Modelado cinético para la hidrodesoxigenación de triglicéridos sobre catalizadores de platino soportado sobre arcillas pilareadas con circonio y galio

Abstract

En el presente trabajo se realizó la reacción de hidrodesoxigenación (HDO) de aceite de canola (AC) y la de una molécula modelo: ácido oleico (AO), para comparar el efecto de catalizadores de arcilla pilareada con cationes de circonio y galio impregnados con platino (1% en peso). La reacción de HDO se llevó a cabo en un reactor por lotes a alta presión, para una mezcla formada por el triglicérido (o AO), dodecano como solvente y 10% peso de catalizador a una temperatura de 523 y 573K a una presión de hidrógeno de 3 MPa. El reactor se operó a una velocidad de agitación de 1500 rpm durante 6 h de reacción. Las muestras líquidas se cuantificaron mediante cromatografía de gases y se identificaron por espectrometría de masas en un equipo Perkin Elmer modelo Clarus 580. Para el catalizador de Pt/Zr-PILC se encontró una actividad 2.3 veces más grande que la del Pt/ Ga-PILC en la HDO del triglicérido a una temperatura de 573 K. En el caso del catalizador soportado en la Zr-PILC los productos principales fueron C17 y C18 mientras que el soportado en Ga-PILC los productos son octadecanal (ODL), y octadecanol (ODOL). Lo cual indica que los catalizadores soportados en Zr-PILC presentan propiedades hidrodesoxigenantes. Los resultados experimentales en fase líquida fueron modelados a partir de esquemas de reacción. Con base en el seguimiento de las especies, se pudo proponer las rutas de reacción para los productos del AO y del AC empleando catalizadores de Pt/Zr-PILC y Pt/Ga-PILC. Para la reacción del AO a 523 K empleando Pt/Zr-PILC, se establecieron los siguientes pasos: hidrogenación de AO a ácido esteárico; posteriormente, se redujo el grupo del ácido carboxílico formando ODL y posteriormente a través de la vía de la descarbonilación se obtuvó C17 y por la vía de la HDO C18. Mientras que para el AC empleando Pt/Zr-PILC, la ruta de reacción propuesta es más compleja con respecto a la planteada para el AO debido a la formación de compuestos oxigenados: metil, etil y propil esteres, aldehídos y alcoholes. Para el modelo cinético empleado, la minimización de la suma de los residuales cuadrados de los datos predichos por el modelo y los obtenidos experimentalmente; así como, el ajuste de los modelos cinéticos planteados, se utilizó el método de Levenberg-Marquardt. Así mismo, el algoritmo de Levenberg-Marquardt fue acoplado al método de Runge-Kutta de cuarto orden para la integración del modelo diferencial. Utilizando un programa en MATLAB. De acuerdo con los parámetros cinéticos, la rapidez de producción de C18 es mayor que los demás productos lo cual indica que se favorece la vía de la HDO del AO. Para el caso de C17 se puede ver que la rapidez de producción se ve favorecida por la vía de la descarbonilación. En cuanto a la rapidez de velocidad de formación de ODL es la que presenta un menor valor lo cual, indicaría que es el paso controlante del sistema reaccionante. Mientras que para el modelo del TG, la rapidez de producción de OD es mayor que los demás productos, lo cual indica que se ha favoreciendo la vía de la HDO del aceite de canola. Para el caso de C17 se puede ver que la rapidez de producción no se ve tan favorecida con respecto a las demás rutas. Uno de los pasos más rápidos es la formación del ácido esteárico lo cual indicaría que el triglicérido se rompe preferentemente separándose en ácidos grasos libres y propano. Seguido de la formación de Octadecanal como paso previo a la formación de C18. De las rutas menos favorecidas se encuentra la formación de AES, ODPE y ODEE. Así como la ruptura del triglicérido formando tres moléculas de ME. Los resultados experimentales en fase líquida fueron modelados a partir de esquemas de reacción. Con base en el seguimiento de las especies, se pudo proponer las rutas de reacción para los productos del AO y del AC empleando catalizadores de Pt/Zr-PILC y Pt/Ga-PILC. Para la reacción del AO a 523 K empleando Pt/Zr-PILC, se establecieron los siguientes pasos: hidrogenación de AO a ácido esteárico; posteriormente, se redujo el grupo del ácido carboxílico formando ODL y posteriormente a través de la vía de la descarbonilación se obtuvó C17 y por la vía de la HDO C18. Mientras que para el AC empleando Pt/Zr-PILC, la ruta de reacción propuesta es más compleja con respecto a la planteada para el AO debido a la formación de compuestos oxigenados: metil, etil y propil esteres, aldehídos y alcoholes. Para el modelo cinético empleado, la minimización de la suma de los residuales cuadrados de los datos predichos por el modelo y los obtenidos experimentalmente; así como, el ajuste de los modelos cinéticos planteados, se utilizó el método de Levenberg-Marquardt. Así mismo, el algoritmo de Levenberg-Marquardt fue acoplado al método de Runge-Kutta de cuarto orden para la integración del modelo diferencial. Utilizando un programa en MATLAB. De acuerdo con los parámetros cinéticos, la rapidez de producción de C18 es mayor que los demás productos lo cual indica que se favorece la vía de la HDO del AO. Para el caso de C17 se puede ver que la rapidez de producción se ve favorecida por la vía de la descarbonilación. En cuanto a la rapidez de velocidad de formación de ODL es la que presenta un menor valor lo cual, indicaría que es el paso controlante del sistema reaccionante. Mientras que para el modelo del TG, la rapidez de producción de OD es mayor que los demás productos, lo cual indica que se ha favoreciendo la vía de la HDO del aceite de canola. Para el caso de C17 se puede ver que la rapidez de producción no se ve tan favorecida con respecto a las demás rutas. Uno de los pasos más rápidos es la formación del ácido esteárico lo cual indicaría que el triglicérido se rompe preferentemente separándose en ácidos grasos libres y propano. Seguido de la formación de Octadecanal como paso previo a la formación de C18. De las rutas menos favorecidas se encuentra la formación de AES, ODPE y ODEE. Así como la ruptura del triglicérido formando tres moléculas de ME.