تحقيق اختراق كبير في أبحاث تحويل الغاز المُصنع مباشرة إلى الأوليفينات

Thread Content

تحقيق اختراق كبير في تحويل الغاز المُصنع إلى الأوليفينات مباشرةً
الكاتب/المصدر: تاريخ النشر: 8 أكتوبر 2016، عدد المشاهدات: 43
نشرت مجلة “نيتشر” نتائج مهمة في 6 أكتوبر، حيث حقق فريق بحثي مشترك من معهد شانغهاي للعلوم العليا التابع لأكاديمية العلوم الصينية وجامعة شانغهاي للعلوم والتكنولوجيا تقدمًا كبيرًا في مجال تحويل الغاز المُصنع إلى الأوليفينات مباشرةً. المسؤول عن هذا المشروع هو الباحث زونغ ليانغشو، كما شاركت جامعة شانغهاي وجامعة شرق الصين العادية ومعهد الفيزياء التابع للأكاديمية الصينية للعلوم ومعهد الكيمياء التابع للأكاديمية الصينية للعلوم في بعض أعمال المشروع. من خلال استخدام بنية مواقع النشاط الحفازة الجديدة، تمكنت هذه الدراسة من تحقيق تصنيع الأوليفينات بشكل مباشر وبدقة عالية من غاز التخليق في ظروف معتدلة، وهو أمر ذو أهمية كبيرة لتوسيع مجال التحويل الحفاز لغاز التخليق. في الوقت نفسه، يتمتع هذا الإنجاز بفوائد اقتصادية كبيرة، وسيساهم في تطوير صناعة الكيماويات القائمة على الفحم في بلادنا. صورة تحت المجهر الإلكتروني لمحفز FTO. أ، ب، صور مجهر الإلكترون الماسح ذات الضخامة المنخفضة ； ج، د، هـ، صور مجهرية إلكتروني نافذ بزيادة كبيرة في التكبير ； و، رسم تخطيطي لجزيئات النانو على شكل متوازي أضلاع من نوع Co2C. في مجال الكيماويات الطاقية، تعتبر الأوليفينات مادة خام أساسية وذات قيمة عالية جدًا، حيث يتم استخدامها كمادة أساسية في إنتاج العديد من المنتجات مثل الألياف الاصطناعية والمطاط الاصطناعي والبلاستيك الاصطناعي وزيوت التشحيم عالية الجودة والكحولات ذات الكربون العالي ووقود الطائرات عالي الكثافة. لذلك، فإن مستوى تطور صناعة الأوليفينات وتوازن العرض والطلب في السوق يؤثران بشكل مباشر على مستوى تطور الصناعة الكيميائية بأكملها وحجم هذه الصناعة. في السنوات الأخيرة، وسعيًا لتقليل الاعتماد على موارد النفط، ركزت الأبحاث المحلية والدولية بشكل أساسي على طرق غير نفطية، أي استخدام موارد الفحم أو الغاز الطبيعي لإنتاج الأوليفينات بشكل مباشر أو غير مباشر. العملية السائدة حاليًا هي أولاً تحويل الفحم أو الغاز الطبيعي إلى غاز مركب (والمكونات الرئيسية له هي أول أكسيد الكربون والهيدروجين، أي CO وH2)، ثم يتم تحويل هذا الغاز المركب إلى الميثانول، وأخيرًا يتم إنتاج المركبات الألكينية من خلال عمليات تحويل الميثانول (ومن ضمنها عملية MTO لتحويل الميثانول إلى الإيثيلين والبروبيلين، وعملية MTP لتحويل الميثانول إلى البروبيلين). تتضمن هذه التقنية خطوتين رئيسيتين، وهما تحويل الغاز المركب إلى ميثانول باستخدام محفزات قائمة على النحاس، ثم تحويل الميثانول إلى الأوليفينات باستخدام محفزات على شكل مرشحات جزيئية. إذا أمكن تقليل خطوات التفاعل وتحويل الغاز المُصنَّع مباشرةً إلى الأوليفينات بدقة عالية، فسيصبح المسار أقصر وستنخفض استهلاكات الطاقة. إن طريقة تحويل الغاز المركب إلى الأوليفينات عبر تفاعل فيرتو، تعني عملية تحويل غاز ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين إلى أوليفينات، وذلك بواسطة محفزات، في إطار تفاعل فيرتو (المختصر FT). في الوقت الحالي، المشكلة الرئيسية في تقنية FTO هي تحسين انتقائية الأوليفينات والتحكم الفعّال في توزيع المنتجات. نظرًا لأن تفاعل FTO هو تفاعل إطلاق حراري قوي، فإن الحرارة الناتجة عن التفاعل المرتفعة قد تؤدي إلى الاحترار المحلي، مما يسبب ظاهرة ارتفاع درجة الحرارة بشكل كبير، ويعزز من حدوث عملية التمثيل الكربوني. كما أن تكوين كميات كبيرة من الميثان يقلل بشكل كبير من معدل إنتاج الأوليفينات الكلي. علاوة على ذلك، ونظرًا لأن الأوليفينات تعتبر منتجًا وسيطًا في عملية تخليق FT، فإنها تخضع بسهولة لتفاعلات هيدروجينة ثانوية تحولها إلى هيدروكربونات مشبعة، مما يؤدي إلى انخفاض انتقائية الأوليفينات أكثر. نظرًا لأن طريقة تحضير الأوليفينات مباشرة من الغاز المُصنع تواجه قيودًا بسبب العوامل المذكورة أعلاه، فمن الضروري تطوير هياكل جديدة لمواقع التحفيز، من أجل تحقيق أداء تحفيزي ممتاز في عملية FTO، مع الحفاظ في نفس الوقت على اختيارية منخفضة للميثان واختيارية عالية للأوليفينات. إنتاج الأوليفينات بكفاءة عالية من خلال الغاز السينثتيكي المستخلص من الفحم. يقوم مختبر علوم وهندسة التحويل المنخفض الكربون التابع لأكاديمية العلوم الصينية في شنغهاي بتطوير التقنيات الأساسية اللازمة لتحويل الموارد الكربونية إلى منتجات ذات انبعاثات كربونية منخفضة. كما يركز المختبر على دراسة العلاقة بين التركيب الكيميائي للمحفزات وأدائها، بالإضافة إلى تطوير المحفزات نفسها. مؤخرًا، طور مختبر التحويل منخفض الكربون بشكل مبتكر نوعًا جديدًا من العوامل المساعدة. وقد تبين أن هذا العامل يمكنه، في ظروف تفاعل معتدلة (250 درجة مئوية وضغط 1 إلى 5 أتموسفير)، تحقيق تخليق مباشر للأوليفينات من الغازات المُحولة بدرجة انتقائية عالية؛ حيث يمكن أن تصل درجة الانتقائية للميثان إلى 5%، بينما تصل درجة الانتقائية للأوليفينات منخفضة الكربون إلى 60%، وتصل الانتقائية الإجمالية للأوليفينات إلى أكثر من 80%. كما يمكن أن يصل النسبة بين الأوليفينات والهيدروكربونات الألكيلية إلى أكثر من 30، مما يدل على أداء ممتاز لهذا العامل المساعد. لتحديد طبيعة المواقع النشطة في المحفز، قام المختبر بإجراء دراسات معمقة حول العلاقة بين التركيب والوظيفة، بالإضافة إلى استخدام الحسابات النظرية، وتبين أن تركيب المواقع النشطة هو عبارة عن هياكل نانوية من نوع متوازي الأوجه من Co2C، حيث تكون الأسطح المكشوفة لهذه الهياكل على شكل {101} و{020}. نُشرت النتائج المتعلقة بالأعمال المذكورة أعلاه في مجلة “نيتشر”. نظراً لخصائص موارد بلادنا المتمثلة في نقص النفط والغاز ووفرة الفحم، فإن هذه التقنية تتمتع بآفاق تطبيق صناعي قوية وفوائد اقتصادية كبيرة. حاليًا، أبرم معهد شنغهاي للبحوث المتقدمة التابع لأكاديمية العلوم الصينية اتفاقيات مع شركاء مثل مجموعة لوآن في مقاطعة شانشي، بهدف التعاون المشترك في مجالات تصنيع العوامل المساعدة على التفاعلات، وتصميم المفاعلات، وتطوير العمليات الصناعية. والهدف هو تحقيق تطبيقات صناعية في أسرع وقت ممكن، وبالتالي دعم تطور صناعة الكيماويات القائمة على الفحم في بلادنا.