Estudio de la reacción Fischer- Tropsch a baja presión para la producción de hidrocarburos líquidos utilizando una mezcla de gas de síntesis rica en CO2

Abstract

La síntesis Fischer–Tropsch (FT) es un proceso clave para la conversión de gas de síntesis (CO y H₂) en hidrocarburos sintéticos, utilizando fuentes como carbón, gas natural y biomasa. Este estudio investiga la actividad catalítica de catalizadores basados en Fe y Co soportados en SBA-15 y γ-Al₂O₃, empleando una mezcla de CO/CO₂ e H₂ como alimentación. Los soportes se caracterizaron mediante difracción de rayos X (XRD), adsorción de gases (BET), fluorescencia de rayos X (WD-XRF), reducción programada en temperatura (H₂-TPR), dispersión de luz dinámica (DLS) y espectroscopía infrarroja de transformada de Fourier (F-TIR). La impregnación de la fase metálica Fe y Co se realizó por el método de impregnación húmeda incipiente y los catalizadores se activaron a una temperatura de 600 ºC con un flujo de 35 ml/min de H₂ y 50 ml/min de N2 como gas de arrastre. La reacción FT se llevó a cabo durante 120 minutos a una temperatura de 240 °C para los catalizadores de Co y 270 °C para los catalizadores de Fe, ambos con un flujo de H₂ de 26 ml/min, un flujo de mezcla de aire/CO/CO₂ de 40 ml/min y una presión de 110 psig. Los productos gaseosos y líquidos obtenidos se analizaron en tiempo real mediante FTIR y cromatografía de gases. Los resultados mostraron que los soportes SBA-15 ofrecen una mayor área superficial y volumen de poro, mejorando la dispersión metálica y potencialmente la actividad catalítica. Los catalizadores con Co mostraron una conversión de CO significativamente mayor (65-99%) y más estable en comparación con los de Fe, produciendo un hidrocarburo líquido con enlaces C-H y C=C. Asimismo, la conversión de CO₂ fue alta y estable en todos los catalizadores. Los soportes de SBA-15 favorecieron la formación de ciertos tipos de hidrocarburos frente a γ-Al₂O₃, destacando la influencia del soporte y el metal activo en la selectividad y el rendimiento del proceso FT. Fischer–Tropsch Synthesis (FT) is a key process for converting syngas (CO and H₂) into synthetic hydrocarbons using sources such as coal, natural gas, and biomass. This study investigates the catalytic activity of Fe- and Co-based catalysts supported on SBA-15 and γ-Al₂O₃, using a CO/CO₂ and H₂ mixture as feedstock. The supports were characterized by X ray diffraction (XRD), gas adsorption (BET), X-ray fluorescence (WD-XRF), temperature-programmed reduction (H₂-TPR), dynamic light scattering (DLS), and infrared spectroscopy (F-TIR). The Fe and Co metallic phases were impregnated using the incipient wetness impregnation method, and the catalysts were activated at 600 °C with a flow of 35 ml/min H₂ and 50 ml/min N₂ as the carrier gas. The FT reaction was conducted for 120 minutes at a temperature of 240 °C for Co catalysts and 270 °C for Fe catalysts, both with an H₂ flow of 26 ml/min, an air/CO/CO₂ mixture flow of 40 ml/min, and a pressure of 110 psig. The gaseous and liquid products obtained were analyzed in real-time using F-TIR and gas chromatography. The results showed that SBA-15 supports provide a larger surface area and pore volume, improving metal dispersion and potentially enhancing catalytic activity. Co catalysts exhibited significantly higher (65–99%) and more stable CO conversion compared to Fe catalysts, producing a liquid hydrocarbon with C-H and C=C bonds. Additionally, CO₂ conversion was high and stable across all catalysts. SBA-15 supports favored the formation of certain types of hydrocarbons over γ-Al₂O₃, highlighting the influence of the support and active metal on selectivity and performance in the FT process.