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

Abstract

Se ha estudiado la transformación catalítica de dimetil éter (DME) sobre catalizadores ácidos, para obtener selectivamente olefinas ligeras (proceso DTO), comparando catalizadores, determinando el efecto de las condiciones de operación y estableciendo un modelo cinético adecuado para simular el proceso DTO en un amplio intervalo de condiciones. El interés del proceso DTO está sustentado en la creciente implantación industrial de la síntesis de DME, sustituyendo a la síntesis de metanol, desde fuentes alternativas al petróleo (carbón, gas natural, biomasa).Los catalizadores estudiados se han preparado por aglomeración de funciones ácidas de diferente acidez y selectividad de forma: i) dos silicoaluminofosfatos (SAPO-18 y SAPO-34); ii) tres zeolitas HZSM-5 comerciales con diferente relación SiO2/Al2O3 (30, 80 y 280); iii) dos zeolitas HZSM-5 comerciales modificadas mediante impregnación con P y K.Los experimentos cinéticos se han realizado en un equipo automatizado de reacción, que dispone de un reactor de lecho fijo isotermo, acoplado a un micro-cromatógrafo de gases para el análisis en continuo de los productos de reacción. La comparación del comportamiento cinético de los catalizadores y su posterior discriminación, 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 transformación de metanol en olefinas (proceso MTO): 1) el mecanismo de pool de hidrocarburos transcurre más rápidamente, por la formación directa de propileno desde el DME; 2) la co-alimentación de H2O tiene mayor efecto de atenuación del mecanismo de reacción y de la deposición de coque. En consecuencia, el proceso DTO requiere un catalizador con menos acidez y condiciones de reacción (temperatura y tiempo espacial) menos severas que el proceso MTO. Un catalizador de zeolita HZSM-5 con relación 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 ºC y un tiempo espacial de 3-4 gcat h molC-1.El modelo cinético del proceso DTO se ha abordado en dos etapas: i) determinando el modelo cinético de lumps a tiempo cero, con los datos del estudio paramétrico para tiempo de reacción cero (catalizador fresco), y ii) determinando un modelo global, que integra una ecuación cinética de desactivación por coque, la cual se ha obtenido a partir de los datos de evolución con el tiempo de la concentración de los componentes de la reacción. Este modelo permite simular el proceso DTO en el intervalo de 300-400 ºC y para las alimentaciones de DME puro y diluido con metanol y H2O, prediciendo la evolución con el tiempo de los diferentes lumps de productos y de cada una de las olefinas.