Desarrollo de procesos catalíticos para la obtención de metanol y dimetilcarbonato a partir de fuentes de carbono no convencionales

Zusammenfassung

La gran dependencia del gas natural que tiene la industria, en especial la petroquímica, hace la búsqueda de fuentes alternativas para cubrir esta demanda sea de gran importancia, tanto para reducir la dependencia de este combustible fósil y sus importaciones como para disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero. En este contexto, en esta Tesis Doctoral se propone el uso de fuentes alternativas, como pueden ser la biomasa o las emisiones pobres de metano, para su aprovechamiento y transformación en productos de gran valor para la industria como el metanol o el dimetil carbonato (DMC). En la primera etapa de esta Tesis se ha estudiado la reacción de oxidación parcial directa de metano para producir metanol. Para llevar esto a cabo se ha utilizado un catalizador basado en una zeolita con morfología tipo mordenita intercambiada con cobre. Este material es capaz de catalizar la reacción de oxidación parcial del metano mediante un proceso por ciclos consistente en tres etapas: activación, quimisorción y desorción. Esta investigación se ha llevado a cabo en un reactor continuo de lecho fijo en fase gas, utilizando técnicas de cromatografía y espectrometría para un análisis detallado. En esta etapa se han determinado las condiciones óptimas de las tres etapas del ciclo de reacción y se ha estudiado la estabilidad del catalizador tras múltiples ciclos. Además, se ha determinado la capacidad total de adsorción de metano del catalizador mediante ensayos de oxidación. Finalmente, se ha estudiado la viabilidad de este proceso para su aplicación en el aprovechamiento de emisiones de metano pobres con presencia de oxígeno, proponiéndose un modelo cinético para las reacciones observadas, tanto en presencia como en ausencia de oxígeno. La segunda etapa de esta Tesis Doctoral se ha centrado en el estudio de la reacción de carbonilación oxidativa de metanol en fase gas para producir dimetil carbonato en un reactor continuo de lecho fijo. El catalizador usado también es una zeolita intercambiada con cobre, aunque en este caso una con morfología tipo Y. Se ha determinado la temperatura que proporciona los mejores resultados en términos de rendimiento a DMC y se ha demostrado experimentalmente el efecto de inhibición reversible que el agua tiene sobre el catalizador. Se ha estudiado además la influencia de la concentración de reactivos, lo cual ha permitido proponer una serie de ecuaciones cinéticas, cuyos parámetros han sido ajustados mediante el uso del software Matlab. Por último, se han utilizado varias técnicas de intercambio iónico y precursores de cobre, así como técnicas de caracterización de sólidos, para preparar una serie de catalizadores y así comparar su rendimiento, observándose un papel fundamental del cloro a la hora de formarse los centros activos responsable de catalizar la formación de DMC. Además, también se ha observado una inhibición de las reacciones no deseadas al disminuir la acidez de la zeolita de partida.