Materiales mesoporosos y zeolitas deslaminadas como soportes para catalizadores de Fischer-Tropsch basados en Cobalto

Abstract

La síntesis de Fischer-Tropsch (SFT) es en la actualidad, la ruta más eficiente para la producción de hidrocarburos a partir de gas natural, metano o carbón. El principal interés de la SFT, es la obtención de combustible sintético (diesel y gasolina) de alta calidad y medioambientalmente limpio. Para la producción de diesel sintético se utilizan catalizadores de cobalto soportado sobre SiO2 (Co/SiO2), con una elevada selectividad a hidrocarburos pesados, pero que sin embargo son poco activos debido a la baja dispersión de la fase de cobalto activa sobre SiO2. En la presente tesis se han ensayado diversas sílices mesoporosas ordenadas (MCM-41, MCM-48, SBA-15 y Me-MCM-41), como soportes alternativos para catalizadores de cobalto de FT. La elevada área superficial de estos materiales y su estructura de canales ordenada permite dispersar el cobalto con mayor eficacia, con respecto al soporte convencional SiO2. En esta serie, el mejor resultado de actividad y selectividad a hidrocarburos pesados, se ha obtenido para el catalizador de cobalto soportado sobre SBA-15. Por ello, se ha investigado la influencia de diversos parámetros (contenido de cobalto, sal precursora de cobalto, incorporación de promotores) en las propiedades catalíticas del catalizador Co/SBA-15. Por otra parte, se ha explorado el uso de las zeolitas deslaminadas ITQ-2 e ITQ-6 (de alta área externa y estabilidad hidrotermal), como soportes para catalizadores de cobalto de FT. Estos catalizadores también resultan más activos y selectivos a hidrocarburos pesados que el catalizador de referencia (Co/SiO2). Para la obtención de gasolina sintética se utilizan catalizadores de FT basados en hierro. No obstante, debido al bajo rendimiento a la fracción gasolina obtenida directamente del proceso de FT y a la baja calidad (octano) de ésta, es necesario llevar a cabo diversos procesos (craqueo, reformado, isomerización) sobre los hidrocarburos obtenidos de la reacción de FT, para aumentar el rendimiento y la calidad (octanaje) de la fracción gasolina. Por ello, en la última parte de esta tesis, se han preparado y ensayado catalizadores híbridos que combinan un catalizador de hierro y una zeolita capaz de promover reacciones (in-situ) de craqueo y aromatización de los productos primarios de FT. El estudio de la influencia de la estructura zeolítica, indica que la combinación del catalizador de hierro de FT con la zeolita ZSM-5 permite obtener el mayor rendimiento a la fracción de gasolina, y dentro de ésta, a isoparafinas y aromáticos. El estudio del efecto de la relación Si/Al, de la presencia de promotores (Pd, Ga) o del tamaño de cristal de la zeolita, indica diversos métodos para optimizar el rendimiento del catalizador híbrido hacia los productos de interés, así como su estabilidad en el proceso catalítico.