PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA LA EVALUACION DE LAS CARACTERISTICAS DE CATALIZADORES.

Procedimiento para la evaluación de las características de catalizadores,

en el cual son analizadas diferentes pruebas de catalizadores mediante métodos transitorios-cinéticos, caracterizado por el hecho de que este procedimiento comprende las siguientes fases:

colocar las pruebas de catalizadores en paralelo de forma que adopten una disposición para la admisión (20, 120) de varias pruebas de catalizadores; y

realizar análisis de las diferentes pruebas una tras otra mediante métodos transitorios-cinéticos añadiendo un flujo alterado de al menos un gas reactivo a cada prueba analizada (14, 30; I, L, 130), introduciendo el flujo alterado de tal manera que se transmita por lo menos un impulso de al menos un gas reactivo (14, 30) a cada prueba del catalizador puesta al vacío, que las pruebas de catalizador sean alimentadas individualmente por medios para la alimentación individual (14) conectados selectivamente con dispositivos de distribución (30), que desemboquen en los disposiciones para la admisión de varias pruebas de catalizador (20)

Procedimiento y dispositivo para la evaluación de las características de catalizadores.

La presente invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo para el análisis de las características de catalizadores. El objetivo de la invención es el análisis rápido de estas características de catalizadores para optimizar los mismos o descubrir nuevos materiales catalíticos. Se refiere especialmente a la catálisis heterogénea a la que se recurre en un catalizador en fase sólida, mientras que la reacción química, la cual es acelerada por este catalizador, emplea reactivos en fase gaseosa y/o en fase líquida.

Hay un gran número de procesos químicos industriales para los cuales la investigación, a pesar del considerable esfuerzo investigador, no ha encontrado ningún catalizador adecuado. Ello se puede explicar por el hecho de que los catalizadores heterogéneos en fase sólida se caracterizan por varios parámetros que son difíciles de identificar y por ello de optimizar.

El descubrimiento de nuevos catalizadores requiere probar diferentes composiciones que de hecho pueden resultar ventajosas en el marco de los procedimientos industriales. A este respecto son conocidos dos métodos diferentes.

La primera solución consiste en evaluar los diferentes catalizadores mediante métodos cinéticos en un estado estacionario. Para este objetivo hay que enviar un flujo continuo de reactivos por un catalizador dado y entonces hay que modificar progresivamente los diferentes parámetros de funcionamiento de la reacción (temperatura, impresión parcial y presión total, caudal).

Sin embargo, este procedimiento de análisis presenta ciertas desventajas. Con respecto a la información obtenida por los diferentes catalizadores analizados no es lo bastante eficiente. Además su aplicación necesita mucho tiempo.

Como alternativa es usual analizar los rendimientos de los catalizadores mediante métodos cinéticos de tipo transitorio. Para esto es necesario introducir una alteración puntual en el flujo de reactivos que alimentan el catalizador analizado y analizar la respuesta o la relajación del sistema en la salida del reactor catalítico, es decir su regreso al estado estacionario.

Se pueden emplear estos métodos transitorios al vacío, como en el marco del análisis temporal de productos "Temporal Analysis of Products" (TAP). Este procedimiento consiste en enviar por lo menos un impulso de un reactivo al catalizador evaluado cuya duración es especialmente corta, por ejemplo menos de 1 milisegundo.

En la zona de arrastre del lecho de catalizador ahora se ve, especialmente mediante un espectrómetro de masas, una curva de respuesta de la que se pueden deducir ciertas características del catalizador.

Este primer método transitorio es conocido de, por ejemplo, J.T. Gleaves, G.S. Jablonski, P. Phanawadii, Y. Schuurman Appl. Catal. A 160 (1997) 55.

Otro procedimiento de este tipo es descrito por P. Ferreira-Aparicio et al. en J. Catal. 184 (1999) 202.

Además hay otros métodos transitorios que se emplean con una presión más alta o igual a la presión atmosférica.

A través de la cinética transitoria o el "Steady State Isotopic Transient Kinetic Analysis" (SSITKA) se conoce un análisis del estado estacionario. Tal procedimiento se conoce de, por ejemplo, S.L. Shannon, J.G. Goodwin, Chem. Rev. 95 (1995) 677; S.L. Shannon, J.G. Goodwin, Appl. Catal. 151 (1997) 3.

Este procedimiento conocido consiste en analizar los rendimientos de un catalizador, manteniéndolo bajo condiciones de un estado estacionario mediante el suministro de un flujo continuo de gases reactivos. En un momento dado del análisis se debe sustituir uno de los reactivos por su equivalente isotópico (caracterización por un isótopo estable de uno o varios átomos de la molécula reactiva).

El impulso producido por este cambio reactivo posibilita acceder a ciertas características del catalizador analizado con ayuda del estudio de una curva de respuesta o de una curva de relajación, que se recibe en la zona de arrastre, en particular por un espectrómetro de masas, como es el caso en el análisis temporal de productos descrito arriba.

Como alternativa al proceso SSITKA también es posible cambiar decisivamente la composición del fluido que fluye por el catalizador probado. En este caso el reactivo sustituyente no es ningún isótopo del tipo utilizado originalmente, sino que posee una reactividad química totalmente diferente.

Esto provoca ahora una alteración química del sistema catalítico de modo que la reacción no se realiza bajo condiciones de estado estacionario, a diferencia del proceso SSITKA. Estas pruebas se denominan progresivamente transitorias o "Step Transient".

El análisis de catalizadores mediante métodos transitorios-cinéticos también comprende otras técnicas conocidas. Aquí se trata, entre otros aspectos, de la desorción a temperatura programada o "Temperature Programmed Desorption" (TPD), de la reacción a temperatura programada o "Temperature Programmed Reaction" (TPRx), así como de la oxidación o reducción a temperatura programada o "Temperature Programmed Oxidation or Reduction" (TPO y TPR).

Los métodos transitorios-cinéticos descritos arriba son ventajosos en comparación con los métodos realizados bajo un estado estacionario, puesto que posibilitan una mejor diferenciación entre los diferentes mecanismos de reacción posibles.

Así, parecen ser más útiles con respecto a la toma de información sobre estos mecanismos, como por ejemplo el tipo de pasos elementales de la reacción que forman parte de estos, al igual que las correspondientes constantes de velocidad.

DE 198 09 477 presenta un procedimiento para analizar bajo condiciones estacionarias las pruebas de catalizadores colocados en paralelo.

La invención tiene la intención de proponer un procedimiento para la evaluación de las características de un catalizador que recurre a métodos cinéticos-transitorios cuyos rendimientos han sido mejorados con respecto al estado de la técnica, en particular en lo que se refiere a la cantidad de información obtenida sobre los catalizadores analizados.

A este efecto ésta se refiere a un procedimiento para el análisis de las características de catalizadores, en el cual las diferentes pruebas de catalizadores están en disposición paralela, y estas diferentes pruebas se analizan una tras otra mediante métodos transitorios-cinéticos según las características de las reivindicaciones 1 y 11.

La invención está descrita a continuación con referencia a las figuras adjuntas, que sólo sirven como formas de realización no-restrictivas, de las cuales la(s):

• Figura 1 es una vista en perspectiva, la cual muestra un dispositivo que representa una primera forma de realización del procedimiento para el análisis de los rendimientos de catalizadores según la invención;

• Figura 2 es una vista esquemática, la cual muestra una válvula con la que está provisto el dispositivo de la Figura 1;

• Figura 3 es una vista en sección longitudinal del dispositivo representado en la Figura 1;

• Figura 4 representa una serie de curvas, la cual muestra una forma de realización del procedimiento según la invención con ayuda del dispositivo mostrado en las Figuras de la 1 a la 3;

• Figura 5 es una vista en perspectiva, la cual muestra un dispositivo que representa una segunda forma de realización del procedimiento para el análisis de los rendimientos de catalizadores según la invención; y

• Figuras 6, 6A y 7 son vistas esquemáticas que muestran dos variantes de formas de realización del dispositivo mostrado en la Figura 5.

El dispositivo mostrado en las Figuras de la 1 a la 3 comprende una cámara de vacío, que está denominada en su totalidad con el número de referencia 2. Esta cámara está provista de una entubación axial 4 que puede funcionar junto con dispositivos, los cuales no representados, para generar el vacío inferior del tipo convencional.

En el interior de la cámara 2 se encuentra una válvula 6, que está provista de un eje 8, el cual puede girar bajo la influencia del motor 10. Esta válvula 6 corresponde a una de las que se venden por la empresa VALCO bajo la referencia SC.

Según muestra la Figura 2, esta válvula 6 posee doce orificios del S1 al S12, que pueden formar salidas o entradas de estas válvulas. Además hay provistos dos orificios...

1. Procedimiento para la evaluación de las características de catalizadores, en el cual son analizadas diferentes pruebas de catalizadores mediante métodos transitorios-cinéticos, caracterizado por el hecho de que este procedimiento comprende las siguientes fases: