Fundamentos de Catálise: Processos, Tipos e Desativação

Classificação dos Catalisadores

Catalisadores Mássicos: Sua massa é formada apenas pelo elemento ativo, obtidos por precipitação e/ou coprecipitação.

• Etapas: Agente Ativo + Agente Precipitante; Transformações Hidrotérmicas (maturação, nucleação e crescimento); Filtração/Lavagem; Calcinação (formação de poros, hidróxidos viram óxidos, remoção de água); Formação; Redução (tratamento com gás inerte e H2); Estabilização (proteção com gás inerte, ex: argônio); Estocagem.

Catalisadores Suportados: Mais comuns, baratos e menos sujeitos à sinterização. A espécie ativa é depositada sobre um suporte que confere resistência mecânica e térmica. O suporte pode ser ativo (catalisador bifuncional) ou inativo (catalisador monofuncional).

• Etapas: Suporte; Impregnação (solução de agente ativo); Secagem; Calcinação; Redução; Estabilização; Estocagem.

Etapas da Reação Catalítica

1. Transferência de massa (TM) dos reagentes do fluido para a superfície externa do catalisador;
2. TM dos reagentes da superfície para o interior dos poros;
3. Adsorção dos reagentes nos sítios ativos;
4. Reação química;
5. Desorção dos produtos dos sítios ativos;
6. TM dos produtos dos poros para a superfície externa;
7. TM dos produtos da superfície externa para o interior da fase líquida.

Promotores Catalíticos

Substâncias adicionadas em pequenas quantidades para aumentar a estabilidade, seletividade e/ou atividade:

• Textural: Melhora propriedades físicas (maior área específica).
• Estrutural: Melhora propriedades químicas (maior atividade e resistência à sinterização).

Desativação e Regeneração

• Envenenamento: Substâncias indesejadas adsorvidas por ligações fortes impedem a desorção.
• Incrustação (Fouling): Deposição de material não ativo (ex: coque).
• Sinterização: Ocorre em alta temperatura, reduzindo a área superficial pela fusão do elemento ativo.

A desativação diminui a superfície ativa e a atividade. A regeneração é possível apenas em casos reversíveis (ex: queima de coque).

Adsorção: Física vs. Química

• Calor de Adsorção: Física (baixa, forças de Van der Waals); Química (alta, ligações covalentes ou iônicas).
• Temperatura e Pressão: Física (baixa T, alta P); Química (alta T, baixa P).
• Especificidade: Física (genérica); Química (específica).
• Camadas: Física (multicamadas); Química (monocamada).

Propriedades e Perda de Carga

A perda de carga (dP) depende da geometria: moídos > esferas > pallets = extrusado > anel. Em leitos fixos, busca-se um equilíbrio entre a resistência mecânica, a área superficial e a porosidade para evitar quedas de pressão excessivas.