Los compuestos de azufre son particularmente indeseables en los combustibles ya que, además de ser responsables de corrosión en los equipos de refinación, en convertidores catalíticos generan SOx durante su combustión. Debido a lo anterior y al creciente consumo de combustibles como la gasolina y el diesel, las normas ambientales respecto a la calidad de los mismos son cada vez más estrictas. En México la norma que se aplica es la NOM-086-SEMARNAT, que propone un contenido máximo de azufre de 30 ppm para gasolina Premium y de 15 ppm para diesel. Para poder cumplir con estas normas es necesario mejorar los procesos de desulfuración. Durante los últimos años han surgido diversas alternativas para obtener combustibles con bajo contenido de azufre, entre las que destaca la desulfuración oxidativa (ODS). En la ODS esencialmente se convierten los compuestos de azufre a sus correspondientes sulfonas en presencia de un agente oxidante, para posteriormente eliminarlas por extracción usando disolventes polares. Las variables más importantes del proceso se han estudiado con diferentes formulaciones de catalizadores de óxidos de metales de transición soportados, como V2O5, TiO2 y MoO3. Los resultados muestran que es factible realizar la ODS a condiciones de operación moderadas (presión atmosférica, temperaturas menores a 100°C, sin consumo de hidrógeno) y que el proceso puede ser mejorado para obtener altas eficiencias de remoción de S. Un factor importante que se debe considerar en el proceso de ODS es el cuidado que implica el manejo del agente oxidante, como H2O2 o hidroperóxidos orgánicos, ya que se tratan de materiales altamente reactivos. Para evitar este inconveniente, en esta propuesta se plantea generar el agente oxidante in situ y realizar de manera sucesiva las reacciones de síntesis de H2O2 y de oxidación de compuestos de azufre. Esto se puede conseguir con un material catalítico bifuncional, que sea capaz de promover las dos reacciones, o de manera más simple, utilizando una combinación de catalizadores monofuncionales que realicen cada uno: la reacción de síntesis de H2O2 y la de oxidación de compuestos de azufre. La presente propuesta contempla el estudio de varios aspectos fundamentales del proceso de ODS: la metodología de preparación y activación de catalizadores estables al medio de reacción, la obtención y remoción de productos de oxidación de mezclas modelo y el análisis de los aspectos cinéticos fundamentales que definen la eficiencia del proceso. Es decir, se plantea la metodología para el estudio fundamental de las etapas principales del proceso de eliminación de los compuestos azufrados (tipo dibenzotiofénicos) presentes en el diesel, a través de su oxidación a las respectivas sulfonas y su extracción con disolventes que promuevan la remoción de los compuestos de azufre. Por lo tanto,se llevará a cabo la síntesis y activación de catalizadores con una interacción metal-soporte adecuada para evitar la pérdida de fase activa por lixiviación en el medio de reacción, logrando con esto implementar un proceso heterogéneo más eficiente en el procesamiento de moléculas contaminantes. Los resultados sentarán las bases para proponer un sistema capaz de obtener combustibles con ultra bajo contenido de azufre.

Aunque la síntesis de sulfonas con catalizadores homogéneos (perácidos orgánicos) ha sido estudiada desde hace mucho tiempo [Schultz y col. 1963], su aplicación para un proceso de desulfuración de combustibles con catalizadores sólidos no se conoce plenamente y requiere del estudio fundamental de las bases del proceso para su implementación. Antes de eso, el desarrollo de la ciencia básica sobre las diferentes alternativas de estudio es incipiente y se abre una gama de posibilidades que es necesario conocer ampliamente, para poder a futuro sentar las bases de diseño sobre un proceso factible. En general el presente proyecto, pretende generar el conocimiento sobre los aspectos fundamentales del proceso y la dependencia de cada una de sus variables, sobre la eficiencia total para la remoción de compuestos benzotiofénicos altamente refractarios a la desulfuración con hidrógeno (procesos de hidrotratamiento). Los conocimientos fundamentales de este proceso de ODS, sentarían las bases para obtener combustibles con ultra bajo contenido de azufre, con una metodología limpia que opera a condiciones no severas. El presente proyecto pone gran énfasis en la generación y avance del conocimiento, al: 1. Estudiar los procesos de oxidación y extracción de compuestos órgano azufrados presentes en el diesel, implementando un sistema catalítico para la generación in situ del agente oxidante y proponiendo las mejores condiciones de operación para las dos reacciones involucradas. 2. Evaluar la relación entre la actividad de los catalizadores para la reacción de síntesis de H2O2 y la de oxidación de dibenzotiofenos (DBTs), con las propiedades fisicoquímicas de los materiales catalíticos. 3. Evaluar el efecto de la presencia en cargas reales sobre la oxidación y extracción de compuestos benzotiofénicos, que además de contener DBTs contiene compuestos nitrogenados que inhiben las reacciones de ODS. 4. Analizar el efecto de procesos de transferencia de masa líquido-líquido (extracción) sobre la reactividad de los compuestos benzotiofénicos. 5. Evaluar el efecto de la interacción entre la fase activa y el soporte, sobre la actividad catalítica y la lixiviación de la fase activa, para realmente llevar a cabo un proceso catalítico heterogéneo. 6. Formar recursos humanos, al incluir al menos 8 estudiantes, 1 de doctorado, 2 de maestría y 5 de licenciatura. Paulatinamente se incorporarán nuevos estudiantes de diferente nivel para colaborar en las diferentes etapas. 7. Difundir y divulgar el conocimiento al promover la publicación en revistas de reconocido prestigio internacional y en foros nacionales e internacionales. Con el desarrollo de este proyecto se obtendrán al menos 3 publicaciones y la difusión de los resultados más importantes en congresos internacionales y nacionales. Donde la difusión y divulgación del conocimiento, al promover la publicación en revistas de reconocido prestigio internacional y en foros nacionales e internacionales, mostrará los avances más importantes del proyecto. En cuanto a la formación de recursos humanos se contempla concluir al menos 6 tesis, 2 de Maestría y 4 de licenciatura, lo que promovería la formación de especialistas en un tema novedoso de alto impacto para las necesidades inmediatas del país, y que permitirá proponer alternativas para la obtención de combustibles limpios.