Alquilación de isobutano con olefinas: estudio de catalizadores sólidos ácidos

Abstract

En esta tesis se evalúan diferentes catalizadores para la reacción de alquilación de isobutano con olefinas. Se estudian zeolitas microporosas, Y, X, Beta y Mordenita. Estos materiales presentan diferentes relaciones Si/Al y la regulación de acidez se realiza mediante intercambio iónico con La+3 y/o NH4+. Se presenta también el diseño de catalizadores mesoporosos, estudiándose sílices SBA-15 funcionalizadas con grupos sulfónicos. Los materiales microporosos con niveles de acidez moderados son los que presentaron mejor actividad y estabilidad en reacción. Esto se logró en las muestras con intercambio iónico parcial de lantano y amonio. Mediante regulaciones en la cantidad de La+3 se logra producir sensibles mejoras en la estabilidad, pero ésta no resulta suficiente como para reemplazar los catalizadores líquidos. Por eso se plantean alternativas de operación para poder emplear estos catalizadores. Se evalúa la reacción de alquilación en fase gas y se estudian secuencias de reacción-regeneración con H2. En las sílices SBA-15 se logró la funcionalización efectiva de la superficie con sitios ácidos. Sin embargo no fueron activas para la reacción, lo que se atribuye a que el ambiente polar debido a la presencia de grupos sulfónicos no favorece la adsorción de la olefina, e impide la formación del carbocatión necesaria para iniciar el mecanismo de reacción. Como parte del trabajo de tesis, se desarrolló una técnica transiente de pulsos de alta frecuencia para poder realizar búsquedas de formulaciones adecuadas, prediciendo si el comportamiento catalítico, tanto en lo que refiere a la actividad como a la estabilidad, podría ser el adecuado.

In this thesis different catalysts for the reaction of isobutane with olefins are evaluated. Y, X, Beta and Mordenite microporous zeolite are studied. These materials have different Si/Al relations and acidity regulation is done by ion exchange with La+3 y/o NH4+. The design of mesoporous silica SBA-15 catalysts, functionalized with sulfonic groups, is also presented. Microporous materials with moderate acidity levels are those who showed better activity and stability in reaction. This was achieved in samples with partial ion exchange of lanthanum and ammonium. Through regulations on the amount of La+3 is possible to produce improvements in stability, but this is not enough to replace liquid catalysts. Therefore, alternatives of operation are proposed in order to used these catalysts. The reaction in gas phase and sequences of reaction-regeneration with H2 are carried out. The effective functionalization with acid sites of the surface in the SBA-15 was achieved. But they were not active for the reaction, wich is attributed to the polar environment due to the presence of sulfonic groups, that does not favor the olefin adsorption and prevent the formation of the carbocation required to initiate the reaction mechanism. As part of the thesis, a transient technique of high frequency pulses was developed, in order to search for suitable formulations, predicting whether the catalytic behavior might be right, both in terms of activity and stability.