Križanje katalitične kode

KRIŽANJE (Crucifixion) - v kinu od 28. junija! (Julij 2019).

Anonim

Na novo razvita sposobnost izkoriščanja predhodno nedostopnih zalog plina iz skrilavca v zadnjem desetletju je ustvarila bogat vir plinov, vključno z metanom, etanom in propanom, ki se uporabljajo za izdelavo kemičnih izdelkov, kot so plastika. Ampak ameriška kemična industrija potrebuje znanstvenike, tudi tiste v ameriškem Ministrstvu za energetiko (DOE) Argonne National Laboratory, da bi to novo oskrbo s surovinami pretvorili v konkurenčno tehnološko prednost.

Strokovnjaki Argonne v različnih raziskovalnih programih iščejo načine, da ceneje in učinkoviteje proizvajajo izdelke, pridobljene iz nahajališč plina iz skrilavca, in identificirajo nove poti, ki omogočajo katalizatorje višjih zmogljivosti.

"Da bi povečali koristi in izkoristili današnji poceni vir zemeljskega plina in zemeljskega plina, da bi ustvarili naložbe in delovna mesta v Združenih državah, je pomembno razviti nove in učinkovitejše procese, povezane s katalizo pretvorbe zemeljskega plina v višje -value materiali ", je trdil, 2016 poročilo Nacionalne akademije znanosti.

Plin iz skrilavca je zemeljski plin, ki je nastal v skalnatih formacijah, nastalih na stotine milijonov let. Mokri del plina iz skrilavca vsebuje različne alkane, družino komercialno pomembnih ogljikovodikov, ki vključuje etan in propan. Kemična industrija je zainteresirana za alkane, ki jih je mogoče pretvoriti v alkene - razred ogljikovodikov, uporabnih pri proizvodnji različnih materialov, večinoma polimerov, kot so polietilen in polipropilen. Argonnov znanstveni program za katalizo je že razvil uspešno metodo za učinkovito pretvorbo alkanov v alkene. Raziskovalci prav tako raziskujejo, kako lahko izdelujejo druge spojine, ki so zanimive za kemično industrijo.

"Cilj je razumeti, kako ravnati s katalizatorji na enem mestu na površinah in kako lahko dosežemo visoko selektivnost za preoblikovanje svetlih alkanov v izdelke z dodano vrednostjo, kot so olefini, ki so našli široko uporabo v predelovalni industriji", je dejal Max Delferro, kemik Argonne, ki vodi katalizatorsko skupino laboratorija.

Argonni znanstveniki večino svojega dela osredotočajo na katalizatorje na enem mestu zaradi obljube, ki jo kažejo tako za visoko selektivnost aktivnosti kot za izdelke. Takšno delo je privedlo do dveh patentnih prijav za ZDA za razvoj multi-kovinskih katalizatorjev, ki selektivno dehidrogenirajo n-butan do 1, 3-butadien (BDE). BDE je primarni gradbeni blok sintetičnega kavčuka, ki so ga proizvajalci polimerov izdelovali za avtomobilske pnevmatike.

Trenutne procesne tehnologije za pretvorbo alkanov v alkene vse vključujejo koksanje, postopek nanašanja ogljika, ki ovira katalitično aktivnost. "Težava pri koksanju je, da ne pretvarjaš svoje surovine v želeni izdelek. Pretvarjate ga v stranski produkt, " je povedal Ted Krause, kemijski inženir in vodja oddelka Argonne's Chemical Sciences and Engineering Division. Argonova enostopenjska katalitska tehnologija dehidrogenira alkane brez pospeševanja koksanja.

Delo je usmerjeno v vrsto katalizatorjev in reakcij, ki jih zasebna podjetja lahko izberejo za optimizacijo in komercializacijo. "Eden od glavnih ciljev je prenos znanja iz osnovnih ved na področju energije na trge, " je dejal Delferro.

Krause vodi drugi projekt, ki se financira prek Urada urada za energetsko učinkovitost in obnovljivo energijo (EERE) Bioenergy Technologies Office. V tem projektu raziskovalci uporabljajo rentgensko spektroskopijo na Advanced Photon Source (APS), uradu za pomoč uporabnikom znanosti DOE, da bi razumeli, kako reagirajo katalizatorji in kako jih deaktivirajo.

Argonnovih znanstvenikov s katalizo sodelujeta z več podjetji v biogorivih in biokemični industriji s sporazumi o sodelovanju, ki spodbujajo razvoj katalitičnih materialov. V eksperimentih APS raziskovalci Argonne proučujejo katalitične reakcije s rentgenskim žarkom, da spremljajo spremembe, ki jih katalizatorji opravijo med dejanskimi delovnimi pogoji.

Znanost v zvezi s katalizo je bila glavni nosilec APS, odkar je APS začel delovati leta 1996. In-situ in operando eksperimentalne zmogljivosti so pomembna moč APS, kar omogoča meritve v realnem svetu, je dejal Greg Halder, vodja razvoja poslovanja podjetja Argonne's Technology Commercialization and Partnerships delitev.

"Ti pristopi zajemajo zbirko svetlobnih linij, ki industriji omogočajo, da se v realnem času opazijo reakcije in merijo katalitično delovanje z natančnim spremljanjem različnih kemijskih in fizikalnih lastnosti, " je dejal Halder. "Te informacije se nato lahko kombinirajo z eksperimentalnimi in računskimi podatki ter strokovnim znanjem za razvoj naslednje generacije katalizatorjev."

Raziskovalci Argonne se specializirajo za razumevanje, zakaj katalizatorji deaktivirajo - zakaj umrejo - in razvijajo tehnike za ublažitev tega procesa.

"Življenjska dob katalizatorja je kritičen stroškovni dejavnik, " je dejal Krause. "Če je kratek, potrebujete proces regeneracije, ker bi bili stroški zamenjave s svežim katalizatorjem lahko previsoki. Tudi pri dolgoročnih katalizatorjih, ko začnejo deaktivirati s časom, izgubljate selektivnost do želenega izdelka, zato si ponavadi naredite manj svojega želenega izdelka. "

Chris Marshall, višji raziskovalni farmacevt v skupini katalizatorji, vodi projekt DOE EERE Advanced Manufacturing Office za razvoj zmogljivosti za podaljšanje življenjske dobe katalizatorja. "Razvili smo tehnike za stabilizacijo katalizatorjev, še posebej pri težkih reakcijskih pogojih, " je dejal Krause.

Poleg svojega strokovnega znanja je Argonne opremljen z infrastrukturo, ki pospešuje odkrivanje materialov in procesnih pogojev. Laboratorijsko katalizatorsko orodje za sintezo nanašanja atomskega sloja omogoča natančen nadzor nad procesom na atomski ravni, in Argonneova sinhronizacijska platforma z visokim pretokom robotizira več katalizatorjev hkrati za širok spekter reakcij in reakcijskih pogojev.

menu
menu