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Type: Tese
Title: Cinética da reação de conversão de etanol em 1,3-butadieno empregando catalisadores multifuncionais
Author(s)/Inventor(s): Da Ros, Simoní
Advisor: Pinto, José Carlos Costa da Silva
Co-advisor: Schwaab, Marcio
Co-advisor: Noronha, Fábio Bellot
Abstract: Neste trabalho, a conversão catalítica em fase gasosa de etanol em 1,3-butadieno (1,3-BD) foi estudada empregando catalisadores heterogêneos do tipo MgO-SiO2, dopados com ZrO2 e ZnO, e sistemas ZrO2-ZnO/MgO-SiO2 modificados com metais alcalinos, preparados por co-precipitação. Pela primeira vez, a cinética deste sistema reacional foi investigada utilizando a informação contida na matriz de covariância das medidas experimentais, a qual permitiu indentificar uma mudança no mecanismo reacional com o aumento da temperatura: entre 300 e 400 ºC, a etapa lenta foi sugerida como a condensação do acetaldeído, enquanto que entre 400 e 450 ºC, a desidrogenação do etanol limitou o processo. Além disso, a caracterização da matriz de covariância das medidas experimentais, empregando distintas condições reacionais e catalisadores, demonstrou que tanto a temperatura da reação, quanto as características do catalisador afetaram as flutuações experimentais. Demonstrou-se que o método de co-precipitação foi eficiente para o preparo de catalisadores capazes de apresentar elevada produtividade à 1,3-BD. Além disso, a acidez dos catalisadores foi modificada pela adição de metais alcalinos (Na, K e Li), permitindo minimizar reações paralelas de desidratação do etanol à eteno e éter etílico. Assim, um novo catalisador foi desenvolvido, o qual permitiu aumentar a seletividade combinada para 1,3-BD e acetaldeído para 72 mol. %. Finalmente, as variáveis reacionais de operação, temperatura e velocidade espacial, foram investigadas com um planejamento estatístico, empregando o novo catalisador desenvolvido. Demonstrou-se que altos rendimentos à 1,3-BD podem ser obtidos empregando elevadas velocidades espaciais, desde que a pressão parcial de etanol seja também alta, aumentando assim o potencial de aplicação industrial deste processo.
Abstract: The catalytic conversion in gas phase of ethanol into 1,3-butadiene (1,3-BD) was investigated over the heterogeneous catalysts MgO-SiO2, ZrO2 and ZnO containing MgO-SiO2, and alkali metal doped ZrO2-ZnO/MgO-SiO2 prepared by co-precipitation. For the first time, the kinetics of this reactional system was evaluated employing the information contained in the covariance matrix of experimental measurements, which allowed indentifying a modification of the mechanism as reaction temperature increased: from 300 to 400 ºC, the rate-limiting step was suggested as the acetaldehyde condensation, while at 450 ºC, ethanol dehydrogenation step limited the process. Besides, the characterization of the covariance matrix of experimental fluctuations, using different reaction conditions and catalysts, demonstrated that both reaction temperature and catalyst properties affected experimental fluctuations. It was also shown that the co-precipitation method was appropriate for preparation of catalysts able to achieve high 1,3-BD productivities. Moreover, catalyst acidity was modified through the addition of alkali metals (Na, K and Li), allowing for the minimization of parallel reactions of ethanol dehydration to ethene and diethyl ether. Thus, a new catalyst was developed, which allowed for the increasing of the combined 1,3-BD and acetaldehyde selectivity up to 72 mol %. Finally, the effects of reaction variables, temperature and spatial velocity, were investigated with help of a statistical design, employing the developed catalysts. Results indicated that high 1,3-BD yields may be achieved at high spatial velocities conditions, as long as ethanol partial pressure be kept high, improving the potential of industrial application of this process.
Keywords: Engenharia química
Cinética.
Catálise heterogênea
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Department : Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Apr-2017
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/11422/8660
Appears in Collections:Engenharia Química

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