Oxidación selectiva de n-butano a anhídrico maleico en un reactor de diseño innovador

Abstract

La mayor parte del anhídrido maleico producido en la actualidad se hace mediante la oxidación de butano sobre catalizadores VPO. El estudio de este sistema resulta interesante tanto desde el punto de vista industrial debido a la importancia de este producto como intermedio químico, como desde el punto de vista científico dada la complejidad del sistema. Durante los últimos 30 años hay un creciente interés sobre este proceso, centrado en dos aspectos fundamentales: el desarrollo de catalizadores y el de nuevas tecnologías. Las tecnologías empleadas son las tecnologías de lecho fijo, y de lecho fluidizado, y lecho fluidzado circulante. Este trabajo se centra en el desarrollo de una nueva tecnología que lleva varios años desarrollándose en laboratorios de todo el mundo y que por primera vez se estudia aquí a una escala cercana a la industria. Este proyecto s ha llevado a cabo en colaboración en una primera fase con la empresa DuPont Ibérica S.A., que producía anhídrido maleico en su planta de THF instalada en Asturias mediante la tecnología del reactor de lecho fluidizado circulante, CFB, posteriormente, y en una segunda fase en colaboración con al empresa HALDOR TOPSOE A/S. El trabajo tiene dos partes diferenciadas. En una primera parte se ha realizado un estudio cinético en estado estacionario en un reactor de lecho fijo de dimensiones próximas a la escala industrial. Se han estudiado la influencia de variables de operación tales como temperatura, concentración de oxígeno, concentración de butano y tiempo espacial. Posteriormente, se ha realizado un estudio de transmisión de calor en el lecho fijo para determinar experimentalmente, uno de los parámetros que más afecta a su comportamiento, la transmisión de calor a través de la pared del mismo. En la segunda parte de este trabajo se ha llevado a cabo un estudio cinético en estado estacionario en un reactor de membrana de las mismas dimensiones que el lecho fijo y próximas y con diámetro interior similar al empleado en la industria, (34 mm). Se ha estudiado la influencia de parámetros específicos de este reactor, como son el caudal de permeación y la concentración de oxígeno en el caudal permeado. Además se ha realizado la comparación en cuanto a producción de anhídrido maleico con el lecho fijo bajo las mismas condiciones globales de operación (caudal total, temperatura del baño, y concentraciones de butano y oxígeno). Finalmente, se ha realizado una modelización del reactor de lecho fijo suponiendo flujo pistón, un modelo unidimensional heterogéneo para la transmisión de calor y el modelo de Buchanan como modelo cinético. La última parte del trabajo consiste en la modelización del reactor de membrana. La membrana fue caracterizada empleando el modelo de gas polvoriento (DGM). El modelo de flujo de permanencia empleado en la modelización del reactor de membrana se basa en una ecuación similar a la deducida por el DGM para el caso de gas puro. El coeficiente de transmisión de calor a través de la pared obtenido experimentalmente fue despreciable. Empleando el mismo modelo cinético, se han calculado los parámetros de la ecuación de Arrehenius y el coeficiente global de transmisión de calor para el reactor de membrana.