Desactivación y regeneración del catalizador bifuncional cuo-zno-al2o3/g-al2o3 en la síntesis de dimetil eter en una etapa

Resumen

En esta Tesis Doctoral se ha estudiado el origen de la desactivación, la naturaleza, evolución y ubicación del coque, el modelado cinético de la desactivación y la regenerabilidad del catalizador bifuncional CuO-ZnO-Al2O3/g-Al2O3 en el proceso de síntesis de dimetiléter (DME) en una etapa. Se ha establecido el origen de la desactivación a partir de los resultados de análisis del catalizador parcialmente desactivado y de la relación de las propiedades de estos catalizadores con las condiciones de operación (temperatura, presión, tiempo espacial, relación molar H2/CO, incorporación de CO2 a la alimentación) y con la composición del medio de reacción del proceso integrado. Se han analizado las funciones metálica y ácida utilizadas en las reacciones individuales para una mejor identificación del origen de la desactivación y sus consecuencias. Tras identificar la deposición de coque como el origen de la desactivación y el importante papel del agua para paliar esta deposición, se ha estudiado la estrategia de coalimentar agua, buscando un compromiso de actividad-rendimiento de DME-control de la desactivación. El modelado cinético de la desactivación se ha realizado en base a un esquema cinético a tiempo cero que contempla las etapas de síntesis de metanol, deshidratación de metanol a DME, reacción de gas de agua y síntesis de parafinas. Se han discriminado diferentes modelos cinéticos empíricos para la desactivación de la etapa de síntesis de metanol, considerando el efecto atenuante del agua y los posibles precursores del coque. Se ha estudiado la cinética de la combustión del coque depositado en el catalizador, distinguiendo la correspondiente al coque depositado sobre la función metálica y en la interfase con la Al2O3 soporte, de la más lenta combustión del coque depositado en este soporte. El estudio de la regeneración del catalizador ha requerido establecer las condiciones límite para evitar la desactivación irreversible por sinterización del Cu. Para ello se han realizado experimentos con ciclos de reacción-regeneración (hasta 10 ciclos), utilizando como comburentes aire, oxígeno diluido, CO2 y N2O, estudiando la recuperación de actividad del catalizador y delimitando la temperatura límite de las etapas de reacción y de regeneración para evitar la desactivación irreversible.