El petróleo ha sido y seguirá siendo por un lapso considerable de tiempo la fuente de energía primaria más importante. Es a partir de la refinación del petróleo que se obtienen los combustibles de transporte. Sin embargo, las especificaciones de los combustibles han evolucionado en los últimos años de manera acelerada cambiando de criterios estrictamente técnicos, relacionados con la cantidad, el octanaje y el índice de cetano a criterios ambientales progresivamente más estrictos que regulan las emisiones de compuestos contaminantes. Adicionalmente, para cumplir con una demanda creciente de combustibles como la gasolina y el diesel, la industria de la refinación enfrenta el reto de tener que procesar una mayor cantidad de crudos pesados con altas concentraciones de compuestos de azufre, nitrógeno, aromáticos, metales y otros contaminantes, lo que afecta notablemente el rendimiento y la calidad de los destilados. En el caso de México, alrededor del 50 % de las reservas de crudo son de crudo pesado tipo Maya, por lo que las refinerías actuales de PEMEX deben modificarse para procesar proporciones cada vez mayores de crudo pesado con altos contenidos de azufre y metales. La utilización de crudos pesados como materia prima requiere, además de la remoción de los compuestos de azufre (hidrodesulfuración), la hidrogenación de aromáticos (hidrodearomatización), la eliminación de compuestos de nitrógeno (hidrodenitrogenación), la transformación de moléculas grandes en pequeñas (hidrodesintegración) y la eliminación de metales como vanadio y níquel (hidrodesmetalización). Dependiendo del corte de petróleo que se esté procesando, varias o todas las reacciones mencionadas ocurren de manera paralela sobre un mismo catalizador. Resulta claro que para cada tipo de alimentación se debe diseñar un catalizador con un balance de funcionalidades diferentes; la hidrodesulfuración (eliminación de los compuestos de azufre) es sin embargo la más importante de las reacciones desde el punto de vista de la reglamentación ambiental. Existe una diversidad de moléculas azufradas en las diferentes fracciones del petróleo y en general, la dificultad de su transformación se incrementa con la temperatura de ebullición de la fracción que se procesa. De hecho, las moléculas más refractarias a la hidrodesulfuración como los dibenzotiofenos sustituidos en las posiciones 4 y 6 difícilmente se hidrodesulfuran con los catalizadores convencionales a las presiones y temperaturas que resisten los equipos existentes. Cambiar los equipos de proceso resulta económicamente poco atractivo, por ello, se requiere del desarrollo de catalizadores de hidrotratamiento con mayor actividad y selectividad, para poder operar los procesos dentro de los límites establecidos para los equipos existentes. Los catalizadores comerciales de hidrotratamiento consisten básicamente de partículas de MoS2 promovidas con Co o Ni, distribuidas en un soporte de gran área superficial, en general gama-alúmina. Se tiene bien establecido que la actividad del MoS2 se incrementa sustancialmente (un orden de magnitud) cuando la fase de sulfuro de molibdeno se promueve con Ni o Co y estos átomos se colocan en los bordes de los cristalitos de MoS2. Muchos estudios se han realizado para correlacionar la estructura de la fase activa promovida y la actividad de los catalizadores. Hoy en día se acepta el modelo de la fase Co-Mo-S en el que los átomos de promotor (Ni o Co) se localizan en los planos de borde de los cristales de MoS2 y pueden crear sitios más activos formando vacantes de azufre sobre el Co o en sitios de Mo adyacentes. Sin embargo, el origen exacto del papel promotor del Co se encuentra aún en debate ya que las herramientas analíticas disponibles en la actualidad sólo dan evidencia indirecta de la localización del Co en las estructuras Co-Mo-S. Se sabe también que los átomos de promotor (Co o Ni) pueden formar varias fases en la superficie del catalizador. Una fracción del promotor, y que es la que realiza una promoción efectiva, se encuentra decorando los bordes de los cristales de MoS2; otra puede formar sulfuro de cobalto (o níquel) y no contribuye a la fase activa y otra parte más puede interactuar con el soporte de alúmina para formar aluminato de cobalto con nula actividad catalítica. Finalmente, si el molibdeno no se dispersó adecuadamente durante la preparación del catalizador y se formaron aglomerados de MoO3, estos reaccionan con el cobalto dando lugar a molibdato de cobalto, el cual no se transforma en fase activa durante la activación (sulfuración) del catalizador. Resulta claro que el método de incorporación del promotor al catalizador es de suma importancia para lograr máxima actividad catalítica y que se deben investigar los métodos de preparación que pueden dar lugar a una promoción máxima de la fase de Mo. Existen varias razones por las que la promoción de la fase de molibdeno es deficiente, entre ellas está la formación de fases del promotor que no son activas o que durante la sulfuración del catalizador no dan lugar a la fase promovida CoMoS. Por ejemplo, se sabe que la sulfuración de la sal típica precursora de cobalto (nitrato de cobalto) ocurre a baja temperatura y precede a la sulfuración de la sal de molibdeno (heptamolibdato de amonio). Esto hace que de manera natural se tienda a formar sulfuro másico de cobalto (Co9S8), el cual además de que es inactivo en la reacción de hidrodesulfuración reduce la posibilidad de formación de la fase promovida CoMoS. Otra razón por la que la promoción disminuye es la interacción de los átomos del promotor con el soporte de alúmina durante la calcinación de las sales precursoras del catalizador, lo que da lugar a la formación de aluminato de cobalto, que también es inactivo. La deficiente sulfuración de la fase oxidada de molibdeno debida a la fuerte interacción del óxido precursor con el soporte da lugar a la formación de oxisulfuros de molibdeno, los cuales son muy poco activos. En los estudios sobre la influencia del tipo de soporte en la actividad de hidrodesulfuración se ha encontrado que disminuyendo la interacción entre el precursor oxidado de molibdeno y el soporte se obtiene una mejor sulfuración del precursor. De este modo aumenta la posibilidad de obtener la fase CoMoS en cristales de tipo CoMoS-II, los cuales tienen una sulfuración de 100 %, presentan apilamientos moderados de dos o tres capas de MoS2 y muestran una alta actividad catalítica. Otra manera de incrementar la tasa de promoción consiste en partir de precursores que ya contengan al molibdeno y al promotor en la misma molécula. De este modo, durante la sulfuración del catalizador, la interacción de los átomos de promotor con la fase de molibdeno se facilita debido al contacto íntimo que ya existe en la sal de partida. Aunque se han investigado algunos aspectos que tienden a mejorar la tasa de promoción de los catalizadores de hidrodesulfuración (HDS), no existe un estudio sistemático que analice a profundidad cómo ocurre y de qué depende y cual es la magnitud de la promoción cuando se utilizan diferentes estrategias para maximizarla. Tampoco se ha reportado un estudio sistemático que compare las diferentes estrategias utilizando un mismo sistema catalítico, a las mismas condiciones de operación en los diferentes pasos de preparación y evaluación de los catalizadores, y que permita diseñar métodos de preparación que lleven a la formación de catalizadores altamente activos en reacciones de hidrodesulfuración. Para poder estudiar la relación entre el nivel de promoción logrado y la estrategia de preparación del catalizador se requiere estudiar tanto las fases precursoras oxidadas como las fases sulfuradas después de la activación y, en algunos casos, después de la reacción y encontrar un método para determinar cuantitativamente la presencia de sitios promovidos y no promovidos en catalizadores sulfurados. Un análisis de la bibliografía indica que una de las principales técnicas fisicoquímicas con las que se puede analizar la promoción de catalizadores sulfurados es el análisis de la adsorción de moléculas sonda tales como el CO y

El proyecto aportará conocimiento respecto de los factores que afectan la promoción en catalizadores de hidrodesulfuración (HDS) a base de Mo y Ni (o Co). Los resultados podrán utilizarse para establecer metodologías de preparación y activación que lleven al desarrollo de catalizadores capaces de eliminar los compuestos de azufre refractarios a la HDS. Esto permitirá alcanzar los niveles de azufre impuestos por la reglamentación ambiental en cuanto al contenido de azufre en combustibles de transporte (Diesel y gasolina).