MAESTRIA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE

Modulo:

MANEJO INTEGRADO DE RESIDUOS SOLIDOS

Docente: Carlos Arturo Álvarez Monsalve

Realizado por:

MARIA MAGDALENA CASTRO ACEVEDO

CATHERINE MORALES BUITRAGO

GERMÁN ANDRÉS LOZANO OSPITIA

Tema:

REGENERACION DE CATALIZADORES INDUSTRIALES

REGENERACIÓN DE CATALIZADORES INDUSTRIALES

DEFINICION DE CATLIZADOR:

Un catalizador es una sustanciaquímica, simple o compuesta, quemodifica la velocidad de una reacciónquímica, interviniendo en ella pero sinllegar a formar parte de los productosresultantes de la misma.

TIPOS DE CATALIZADORES

Catalizador Homogéneo: Es un catalizador en disolución con losreactivos. El catalizador se combina con uno de los reactivosformando un compuesto intermedio que reacciona con el otro másfácilmente. Sin embargo, el catalizador no influye en el equilibrio dela reacción, porque la descomposición de los productos en losreactivos es acelerada en un grado similar.

Catalizador heterogéneo o de contacto: Es un catalizador que estáen una fase distinta de los reactivos. Los catalizadores de contactoson materiales capaces de absorber moléculas de gases o líquidos ensus superficies. Esta reacción se utiliza en catalizadores acoplados alos automóviles para eliminar el monóxido de carbono de los gasesde escape.

USO INDUSTRIAL DE CATALIZADORES

En los diferentes procesos industriales, la velocidad deproducción y la cantidad de productos deben ir de lamano. Cuando se están llevando a cabo procesosquímicos hay que garantizar que sean energéticamenteeficientes y que proporcionen una alternativa limpia yeconómica para hacer competitivos los procesosindustriales. Los catalizadores son utilizados para estepropósito. Una vez aplicado algún método químico en elproceso industrial que se esté llevando a cabo, se puedenutilizar catalizadores. De esta manera se aumenta lavelocidad de las reacciones necesarias y se logranmayores velocidades en el proceso industrial.

OTROS USOS DE CATALIZADORES

La gasolina de alto grado se consigue mediante un proceso conocidocomo hidrofinado, es decir, la hidrogenación de petróleo refinado aalta presión y con un catalizador, como por ejemplo el óxido demolibdeno. El hidrofinado no sólo convierte el petróleo de bajo valoren gasolina de mayor valor, sino que al mismo tiempo purificaquímicamente el producto eliminando elementos no deseados, comoel azufre. El gasógeno, el carbón y el alquitrán de hulla puedentambién hidrogenarse para producir gasolina.

Un dispositivo incorporado a los sistemas de escape del automóvilpara reducir la cantidad de sustancias contaminantes en cualquiergas de escape. El catalizador contiene pequeñas bolitas recubiertasde metal. Cuando los gases de escape pasan por el catalizador, estosmetales actúan como sustancias catalizadoras que favorecenreacciones químicas y transforman el monóxido de carbono ydeterminados hidrocarburos, en algo más inocuo, como el dióxido decarbono o el agua.

PROCESO CATALICO DEL PETROLEO

• Desintegración. Este proceso permite transformar moléculas pesadas encombustibles livianos y materias primas para la industria petroquímica.Industrialmente se conoce como proceso FCC (Fluid Catalytic Cracking).

• Reformación de gasolinas. Este proceso permite aumentar el rendimiento degasolinas así como el número de octano en ellas.

• Hidrotratamientos. Los procesos denominados de hidrotratamiento tienencomo finalidad la eliminación de impurezas como azufre, nitrógeno, oxígeno,níquel o vanadio que acompañan a las moléculas de hidrocarburo quecomponen el petróleo.

• Oxidación. Mediante este proceso, las olefinas y aromáticos se transforman enaldehídos, alcoholes, cetonas, peróxidos y óxidos que tienen gran demanda enpetroquímica.

• Alquilación. El término alquilación se aplica generalmente a reaccionescatalizadas entre el isobutano y varias olefinas ligeras.

• Isomerización. La isomerización es una parte pequeña pero importante de losprocesos de una refinería. El butano se isomeriza a isobutano para luego serutilizado para la alquilación del isobutileno y otras olefinas.

MANEJO DE CATALIZADORES DESGASTADOS

Los procesos para recuperar los metales que contienenlos residuos son una opción atractiva para variasempresas ya que les permite el aprovechamiento yreciclaje de algunos de sus residuos. En años recientes sehan propuesto muchos procesos de este tipo con elobjeto de minimizar los efectos ambientales que muchosmateriales de desecho producen al medio ambiente; sinembargo los resultados han sido frecuentemente unapobre recuperación y una separación de metalesincompleta.

… MANEJO DE CATALIZADORES DESGASTADOS

• La industria petrolera desecha una gran cantidad decatalizadores derivados de los procesos dehidrodesulfuración, estos materiales son pequeños granosgastados cuya eficiencia catalítica se ha agotado y que sonaltamente tóxicos. Se han planteado soluciones alternativas alos problemas causados por estos catalizadores; una de lascuales es la eliminación de carbón con aire o una mezcla denitrógeno-aire a condiciones controladas (Hildebrant yKoseuglo, 1993). Sin embargo, las impurezas metálicaspermanecen sobre el catalizador como una barrera dedifusión. Por lo que los metales solamente pueden eliminarsemediante tratamientos que se usan en los procesosextractivos, tales como la hidro-metalurgia y la piro-metalurgia (Chen y Feng, 2006).

… MANEJO DE CATALIZADORES DESGASTADOS

• En la Industria Petrolera, durante los procesos de hidro-desulfuración y craqueo* catalítico, se utilizan catalizadoresque se degradan debido a la depositación de azufre ehidrocarburos además de la adhesión de metales comohierro, níquel, cobre y vanadio, contenidos en los crudos.Estos materiales se adhieren a la superficie del catalizadorinhibiendo su función y por lo tanto haciendo que estospierdan su eficiencia. Estos residuos son desechados sinningún tratamiento posterior, convirtiéndose en desechossólidos los cuales son clasificados como peligrosos. Estoscatalizadores constan de un soporte de Al2O3 y una aleación,principalmente de molibdeno-níquel, funcionando elmolibdeno como metal activo y el níquel como promotorcatalítico (IMP-DSP, 1994).

… MANEJO DE CATALIZADORES DESGATADOS

• La hidro-desulfuración es un proceso destinado a eliminar elazufre (que es una impureza contaminante) que se encuentraen el combustible al finalizar después de sus tratamientosprimarios, tales como destilación reaccionada, reforming ocracking. Este azufre se encuentra combinado formandocomponentes químicos que pueden ser encontrados en loscombustibles en el motor en el momento de la combustión,producen corrosión de los elementos mecánicos y al serexpulsados los gases estos contaminan el ambiente.

• Los componentes químicos que se encuentran en elcombustible aparecen como dióxido de azufre (SO2) y (SO3)que luego de la combustión se transforman en H2SO3 y/oH2SO4 que son gases corrosivos generadores de lluvias ácidasresponsables de la destrucción de muchos bosques.

FORMAS DE DESACTIVAR UN CATALIZDOR

• Los catalizadores agotados son tratados comouna fuente potencial de metales nobles y sesometen a procedimientos hidrometalúrgicos.

• La mayoría de las empresas dedicadas a ellose ocupan de la recuperación de platino,paladio y rodio. Sin embargo, estostratamientos utilizan agentes altamenteagresivos y corrosivos, además de producirgrandes cantidades.

FORMAS DE DESACTIVAR UN CATALIZDOR

• Técnicas de regeneración mecánica.

• Una opción atractiva para el uso de loscatalizadores gastados es como materia primaen la producción de otros productos, tal es elcaso de los catalizadores de FCC (FluidCracking Catalytic) que se han utilizado en laproducción de cemento (Schreiber y Yonley1993).

Técnicas de regeneración térmica.

• La desactivación térmica se produce debido a que durante la operación seexpone el catalizador a temperaturas superiores a 800°C, y ello provoca laaglomeración y sinterización de las partículas de metal, con laconsiguiente disminución de actividad catalítica. Sin embargo, larecuperación de la misma es posible puesto que diversos autores haninformado de que mediante tratamientos térmicos se puede producir laredispersión del metal en el catalizador. Esta redispersión se produce porla formación de óxidos metálicos, los cuales, tras su reducción, formaríanpequeños clusters metálicos en la superficie del catalizador.

• Para favorecer la redispersión del metal se ha propuesto la utilización dediferentes gases, individualmente o mezclados, durante la regeneracióntérmica.

• De los gases empleados, el hidrógeno es el menos efectivo, ya que, a pesarde recuperar la actividad catalítica, esta recuperación se mantieneúnicamente un corto periodo de tiempo.

• El empleo de aire a temperaturas entre 500-700ºC permite larecuperación prácticamente total del catalizador respecto a la conversiónde CO e hidrocarburos. Sin embargo, este tratamiento sólo es efectivopara aquellos catalizadores con elevada carga metálica (6.000 mg/dm3).

• Técnicas de regeneración química• La mayor parte de los contaminantes que producen la desactivación química del

catalizador (principalmente fosfatos, sulfatos y óxidos) se disuelven en mediosácidos.

• Es por ello que, a nivel de laboratorio, casi todas las técnicas de regeneraciónactuales se basan en el empleo de ácidos orgánicos débiles para movilizar estosconta-minantes de la superficie del catalizador. No se usan ácidos fuertes (HC l,HNO3 o H2SO 4) porque pueden atacar y destruir el sustrato del catalizador.

• La eliminación de contaminantes acumulados en los sitios activos de loscatalizadores con disoluciones de ácidos orgánicos débiles se realiza a través de ladisolución de los compuestos contaminantes y la formación posterior decomplejos de metales y otros iones formados en disolución. Los ácidos orgánicosdébiles más usados son el acético, el oxálico y el cítrico. Las disoluciones de estosácidos débiles son muy eficientes en la eliminación de P, Fe, Zn, Cr, Pb, Ni y Cu. Elácido oxálico es más eficiente que el acético y el cítrico en la eliminación de P y Cu,mientras que la aplicación de ácido cítrico es mucho mejor para separar Zn, Fe, Cr,Pb y Ni.

• Las técnicas más recientes han propuesto el uso de agentes quelantes como elEDTA, habiéndose comprobado que la disolución diluida (0,1 M) de este ácido esmuy eficiente para la extracción de contaminantes metálicos, como Pb, Ca, Zn, Fe,Cu y Ni. Además, el posterior lavado con ácido oxálico permite una recuperaciónmucho mayor de la actividad catalítica y de la OSC, fundamentalmente debido aque se produce la eliminación de la mayoría de los compuestos que contienen P.

CONCLUSIONES

• Un catalizador puede definirse como una sustancia capaz de hacer que un sistema químico alcance más rápidamente su estado de equilibrio, sin alterar las propiedades de dicho equilibrio ni consumirse durante el proceso.

• Existen dos tipos de catalizadores: Catalizador Homogéneo y Catalizador heterogéneo o de contacto.

• Existen 3 técnicas de regeneración de catalizadores principalmente: la mecánica, térmica y química.

• Previo al tratamiento o manejo a realizar con el catalizador desgastado se debe conocer bien su conformación para utilizar el método más efectivo en su recuperación.

• La recuperación de catalizadores en algunos países es realizado por empresas comerciales especializadas; actividad que genera buenos ingresos.

• En Colombia y Latinoamérica no se conocen muchas empresas dedicadas a esta actividad.

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• Definición de catalizador - Qué es, Significado y Conceptohttp://definicion.de/catalizador/#ixzz3Gn1zTrtd

• REVISTA Creces. Ciencia y Tecnología. Junio 1999

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