Proceso catalítico de transformación de dimetil éter en olefinas (DTO)

Resumen

Se ha estudiado la transformaci¿n catal¿tica de dimetil ¿ter (DME) sobre catalizadores ¿cidos, para obtener selectivamente olefinas ligeras (proceso DTO), comparando catalizadores, determinando el efecto de las condiciones de operaci¿n y estableciendo un modelo cin¿tico adecuado para simular el proceso DTO en un amplio intervalo de condiciones. El inter¿s del proceso DTO est¿ sustentado en la creciente implantaci¿n industrial de la s¿ntesis de DME, sustituyendo a la s¿ntesis de metanol, desde fuentes alternativas al petr¿leo (carb¿n, gas natural, biomasa).Los catalizadores estudiados se han preparado por aglomeraci¿n de funciones ¿cidas de diferente acidez y selectividad de forma: i) dos silicoaluminofosfatos (SAPO-18 y SAPO-34); ii) tres zeolitas HZSM-5 comerciales con diferente relaci¿n SiO2/Al2O3 (30, 80 y 280); iii) dos zeolitas HZSM-5 comerciales modificadas mediante impregnaci¿n con P y K.Los experimentos cin¿ticos se han realizado en un equipo automatizado de reacci¿n, que dispone de un reactor de lecho fijo isotermo, acoplado a un micro-cromat¿grafo de gases para el an¿lisis en continuo de los productos de reacci¿n. La comparaci¿n del comportamiento cin¿tico de los catalizadores y su posterior discriminaci¿n, se han realizado atendiendo a los criterios de actividad, rendimiento y selectividad de olefinas ligeras, y estabilidad con el tiempo.Se han comprobado dos grandes diferencias con la transformaci¿n de metanol en olefinas (proceso MTO): 1) el mecanismo de pool de hidrocarburos transcurre m¿s r¿pidamente, por la formaci¿n directa de propileno desde el DME; 2) la co-alimentaci¿n de H2O tiene mayor efecto de atenuaci¿n del mecanismo de reacci¿n y de la deposici¿n de coque. En consecuencia, el proceso DTO requiere un catalizador con menos acidez y condiciones de reacci¿n (temperatura y tiempo espacial) menos severas que el proceso MTO. Un catalizador de zeolita HZSM-5 con relaci¿n SiO2/Al2O3 = 280 aglomerado con boehmita resulta estable y permite obtener un rendimiento de olefinas ligeras del 46-47 % (propileno del 16-18 %) a 375 ¿C y un tiempo espacial de 3-4 gcat h molC-1.El modelo cin¿tico del proceso DTO se ha abordado en dos etapas: i) determinando el modelo cin¿tico de lumps a tiempo cero, con los datos del estudio param¿trico para tiempo de reacci¿n cero (catalizador fresco), y ii) determinando un modelo global, que integra una ecuaci¿n cin¿tica de desactivaci¿n por coque, la cual se ha obtenido a partir de los datos de evoluci¿n con el tiempo de la concentraci¿n de los componentes de la reacci¿n. Este modelo permite simular el proceso DTO en el intervalo de 300-400 ¿C y para las alimentaciones de DME puro y diluido con metanol y H2O, prediciendo la evoluci¿n con el tiempo de los diferentes lumps de productos y de cada una de las olefinas.