Utilización de un residuo mineral industrial como catalizador en la hidroconversión de dibenciléter y de un carbón subbituminoso colombiano

  • Juliana Sánchez-Castañeda Universidad de Antioquia
  • Andrés Moreno-Lopera Universidad de Antioquia
  • Wilson A. Ruiz-Machado Universidad de Antioquia
Palabras clave: Bauxita, sulfuros de hierro, dibenciléter, hidroconversión, carbón

Resumen

Un residuo mineral industrial, proveniente de la producción de sulfato de aluminio, se utilizó como precursor para la preparación de un catalizador de bajo costo, activo en reacciones de hidroconversión de dibenciléter, como compuesto modelo de las uniones C-O en el carbón, y de un carbón subbtituminoso colombiano. El residuo mineral y un óxido de hierro comercial (material de referencia) se sometieron a un proceso de sulfuración con el propósito de generar un sulfuro de hierro tipo pirrotita (Fe1-xS), el cual es la fase activa del hierro en reacciones de hidroconversión. Los sólidos se caracterizaron por difracción de rayos X, fluorescencia de rayos X, espectroscopía Raman y microscopía electrónica de barrido. Las pruebas de actividad catalítica, con el compuesto modelo y el carbón, se realizaron a 5 MPa H2, a temperaturas entre 240 °C y 400 °C y tiempos de reacción de 0,5 h y 1 h. Los resultados mostraron que el residuo mineral industrial fue más activo que el material de referencia y que presentó alta actividad hacia la ruptura de los enlaces C-O en el dibenciléter, siendo estos los enlaces responsables del ensamble de asfaltenos y preasfaltenos en la estructura molecular del carbón. Adicionalmente, la conversión del carbón incrementó significativamente en presencia del residuo mineral sulfurado alcanzando un valor de 83,9 %, valor 1,8 veces mayor que para la reacción sin catalizador, evidenciando el potencial del residuo mineral para ser usado como catalizador en la hidroconversión del carbón, debido a su buena actividad y bajo costo.

Biografía del autor/a

Juliana Sánchez-Castañeda, Universidad de Antioquia
MSc. en Ciencias Químicas, Grupo Química de Recursos Energéticos y Medio Ambiente, Instituto de Química, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Antioquia, Medellín
Andrés Moreno-Lopera, Universidad de Antioquia
PhD. en Ciencias Químicas, Grupo Química de Recursos Energéticos y Medio Ambiente, Instituto de Química, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Antioquia, Medellín
Wilson A. Ruiz-Machado, Universidad de Antioquia
PhD. en Ciencias Químicas, Grupo Química de Recursos Energéticos y Medio Ambiente, Instituto de Química, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Antioquia, Medellín

Referencias bibliográficas

W. Liu, X. Chen, W. Li, Y. Yu, and K. Yan, “Environmental assessment, management and utilization of red mud in China,” J. Clean. Prod., vol. 84, pp. 606–610, Dec. 2014.

S. C. Kim, S. W. Nahm, and Y.-K. Park, “Property and performance of red mud-based catalysts for the complete oxidation of volatile organic compounds,” J. Hazard. Mater., vol. 300, pp. 104–113, Dec. 2015.

Y. Huang, G. Han, J. Liu, and W. Wang, “A facile disposal of Bayer red mud based on selective flocculation desliming with organic humics,” J. Hazard. Mater., vol. 301, pp. 46–55, Jan. 2016.

Y. Liu and R. Naidu, “Hidden values in bauxite residue (red mud): Recovery of metals,” Waste Manag., vol. 34, no. 12, pp. 2662–2673, Dec. 2014.

G. Power, M. Gräfe, and C. Klauber, “Bauxite residue issues: I. Current management, disposal and storage practices,” Hydrometallurgy, vol. 108, no. 1–2, pp. 33–45, Jun. 2011.

C. Klauber, M. Gräfe, and G. Power, “Bauxite residue issues: II. options for residue utilization,” Hydrometallurgy, vol. 108, no. 1–2, pp. 11–32, Jun. 2011.

A. Bhattacharyya and B. J. Mezza, “patente process for using iron oxide and alumina for slurry hydrocracking.pdf.” 2012.

J.-H. Lv, X.-Y. Wei, Y.-H. Wang, L.-C. Yu, D.-D. Zhang, X.-M. Yue, T.-M. Wang, J. Liu, Z.-M. Zong, X. Fan, and Y.-P. Zhao, “Light fraction from catalytic hydroconversion of two Chinese coals in cyclohexane over a solid acid,” Fuel Process. Technol., vol. 129, pp. 162–167, Jan. 2015.

N. Shah, J. Zhao, F. E. Huggins, and G. P. Huffman, “In Situ XAFS Spectroscopic Studies of Direct Coal Liquefaction Catalysts,” Energy & Fuels, vol. 10, no. 2, pp. 417–420, Jan. 1996.

S. Vasireddy, B. Morreale, A. Cugini, C. Song, and J. J. Spivey, “Clean liquid fuels from direct coal liquefaction: chemistry, catalysis, technological status and challenges,” Energy Environ. Sci., vol. 4, no. 2, pp. 311–345, 2011.

T. Kaneko, K. Tazawa, T. Koyama, K. Satou, K. Shimasaki, and Y. Kageyama, “Transformation of Iron Catalyst to the Active Phase in Coal Liquefaction,” Energy & Fuels, vol. 12, no. 5, pp. 897–904, Sep. 1998.

D.-D. Zhang, Z.-M. Zong, J. Liu, Y.-H. Wang, L.-C. Yu, J.-H. Lv, T.-M. Wang, X.-Y. Wei, Z.-H. Wei, and Y. Li, “Catalytic hydroconversion of Geting bituminous coal over FeNi–S/γ-Al2O3,” Fuel Process. Technol., vol. 133, pp. 195–201, May 2015.

Z. Liu, S. Shi, and Y. Li, “Coal liquefaction technologies—Development in China and challenges in chemical reaction engineering,” Chem. Eng. Sci., vol. 65, no. 1, pp. 12–17, Jan. 2010.

Z. Wang, H. Shui, Z. Lei, S. Ren, S. Kang, H. Zhou, X. Gu, and J. Gao, “Study of the preasphaltenes of coal liquefaction and its hydro-conversion kinetics catalyzed by SO42−/ZrO2,” Fuel Process. Technol., vol. 92, no. 10, pp. 1830–1835, Oct. 2011.

I. Merdrignac and A. Quignard, “Hydroconversion of coals,” in Catalysis by transition metal sulphides: From molecular theory to industrial application, 2013, pp. 758–776.

N. Ikenaga, Y. Kobayashi, S. Saeki, T. Sakota, Y. Watanabe, H. Yamada, and T. Suzuki, “Hydrogen-Transfer Reaction of Coal Model Compounds in Tetralin with Dispersed Catalysts,” Energy & Fuels, vol. 8, no. 4, pp. 947–952, Jul. 1994.

J. P. Mathews and A. L. Chaffee, “The molecular representations of coal – A review,” Fuel, vol. 96, pp. 1–14, Jun. 2012.

S. Sushil and V. S. Batra, “Catalytic applications of red mud, an aluminium industry waste: A review,” Appl. Catal. B Environ., vol. 81, no. 1–2, pp. 64–77, May 2008.

M. K. Mardkhe, K. Keyvanloo, C. H. Bartholomew, W. C. Hecker, T. M. Alam, and B. F. Woodfield, “Acid site properties of thermally stable, silica-doped alumina as a function of silica/alumina ratio and calcination temperature,” Appl. Catal. A Gen., vol. 482, pp. 16–23, Jul. 2014.

M. P. Pomiès, G. Morin, and C. Vignaud, “XRD study of the goethite-hematite transformation: Application to the identification of heated prehistoric pigments,” Eur. J. Solid State Inorg. Chem., vol. 35, no. 1, pp. 9–25, Jan. 1998.

A. Malki, Z. Mekhalif, S. Detriche, G. Fonder, A. Boumaza, and A. Djelloul, “Calcination products of gibbsite studied by X-ray diffraction, XPS and solid-state NMR,” J. Solid State Chem., vol. 215, pp. 8–15, Jul. 2014.

D. L. A. de Faria, S. Venâncio Silva, and M. T. de Oliveira, “Raman microspectroscopy of some iron oxides and oxyhydroxides,” J. Raman Spectrosc., vol. 28, no. 11, pp. 873–878, Nov. 1997.

T. K. T. Ninh, L. Massin, D. Laurenti, and M. Vrinat, “A new approach in the evaluation of the support effect for NiMo hydrodesulfurization catalysts,” Appl. Catal. A Gen., vol. 407, no. 1–2, pp. 29–39, Nov. 2011.

C.-E. Hédoire, C. Louis, A. Davidson, M. Breysse, F. Maugé, and M. Vrinat, “Support effect in hydrotreating catalysts: hydrogenation properties of molybdenum sulfide supported on β-zeolites of various acidities,” J. Catal., vol. 220, no. 2, pp. 433–441, Dec. 2003.

J. J. Vlieger, “Aspects of the chemistry of hydrogen donor solvent coal liquefaction,” Universidad de Tecnologíca de Delft, 1988.

K. Chiba, H. Tagaya, T. Yamauchi, and S. Sato, “Effect of solvents on thermal cracking of model compounds typical of coal,” Ind. Eng. Chem. Res., vol. 30, no. 6, pp. 1141–1145, Jun. 1991.

T. Gauthier, P. Danialfortain, I. Merdrignac, I. Guibard, and A. Quoineaud, “Studies on the evolution of asphaltene structure during hydroconversion of petroleum residues,” Catal. Today, vol. 130, no. 2–4, pp. 429–438, Jan. 2008.

X. Li, H. Hu, L. Jin, S. Hu, and B. Wu, “Approach for promoting liquid yield in direct liquefaction of Shenhua coal,” Fuel Process. Technol., vol. 89, no. 11, pp. 1090–1095, Nov. 2008.

H. Hu, G. Sha, and G. Chen, “Effect of solvent swelling on liquefaction of Xinglong coal at less severe conditions,” Fuel Process. Technol., vol. 68, no. 1, pp. 33–43, Oct. 2000.

I. de Marco Rodriguez, M. J. Chomón, B. Caballero, P. L. Arias, and J. A. Legarreta, “Liquefaction behaviour of a Spanish subbituminous A coal under different conditions of hydrogen availability,” Fuel Process. Technol., vol. 58, no. 1, pp. 17–24, Nov. 1998.

I. Ceyhun, “Kinetic Studies on Karlıova Coal 1,” Theor. Found. Chem. Eng., vol. 37, no. 4, pp. 416–420, 2003.

Cómo citar
[1]
J. Sánchez-Castañeda, A. Moreno-Lopera, y W. A. Ruiz-Machado, «Utilización de un residuo mineral industrial como catalizador en la hidroconversión de dibenciléter y de un carbón subbituminoso colombiano», TecnoL., vol. 19, n.º 36, pp. 91–102, ene. 2016.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.
Publicado
2016-01-30
Sección
Artículos de investigación
Crossref Cited-by logo