Producción De Etileno Y Polipropileno A Partir De Etanol Usando Zeolitas Hzsm-5: Estudio Cinético Y Diseño Del Reactor

Las olefinas ligeras, como el etileno y el propileno, son la base para sintetizar la mayoría de los compuestos utilizados en la industria química. Sin embargo, la mayor parte de su producción proviene de fuentes fósiles y, debido a cambios recientes en la industria petroquímica, su producción ha disminuido considerablemente. A partir de esta problemática mundial, existe la necesidad de desarrollar sistemas sustentables para producir olefinas ligeras. El etanol se ha propuesto como una fuente prometedora de olefinas debido a su alta disponibilidad, baja toxicidad, origen renovable y bajo costo comparado con otros recursos. El proceso involucra una serie de reacciones catalíticas de deshidratación del alcohol y metástasis posterior, que se pueden controlar para producir en mayor proporción una u otra olefina dependiendo de las condiciones de operación, la concentración de alcohol y el tipo de catalizador. A pesar de los importantes avances en este tema de investigación aún son muchos los retos que se deben superar para llevar el proceso a escala industrial. Uno de los principales obstáculos es la falta de información sobre el mecanismo cinético del proceso, este conocimiento es necesario para poder diseñar un proceso sustentable a gran escala. Así mismo, aún no se ha determinado bajo qué condiciones se produce preferentemente cada olefina, ni se ha establecido un catalizador con una estructura adecuada que se pueda usar en procesos extensivos. Por ende, en este proyecto se estudiará el mecanismo de reacción de la deshidratación de etanol con zeolitas LaHZM-5 para la producción de etileno y propileno. Para ello, se evaluará el efecto del La y relación Si/Al sobre la estabilidad en la estructura de la zeolita, la influencia de las variables de operación sobre el desempeño del catalizador y se seguirá el avance de la reacción in situ usando un espectrofotómetro infrarrojo con transformada de Fourier (FTIR-DRIFT). Además, se propondrá una ecuación de diseño del reactor y se evaluará con el simulador Aspen Plus. La realización de este proyecto permitirá proponer un modelo cinético para la producción de olefinas ligeras, específicamente etileno y propileno, a partir de etanol, con ello se contribuirá a generar conocimiento útil para el diseño de procesos sustentables que puedan ser implementados a escala industrial.

Light olefins, such as ethylene and propylene, are the base of the majority of the compounds used in the chemical industry. However, their production primary comes from fossil sources and, due to recent changes in the petrochemical industry, it has considerable diminished. Because of this global trend, there is an increasing necessity of developing new sustainable systems to produce light olefins. Ethanol has been proposed as a promising source of olefins because of its high availability, low toxicity, renewable source, and low cost, compared to other sources. The process may involve a series of catalytic reaction of alcohol dehydration and following metastasis, which can be controlled to produce either one or other olefin, depending on the operation conditions, alcohol concentration and catalyst nature.In spite of the important progress in this issue, there are still many challenges to overcome in order to propose an industrial scale process. Among then, the developing of a kinetic reaction mechanism is the first step to propose a reactor design. Moreover, it has not been determined under what reaction conditions each olefin is preferentially produced, neither the proper catalysts has been established. Therefore, this project pretends to study the reaction mechanism of the ethanol dehydration over LaHZM-5 zeolites for ethylene and propylene production. For this, the effect of La as a dopant and the Si/Al ratio on the zeolite performance will be evaluated, as well as the influence of the reaction conditions in the product distribution and catalyst stability. The reaction advance will be followed by in-situ Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR-DRIFT). Finally, a reactor design equation will be proposed and evaluated in the Aspen Plus commercial simulator. This project will allow proposing a kinetic model to the light olefins production from ethanol, contributing to the knowledge of this sustainable process.

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