Modelagem cinética da produção de propeno a partir de acetona em uma única etapa
Abstract
O propeno é um composto químico de alto valor agregado, largamente empregado na
indústria e obtido, geralmente, a partir do petróleo. Entretanto, há a necessidade do
desenvolvimento de rotas alternativas para a produção deste composto a partir de fontes
renováveis. A utilização de acetona para a produção de propeno é uma boa opção, pois este
composto oxigenado pode ser obtido através de conversão da biomassa. A utilização de
processo em uma única etapa acrescenta, ainda, mais uma vantagem à produção de propeno a
partir de acetona, unindo em um único reator duas reações consecutivas: hidrogenação de
acetona, seguida da desidratação do isopropanol formado. Para tanto, são necessários dois
catalisadores com propriedades distintas, um deles contendo sítios metálicos, para a
hidrogenação, e outro onde haja sítios ácidos, para a desidratação. O objetivo principal deste
trabalho é a obtenção de propeno a partir de acetona em uma única etapa, utilizando óxido
misto de Cu/Zn/Al derivado de material do tipo hidrotalcita e forma ácida da zeólita Beta
como catalisadores. Para isso, os catalisadores foram obtidos pelo método de coprecipitação a
pH variável seguido de calcinação, para o óxido misto, e pela síntese hidrotérmica, para a
zeólita. Os catalisadores foram, ainda, caracterizados quanto às suas propriedades físicoquímicas.
As reações de hidrogenação e desidratação foram estudadas individualmente e em
conjunto variando-se o catalisador ou mistura de catalisadores empregados e a composição e
vazão da alimentação. Primeiramente, foram avaliados os limites termodinâmicos dos
sistemas reacionais, em que se observou que a hidrogenação de acetona é fortemente limitada
pelo equilíbrio e quais são os produtos preferenciais de cada reação. Para os testes reacionais
foi utilizado planejamento de experimentos fatorial, onde as condições de alimentação e
temperatura de reação foram variadas, e como variáveis resposta obteve-se a composição da
fração orgânica na saída do reator. Na reação de hidrogenação, apenas isopropanol foi obtido
e a conversão de acetona foi próxima daquela de equilíbrio. Na reação de desidratação de
isopropanol, o propeno foi formado preferencialmente, com apenas pequenas concentrações
de éter di-isopropílico a baixas temperaturas, sendo obtidas conversões completas do álcool
em algumas condições experimentais. O processo completo de conversão de acetona em
propeno foi realizado em onze condições experimentais distintas e a fração de olefina foi de
até 65 % da fração orgânica. Foi possível a estimação dos parâmetros de modelos cinéticos
simplificados, considerando as hipóteses de Langmuir-Hinshelwood, adequados à predição
das frações molares dos compostos na fração orgânica tanto para as reações individuais como
simultâneas. Os modelos cinéticos foram utilizados para a análise do efeito das variáveis de
processo sobre os produtos de reação nos três sistemas reacionais considerados.