Empleo de catalizadores mesoporosos en la reacción de alquilación de isobutano con butenos

Abstract

El producto alquilado es una mezcla de isoparafinas multiramificadas obtenidas a partir de hidrocarburos más livianos, caracterizada por presentar un elevado número de octanos, baja presión de vapor y no contener azufre, compuestos aromáticos ni olefinas, por lo que resulta un aditivo muy valioso para incorporar al pool de gasolina. La reacción involucrada, la alquilación, consiste en la adición de butenos a isobutano para dar lugar a isooctanos (trimetilpentanos) y es catalizada por ácidos fuertes. En la actualidad, predominan las unidades que operan con ácidos fluorhídrico o sulfúrico como catalizadores, que resultan ineficientes y representan un riesgo medioambiental. Para subsanar esto, se han desarrollado catalizadores sólidos, que, si bien han logrado buenas actividades y selectividades, han presentado muy baja estabilidad como para ser aplicados en forma masiva. La desactivación obedece a un mecanismo de depósito de coque, para el cual los factores más influyentes son el tamaño de los poros y la fuerza ácida. En esta tesis se estudia la síntesis de materiales mesoporosos y de acidez regulada con el objetivo de mejorar la estabilidad y selectividad logradas en catalizadores microporosos previamente evaluados. Se analizan dos enfoques para la generación de mesoporosidad: bottom-up, consistente en la formación de un sólido por condensación de precursores alrededor de un template; y top-down, consistente en atacar parcialmente la estructura de un sólido con bases para generar mesoporos. Por otra parte, la regulación de acidez en zeolitas fue realizada por intercambio iónico, para lo cual se emplearon cationes lantano en distintas proporciones.

The alkylated product is a mixture of multibranched isoparaffins obtained from lighter hydrocarbons, characterized by having a high octane number, low vapor pressure and not containing sulfur, aromatic compounds nor olefins, therefore it is a very valuable additive to incorporate in the gasoline pool. The implicated reaction, alkylation, entails the addition of butenes to isobutane to give isooctanes (trimethylpentanes) and is catalyzed by strong acids. Currently, units that operate with hydrofluoric or sulfuric acid as catalysts predominate, which are inefficient and represent an environmental risk. To overcome this, solid catalysts have been developed. Even though they have achieved good activities and selectivities, they have presented very low stability to be applied massively. The deactivation obeys a coke deposition mechanism, for which the most influential factors are the size of the pores and the acid strength. In this thesis, the synthesis of mesoporous and acidity-regulated materials is studied with the aim of improving the stability and selectivity achieved in microporous catalysts previously evaluated. Two approaches are analyzed for the generation of mesoporosity: bottom-up, consisting of the formation of a solid by condensation of precursors around a template; and top-down, consisting of partially attacking the structure of a solid with bases to generate mesopores. On the other hand, the regulation of acidity in zeolites was carried out by ion exchange, for which lanthanum cations were used in different proportions.