Efecto de la calidad de la materia prima en procesos de hidrotratmiento y su impacto en la desactivación de catalizadores NiMo/Al2O3

Abstract

Introducción El hidrotratamiento catalítico es una de las tecnologías más prometedoras para la conversión de grasas y aceites utilizando altas temperaturas y presiones de hidrógeno, generando hidrocarburos (HC) compatibles con el gasoil fósil (Kalnes et al., 2007; Moser, 2010). Algunos de los catalizadores más empleados son los pares metálicos níquel-molibdeno (NiMo) o cobalto-molibdeno (CoMo), soportados en alúmina (Zhang et al., 2021). Sin embargo, su eficiencia puede verse afectada cuando se utilizan materias primas no refinadas, aceites de descarte o biomasa, las cuales suelen contener impurezas que actúan como venenos catalíticos. Estudios previos han identificado en estos materiales la presencia de elementos como hierro, potasio, sodio y fósforo (Arora et al., 2021). Estos compuestos se adsorben fuertemente sobre los sitios activos del catalizador, bloqueándolos o alterando su geometría, estructura electrónica o acidez superficial. Esta adsorción es usualmente irreversible, impidiendo la difusión de reactivos y deteriorando el rendimiento del catalizador (Téllez-Romero, 2021). Incluso en trazas, reducen drásticamente su actividad catalítica y vida útil (Arora et al., 2021). Para catalizadores de níquel, platino o paladio en reacciones de hidrogenación, los venenos más relevantes son compuestos que tienen azufre, fósforo, arsénico, metales pesados, haluros y compuestos nitrogenados (Argyle, 2015). Este trabajo evalúa la influencia de distintos tipos de aceites residuales sobre la actividad de un catalizador comercial NiMo/Al2O3.

Materiales y Métodos Las materias primas utilizadas fueron: aceite de oliva virgen extra sometido a fritura avanzada en el laboratorio (AOVEf), mezcla de aceites de cocina usados (UCO) recolectados de hogares y comercios de Uruguay, y aceite técnico de maíz (DCO), subproducto industrial de la producción de bioetanol en el país. Los aceites se caracterizaron mediante determinación de porcentaje de compuestos polares y polímeros. Se utilizó un catalizador comercial NiMo soportado en Al2O3. Previo a su uso, el catalizador se redujo in situ en un reactor tubular de lecho fijo Parr 5402 (24 mL), con flujo de hidrógeno de 7,7 mL.gcat-1.min-1, 35 bar, 400°C durante 150 minutos. Este se caracterizó mediante área superficial BET y difracción de rayos X. Las reacciones de hidrotratamiento catalítico fueron realizadas bajo condiciones idénticas: 350°C, 80 bar de presión de H2, flujo de H2 7,7 mL.gcat-1.min-1 y flujo de aceite 7,7 μL.gcat-1.min-1 durante 3 horas. Se procesó AOVEf o UCO con catalizador fresco previamente reducido. Luego, sin renovar el catalizador, se realizó una corrida de hidrotratamiento de DCO en las mismas condiciones. Los dos productos que se obtuvieron mediante hidrotratamiento de DCO fueron derivatizados con 50 μL de MSTFA y 100 μL de piridina a 50°C durante 30 minutos, diluidos en hexano (1,5 mg/mL) y analizados por GC-FID con columna MET-BIODIESEL. La conversión se determinó cuantificando el porcentaje de HC en la muestra.

Resultados y Discusión La conversión de DCO a HC fue de 95,1% cuando el catalizador había sido previamente utilizado con AOVEf. Sin embargo, esta se redujo a 76% cuando el catalizador fue previamente expuesto a UCO. Esta diferencia sugiere un posible fenómeno de desactivación catalítica inducida por los aceites usados. Cabe destacar que el AOVEf presentó un mayor porcentaje de compuestos polares y polímeros que UCO, lo que evidencia un mayor grado de deterioro termooxidativo. Esto sugiere que la pérdida de actividad catalítica no está asociada al grado de oxidación o polimerización del aceite, sino a la posible presencia de venenos catalíticos en los aceites recolectados de fuentes mixtas. Los resultados obtenidos destacan la importancia de considerar no solo el estado físicoquímico, sino también la procedencia y composición elemental de las materias primas, en particular la presencia de metales traza, en procesos de hidrotratamiento. Esto es de especial relevancia en el marco de estrategias para la revalorización de residuos en biocombustibles, donde el uso de materias primas no comestibles es deseado, las cuales, por su naturaleza, presentan mayor carga de contaminantes.

Conclusiones La eficiencia del hidrotratamiento depende de la composición elemental y procedencia de las materias primas, constituyendo un factor determinante en el diseño de estrategias para la valorización de residuos grasos.