Estudio de la desactivación de catalizadores derivados de la biomasa para la producción de dimetiléter

Resumen

La presente tesis se estructura en 4 capítulos. El primero de ellos lo constituye la introducción, en la que se desarrolla la motivación que ha impulsado la tesis, así como el estado del arte del tema en cuestión. En el segundo capítulo se detalla la metodología experimental más relevante para el desarrollo de la tesis, así como el equipamiento experimental y las técnicas de caracterización empleadas. En el tercer capítulo se muestran los resultados obtenidos y la discusión de los mismos, contando cada sección con una pequeña introducción y conclusiones. El capítulo 3.1 se centra en el estudio cinético de la oxidación y descomposición de los grupos superficiales de fósforo en un material carbonoso poroso procedente de biomasa, puesto que se ha observado que estos grupos de fósforo superficiales son muy activos y selectivos en la deshidratación de metanol a dimetiléter (DME). Estos grupos superficiales de fósforo se generan en el material carbonoso al emplear ácido fosfórico como agente activante durante el proceso de activación. En este sentido, se ha propuesto una nueva metodología capaz de cuantificar la oxidación isoterma de esos grupos superficiales de fósforo previamente reducidos, bajo diferentes condiciones de operación. Esta metodología también permite determinar la descomposición no isoterma de los grupos superficiales oxigenados mediante desorción térmica programada (DTP). Se han obtenido, por tanto, energías de activación para la oxidación isoterma de grupos de fósforo reducidos empleando la ecuación de Elovich, mientras que se empleó un modelo cinético no-isotermo para evaluar las energías de activación de la descomposición de los grupos oxidados de fósforo superficiales y otros grupos oxigenados superficiales. Estos resultados, de gran interés para estudiar la estabilidad de estos grupos superficiales en materiales carbonosos cuando son empleado como catalizador en reacciones de interés industrial, como la deshidratación de metanol a DME. El capítulo 3.2 muestra el estudio de estabilidad realizado en un catalizador carbonoso que contiene fósforo y que está dopado con zirconio en la deshidratación de metanol, en condiciones de operación cercanas a las industriales (alta temperatura de reacción para alcanzar altas conversiones de metanol). En este capítulo, también se describen las diferentes fases activas superficiales para esta reacción, como son los grupos tipo C-O-P y Zr-O-P, que han mostrado una alta selectividad a DME incluso a estas altas temperaturas. Además, en el capítulo se estudia como estos centros activos superficiales se ven afectados por la altas temperaturas y largos tiempos de reacción debido a la desactivación por deposición de coque, así como un intento de regeneración por oxidación del coque con aire. Por último, también se propone una posible secuencia de reacción para el proceso de desactivación. El capitulo 3.3 completa el trabajo empezado en el capítulo 3.2 y desarrolla un modelo cinético basado en el mecanismo de reacción anteriormente propuesto y que prediga los rendimientos a los principales productos obtenidos. Este modelo cinético cuantifica el efecto de la deposición de coque, así como el efecto del agua en el medio de reacción. En el capítulo final se recogen las conclusiones más destacadas, así como un breve resumen del trabajo restante y futuro que puede derivarse de los resultados de esta tesis doctoral.