¿Qué es la Zeolita ZSM-5?
ZSM-5 (Zeolite Socony Mobil-5) es una zeolita aluminosilicato con el tipo de estructura MFI (Mordenite Framework Inverted), descubierta por científicos de Mobil Oil en 1972. Presenta un sistema de poros bidimensional único con canales rectos (5,5×5,1 Å) intersectados por canales sinusoidales (5,3×5,6 Å), lo que le confiere una selectividad de forma excepcional que ninguna otra zeolita iguala.
Esta selectividad de forma permite reacciones imposibles con zeolitas de poro mayor: producción de para-xileno a partir de xilenos mezclados (rechazando los isómeros orto y meta), producción selectiva de olefinas a partir de metanol (MTO/MTP) y craqueo selectivo de n-alcanos en el desparafinado. ZSM-5 se ha convertido en la piedra angular de la catálisis petroquímica moderna y se utiliza en casi todas las refinerías y complejos petroquímicos importantes del mundo.
Tres formas físicas
1. ZSM-5 en polvo (D50 2-10 μm)
Polvo cristalino fino para fabricantes de catalizadores que dan forma e impregnan con metales el ZSM-5 internamente. Utilizado como aditivo de FCC (mezclado con zeolita Y al 1-25%), componente de catalizador MTO e ingrediente de catalizadores especiales.
- Tamaño de partícula: D50 2-5 μm (estándar), 5-10 μm (grueso)
- Tamaño de cristal: 0.5-5 μm según las condiciones de síntesis
- Cristalinidad: ≥95% (XRD)
- Aplicaciones: aditivo catalizador FCC, catalizador MTO, zeolita grado investigación, síntesis de catalizador personalizado
2. Pellet de ZSM-5 (extruido 1,5-3 mm)
Extruido cilíndrico formado con aglomerante inerte (típicamente alúmina o arcilla atapulgita) para uso directo en reactores de lecho fijo. Utilizado en isomerización de xileno, síntesis de etilbenceno y desproporcionación de tolueno.
- Tamaño: 1,5 mm, 2 mm, 3 mm de diámetro (longitud 3-10 mm)
- Aglomerante: 20-30 % en peso de alúmina (estándar), o personalizado
- Resistencia al aplastamiento: ≥50 N/mm (axial)
- Aplicaciones: Isomerización de xileno, síntesis de etilbenceno, producción de cumeno, desproporcionación de tolueno
3. Bola de ZSM-5 (esfera de 1-3 mm)
Esferas esféricas producidas por granulación por goteo de aceite o en disco para baja pérdida de carga y empaquetado uniforme. Utilizadas en reactores de lecho fijo con lechos de catalizador profundos o en aplicaciones de lecho móvil.
- Tamaño: 1-2 mm, 2-3 mm, 3-5 mm
- Densidad aparente: 0,6-0,8 g/cm³
- Resistencia a la trituración: ≥60 N/bead (2mm)
- Aplicaciones: Alquilación en lecho fijo, isomerización en lecho profundo, catalizador de regenerador en lecho móvil
Especificaciones Técnicas
Grados de polvo por relación SiO₂/Al₂O₃
| Parámetro | ZSM-5-25 | ZSM-5-50 | ZSM-5-100 | ZSM-5-200 | Silicalite-1 |
|---|---|---|---|---|---|
| SiO₂/Al₂O₃ (molar) | 25 | 50 | 100 | 200 | >1000 |
| Na₂O (% en peso) | ≤0.10 | ≤0.10 | ≤0.10 | ≤0.10 | ≤0.10 |
| Área superficial (m²/g) | ≥350 | ≥380 | ≥400 | ≥400 | ≥400 |
| Volumen de poro (cm³/g) | ≥0.15 | ≥0.18 | ≥0.20 | ≥0.20 | ≥0.20 |
| Cristalinidad (XRD, %) | ≥95 | ≥95 | ≥95 | ≥95 | ≥95 |
| D50 (μm) | 2-5 | 2-5 | 2-5 | 2-5 | 2-5 |
| Acidez relativa | Muy Alta | Alta | Media | Baja | Insignificante |
| Uso Principal | MTO, FCC | Xileno iso | Síntesis de EB | Desparafinado | Adsorción |
Formas Moldeadas (Pastilla / Bola)
Para los grados de pellet y bola, el ZSM-5 se aglutina con 20-30 % en peso de alúmina inerte o arcilla attapulgita. Contenido activo de ZSM-5 típicamente 70-80 % en peso. Los grados conformados pueden suministrarse en forma H (intercambiada con protones, sitios ácidos activos) o impregnados con metales (Ni, Pt, Cu, Zn) para reacciones específicas. Relación SiO₂/Al₂O₃ y carga metálica personalizadas disponibles bajo solicitud.
Aplicaciones Clave
- Metanol-a-Olefinas (MTO) y Metanol-a-Propileno (MTP): Convierte metanol derivado de carbón o gas natural en etileno y propileno — tecnología central para plantas de carbón-a-olefinas (CTO) y metanol-a-olefinas (MTO) en China
- Aditivo para Craqueo Catalítico Fluidizado (FCC): Mezclado con zeolita Y al 1-25 % para aumentar el octanaje de la gasolina e incrementar el rendimiento de propileno. El ZSM-5-25 estándar se utiliza para esta aplicación.
- Isomerización de Xileno: Convierte xilenos mezclados en para-xileno (PX), el precursor del ácido tereftálico purificado (PTA) y el PET. La selectividad de forma del ZSM-5 permite una selectividad de PX superior al 90% en una sola pasada.
- Síntesis de Etilbenceno: Alquilación en fase líquida de benceno con etileno para producir etilbenceno, precursor del estireno y el poliestireno.
- Producción de Cumeno: Alquilación de benceno con propileno para producir cumeno (isopropilbenceno), precursor del fenol y la acetona.
- Desproporción de Tolueno: Convierte tolueno en xilenos y benceno, utilizado para equilibrar la producción de aromáticos.
- Desparafinado Catalítico: Craqueo selectivo de n-alcanos para mejorar las propiedades de flujo en frío del diésel y aceite lubricante (punto de fluidez, punto de nube).
- Catalizador SCR de NOx: El ZSM-5 intercambiado con Cu o Fe es el catalizador estándar de NH₃-SCR para la reducción de NOx en gases de escape diésel y gases de salida industriales.
¿Por qué elegir nuestro ZSM-5?
- 5 relaciones estándar SiO₂/Al₂O₃ de 25 a 1000, además de relaciones personalizadas
- 3 formas físicas — polvo, pellet, bola — para adaptarse a cualquier diseño de reactor
- Alta cristalinidad ≥95% XRD para un rendimiento constante
- Intercambio iónico metálico personalizado — Forma H, forma Na o impregnada con metales (Cu, Ni, Pt, Zn, Fe)
- Certificación ISO 9001:2015 con CV lote a lote <5% for key parameters
- Muestra gratuita de 1-2 kg para evaluación en laboratorio
- más de 15 años de experiencia en exportación sirviendo a fabricantes de catalizadores y refinerías en todo el mundo
Preguntas Frecuentes
¿Qué es la zeolita ZSM-5 y qué la hace especial?
El ZSM-5 (Zeolite Socony Mobil-5) es una zeolita aluminosilicato con el tipo de estructura MFI, descubierta por Mobil Oil en 1972. Su exclusivo sistema de poros bidimensional (canales rectos de 5,5×5,1 Å y canales sinusoidales de 5,3×5,6 Å) proporciona selectividad de forma incomparable con otras zeolitas. Esto significa que solo las moléculas de tamaños específicos pueden entrar y reaccionar dentro de los poros, lo que permite reacciones selectivas como la producción de para-xileno a partir de xilenos mezclados y la selectividad de metanol a propileno (MTP). El ZSM-5 es el caballo de batalla de la catálisis petroquímica moderna.
¿Para qué se utiliza el ZSM-5?
Aplicaciones principales: (1) Metanol a Olefinas (MTO) y Metanol a Propileno (MTP): convierte el metanol derivado de carbón/gas natural en etileno y propileno. (2) Aditivo para Cracking Catalítico Fluidizado (FCC): aumenta el octanaje de la gasolina y produce propileno. (3) Isomerización de xilenos: convierte mezclas de xilenos en para-xileno (PX), precursor del PET y el poliéster. (4) Síntesis de etilbenceno a partir de benceno + etileno. (5) Producción de cumeno a partir de benceno + propileno. (6) Disproporción del tolueno a xilenos y benceno. (7) Desparafinado catalítico de gasóleos y aceites lubricantes.
¿Cuál es la diferencia entre el ZSM-5 y la zeolita Y?
El ZSM-5 y la zeolita Y (faujasita, FAU) son ambos catalizadores industriales, pero con propiedades diferentes: el ZSM-5 tiene un tamaño de poro medio (5,5 Å) que proporciona selectividad de forma para aromáticos y olefinas C6-C10, mientras que la zeolita Y tiene un tamaño de poro grande (7,4 Å) que permite el acceso a moléculas más grandes como VGO y residuos. La zeolita Y es el principal catalizador de FCC (cracking de aceites pesados a gasolina), mientras que el ZSM-5 se utiliza como aditivo de FCC (aumenta el octanaje y las olefinas ligeras). En MTO, el ZSM-5 ofrece una mayor relación propileno/etileno; el SAPO-34 (un silicoaluminofosfato) ofrece mayor selectividad al etileno.
¿Cómo se sintetiza el ZSM-5?
El ZSM-5 se sintetiza hidrotermalmente a partir de un gel que contiene: (1) fuente de sílice (silicato sódico, sílice coloidal o sílice pirogénica), (2) fuente de alúmina (aluminato sódico o sulfato de aluminio), (3) álcali (NaOH), (4) plantilla estructurante (típicamente hidróxido de tetrapropilamonio, TPAOH, o bromuro de tetrapropilamonio, TPABr) y (5) agua. El gel se cristaliza en un autoclave a 150-180 °C durante 24-96 horas, luego se lava, se seca y se calcina a 500-550 °C para eliminar la plantilla y abrir la estructura porosa. La relación SiO2/Al2O3, el tipo de plantilla y las condiciones de cristalización controlan el tamaño del cristal, la morfología y la acidez.
¿Qué relaciones de SiO2/Al2O3 ofrecen para ZSM-5?
Relaciones molares estándar de SiO2/Al2O3: 25 (alta acidez, para craqueo y MTO), 50 (media, para isomerización de xileno), 100 (baja acidez, para reacciones selectivas de forma), 200-500 (muy baja acidez, para reacciones selectivas a alta temperatura), 1000 (silicalita-1, hidrofóbica, para adsorción orgánica). Todos los grados disponibles en polvo (D50 2-10 μm), pellets extruidos (1,5-3 mm) o esferas (1-3 mm). Relación SiO2/Al2O3 personalizada e intercambio metálico (forma H, forma Na o impregnada con metal) disponibles bajo pedido. MOQ 100 kg para polvo, 500 kg para formas moldeadas.