Se logra un avance significativo en la investigación para producir olefinas a partir de gas sintético directamente

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Se logra un avance significativo en la producción directa de olefinas a partir de gas sintético. Autor/Fuente: Fecha: 08-10-2016. Número de visitas: 43. La revista Nature publicó el 6 de octubre un artículo sobre este importante avance. Un equipo de investigación formado por el Instituto Superior de Ciencias de Shanghái y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Shanghái logró progresos significativos en la producción directa de olefinas a partir de gas sintético. El responsable del proyecto es el investigador Zhong Liangshu. La Universidad de Shanghái, la Universidad Normal del Este de China, el Instituto de Física de la Academia China de Ciencias y el Instituto de Química de la Academia China de Ciencias también participaron en parte del trabajo. Al adoptar una estructura completamente nueva para los sitios activos del catalizador, este estudio permitió la síntesis directa de olefinas a partir del gas de síntesis bajo condiciones suaves, lo cual tiene una gran importancia para el desarrollo en el campo de la conversión catalítica del gas de síntesis. Al mismo tiempo, este logro tiene un alto valor económico y fomentará el desarrollo de la industria química del carbón en nuestro país. Fotografía de TEM del catalizador FTO. a, b, fotografías de TEM de baja ampliación ； c, d, e: Fotografías de TEM a alta ampliación ； f. Esquema de las nanopartículas de paralelepípedo Co2C. En el campo de la química energética, los olefinos son una materia prima química fundamental y de gran valor agregado. Muchos productos, como fibras sintéticas, caucho sintético, plásticos sintéticos, lubricantes de alta calidad, alcoholes de alto contenido en carbono y combustible para jets de alta densidad, se fabrican a partir de ellos. Por lo tanto, el nivel de desarrollo de la industria de los olefinos y el equilibrio entre la oferta y la demanda en el mercado influyen directamente en el nivel de desarrollo de toda la industria química y en su escala. En los últimos años, con el objetivo de reducir la dependencia de los recursos petroleros, las investigaciones nacionales e internacionales se han centrado principalmente en alternativas que no involucren petróleo, es decir, en el uso de recursos como el carbón o el gas natural para producir olefinas, ya sea de forma directa o indirecta. El proceso más utilizado actualmente consiste, en primer lugar, en producir gas sintético a partir de carbón o gas natural (cuyos componentes principales son el monóxido de carbono y el hidrógeno, es decir, CO y H2). Luego, el gas sintético se transforma para obtener metanol. Finalmente, a través de procesos de conversión del metanol (como el proceso MTO para la producción de etileno y propileno, y el proceso MTP para la producción de propileno), se obtienen productos olefínicos. Esta tecnología implica dos pasos principales: el gas sintético se convierte en metanol mediante un catalizador a base de cobre, y el metanol se transforma en olefinas gracias a un catalizador de zeolita. Si se pudieran reducir los pasos de reacción y sintetizar los olefinos directamente a partir del gas de síntesis con alta selectividad, el proceso sería más breve y se consumiría menos energía. La ruta de reacción de Fischer-Tropsch para la producción directa de olefinas a partir de gas sintético se refiere al proceso mediante el cual el CO y el H2, bajo la acción de un catalizador, se transforman en olefinas a través de la reacción de Fischer-Tropsch (abreviada como FT) (también conocida como FTO). Actualmente, los principales problemas del FTO son el aumento de la selectividad para los olefinos y el control eficaz de la distribución de los productos. Dado que la FTO es una reacción exotérmica intensa, el alto calor de reacción puede causar sobrecalentamiento local, lo que a su vez provoca un aumento de la temperatura. Esto fomenta la metanación y la formación de carbono acumulado. La generación masiva de metano disminuye significativamente el rendimiento total de los olefinos. Además, dado que el olefino actúa como producto intermedio en el proceso de síntesis FT, es muy susceptible a sufrir reacciones de hidrogenación secundaria que lo convierten en alquenos saturados, lo que reduce aún más la selectividad del olefino. Dado que la vía para la producción directa de olefinas a partir de gas sintético está limitada por los factores mencionados, es necesario desarrollar nuevas estructuras de sitios catalíticos activos para lograr un buen rendimiento catalítico en el proceso FTO, además de una baja selectividad hacia el metano y una alta selectividad hacia las olefinas. Producción directa y eficiente de olefinas a partir de gas sintético a base de carbón. El Laboratorio de Ciencia e Ingeniería para la Conversión de Bajo Carbono del Instituto Superior de Shanghái, perteneciente a la Academia China de Ciencias, se dedica principalmente al desarrollo de tecnologías clave para la conversión de recursos carbonados con bajo nivel de emisiones de carbono. Dicho laboratorio se enfoca en el estudio de las relaciones entre la estructura y la eficiencia de los catalizadores utilizados en la conversión del gas sintético, así como en el desarrollo de nuevos catalizadores. Recientemente, el Laboratorio de Conversión de Bajo Carbono desarrolló de manera creativa un nuevo catalizador. Se descubrió que, en condiciones de reacción suaves (250 °C y 1–5 atm), este catalizador permite la síntesis directa de olefinas a partir de gas de síntesis, con una selectividad muy alta. La selectividad para el metano puede ser de hasta el 5%, mientras que la selectividad para las olefinas de bajo carbono puede llegar al 60%. La selectividad total para las olefinas supera el 80%. Además, la relación entre olefinas y alcanos puede ser superior a 30. Todo esto demuestra que se trata de un catalizador con excelentes propiedades FTO. Para determinar la naturaleza de los sitios activos del catalizador, el laboratorio realizó estudios exhaustivos sobre las relaciones estructura-actividad, combinados con cálculos teóricos, y concluyó que la estructura de los sitios activos es un paralelepípedo nanométrico de Co2C, cuyas superficies expuestas son {101} y {020}. Los resultados relacionados con el trabajo mencionado fueron publicados en la revista Nature. Dadas las características de nuestros recursos, que son escasez de petróleo y gas natural, pero abundancia de carbón, esta tecnología tiene un gran potencial para su aplicación industrial y altos beneficios económicos. Actualmente, el Instituto Superior de Ciencias de Shanghái, perteneciente a la Academia China de Ciencias, ha llegado a acuerdos con empresas colaboradoras como el grupo Shanxi Lu’an. Juntos, pretenden trabajar en la producción a escala industrial de catalizadores, en el diseño de reactores y en el desarrollo de procesos industriales. El objetivo es lograr cuanto antes una demostración a nivel industrial y la industrialización de estos procesos, con el fin de fomentar el desarrollo de la química del carbón en nuestro país.