Isomerización de xilenos en reactores de membrana: síntesis y evaluación de membranas compuestas tipo MFI

Abstract

Zeolite membranes are very well positioned for use in industrial membrane reactors due to their thermal and chemical stability. They are particularly useful to improve conversion, selectivity and yield in equilibrium-limited reactions by selective product removal. The combination of separation and reaction processes in a single unit is expected to provide a greater flexibility of operation as well as further enhancement in the system performance. As is known from the literature, the use of MFI-zeolite membranes appears as a potentially more energy-efficient xylene separation method compared to the conventional separation technologies. In this thesis, different MFI composite membranes were synthesized on top of porous stainless steel tubes. In order to characterize the membranes several techniques were used: X-ray diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Electron probe microanalysis (EPMA), FT-IR spectroscopy, atomic force microscopy (AFM), nitrogen and xylene permeation measurements such temperature and pressure function. All the membranes synthesized were selective to p-xylene. The membranes that showed better results were incorporated to a xylene isomerization reactor in order to improve the p-xylene production.

Las membranas de zeolita se encuentran muy bien posicionadas para su uso en reactores de membranas debido a su gran estabilidad térmica y química. Son particularmente utilizadas para incrementar la conversión, selectividad y rendimiento en aquellas reacciones limitadas por el equilibrio, debido a la remoción selectiva de un producto deseado. La combinación de los procesos de reacción y separación in una sola unidad se espera que proporcione una mayor flexibilidad de operación, así como un incremento en el funcionamiento del sistema. Como es conocido de la literatura, el uso de membranas de zeolita tipo MFI se presenta como un proceso de separación más efectivo energéticamente comparado con las tecnologías convencionales. En esta tesis se sintetizaron diferentes membranas tipo MFI sobre soportes tubulares de acero inoxidable. Con el objetivo de caracterizarlas se utilizaron diferentes técnicas: difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (SEM), microanálisis de rayos X con sonda de electrones (EPMA), microscopía de fuerza atómica (AFM), espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier (FTIR), medidas de permeación de nitrógeno y xilenos como función de la temperatura. Todas las membranas estudiadas fueron selectivas a p-xileno, presentando diferente comportamiento con la temperatura. De las membranas sintetizadas, las que presentaron resultados más promisorios considerando tanto el flujo de permeación de p-xileno como la separación selectiva, fueron incorporadas en un reactor de isomerización de xilenos.