Estudio de la producción industrial de alquilaminas terciarias: caracterización de catalizadores y reacción a escala laboratorio - Bernal Juan, Fernando David (Universidad Autónoma Metropolitana, 2016)
En el presente trabajo se estudió el proceso catalítico de aminación utilizado en una empresa mexicana para la producción industrial de una amina terciaria. La motivación de esta investigación fue identi!car las condiciones de operación que favorecen la aparición de reacciones secundarias y disminuyen el rendimiento de la amina reactante. La oportunidad de estudiar tanto los datos reales de producción en la planta industrial como los resultados a escala laboratorio y piloto de una reacción de aminación similar, además de caracterizar los catalizadores empleados, permitió analizar en distintos niveles el comportamiento de la reacción de aminación. En los experimentos de aminación a escala laboratorio encontramos que al utilizar una relación amina reactivo/masa de catalizador (FA/Wcat) equivalente a la empleada en el reactor comercial, se producen subproductos similares a los observados en las pruebas realizadas en el reactor piloto de la planta industrial. Al incrementar la relación FA/Wcat, disminuyendo la cantidad de catalizador, se favoreció la selectividad hacia la amina terciaria y no se detectaron los subproductos mencionados. Bajo las condiciones de reacción ensayadas el catalizador usado en los experimentos es un material altamente selectivo hacia la producción de la amina terciaria, incluso con #ujos elevados de la amina reactivo. Los resultados obtenidos en nuestros experimentos concuerdan con los observados en pruebas realizadas en la planta piloto. En la sección sobre caracterización estudiamos tres catalizadores comerciales (A, B y C) utilizados para la síntesis de aminas. Los materiales están compuestos principalmente por cobre y cromo. Las distintas técnicas de caracterización mostraron que los materiales A y B son muy similares. El catalizador C posee propiedades texturales distintas y su composición también presenta diferencias. Investigamos los cambios que ocurren en los catalizadores nuevos después de ser sometidos a un proceso de desactivación posterior a la reacción de aminación en un reactor piloto. En congruencia con los resultados mencionados, las modi!caciones que ocurren en los catalizadores A y B usados son equivalentes. El proceso de desactivación no regenera la especies originales presentes en los materiales frescos. El análisis del desempeño de los catalizadores A, B, y C en el reactor industrial muestra que la conversión de la amina reactivo es elevada y no existen diferencias signi!cativas entre los catalizadores. El orden de selectividad hacia la amina terciaria de interés es A>B>C. Es decir, a pesar de que en la sección de caracterización encontramos que los catalizadores A y B son similares, el material A es aproximadamente un 10 % más selectivo hacia el producto principal. Ya que cerca del 80 % de la corriente de entrada del 2-propanol es reciclada, la alimentación tiene cierto contenido del producto principal y otros compuestos. El estudio de los datos de producción sugiere que una mayor proporción del producto principal en la corriente de alimentación es uno de los factores que favorece la aparición de reacciones secundarias (menor selectividad). El reactor industrial es operado de forma aproximadamente adiabática, sin embargo, la temperatura de la corriente de salida es menor que la calculada al realizar el balance global de energía suponiendo que el reactor es adiabático. En consecuencia, estimamos la magnitud de las pérdidas de energía mediante mediciones de temperatura en las regiones del reactor en las que ocurre transferencia de calor hacia el medio ambiente. Las pérdidas de energía estimadas, junto con la contribución térmica de una de las reacciones secundarias, explican razonablemente la temperatura del efluente de salida.