Formación de carbón por descomposición de etileno sobre catalizadores de reformado de hidrocarburos basados en Níquel y Rutenio

Abstract

La desactivación de catalizadores en procesos de reformado de hidrocarburos es inevitable; sin embargo, es necesario buscar alternativas para el desarrollo de catalizadores que puedan soportar mejor la desactivación. En tal sentido, el presente trabajo se enfoca en estudiar la formación de carbón sobre la superficie de catalizadores de reformado de hidrocarburos basados en níquel y rutenio, a partir de la descomposición de etileno. Para tal propósito, se prepararon tres catalizadores: el primero con 15 % de níquel (15Ni), el segundo con 5 % de níquel y 0,33 % de rutenio (5Ni-0,33Ru), y el tercero con 1% de rutenio (1Ru); los tres soportados en Mg〖Al〗_2 O_4. También, se adaptó un sistema de reacción para llevar a cabo las reacciones de descomposición de etileno sobre soportes y catalizadores. Posteriormente, se realizó análisis de termogravimetría para determinar la cantidad de depósitos de carbón sobre los catalizadores de reformado de hidrocarburos. A partir de estos resultados, se determinaron las energías de activación. Asimismo, se identificaron los tipos de depósitos de carbón mediante un análisis de reducción a temperatura programada con hidrógeno. Los resultados sobre la formación de carbón, demuestran que el catalizador bimetálico Ni-Ru puede encarar mejor la desactivación por formación de carbón, siendo la formación de carbón sobre los catalizadores en [〖mg〗_carbón/〖mg〗_Catalizador] de: 0,58 para el catalizador 15Ni; 0,28 para el catalizador 5Ni-0,33Ru y finalmente 0,00 para el catalizador 1Ru. Esto evidencia la formación de carbón principalmente en la superficie metálica de níquel y no así sobre la superficie metálica de rutenio. Es así que la formación de carbón por masa de níquel [〖mg〗_carbón/〖mg〗_níquel] fue de: 3,5 para el catalizador 15Ni y de 5,5 para el catalizador bimetálico 5Ni-0,33Ru. Por otro lado, se identificaron dos energías de activación en el rango de temperaturas comprendido entre 320 y 530 °C. La primera energía de activación (E_a1), se presenta en un rango de 320 a 400 °C, mientras que la segunda energía de activación (E_a2) se presenta en un rango de 470 a 530 °C. En ambos rangos, el catalizador bimetálico 5Ni-0,33Ru, presenta una mayor magnitud de energía de activación (para 15Ni: E_a1= 57095 J/mol y E_a2= 4620 J/mol; para 5Ni-0,33Ru: E_a1= 81094 J/mol y E_a2= 6196 J/mol). Asimismo, se evidenció que los dos tipos de catalizadores (15Ni y 5Ni-0,33Ru) forman varios tipos de carbón tras la descomposición de etileno. Sin embargo, el catalizador bimetálico forma una cantidad considerablemente mayor de carbón tipo whisker (C_v), el cual se presume se forma en los sitios tipo escalón de las partículas de níquel.