Conversión directa de metano a compuestos oxigenados líquidos como metanol usando catalizadores de Cu-arcilla

Abstract

RESUMEN : El gas natural, compuesto principalmente por metano (CH4), será un recurso energético fundamental en el periodo de transición de la actual economía energética basada en el petróleo a una sociedad de energías renovables. En la actualidad, el gas natural se utiliza como combustible para la generación de energía o el transporte y para la obtención de gas de síntesis, pero a menudo se limita a emitirse a la atmósfera sin ser utilizado. Es por esta razón, que la conversión directa del metano en derivados líquidos de alta densidad energética, como el metanol, supone un gran avance en la utilización del gas natural. El metanol (CH3OH) es una de las materias primas más importantes de la industria química, es obtenido por síntesis a partir de gas natural, como combinación de monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrógeno. Sin embargo, este proceso conlleva un elevado gasto energético que podría reducirse si se emplea la conversión directa de metano a metanol, la cual es una de las rutas no convencionales más prometedoras y elaboradas hasta el momento. Por tal razón, en este trabajo se evalúan las propiedades catalíticas de catalizadores basados en arcillas naturales modificadas para la valorización del metano, por medio de la conversión directa a metanol. Para tal fin, se prepararon catalizadores de Cu-Fe sobre heteroestructuras porosas de arcilla (PCH) que se prepararon a partir de arcillas tipo montmorillonita, donde las especies activas fueron depositadas en la superficie por medio de la impregnación húmeda incipiente con sales de cobre y hierro. Estas muestras se caracterizaron por medio de difracción de rayos X (XRD), microscopia electrónica de barrido (SEM) y espectroscopia de rayos X de energía dispersiva (EDS). Finalmente, se estudió la conversión directa de metano a metanol sobre los catalizadores preparados donde se observan satisfactorios rendimientos a metanol (8.4, 6.0 y 10.1 μmolCH3COH/mgcat para 0.5Cu/Fe-PCHSi-1, Cu/Fe-PCHSi-1 y 2Cu/Fe-PCHSi-1 respectivamente).

ABSTRACT : Natural gas, composed mainly of methane (CH4), will be a key energy resource in the transition period from today's oil-based energy economy to a renewable energy society. At present, natural gas is used as a fuel for power generation or transportation and for synthesis gas, but it is often simply emitted into the atmosphere without being used. For this reason, the direct conversion of methane into energy-dense liquid derivatives, such as methanol, represents a breakthrough in the utilization of natural gas. Methanol (CH3OH), one of the most important commodities in the chemical industry, is obtained by synthesis from natural gas as a combination of carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen. However, this process entails a high energy cost that could be reduced if the direct conversion of methane to methanol is used, which is one of the most promising and elaborated non-conventional routes so far. For this reason, this work evaluates the catalytic properties of catalysts based on modified natural clays for methane valorization, by means of direct conversion to methanol. For this purpose, Cu-Fe catalysts were prepared on porous clay heterostructures (PCH) that were prepared from montmorillonite type clays, where the active species were deposited on the surface by incipient wet impregnation with copper and iron salts. These samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). Finally, the direct conversion of methane to methanol over the prepared catalysts was studied where satisfactory yields to methanol (8.4, 6.0 and 10.1 μmolCH3COH/mgcat for 0.5Cu/Fe-PCHSi-1, Cu/Fe-PCHSi-1 and 2Cu/Fe-PCHSi-1 respectively) were observed.