ESTUDIO DE UN CASO PARA LA INTRODUCCIÓN A LA QUÍMICA VERDE

1. Metilformato a partir
de CO2
Integrantes:
-
-Pérez Carreón Víctor Naim
-Sandoval Martínez Ana Paola
- Valente Ramírez Luis Ángel

2. Introducción. El Metil Formato
El metil formato es el éster metílico más
simple (C2H4O2). Es un líquido
transparente y volátil.
Se produce industrialmente mediante la
reacción entre metanol y monóxido de
carbono a 45 bar y 80°C, con una
conversión del 95% de CO
CH3OH + CO -> HCO2CH3
Imagen tomada de: https://www-sciencedirect-
com.pbidi.unam.mx:2443/science/article/pii/S2095495617301547
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3. Introducción. El Metil Formato
Es uno de los intermediarios más
importantes en la química C1.
Se usa en la producción de ácido
fórmico, N,N-dimetilformamida,
formamida, ácido acético, etilenglicol,
metil metacrilato, etc.
También se usa como fumigante.
Imagen tomada de: https://www-sciencedirect-
com.pbidi.unam.mx:2443/science/article/pii/S2095495617301547
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4. ● El interés en la utilización de CO2 como materia prima fácilmente disponible
está experimentando un impulso creciente en la industria.
● El CO2 se puede "cosechar" en alta concentración en numerosas fuentes
puntuales en todo el mundo, facilitando la implementación de conceptos de
captura y utilización de carbono.
● La síntesis química es una opción igualmente atractiva y desafiante.
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5. Caso
Mediante el proceso de captura de carbón y su utilización (Integrated Carbon
Capture and Utilization process, ICCU) se buscó llegar al metil formato utilizando
CO2, H2 y MeOH.
Imagen tomada de:
Methylformate from CO2: an
integrated process
combining catalytic
hydrogenation and reactive
distillation.
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6. Alternativa Presentada
El metil formato se puede producir a partir de CO2 y H2, a través del siguiente
proceso de dos pasos.
1) Hidrogenación de CO2 a ácido fórmico en presencia de una amina, con
metanol y n-decano como solventes del sistema bifásico
2) Esterificación de ácido fórmico y metanol vía destilación reactiva de la mezcla
del paso anterior
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7. Alternativa Presentada
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8. ● La selección de la amina jugó un papel importante para diseñar el proceso
general.
● En el paso de hidrogenación las aminas básicas funcionan mejor, se
prefieren aminas básicas también en la etapa de esterificación. El 1,2-dimetil-
imidazol (1,2-DMI) fue identificado como efectivo para la integración de
ambos pasos.
● En el paso de la hidrogenación, el difenil fosfino adaptado con largas
cadenas de alquilo aseguró una retención efectiva del catalizador de Rutenio
en la fase no polar lo que permite su reutilización.
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9. ● En un paso semi contínuo del proceso, la hidrogenación repetitiva (8 ciclos)
condujo a un número de rotación total (TTON) de 38 000 a una frecuencia de
rotación promedio (TOF) de 1400 h−1 con una lixiviación acumulativa del
catalizador de solo 1.4% en moles para P y 2,0% en moles para Ru.
● La destilación reactiva condujo al aislamiento de MF en la cabeza de la
columna con una pureza del 91,5%.
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10. Los principios de la Química e Ingeniería Verde pertinentes son:
1. Prevención:
El único subproducto generado es H2O
1. Economía Atómica:
1. Reducción de productos químicos tóxicos:
Los productos a base de CO2 pueden reemplazar los productos químicos generalmente
producidos por el refinamiento del carbono fósil.
El metil formato es el intermediario clave para la producción de FA, pero también una fuente
directa de grupos formilo en muchos otros productos químicos
Relación con la Química e Ingeniería Verde
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11. 4. Generar productos eficaces pero no tóxicos:
Pueden surgir nuevos productos o aplicaciones con la disponibilidad de productos
intermedios basados ​​en CO2.
5. Reducción del uso de sustancias auxiliares.
6. Disminución de consumo energético:
Ya que la reacción se lleva a cabo en dos pasos.
7. Utilización de materias primas renovables: Como lo es el CO2
8. Evitar la derivatización innecesaria:
Los principales productos son metilformato con una pureza del 91.5% y agua.
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12. 9. Potenciación de la catálisis lo más selectiva posible
Con el catalizador de rutenio, tenemos un rendimiento de 80-90%
10. Minimización de riesgos.
11. Minimizar diversidad de materiales:
La elección del metanol como disolvente permite realizar la etapa de
esterificación directamente sin la necesidad de reemplazar el disolvente. Los
alcanos de cadena larga son candidatos adecuados y se seleccionó n-decano
como prototipo para la fase catalizadora en este estudio.
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13. 12. Diseño dirigido
La ruta de síntesis está enfocada en la obtención de metil formato con un alto
rendimiento
13. Prevención en lugar de tratamiento.
Al tener como productor principales al metilformato y agua, los procesos de
tratamiento disminuyen.
14. Materiales renovables y entradas de energía
El proceso se lleva a cabo a partir de recursos renovables.
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14. 15. Uso eficiente de materia, energía, espacio y tiempo:
Este proceso proporciona un 46% de ahorro de electricidad.
18. Fácil separación por diseño.
19. Probar ciclo de vida del diseño:
El impacto del calentamiento global se va a ver reducido en un 16%.
20. Sostenibilidad a través del ciclo de vida del producto.
El proceso se lleva a cabo a partir de electricidad y recursos renovables.
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15. Bibliografía
● Scott, M., Westhues, C. G., Kaiser, T., Baums, J. C., Jupke, A., Franciò, G., & Leitner, W. (2019).
Methylformate from CO 2: an integrated process combining catalytic hydrogenation and reactive
distillation. Green Chemistry, 21(23), 6307-6317.
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