Producción de 1,3-butadieno a partir de polialcoholes de C4 provenientes de biomasa

Abstract

El 1,3-butadieno (BD) es un producto químico empleado en la producción de cauchos sintéticos y que actualmente se obtiene a partir de derivados de petróleo. En esta Tesis se estudió la obtención selectiva de 1,3-butadieno a partir de 1,3-butanodiol, proveniente de biomasa. Las reacciones se llevaron a cabo en fase gas empleando distintos catalizadores sólidos ácidos: HZSM5, NaZSM5, ZnZSM5, NaY, HBEA, HMCM22, Al2O3, SiO2/Al2O3 y TPA/SiO2 (TPA: ácido tungstofosfórico), que permitieron proponer un mecanismo de reacción y establecer la relación entre sus propiedades ácidas y estructurales con la distribución de productos. Las técnicas de caracterización de sólidos empleadas fueron: adsorción física de N2, FTIR, DRX, XRF, entre otras. Se evaluó también la influencia de las condiciones operativas como temperatura y tiempo de contacto sobre la obtención de BD. El catalizador más activo y selectivo a la formación de BD fue TPA/SiO2 obteniéndose un rendimiento máximo de 75% a 250°C. Se realizaron ensayos catalíticos partiendo de los alcoholes insaturados producto de la primera deshidratación de 1,3-butanodiol con la finalidad de estudiar las posibles vías de formación de los diversos productos observados. Además, se evaluó la posible pérdida de actividad de los catalizadores, se caracterizaron los depósitos de coque y se propuso una estrategia para minimizar la desactivación. Finalmente, se ensayaron en reacción catalizadores basados en ácido tungstofosfórico soportados sobre sílice con diferentes contenidos de TPA con el objetivo de promover la ruta de deshidratación de 1,3-butanodiol minimizando las rutas conducentes a productos indeseables.

1,3-Butadiene (BD) is a chemical product used in the production of synthetic rubbers that is currently obtained from petroleum derivatives. In this Thesis, the selective obtaining of 1,3-butadiene from 1,3-butanediol, from biomass, was studied. The reactions were carried out in the gas phase using different solid acid catalysts: HZSM5, NaZSM5, ZnZSM5, NaY, HBEA, HMCM22, Al2O3, SiO2/Al2O3 and TPA/SiO2 (TPA: tungstophosphoric acid), which allowed us to propose a reaction mechanism and establish the relationship between its acidic and structural properties with the products distribution. The solids were characterized by different techniques such as: physisorption of N2, FTIR, DRX, XRF, atomic absorption spectroscopy, 27Al MAS NMR and 31P MAS NMR. The influence of operating conditions such as temperature and contact time on obtaining BD was also evaluated. The most active and selective catalyst for BD formation was TPA/SiO2, obtaining a maximum yield of 75% at 250°C. Catalytic tests starting from the unsaturated alcohols product of the first dehydration of 1,3-butanediol were carried out in order to study the possible formation pathways of the different products. In addition, the possible loss of activity of the catalysts was evaluated, coke deposits were characterized and a strategy to minimize deactivation was proposed. Finally, catalysts based on tungstophosphoric acid supported on silica with different TPA contents were tested in the reaction with the aim of promoting the 1,3-butanediol dehydration route, minimizing the routes that lead to undesirable products.