Deshidratación catalítica de etanol a etileno sobre HMOR y HZSM-5 modificada con hierro y cobre

Catalytic dehydration of ethanol to ethylene over HMOR HZSM-5 modified with copper and iron

Se estudió la deshidratación catalítica de etanol a etileno en fase gaseosa sobre HMOR (Si/Al = 6.5), HZSM-5 (Si/Al =29), Cu-HZSM-5 (Si/Al = 98) y Fe-HZSM-5 (Si/Al = 151); a presión atmosférica y en un intervalo de temperaturas entre120-300°C. Los catalizadores soportados en HZSM-5 fueron activos a temperaturas por encima de 260°C, obteniéndose conversiones superiores al 60%. El etileno fue el producto predominante en la deshidratación. La presencia de cobre en la zeolita HZSM-5 incrementó levemente la actividad catalítica a alta temperatura, mientras que con la adición de hierro la conversión de etanol disminuyó. La zeolita HMOR fue activa a temperaturas menores de 200°C, pero se desactivó rápidamente a 240°C debido a la formación de coque.

Introducción

El etileno es una materia prima importante en la industria química ya que se utiliza para la obtención de gran variedad de compuestos esenciales para la vida moderna. El etileno se produce principalmente por la vía petroquímica (Le Van Mao et al., 1989), pero debido a que las reservas de petróleo cada vez son menores, el desarrollo de rutas alternativas para preparar etileno sigue siendo de gran interés (Winter y Eng, 1976; Tsao y Reilly, 1978; Coutinho y Cabral, 1981; Phillips y Datta, 1997). El etileno también se obtiene por deshidratación catalítica de etanol acuoso procedente de la transformación fermentativa de biomasa a partir de recursos naturales renovables (Winter y Eng, 1976; Tsao y Reilly, 1978; Coutinho y Cabral, 1981; Le Van Mao et al., 1987; Le Van Mao et al., 1989; Le Van Mao et al., 1990; Phillips y Datta, 1997). La deshidratación catalítica heterogénea de etanol para producir etileno se ha estudiado con diferentes catalizadores. Algunos trabajos y patentes reportan la alúmina como uno de los materiales de mejor desempeño para esta reacción (Winter y Eng, 1976; Tsao y Reilly, 1978; Tsao y Zasloff, 1979; Winnick, 1980; Shinohara et al., 1997; Bakoyannakis et al., 2001; Doheim y El-Shobaky, 2002; Doheim et al., 2002). Sin embargo, cuando se usa alúmina se suelen requerir altas temperaturas y el material se desactiva por la formación de coque (Pargal y Kanga, 1964; Tsao y Reilly, 1978; Phillips y Datta, 1997). Adicionalmente, varias zeolitas (principalmente la HZSM-5) y/o modificaciones de estas con metales (Cu, Zn, Mn, cationes La/Ce) y agentes superacídicos como el ácido trifluorometanosulfónico (Chang y Lang, 1977; Tsao y Reilly, 1978; Valladares et al., 1980; Chen y Reagan, 1981; Coutinho y Cabral, 1981; Oudejans et al., 1982; Pearson, 1983; Jacob et al., 1987; Le Van Mao et al., 1987; Le Van Mao y Dao, 1987; Le Van Mao, 1989; Le Van Mao et al., 1989; Bun et al., 1990; Nguyen y Le  Van  Mao,  1990;  Le Van Mao et al., 1990; Phillips y Datta, 1997;  Lin  y  Ko,  2000) se han utilizado para la deshidratación del etanol a diferentes condiciones de reacción. lncluso, existen reportes de zeolitas naturales que han mostrado relativa actividad para la deshidratación de etanol  (Rodríguez  et al., 1993).