Diseño de catalizadores bifuncionales óxido-zeolita para la conversión selectiva de syngas a aromáticos BTEX

Abstract

[ES] El aumento constante de las emisiones de gases de efecto invernadero, especialmente el CO2, debido al uso excesivo de combustibles fósiles, es una de las principales causas del calentamiento global y sus consecuencias en el cambio climático. La industria química, que tradicionalmente utiliza fuentes fósiles, emite una cantidad significativa de CO2 y otros contaminantes. La sustitución de éstas por fuentes de origen renovable, como la biomasa, puede contribuir positivamente a la descarbonización de este sector, en el que los hidrocarburos aromáticos tienen un papel fundamental debido a su versatilidad en la síntesis de una amplia variedad de productos. En este sentido, la síntesis directa de aromáticos a partir de gas de síntesis o syngas (CO+H2) renovable, obtenido mediante gasificación de residuos de biomasa, es una tecnología muy prometedora en el actual contexto de transformación energética, contribuyendo además a una economía circular. La conversión directa de syngas en aromáticos requiere el empleo de catalizadores bifuncionales, los cuales combinan una función de hidrogenación de CO que forma un producto intermedio, con una función ácida, generalmente una zeolita, que transforma in situ el intermedio en aromáticos. De entre los catalizadores bifuncionales propuestos, los basados en el concepto OXZEO (óxido-zeolita), los cuales combinan un óxido metálico parcialmente reducible que convierte el syngas en metanol como intermedio con una zeolita ZSM-5 son los más interesantes ya que permiten la síntesis de aromáticos con elevada selectividad. Sin embargo, son muy pocos los estudios reportados hasta el momento que abordan la síntesis selectiva a la fracción de aromáticos BTEX, y en especial de para-xileno (PX), que son los de mayor interés debido a su uso en la fabricación de plásticos como el PET, fibras, disolventes, y otros productos de alto valor añadido. Por tanto, en este TFM se estudiará el efecto de diferentes tratamientos dirigidos a aumentar el efecto de selectividad de forma de la zeolita ZSM-5, como la pasivación de los centros ácidos externos no selectivos y la reducción del diámetro efectivo de poro, con el objetivo de maximizar la selectividad a BTEX/PX en catalizadores óxido-zeolita. Asimismo, para el catalizador más interesante se llevará a cabo un estudio de la influencia de las condiciones de reacción sobre la actividad, selectividad y estabilidad en la conversión directa de syngas a aromáticos

[EN] The steady increase in greenhouse gas emissions, especially CO2, due to the excessive use of fossil fuels, is one of the main causes of global warming and its consequences on climate change. The chemical industry, which traditionally uses fossil sources, emits a significant amount of CO2 and other pollutants. Replacing these with renewable sources, such as biomass, can contribute positively to the decarbonisation of this sector, in which aromatic hydrocarbons play a fundamental role due to their versatility in the synthesis of a wide variety of products. In this sense, the direct synthesis of aromatics from renewable synthesis gas or syngas (CO+H2), obtained by gasification of biomass waste, is a very promising technology in the current context of energy transformation, also contributing to a circular economy. The direct conversion of syngas into aromatics requires the use of bifunctional catalysts, which combine a CO hydrogenation function that forms an intermediate product with an acid function, usually a zeolite, that transforms the intermediate into aromatics in situ. Among the proposed bifunctional catalysts, those based on the OXZEO (oxide-zeolite) concept, which combine a partially reducible metal oxide that converts syngas to methanol as an intermediate with a ZSM-5 zeolite, are the most interesting as they allow the synthesis of aromatics with high selectivity. However, there are very few studies reported so far that deal with the selective synthesis of BTEX aromatics, especially para-xylene (PX), which are of greatest interest due to their use in the manufacture of plastics such as PET, fibres, solvents and other high value-added products. Therefore, in this TFM we will study the effect of different treatments aimed at increasing the shape selectivity effect of the ZSM-5 zeolite, such as the passivation of the non-selective external acidic centres and the reduction of the effective pore diameter, with the aim of maximising the selectivity to BTEX/PX in oxide-zeolite catalysts. Furthermore, for the most interesting catalyst, a study of the influence of the reaction conditions on the activity, selectivity and stability in the direct conversion of syngas to aromatics will be carried out.