INGENIERIA QUIMICA

Influencia del soportesobre la actividad

cataltica delpaladio en la oxidacinselectiva del etanolLuis Carballo Surez, Alvaro Gmez Pea, Gerardo Rodrguez Nio

Profesores Universidad Nacional

RESUMEN

Aqu se reporta la comparacin de los resultadosobtenidos en cuanto a las diferencias en selec-tividades y conversiones de etanol hacia cido ac-tico y acetato de etilo, utilizando catalizadores depaladio metlico (0.5% en peso) soportados en alfa-almina y carbn activado. Se pudo observar que elcatalizador de paladio sobre alfa-almina presentmayores conversiones del etanol alimentado hacia elcido actico y por consiguiente mayor selectividadhacia ste producto, que el de paladio soportadosobre carbn activado, el cual mostr una mayor

. selectividad hacia el acetato de etilo.

INTRODUCCION

El presente trabajo hace parte ~e los desarrollos quese han loqrado por medio del programa deALCOLQUIMICAfinanciadoporCOLCIENCIAS-UNI-VERSIDAD NACIONAL.

62 Ingeniera e Investigacin

La transformacin del etanol hacia acetaldehdo,cido actico y acetato de etilo por oxidacin selec-tiva fue estudiada con diferentes tipos de catalizadoresheterogneos, (1-4) encontrndose que los mejorescatalizadores para la obtencin de cido actico yacetato de etilo eran los de paladio metlico sopor-tados sobre alfa-almina y carbn activado.Se puede destacar el efecto del soporte sobre laactividad del paladio para las reacciones considera-das:

CH3CH20H+ 1/2 O2 ---+ CH3CHO + H20CH3CH20H +O2 ---+ CH3COOH + H20CH3CH20H + CH3COOH ---+ CH3COOC2Hs + H20

Este estudio corresponde a la primera etapa para eldesarrollo de catalizadores a nivel industrial quepermitan la obtencin de cido actico y acetato deetilo a partir de etanol en un solo paso. Actualmente

INGENIERIA QU/MICA

este proceso en la industria mundial se realiza en doso ms pasos, lo que se traduce en un mayor costo deoperacin y de inversin. Adems se plantea un mejoraprovechamiento del etanol, que se obtiene de pro-ductos agrcolas abundantes en nuestro medio comola caa de azcar, banano, yuca, papa, etc., paragenerar productos qumicos orgnicos que actual-mente se importan por la industria nacional por noexistir suficiente produccin interna.

PARTE EXPERIMENTAL

La preparacin de los catalizadores se llev a cabomediante impregnacin total de los soportes, alfa-almina y carbn activado, con soluciones de clorurode paladio. Enseguida se secaron, calcinaron yfinalmente se redujeron en una corriente de hidrge-no durante cinco horas a 150C.

El cloruro de paladio se adicion en tal cantidad quepermitiera la obtencin de una composicin final del

paladio del orden de 0.5% en peso del catalizador.Para la evaluacin de los catalizadores y la obtencinde la cintica intrnseca se utiliz un reactor diferen-cial, que se muestra en la figura 1. Para el anlisis ycuantificacin de los productos se empleo uncromatgrafodegases, HEWLETT PACKARD5890,utilizando como relleno de las columnas PORAPAKQ y TAMIZ MOLECULAR.

El estudio de la actividad cataltica se realiz em-pleando una relacin molar oxgeno/etanol de 1.2 enel alimento, a temperaturas entre 150-300C en elreactor y con una relacin W/F = 30 g. cat/gmol/hr.

RESULTADOS

En las Tablas 1 y 2 se presentan los resultadosobtenidos con los catalizadores antes mencionadosa las condiciones establecidas.

r--- -- - TermocuplaIIIII

Controladores Ide temperatura I

TT-"~il ~ 1II @r-- 'CM ReACTORI II I

IIII

Mezclador

Nitr6genoAire

VaporizadorCondensador

FIGURA 1. Equipo de reaccin.

Ingeniera e Investigacin 63

INGENIERIA QUIMICA

TABLA No. 1. Resultados de evaluacin catalticapara el catalizador de Pd soportado en carbn acti-vado.

Catalizador Temperatura oC

0.5%Pd/Carbn 150 200 250 300

Conversin de etanol 53.4 79.4 89.4 91.9Selectividad a acetaldehido 73.2 60.0 50.2 73.2Selectividad a cido actico 1.5 6.0 10.8 8.0Selectividad a acetato de etilo13.5 25.9 23.2 8.7

caractersticas bsicas, y no a la diferencia en reao tamao de poro existente entre los dos soportes.

La produccin de cido actico se ve favorecidacuando el paladio se soporta sobre ex-almina, yaque esta reaccin necesita de un soporte bsico y nocido. Adems el soporte debe poseer una baja reasuperficial y un poro grande, caractersticas quepresenta laex-alminapero no el carbn activado.

Con los resultados obtenidos, a nivel de reactordiferencial, se hace factible desarrollar estoscatalizadores para producir cido actico y acetato

Tabla No. 2. Resultados de evaluacin cataltica de etilo a partir de etanol en un solo paso a nivelpara el catalizador de Pd soportado en alfa-almina. industrial.

Catalizador Temperetura=O

0.5% Pd/ex-almina 150 200 250 300

Conversin de etanol 28.8 55.6 88.7 98.5Selectividad a acetaldehido 75.0 68.4 58.5 51.3Selectividad a cido actico 14.3 14.4 20.9 23.9Selectividad a acetato de etilo 3.9 3.5 1.4 0.6

CONCLUSIONES

Para los dos soportes evaluados la reaccin quepresenta mejores resultados es la obtencin deacetaldehido a partir de etanol, mostrando activida-des similares, lo cual indica que cualquiera de estosdos soportes se puede utilizar en esta reaccin yadems que la reaccin es fcil de llevar a cabo.

La obtencin de acetato de etilo a partir de etanol seve favorecida con el paladio soportado sobre carbnactivado; lo anterior se debe a la acidez de dichosoporte, ya que la=valmina utilizada presentaba

64 Ingeniera e Investigacin

BIBL/OGRAFIA

1. CARL, H., Fenimore, E. Process for the manufac-ture of acetic acid. United States patent. 1911.315.

2. HSU, S. H., Ruether,J. Kineticsofthe liquid - phaseoxidation of ethanol by oxygen over a palladium-alumina catalyst. Ind. Eng. Chem. Proc. Des.Dev. V 17 No. 4524-527, 1978.

3. KUNUGI, K., Yanagisawa, A. Gas phase oxidativeesterification reaction of various alcohols overmetallic palladium catalyst. Hongo, Bunkyo-Ku, Japan. V. 12 2271-2275, 1972.

4. NAGAI, M., Gonzales, R. Oxidation of ethanol andacetaldehyde on silica-supported platinumcatalysts: preparative and pretreatment effectson catalyst selectivity. Ind. Eng. Chem. Prod.Res. Dev. V 24 525-531, 1985.