Produção seletiva de ácido acrílico a partir da desidratação catalítica do ácido lático em sistemas batelada homogêneo e leito fixo

Programa de Recursos Humanos em Petróleo e Gás Natural (PRH-28) O ácido acrílico é uma importante matéria-prima para a produção de diversos produtos e tem perspectiva de crescimento da sua demanda em torno de 5% por ano. Porém, a produção de ácido acrílico ainda está ligada diretamente à produção de petróleo. Há uma crescente tendência mundial de substituição de produtos oriundos do petróleo em produtos baseados em fontes renováveis. Logo, a desidratação do ácido lático em ácido acrílico pode ser uma alternativa para a substituição do propeno que é proveniente do petróleo. O objetivo deste trabalho foi à obtenção de ácido acrílico através da desidratação do ácido lático em sistema descontínuo e contínuo. Inicialmente, foram feitos ensaios em reator batelada nas seguintes temperaturas: 280°C (7 Mpa), 300°C (10 Mpa) e 320°C (13 Mpa). Sendo a temperatura de 300°C, a que proporcionou melhor resultado com rendimento em ácido acrílico igual a 24,7%. Nessa temperatura, foram realizados testes com adição de ácido sulfúrico e ácido fosfórico nas concentrações de 5, 10 e 20 mM. A adição do ácido fosfórico foi mais efetiva do que o ácido sulfúrico, onde se observou um aumento da conversão, rendimento em 2,3 – Pentadiona e acetaldeído. Entretanto, ambos os ácidos proporcionaram rendimento inferiores ao rendimento em ácido acrílico em comparação a reação sem adição de ácido. O maior rendimento em ácido acrílico obtido, para a reação com ácido fosfórico, foi igual a 19,7% para concentração igual a 5 mM. A modelagem matemática para a reação em batelada apresentou uma correlação com erro médio igual a 6,8% para a temperatura de 280°C. As caracterizações da hidroxiapatita sintetizada em laboratório usadas como catalisador mostraram que o material sintetizado consistia realmente de hidroxiapatita principalmente devido a composição química mostrada na fluorescência de raios-X e à comparação dos picos do espectro do IV e do difratograma de DRX entre as amostras e a literatura. Em sistema contínuo, foi observada a formação de coque no reator que este pode favorecer a produção de ácido acrílico provavelmente por diminuir a degradação do ácido lático e do ácido acrílico, assim melhorando o rendimento da reação, onde os rendimentos em ácido acrílico com reator sem coque e o reator coqueado foram iguais a 9% e 51%, respectivamente, ambas com vazão do gás de arraste igual a 20 mL.min⁻¹. No estudo do efeito da temperatura na reação, o aumento da temperatura alterou a vazão do gás de arraste ótima para 25 mL.min⁻¹, o teste na temperatura de 380°C apresentou o maior valor de rendimento igual a 25,5%. Um estudo da temperatura de calcinação foi realizado nas temperaturas de 450°C, 550°C e 650°C, onde se observou que o aumento da temperatura de calcinação na hidroxiapatita de cálcio reduz a conversão e o rendimento em ácido acrílico. Em relação ao rendimento em ácido acrílico, as temperaturas de calcinação de 450°C, 550°C e 650°C apresentaram valores iguais a 9%, 6,6% e 6,2%, respectivamente. O sistema de leito fixo possibilita a obtenção de rendimento em ácido acrílico maiores que o rendimento em sistema batelada. Acrylic acid is an important raw material for the production of various products and has a prospect of growing its demand by around 5% per year. However, the production of acrylic acid is still directly linked to the production of oil. There is a growing worldwide trend of replacing petroleum products with products based on renewable sources. Therefore, the dehydration of lactic acid in acrylic acid may be an alternative to the substitution of propene that is derived from petroleum. The objective of this work was to obtain acrylic acid through the dehydration of lactic acid in a continuous and discontinuous system. Initially, testes in batch reactor were carried out at the following temperatures: 280°C (7 MPa), 300°C (10 MPa) and 320°C (13 MPa). The temperature chosen was 300 ° C, which the best result with an yield in acrylic acid of 24,7%. At this temperature, tests were carried out with addition of sulfuric acid and phosphoric acid at concentrations of 5, 10 and 20 mM. The addition of phosphoric acid was more effective than sulfuric acid, where an increase in conversion, 2,3 - Pentadione yield and acetaldehyde was observed. However, both acids provided yields less than the yield of acrylic acid compared to the reaction without addition of acid. The highest yield of acrylic acid obtained for the reaction with phosphoric acid was equal to 19.7% at concentration equal to 5 mM. The mathematical modeling for the batch reaction showed a correlation with mean error of 6,8% for the temperature of 280 ° C. The characterizations of the synthesized hydroxyapatite in laboratory used as catalyst showed that the synthesized material actually consisted of hydroxyapatite due to the chemical composition shown in the X-ray fluorescence and the comparison of the IR spectrum and the X-ray diffraction diffractogram between the samples and literature. In system continuous, the formation of coke in the reactor was observed that it can favor the production of acrylic acid probably by reducing the degradation of lactic acid and acrylic acid, thus improving the yield of the reaction, where the yields of acrylic acid with coke-free reactor and coked reactor were equal to 9% and 51%, respectively, both with drag gas flow of 20 mL.min⁻¹. In the study of the effect of temperature on the reaction, the increase in temperature changed the flow of the optimum drag gas to 25 mL.min⁻¹, the test at 380 ° C showed the highest yield value of 25,5%. A study of the calcination temperature was carried out at temperatures of 450 ° C, 550 ° C and 650 ° C, where it was observed that increasing the calcination temperature in the calcium hydroxyapatite reduces the conversion and the yield in acrylic acid. Regarding the acrylic acid yield, the calcination temperatures of 450 ° C, 550 ° C and 650 ° C presented values equal to 9%, 6,6% and 6,2%, respectively. The fixed bed system makes it possible to obtain an acrylic acid yield higher than the yield in a batch system.