Síntesis de dimetileter en una etapa. Diseño del catalizador bifuncional, condiciones de operación y modelado cinético

Resumen

Se han estudiado las herramientas fundamentales para el desarrollo tecnológico del proceso catalítico de obtención de dimetiléter DME es una etapa a partir de gas de síntesis y CO2, sobre catalizadores bifuncionales que constan de una fase metálica (CuO-AnO-Al2O3, para la síntesis de metanol), y de una fase ácida (gamma-Al2O3 o zeolita NaHZSM-5, para la deshidratación del metanol a DME). El interés del proceso se fundamenta, en primer lugar, en el potencial estratégico que presenta el DEM en un escenario alternativo al de consumo de petróleo, para su uso como combustible convencional, como materia prima petroquímica y como fuente de hidrógeno para celdas de combustible. En segundo lugar, el proceso propuesto reduce eficazmente las limitaciones termodinámicas de la síntesis de metanol (que se transforma in situ selectivamente a DME) y disminuye las dificultades inherentes a la incorporación como materia prima del CO2. Se ha puesto a punto de manera reproducible la preparación de una amplia familia de catalizadores bifuncionales, buscando unas propiedades adecuadas de cada una de las funciones, metálica y ácida. Se ha estudiado el comportamiento cinético de las funciones individuales y su posible influencia mutua, seleccionándose para el proceso integrado de síntesis de DME dos catalizadores bifuncionales, CuO-ZnO-Al2O3/gamma-Al2O3 y CuO-ZnO-Al2O3/NaHZSM-5, preparados mediante coprecipitación-sedimentación tras secado de la función metálica. Tras el diseño del catalizador y con los dos catalizadores seleccionados se han llevado a cabo un gran número de ensayos cinéticos en un amplio intervalo de condiciones de operación (diámetro de partícula, caudal molar de reactantes, temperatura, presión, composición de la alimentación, tanto en mezclas binarias de (H2+CO) como de (H2+CO2), y tiempo espacial), con objeto de determinar las condiciones más adecuadas para el proceso y de cara a realizar posteriormente el estudio ciné