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Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales

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Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustrialesCatalizadores heterogeneos para protección Catalizadores heterogeneos para protección

ambientalambiental

ProcesoProceso Catalizador Catalizador CondicionesCondiciones

Control de emisiones de Control de emisiones de Pt, Pd, Rh, cerámicos Pt, Pd, Rh, cerámicos 400-500 °C, 400-500 °C, automotores (CnHm, CO, NOx) automotores (CnHm, CO, NOx) recubiertos de Al2O3, recubiertos de Al2O3,

monolitos, promotores de monolitos, promotores de 1000 °C1000 °Cóxidos de tierras raras óxidos de tierras raras

Purificación de gases de (SCR)Purificación de gases de (SCR) Ti,W,V mezcla de óxidos Ti,W,V mezcla de óxidos denitrificación en calientedenitrificación en calienteeliminación de NOx con NH3 eliminación de NOx con NH3 catalizadores másicos tipo catalizadores másicos tipo (400 °C) (400 °C)

panal de abejaspanal de abejasTi,W,V mezcla de óxidos Ti,W,V mezcla de óxidos denitrification frío denitrification fríocatalizadores soportados catalizadores soportados (300 °C) (300 °C)en monolitos tipo panal en monolitos tipo panal de abejas inertede abejas inerte

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Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustrialesCatalizadores heterogeneos para protección ambientalCatalizadores heterogeneos para protección ambiental

ProcesoProceso Catalizador Catalizador Condiciones Condiciones

El denitrification y desulfurization El denitrification y desulfurization catalizador de SCR + V2O5 catalizador de SCR + V2O5 hasta a 450 °C hasta a 450 °C combinadoscombinados monolitos, lechos rellenosmonolitos, lechos rellenos(proceso DESONOX)(proceso DESONOX)

Catalizador de postcombustión Catalizador de postcombustión Pt/Pd; LaCeCoO3 (el perovskite);Pt/Pd; LaCeCoO3 (el perovskite); 150-400 °C 150-400 °C (purificación de efluentes) (purificación de efluentes) óxidos de V,W, Cu, Mn, Fe; óxidos de V,W, Cu, Mn, Fe; 200-700 °C 200-700 °C

Catalizadores soportados o Catalizadores soportados o másicos (monolitos panal de abejamásicos (monolitos panal de abeja o lechos rellenos)o lechos rellenos)

Page 42: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• Debido al aumento de los precios del petróleo hay una Debido al aumento de los precios del petróleo hay una

tendencia creciente hacia los materiales renovable. Las tendencia creciente hacia los materiales renovable. Las grasas (triglicéridos) está usándose en cantidades grasas (triglicéridos) está usándose en cantidades crecientes como materiales básicos en la industria química. crecientes como materiales básicos en la industria química.

• Los glicéridos se oxidan, hidrogenan y aminan para quitar Los glicéridos se oxidan, hidrogenan y aminan para quitar los grupos funcionales indeseables, acortar la longitud de la los grupos funcionales indeseables, acortar la longitud de la cadena, o para introducir otros grupos funcionales. cadena, o para introducir otros grupos funcionales.

• Muchos de estos pasos se llevan a cabo catalíticamente y Muchos de estos pasos se llevan a cabo catalíticamente y por razones económicas se deben realizar a temperaturas y por razones económicas se deben realizar a temperaturas y presiones en bajas para lograr altas selectividades.presiones en bajas para lograr altas selectividades.

Page 43: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• Un proceso importante en la industria alimenticia es el endurecimiento de Un proceso importante en la industria alimenticia es el endurecimiento de

aceites vegetales por ejemplo, la producción de margarina por la aceites vegetales por ejemplo, la producción de margarina por la hidrogenación de dobles ligaduras. hidrogenación de dobles ligaduras.

• En este proceso un aceite se convierte en un un sólido que tiene mayor En este proceso un aceite se convierte en un un sólido que tiene mayor estabilidad hacia la oxidación que lleva a la ranciedad. estabilidad hacia la oxidación que lleva a la ranciedad.

• El objetivo principal en un proceso industrial es quitar el ácido linolenico (tres El objetivo principal en un proceso industrial es quitar el ácido linolenico (tres doble ligaduras C-C) tan completamente como sea posible minimizando la doble ligaduras C-C) tan completamente como sea posible minimizando la conversión del ácido oleico deseado (una doble ligadura C-C) a ácido conversión del ácido oleico deseado (una doble ligadura C-C) a ácido esteárico saturado. esteárico saturado.

• La hidrogenación se lleva a cabo a ca. 3 bar de presión de hidrógeno con una La hidrogenación se lleva a cabo a ca. 3 bar de presión de hidrógeno con una suspensión de catalizador de Ni/SiO2 en fase líquida a 200-210 °C, suspensión de catalizador de Ni/SiO2 en fase líquida a 200-210 °C, normalmente en un proceso discontinuo. normalmente en un proceso discontinuo.

• La reacción se termina deteniendo el suministro de hidrógeno y bajando la La reacción se termina deteniendo el suministro de hidrógeno y bajando la temperatura a 100 °C. temperatura a 100 °C.

Page 44: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales

Page 45: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• Los triglicéridos pueden hidrogenarse a ácido oleico con alta selectividad Los triglicéridos pueden hidrogenarse a ácido oleico con alta selectividad

usando los catalizadores de cobre, pero trazas de cobre permanecen en la usando los catalizadores de cobre, pero trazas de cobre permanecen en la margarina lo qué excluye el uso industrial de catalizadores cobre. margarina lo qué excluye el uso industrial de catalizadores cobre.

• Una planta típica de hidrogenación procesa el aceite en un tanque agitado Una planta típica de hidrogenación procesa el aceite en un tanque agitado en lotes de 15 Ton y produce aproximadamente 90 Ton/d de grasa en lotes de 15 Ton y produce aproximadamente 90 Ton/d de grasa endurecida. endurecida.

• Están usándose catalizadores de metal nobles como Pd y Pd cada vez más Están usándose catalizadores de metal nobles como Pd y Pd cada vez más en aceite y los procesos de tratamiento de grasa debido a que tienen una en aceite y los procesos de tratamiento de grasa debido a que tienen una tendencia menos pronunciada a eliminar los grupos funcionales. tendencia menos pronunciada a eliminar los grupos funcionales.

• La opción de tipo de catalizador y su optimización es de importancia La opción de tipo de catalizador y su optimización es de importancia creciente en este área. creciente en este área.

• Por ejemplo, un catalizador de Pd tipo cáscara se usa ventajosamente para Por ejemplo, un catalizador de Pd tipo cáscara se usa ventajosamente para la hidrogenación de aceite de soja a aceite comestible.la hidrogenación de aceite de soja a aceite comestible.

Page 46: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• En este proceso el volumen de ácido del linolénico debe En este proceso el volumen de ácido del linolénico debe

reducirse a menos de 2% sin hidrogenar los otros ácidos reducirse a menos de 2% sin hidrogenar los otros ácidos grasos insaturados.grasos insaturados.

• A pesar del área metálica superficial pequeña, el catalizador A pesar del área metálica superficial pequeña, el catalizador tipo cáscara es el más conveniente, debido a que el metal es tipo cáscara es el más conveniente, debido a que el metal es el más fácilmente accesible para las voluminosas moléculas el más fácilmente accesible para las voluminosas moléculas del triglicérido.del triglicérido.

• Los catalizadores de Pd tienen actividad más alta y pueden Los catalizadores de Pd tienen actividad más alta y pueden recuperarse más fácilmente. El alto costo del metal noble es recuperarse más fácilmente. El alto costo del metal noble es compensado por la concentración más baja de metal. Mientras compensado por la concentración más baja de metal. Mientras que los catalizadores de níquel tienen usualmente que los catalizadores de níquel tienen usualmente concentraciones de 0.04% relativas al aceite a ser concentraciones de 0.04% relativas al aceite a ser hidrogenado, las concentraciones de platino son de menos de hidrogenado, las concentraciones de platino son de menos de 0.005%.0.005%.

Page 47: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• Otra área de importancia industrial mayor es la producción de Otra área de importancia industrial mayor es la producción de

oleoquímicos, materiales básicos como los ácidos grasos, esteres de oleoquímicos, materiales básicos como los ácidos grasos, esteres de metilo de los ácidos grasos, alcoholes grasos y glicerina.metilo de los ácidos grasos, alcoholes grasos y glicerina.

• La compañía Henkel es el procesador más grande del mundo de La compañía Henkel es el procesador más grande del mundo de grasas y aceites renovables, con una capacidad de 10grasas y aceites renovables, con una capacidad de 1066 Ton. Se usan Ton. Se usan catalizadores específicos en la mayoría las reacciones oleoquímicas. catalizadores específicos en la mayoría las reacciones oleoquímicas.

• Un desarrollo del catalizador exitoso en los últimos años ha hecho Un desarrollo del catalizador exitoso en los últimos años ha hecho posible la hidrogenación directa de grasas a alcoholes grasos en un posible la hidrogenación directa de grasas a alcoholes grasos en un proceso de una fase. proceso de una fase.

• Los aceites que no alcanzan la alta calidad de los de coco o de Los aceites que no alcanzan la alta calidad de los de coco o de palma y que contienen ácidos libres pueden hidrogenarse ahora palma y que contienen ácidos libres pueden hidrogenarse ahora usando los nuevos catalizadores de espinelas de cromito y cobre usando los nuevos catalizadores de espinelas de cromito y cobre que son estables en medio ácido.que son estables en medio ácido.

Page 48: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• La síntesis de metanol a partir de CO y H2 se conoce desde los La síntesis de metanol a partir de CO y H2 se conoce desde los

años 1920. años 1920.

• Mittasch encontró compuestos conteniendo oxígeno durante las Mittasch encontró compuestos conteniendo oxígeno durante las investigaciones que realizó de la síntesis del amoníaco para la investigaciones que realizó de la síntesis del amoníaco para la compañía BASF. compañía BASF.

• En 1923 comenzó a operar en Alemania, la primer planta de En 1923 comenzó a operar en Alemania, la primer planta de producción de metanol a gran escala a partir del gas de síntesis. producción de metanol a gran escala a partir del gas de síntesis.

CO + 2H2CO + 2H2CH3OH CH3OH RR = -92 kJ/mol = -92 kJ/mol

• El proceso de alta presión que se operaba exclusivamente se El proceso de alta presión que se operaba exclusivamente se lleva a cabo con el catalizador de ZnO/Cr2O3 a 250-350 bar y lleva a cabo con el catalizador de ZnO/Cr2O3 a 250-350 bar y 350-400°C. 350-400°C.

Page 49: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• El desarrollo de catalizadores más activos, basados en cobre El desarrollo de catalizadores más activos, basados en cobre

permitieron llevar a cabo el proceso a presiones entre 50-100 bar y permitieron llevar a cabo el proceso a presiones entre 50-100 bar y a más bajas temperaturas. a más bajas temperaturas.

• Los procesos de baja presión se desarrollaron por ICI y Lurgi y se Los procesos de baja presión se desarrollaron por ICI y Lurgi y se introdujeron en los años 1960. Se logró una mejora en la economía introdujeron en los años 1960. Se logró una mejora en la economía del proceso. del proceso.

• En 1962 se descubrió el efecto activante del CO2 en el gas de la En 1962 se descubrió el efecto activante del CO2 en el gas de la síntesis. síntesis.

• Cuando se usa CO2 que contiene el gas de la síntesis, se consume Cuando se usa CO2 que contiene el gas de la síntesis, se consume más H2 que con el CO para producir metanol. más H2 que con el CO para producir metanol.

CO2 + 3H2 CO2 + 3H2 CH3OH + H2O CH3OH + H2O RR = -50 kJ/mol = -50 kJ/mol

Page 50: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustrialesOtra reacción lateral es la del gas de agua (Water gas shift)Otra reacción lateral es la del gas de agua (Water gas shift)

CO2 + H2 CO2 + H2 CO + H2O CO + H2O RR = 41.3 = 41.3 kJ/molkJ/mol

• Así la pregunta de cual es la fuente del carbono real en la Así la pregunta de cual es la fuente del carbono real en la síntesis del metanol puede no ser contestada síntesis del metanol puede no ser contestada inequívocamente. inequívocamente.

• Se han sugerido dos mecanismos para explicar la formación Se han sugerido dos mecanismos para explicar la formación de metanol sobre catalizadores heterogéneos. de metanol sobre catalizadores heterogéneos.

• En el primer mecanismo, CO adsorbido reacciona en los En el primer mecanismo, CO adsorbido reacciona en los centros de cobre activos de la superficie con el hidrógeno centros de cobre activos de la superficie con el hidrógeno adsorbido disociativamente en una serie de pasos del adsorbido disociativamente en una serie de pasos del hidrogenación para dar metanol. hidrogenación para dar metanol.

Page 51: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• En el segundo mecanismo, el primer paso es la inserción de CO en un OH En el segundo mecanismo, el primer paso es la inserción de CO en un OH

superficial con la formación de un formiato. Luego siguen los pasos de superficial con la formación de un formiato. Luego siguen los pasos de hidrogenación y deshidratación para dar un grupo metoxilo en la superficie hidrogenación y deshidratación para dar un grupo metoxilo en la superficie que forma el metanol. que forma el metanol.

• En este mecanismo los intermedios se ligan a la superficie a través de En este mecanismo los intermedios se ligan a la superficie a través de oxígeno. oxígeno.

• El apoyo para esta suposición es proporcionado por el hecho que CO reacciona El apoyo para esta suposición es proporcionado por el hecho que CO reacciona con hidróxidos fuertemente básicos como el NaOH para formar iones formiato.con hidróxidos fuertemente básicos como el NaOH para formar iones formiato.

Page 52: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• Sin embargo, recientes investigaciones con las mezclas de Sin embargo, recientes investigaciones con las mezclas de

CO/CO2/H2 han mostrado que el catalizador activo es el CO/CO2/H2 han mostrado que el catalizador activo es el cobre finamente dividido en la superficie del catalizador y cobre finamente dividido en la superficie del catalizador y que el ZnO no juega ningún papel particular en el que el ZnO no juega ningún papel particular en el catalizador industrial. catalizador industrial.

• El dióxido del carbono juega un papel importante. Todos los El dióxido del carbono juega un papel importante. Todos los pasos tienen lugar en las superficies de cobre. La pasos tienen lugar en las superficies de cobre. La hidrogenólisis del formiato en la superficie del cobre ha sido hidrogenólisis del formiato en la superficie del cobre ha sido probado. probado.

• Se supone que la función del CO es quitar atómicamente el Se supone que la función del CO es quitar atómicamente el oxígeno ligado de la superficie por la formación de CO2 que oxígeno ligado de la superficie por la formación de CO2 que entonces actúa como el reactante primario.entonces actúa como el reactante primario.

Page 53: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• Este ejemplo muestra Este ejemplo muestra

una vez más que no es una vez más que no es posible formular un posible formular un mecanismo mecanismo simplemente simplemente combinando al parecer combinando al parecer los pasos de reacción los pasos de reacción creíbles.creíbles.

Page 54: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales• La síntesis del metanol se lleva fuera en un proceso con La síntesis del metanol se lleva fuera en un proceso con

reciclo de manera similar a la síntesis del amoníaco.reciclo de manera similar a la síntesis del amoníaco.

• La fuerte dependencia del equilibrio del metanol con la La fuerte dependencia del equilibrio del metanol con la temperatura y la magnitud creciente de reacciones temperatura y la magnitud creciente de reacciones laterales a la temperatura más alta requieren la rápida laterales a la temperatura más alta requieren la rápida eliminación del calor o la introducción de gas fresco para eliminación del calor o la introducción de gas fresco para refrigerar. refrigerar.

• Normalmente las plantas del metanol se operan a una Normalmente las plantas del metanol se operan a una conversión parcial de entre el 15 y el 18% del CO que conversión parcial de entre el 15 y el 18% del CO que ingresa y con reciclo del gas de síntesis que no ha ingresa y con reciclo del gas de síntesis que no ha reaccionado. reaccionado.

Page 55: Catalizadores Industriales V0

Procesos Catalíticos Procesos Catalíticos IndustrialesIndustriales

• Deben circularse cantidades grandes de gas (el ca. 40 000 Deben circularse cantidades grandes de gas (el ca. 40 000 mm33hh-1-1mm-3-3 de catalizador) para controlar la eliminación de de catalizador) para controlar la eliminación de calor y por consiguiente la temperatura del catalizador, los calor y por consiguiente la temperatura del catalizador, los reactores del proceso Lurgi utilizan multitubos y los del reactores del proceso Lurgi utilizan multitubos y los del proceso ICI enfrían el catalizador por introducción de gas proceso ICI enfrían el catalizador por introducción de gas frío. frío.

• El desempeño de los catalizadores modernos en reactores El desempeño de los catalizadores modernos en reactores más grandes es de 1.3-1.5 kg de metanol por el litro por más grandes es de 1.3-1.5 kg de metanol por el litro por hora y las plantas tienen las capacidades de a hasta 10hora y las plantas tienen las capacidades de a hasta 1066 T/a T/a lo que refleja la posición de metanol como un producto lo que refleja la posición de metanol como un producto importante de química del C1.importante de química del C1.