¿Cómo evitar la desactivación del catalizador?

Introducción

Los catalizadores son esenciales en muchos procesos industriales, ya que permiten que las reacciones químicas se produzcan de forma más eficiente y a temperaturas o presiones más bajas. No obstante, los catalizadores pueden desactivarse con el tiempo, lo que puede reducir su eficacia y aumentar sus costes. En este artículo hablaremos de cómo prevenir la desactivación de los catalizadores. Esperamos que pueda comprender mejor el mantenimiento de los distintos catalizadores.

¿Cómo prevenir la desactivación del catalizador?

Para prevenir la desactivación del catalizador durante su uso, podemos encontrar soluciones efectivas identificando las causas de la desactivación del catalizador.

--Envenenamiento

La causa principal de la desactivación del catalizador es el envenenamiento. Se refiere a la desactivación química reversible o irreversible de un catalizador y conduce a la pérdida de actividad catalítica, estabilidad y selectividad, lo que causa graves problemas y pérdidas económicas en los procesos catalíticos industriales. La figura 1. muestra el envenenamiento por H2S de catalizadores de níquel con y sin adición de oxígeno.

Se puede optar por el pretratamiento o la eliminación para evitar el envenenamiento del catalizador.

• Si es reversible, el catalizador podría reutilizarse.
• Si no, el catalizador debe desecharse y se desperdicia una gran cantidad de energía y gastos. Sin embargo, se puede aplicar algún tratamiento previo a los catalizadores. Por ejemplo, el uso de ZnO y otros protectores podría mitigar eficazmente el envenenamiento por azufre.
• Elimine los catalizadores desactivados si la eliminación total de los venenos es bastante difícil.

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Figura 1. Envenenamiento por azufre

--Sinterización

La sinterización es otra causa común de desactivación de catalizadores. Se trata de una degeneración térmica que conlleva una reducción de la superficie catalítica y del área de soporte. Y lo que es peor, las fases catalíticas se desplazarían a fases no catalíticas, obstaculizando así las reacciones químicas previstas.

Tenga cuidado con los materiales y los entornos para evitar la sinterización.

• Los metales alcalinos aceleran la sinterización, mientras que los óxidos de Ba, Ca o Sr la disminuyen. Las sustancias porosas suelen presentar tasas de sinterización más bajas.
• El vapor y el cloro aceleran la sinterización. Además, las atmósferas húmedas, el sobrecalentamiento y las pérdidas de superficie aceleran los cambios estructurales en los soportes de óxido.

--Coquización

La coquización representa aproximadamente el 20% de la desactivación de los catalizadores y suele estar relacionada con el taponamiento. Es decir, los materiales carbonosos y de otro tipo que se encuentran en los poros del catalizador se depositan, disminuyendo el tamaño de los poros e impidiendo que las moléculas reactivas se difundan en el poro.

Normalmente, estos depósitos carbonosos pueden eliminarse mediante gasificación con vapor de agua o hidrógeno, y obtenemos CH4, CO y COx, respectivamente. Así pues, la desactivación de la coquización es un proceso reversible. La figura 2. es una ilustración esquemática de la deposición de coque en catalizadores HZSM-5 no modificados y modificados con metales.

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Figura 2. Deposición de coque Deposición de coque

--Otros

Existen muchos otros enfoques útiles para evitar la desactivación del catalizador.

• Elegir el catalizador adecuado

Elegir el catalizador adecuado para una aplicación específica es fundamental para evitar la desactivación. Los distintos catalizadores tienen diferentes grados de estabilidad y resistencia a la desactivación. Por lo tanto, es importante seleccionar un catalizador adecuado para las condiciones específicas del proceso. El diseño del catalizador también es importante. Puede cambiar la superficie, el tamaño de los poros y el tamaño de los gránulos para evitar el envenenamiento del catalizador.

• Mantener limpio el catalizador

Una de las principales razones de la desactivación del catalizador es la acumulación de contaminantes en su superficie. Estas impurezas pueden proceder de la materia prima o del entorno. Para evitar que esto ocurra, es esencial purgar periódicamente el sistema o filtrar la materia prima.

• Evite las altas temperaturas

Los catalizadores pueden ser sensibles a las altas temperaturas, lo que puede provocar su desactivación. Es crucial evitar exponer el catalizador a temperaturas superiores a su rango de funcionamiento seguro. Es mejor controlar la temperatura del sistema y ajustar el proceso en consecuencia.

• Supervisar la actividad del catalizador

Supervisar la actividad del catalizador puede ayudar a detectar cualquier cambio en su rendimiento. Esto se puede conseguir midiendo regularmente la velocidad de reacción o realizando pruebas periódicas del catalizador. La supervisión de la actividad del catalizador permite detectar a tiempo cualquier problema y adoptar medidas correctivas para evitar su desactivación.

Conclusión

En una palabra, siga los pasos anteriores para luchar contra el envenenamiento, la sinterización y la coquización, que son las principales causas de la desactivación del catalizador. Además, es mejor que preste atención a las condiciones de funcionamiento y a la correcta selección, uso y mantenimiento del catalizador. De este modo, se puede prolongar la vida útil de los catalizadores, lo que se traduce en una mayor eficacia y una reducción de costes en los procesos industriales.

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Referencias:

[1] Philipp Wachter, Christian Gaber, Juraj Raic, Martin Demuth, Christoph Hochenauer, (2021). Experimental investigation on H2S and SO2 sulfur poisoning and regeneration of a commercially available Ni-catalyst during methane tri-reforming [Photograph]. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360319920340921

[2] Balasundram, Vekes & Ibrahim, Norazana & Kasmani, Rafiziana & Isha, Ruzinah & Abd Hamid, Mohd Kamaruddin & Hasbullah, Hasrinah. (2022). Catalytic upgrading of biomass-derived pyrolysis vapour over metal-modified HZSM-5 into BTX: A comprehensive review [Fotografía]. https://www.researchgate.net/publication/343461067_Catalytic_upgrading_of_biomass-derived_pyrolysis_vapour_over_metal-modified_HZSM-5_into_BTX_a_comprehensive_review