Los catalizadores sólidos son los más comunes en procesos industriales. Pueden estar compuestos por uno o más componentes como el agente catalítico, el soporte y los promotores. Los catalizadores se utilizan ampliamente en la industria petroquímica del gas natural para producir compuestos como el gas de síntesis, metanol, amoníaco y formaldehído. Los electrocatalizadores también juegan un papel importante en procesos como las pilas de combustible y la producción de hidrógeno a través de la electrólis

1. CATALIZADORES SÓLIDOS
 Los catalizadores sólidos son los más frecuentes en los
procesos industriales.
 La superficie sólida es la responsable de la actividad
catalítica, es deseable que lo catalizadores sean materiales
fáciles de manejar y que tengan una gran superficie
fácilmente accesible. Este tipo de catalizador es la que se
encuentra en con mayor frecuencia en la naturaleza y
puede estar constituido por uno o más componentes.

2. Componentes Definición Ejemplos
Agente catalítico
Intervienen en la reacción química modificando
su desarrollo
Metales
semiconductores
Soporte
Sirven para aumentar el área superficial del
catalizador y así obtener una fuerza física mayor
Arcilla, carbón
vegetal, piedra
pómez
Promotores
Aditivos que aumentan la actividad del
catalizador, pueden ejercer diferentes acciones:
• Estructurales: Modifican la estructura y la
composición química de la fase activa, crean
nuevos sitios activos.
• Texturales: Establecen la textura de la fase
activa, evitan la sinterización de los
microcristales a temperaturas elevadas
Alcalinos o
alcalinos térreos
De transición y del
grupo IIIA
COMPONENTES DE UN CATALIZADOR:

3. CATALIZADORES DE SALES METALICOS
Son usados para los procesos catalíticos de transformación de sulfuros
y cloruros. El primero se usa para la eliminación de azufre
(hidrodesulfuracion) y el segundo para la oxicloracion. Por ejemplo
tenemos CoS, NiS, CuCl2.
Aunque las sales pueden ser perjudiciales para el medio ambiente,
todavía se utilizan como catalizadores en algunos procesos
tecnológicamente importantes. FeCl3-CuCl2 es un catalizador para la
producción de clorobenceno, y AlCl3 todavía se usa para la síntesis de
etilbenceno y la isomerización de n-butano.

4. CATALIZADORES AISLANTES (OXIDOS METALICOS AISLANTES)
Son aquellos catalizadores que tienen cuerpos iónicos cristalinos o
amorfos sin carga móvil de su masa y dan lugar en el proceso
catalítico a intermediarios tipo ion carbonio. Tiene centros ácidos y
bases en la superficie. Por ejemplo tenemos Al2O3, SiO3- Al2O3, MgO.
En general se usan para proceso de alquilación, craqueo, isomeracion,
etc.
𝐶6 𝐻5 𝐶𝑙 + 𝐻2 𝑂 → 𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻 + 𝐻2 𝑂
SiO2
ZEOLITA (SiO3- Al2O3)
estos son alumino-silicatos y se comportan como catalizadores
ácidos.

5. los catalizadores ácidos sólidos tienen el mismo principio que los líquidos,
pueden abandonar los iones hidrógeno H+. La capacidad de prestar los
protones hace que los ácidos sean valiosos como catalizadores. Dependiendo
de la arquitectura atómica, tanto como el 50 por ciento de su volumen puede
estar compuesto de poros.
ZEOLITA (SiO3- Al2O3)
Cuando las reacciones tienen lugar dentro de los diminutos poros de una
zeolita particular, sólo emergen las moléculas de producto que encajan y
migran fácilmente a lo largo de los canales. la forma de las cavidades puede
controlar la forma del producto de la reacción catalizada.
Ejemplo: Cuando las moléculas del tolueno químico se combinan con alcohol
metílico en un catalizador ZSM-5, se liberan las moléculas de para-xileno
(deseables), en forma de varilla, no las moléculas de orto-xileno menos
deseables en forma de boomerang.

6. USOS DE CATALIZADORES EN LA
PETROQUÍMICA DEL GAS NATURAL

7. GAS NATURAL
 El gas naturales una mezcla de hidrocarburos gaseosos que se encuentra frecuentemente
en yacimientos fósiles, no-asociado(solo), disuelto o asociado (acompañando al petróleo) o
en depósitos de carbón.

8. Directos:
 metano, etano, propano, butano, gasolina natural
Petroquímicos:
 Etileno (polietileno, etilenglicol, cloruro de vinilo)
 Amoníaco (úrea, nitrato de amonio, sulfato de amonio, fosfato de amonio)
 Metanol (formaldehídos, ácido acético)
Productos del Gas Natural

9. GAS DE SÍNTESIS
 El gas de síntesis es la mezcla gaseosa de hidrógeno y monóxido de carbono, a partir de
éste se produce tres productos petroquímicos importantes: amoniaco, metanol y acido
acético.
 Existen dos métodos para la producción del gas de síntesis a partir de metano.
 El primero consiste en una reacción metano-vapor, donde se hace pasar metano y vapor a
unos 900º C a través de un reactor tubular empacado con un catalizador de óxido de fierro
activado.
 Dependiendo de las condiciones, se verifica una de las dos siguientes reacciones:
CH4 (g) + H2O (vapor)  CO (g) + 3 H2 (g)

10.  El segundo método se basa en la combustión parcial de metano para producir calor y el
vapor necesario para la conversión. La reacción se verifica en dos etapas.
 La etapa de combustión es:
CH4 (g) + 2 O2 (g)  CO2 (g) + H2O (vapor)
 La etapa de reacción:
CH4 (g) + CO2 (g)  2 CO2 (g) + 2 H2 (g)
CH4 (g) + H2O (vapor)  CO (g) + 3 H2 (g)
 Este proceso suele llevarse a cabo con catalizadores de níquel en un intervalo de temperatura
de 800-1000 ºC.

11. METANOL
 Se obtiene a partir del gas de síntesis, se asemeja a la síntesis de amoniaco en cuanto a
que los catalizadores sólo operan a altas temperaturas, y la conversión y el equilibrio
resultan muy favorecidos cuando se trabaja a presiones elevadas.
 Las condiciones de la reacción industrial son presiones de 250-350 atm. y temperaturas en
el intervalo de 300-400º C.
 Los catalizadores que se usan están basados en óxido de zinc, que se mezcla con otros
óxidos para lograr resistencia a la temperatura.

12. FORMALDEHÍDO
 El formaldehído puede obtenerse a partir de metanol ya sea por oxidación
catalítica en fase vapor.
CH3OH (vapor) + 1/2 O2 (aire)  CH2O (vapor) + H2O (vapor)
DISULFURO DE CARBONO
Se prepara por reacción catalítica del metano con vapor de azufre.

13. Cianuro de hidrógeno
• Otro derivado del metano, se prepara haciendo reaccionar una mezcla de aire, amoniaco y
gas natural sobre un catalizador de platino. El convertidor se opera a una temperatura de
unos 985ºC y se debe tener cuidado de reducir al mínimo la descomposición del amoniaco
y del metano, así como la oxidación del metano a monóxido de carbono e hidrógeno.
• Los gases efluentes se enfrían, se lavan con ácido sulfúrico diluido y después se hacen
pasar a través de una columna donde se absorbe el cianuro de hidrógeno en agua.

14. AMONIACO

15. Catalizadores utilizados en la
producción de compuestos
petroquímicos a partir del etano

16. USO DE ELECTROCATALIZADORES EN LA INDUSTRIA QUÍMICA

17. PILAS DE COMBUSTIBLE DE ETANOL
 El proceso electroquímico que tiene lugar es de alta eficiencia y mínimo impacto ambiental. En efecto,
dado que la obtención de energía en las pilas de combustible está exenta de cualquier proceso térmico
o mecánico intermedio, estos dispositivos alcanzan eficiencias mayores que las máquinas térmicas, que
están limitadas por la eficiencia del Ciclo de Carnot. En general, la eficiencia energética de una pila de
combustible está entre 40-60%, y puede llegar hasta un > 85%-90% en cogeneración, si se captura el
calor residual para su uso. Por otra parte, dado que el proceso no implica la combustión de los reactivos,
las emisiones contaminantes son mínimas.

18. ELECTROCATALIZADORES PARA PILAS DE COMBUSTIBLE DE MEMBRANA
POLIMÉRICA
 El electrocatalizador juega un papel crítico en el funcionamiento de una PEMFC. Un electrocatalizador
debe proporcionar actividades intrínsecas altas en la oxidación electroquímica del combustible en el
ánodo, si este es hidrógeno o alcohol (metanol, etanol), y en la reducción electroquímica del oxígeno
(ORR) en el cátodo. Además, debe presentar elevada conductividad eléctrica, buen contacto físico y
eléctrico con el ionómero, fácil accesibilidad de los reactantes y productos, y alta estabilidad en los
ambientes altamente corrosivos del medio de trabajo.

19. PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO MEDIANTE ELECTROLIZADORES
 En la obtención electroquímica del hidrógeno juegan un papel preponderante tanto los aspectos
termodinámicos como los cinéticos de la reacción. Especialmente estos últimos, ya que dependen
fuertemente de la composición de los materiales de los electrodos, y éstos a su vez influyen en la
economía del electrolizador.
 Otro aspecto importante lo juega, el separador, es decir el elemento físico que mantiene aislado el
compartimiento anódico del catódico, evitando la difusión de gases. Existen separadores físicos
denominados diafragmas y físico químicos o membranas, cada uno con sus ventajas y desventajas.
El electrolito usado en los electrolizadores alcalinos tradicionales es el hidróxido de potasio (KOH), en una
disolución del 20-30% en peso por su conductividad óptima. Las temperaturas y presiones de trabajo
típicas son de 70-100 ºC y de 1-30 bar, respectivamente.