Oxidación de n-butano a anhídrico maleico en reactores de lecho fluidizado y circulante simulado

Abstract

El anhídrido maleico es un compuesto orgánico oxigenado que se obtiene en la actualidad principalmente por oxidación parcial de n-butano sobre un catalizador de óxido de vanadio y fósforo (VPO). Aunque tiene escasos usos directos, se obtienen a partir de él productos de gran interés industrial, especialmente resinas de poliéster insaturadas, aditivos para aceites lubricantes, dispersantes, pesticidas y herbicidas. Las principales tecnologías empleadas para la fabricación de anhídrido maleico son el reactor de lecho fijo, el reactor de lecho fluidizado y el reactor de lecho fluidizado circulante. El objetivo de esta tesis ha sido estudiar la oxidación de butano a anhídrido maleico en un reactor de lecho fluidizado circulante simulado, comparando los resultados obtenidos con los de un lecho fluidizado convencional. En primer lugar se ha estudiado la hidrodinámica del sistema, con el fin de buscar las mejores condiciones de fluidización. Para ello se ha utilizado un reactor de cuarzo de 4.1 cm de diámetro, que permite la observación directa del lecho fluidizado. Mediante la obtención de curvas de fluidización y con la técnica de colapso del lecho, se han conseguido datos de velocidad mínima de fluidización y de expansión del lecho, así como sobre la influencia de determinados parámetros (diámetro de partícula, altura de lecho estático) en la hidrodinámica. La reacción de oxidación de n-butano a anhídrido maleico se ha estudiado experimentalmente en un reactor de lecho fluidizado construido en Hastelloy, con 4.1 cm de diámetro interno y 79 cm de altura, introducido en un segundo lecho fluidizado externo con sólidos inertes, cuya misión es el control de temperatura del reactor. El conjunto reactor-lecho fluidizado se encuentra en el interior de una carcasa provista las resistencias eléctricas de calefacción necesarias para alcanzar la temperatura de reacción. Se han realizado experimentos en estado estacionario (alimentación constante), operando como lecho fluidizado continuo convencional, y experimentos de ciclos, simulando la operación de un lecho fluidizado circulante. Esto se ha conseguido cambiando alternativamente la composición de la alimentación al reactor, de modo que durante un tiempo el catalizador se reduce y en el ciclo siguiente se reoxida. Se ha estudiado la influencia del tiempo espacial, temperatura, concentraciones de las alimentaciones y duración de los ciclos redox sobre el rendimiento y selectividad de la reacción. Finalmente, se han empleado diferentes técnicas para la caracterización de muestras del catalizador, tales como: fisisorción de nitrógeno, reacción con temperatura programada, difracción de rayos X, termogravimetría y microscopía electrónica de barrido (SEM).