Optimization of Catalytic Glycerol Etherification with Ethanol in a Continuous Reactor

Abstract

In the past few decades, biodiesel has emerged as a promising renewable energy source. However, its production usually leads to the formation of large amounts of glycerol as a byproduct. This article reports the evaluation of catalytic glycerol etherification with ethanol over a series of catalysts in a continuous reactor. Amberlyst 15 presented the best performance in terms of glycerol conversion and yield of ethers. This result was attributed to its high pore size and acidity. Beta zeolite (Si/Al = 12.5) and niobic acid, both with lower acid strengths and pore sizes, were almost inactive in the conversion of glycerol into ethers. A central composite design was developed to optimize the performance of Amberlyst 15. An increase in catalyst amount enhanced both the glycerol conversion and the yield of ethers. However, high temperatures and low molar ratios favored side reactions. The optimized value for glycerol conversion was 91%, and that for the yield of ethers was 13%, under different reaction conditions.

Continuous Flow Conversion of Glycerol into Chemicals: An Overview

“…Glycerol etherification in the presence of ethanol with acidic resin was studied in a continuous flow reactor to obtain 1-O-ethylglycerol. 57 Among the three commercial heterogeneous acid catalysts used, Amberlyst 15, β-zeolite, and niobic acid, the strong acid ion-exchange resin led to better conversion and yield of ethers. This study found that the most significant factor in the conversion of glycerol was the amount of catalyst, followed by temperature, and then molar ratio.…”

Estudo da eterificação catalítica de glicerol em produtos de alto valor agregado com o uso de reator contínuo e pressões variadas

“…Nosso grupo de pesquisa (Lemos et al, 2018a;Lemos et al, 2017) investigou a eterificação do glicerol com etanol em reator contínuo e com um tempo de residência em torno de 60 s. No trabalho desenvolvido à pressão atmosférica (Lemos et al, 2017), com temperaturas variando de 160 a 210 °C, razão molar etanol/glicerol de 4:1 a 16:1 e Amberlyst 15 de 0 a 0,80 g, os valores ótimos para conversão e rendimento de glicerol para éteres foram 91% e 13%, respectivamente. No entanto, à pressão atmosférica, a mistura de reação está em duas fases.…”

“…Então, na posse desses resultados, nosso grupo de pesquisa realizou um novo estudo com pressão fixa de 8,5 MPa (Lemos et al, 2018a). Neste trabalho, eles mantiveram a variação da quantidade de Amberlyst e da razão molar etanol/glicerol conforme descrito acima (Lemos et al, 2017), mas as temperaturas variaram de 180 a 250 °C. Os valores ótimos foram 97% da conversão de glicerol (a 268 °C, etanol/razão molar de glicerol de 24,20/1 e 0,76 g de catalisador) e 56% de rendimento de éteres (a 238 °C, razão molar etanol/glicerol de 16/1 e 0,61 g de catalisador).…”

“…Na literatura, Pariente and Tanchoux (2009) Diante do exposto, nosso grupo de pesquisa (Lemos et al, 2018a;Lemos et al, 2017) investigou, de forma inédita, a eterificação do glicerol com etanol em reator contínuo e com um tempo de residência em torno de 60s. No primeiro trabalho, Lemos et al (2017) Assim sendo, como a pressão teve um forte efeito nos estudos anteriores do grupo, decidiu-se estudar o efeito da variação da pressão na eterificação de glicerol com etanol em reator de leito fixo com o uso de Amberlyst 15 e Zeólita Beta, juntamente com todas as variáveis estudadas. Além disso, realizar a verificação da necessidade em se manter todos os reagentes apenas em fase líquida para minimização dos efeitos relacionados à transferência de massa e obtenção de bons resultados.…”

Estudo da eterificação catalítica de glicerol em reator contínuo

“…Entretanto, da mesma forma como observado na curva de "light-off" da Amberlyst 15 testada sem pressão, o maior valor de rendimento (41%) não se deu na mais alta temperatura. Este comportamento pode ser atribuído formação de compostos indesejáveis, tais como acroleína e éter dietílico, os quais são favorecidos em altas temperaturas(LEMOS et al, 2017;KLEPAKOVA et al, 2005. A zeólita beta atingiu aconversão máxima de 54% e rendimento de 33% a 250 °C.…”