Valorización de etanol y acetona mediante procesos catalíticos

Resumen

RESUMEN En esta Tesis Doctoral se estudia la valorización de dos moléculas plataforma: etanol y acetona. En ambos casos, la obtención de productos de valor añadido requiere el aumento de la longitud de la cadena carbonosa, generalmente mediante reacciones condensación catalítica. En el caso del etanol, se considera el 1-butanol como producto objetivo, debido a sus múltiples aplicaciones. Por el contrario, las condiciones para la valorización de acetona se adecúan en función del producto deseado. La actividad y estabilidad catalíticas en la condensación gaseosa de etanol se estudiaron utilizando dos óxidos mixtos como catalizadores (Mg Al y Mg Zr). A 450 ºC se observa una clara desactivación, reduciéndose la conversión en un 14 y 22 % con Mg Al y Mg Zr, respectivamente. El bloqueo de los centros activos, como consecuencia de la adsorción de productos de reacción sobre los centros ácidos, se considera como la causa principal de la desactivación. Así, el catalizador Mg Zr muestra menos estabilidad como consecuencia de su mayor concentración de dichos centros. Para mejorar el rendimiento a 1-butanol, se evaluó la actividad de diferentes catalizadores bifuncionales (M/Mg Al; M: Ni, Co, Pd, Ru y Cu), introduciendo H2 en el medio de reacción. Los resultados obtenidos con los catalizadores M/Mg Al son sensiblemente mejores que los del Mg Al original, especialmente a temperaturas bajas. La causa principal de esta mejoría es la mayor capacidad deshidrogenante obtenida al introducir los metales (etapa controlante en estas condiciones). De acuerdo con esta hipótesis, destaca la actividad observada con el Cu/Mg Al (metal más deshidrogenante), obteniendo un rendimiento a 1-butanol 12 veces superior al logrado con el Mg Al original. Bajo condiciones reductoras, al favorecer también las hidrogenaciones, se observa una mejoría aún mayor (incremento del 150 % respecto a condiciones inertes). Estudios con una mezcla de Mg Al y Cu/SiO2 permiten concluir que los centros metálicos y los ácido básicos deben coexistir sobre la misma superficie para lograr resultados óptimos. Se realizaron estudios de actividad de diferentes materiales basados en TiO2, destacando la elevada capacidad hidrogenante del Au/TiO2, catalizador con el que se produce 1-butanol a temperaturas notablemente más suaves. La valorización de acetona en fase gaseosa se centró inicialmente en el estudio de estabilidad del catalizador de Mg Zr. Se observa desactivación, independientemente de las condiciones de reacción, siendo más destacada a temperaturas más altas. La desactivación es debida a la adsorción de diferentes productos, desde C6 hasta coque obtenido por oligomerización de C9. Se evaluó el uso de catalizadores bifuncionales, M/TiO2 (M: Pt, Ni) en presencia de H2, con el objetivo de producir selectivamente MIBK y DIBK. El catalizador Pt/TiO2 alcanza una alta selectividad hacia las cetonas saturadas, superior al 95 % (63.7 y 31.5 % hacia MIBK y DIBK, respectivamente), con una conversión de acetona del 42 %. Por el contrario, el catalizador Ni/TiO2 no es capaz de catalizar las hidrogenaciones dando lugar únicamente a cetonas insaturadas C6 y C9. No se observa desactivación durante el tiempo de reacción para ninguno de los dos catalizadores. Se propuso un proceso de catálisis ácida para producir selectivamente mesitileno mediante deshidratación de isoforonas, observándose buenos resultados trabajando a bajas conversiones al utilizar aluminosilicatos tipo MCM 41 y zeolitas BEA como catalizadores. Sin embargo, estos resultados están condicionados por la obtención de ácido acético e isobuteno. El aporte de H2 mejora la estabilidad y la actividad de ambos materiales. Consecuentemente, se propuso un sistema de dos lechos catalíticos formados por TiO2 + MCM 41 o BEA para mejorar la selectividad a mesitileno. El sistema TiO2 + BEA muestra un comportamiento similar al de la suma de ambos lechos individuales. Sin embargo, el sistema TiO2 + MCM 41 presenta el efecto sinérgico buscado.