پیشرفت قابل توجهی در تحقیقات تولید الکن‌ها از گاز سنتزی به دست آمد

Thread Content

پیشرفت مهمی در تولید الکن‌ها از گاز سنتزی به دست آمد؛ نویسنده/منبع: تاریخ: ۸ اکتبر ۲۰۱۶؛ تعداد کلیک‌ها: ۴۳. مجله «نیچر» (Nature) در تاریخ ۶ اکتبر، یک دستاورد مهم را منتشر کرد؛ تیم تحقیقاتی مشترک مؤسسه تحقیقات عالی شانگهای و دانشگاه علوم و فناوری شانگهای، پیشرفت قابل توجهی در زمینه تولید الکن‌ها از گاز سنتزی به دست آورده‌اند. مسئول این پروژه، پژوهشگر جونگ لیانگ‌شو است و دانشگاه شانگهای، دانشگاه علوم آموزشی شرق چین، انستیتو فیزیک آکادمی علوم چین و انستیتو شیمی آکادمی علوم چین نیز در بخش‌هایی از کارها مشارکت داشته‌اند. با استفاده از ساختار جدیدی برای موقعیت‌های فعال کاتالیست، این تحقیق منجر به تولید مستقیم الکن‌ها با انتخاب‌پذیری بالا از گاز سنتزی در شرایط ملایم شده است؛ این امر اهمیت زیادی برای گسترش حوزه تبدیل کاتالیتیک گاز سنتزی دارد. در عین حال، این دستاورد دارای بازدهی اقتصادی بسیار بالایی است و به توسعه صنعت شیمی زغال‌سنگ در کشور ما کمک خواهد کرد. عکس TEM کاتالیزور FTO. الف، ب، عکس‌های TEM با ضریب بزرگنمایی پایین ； ج، د، هـ، عکس‌های TEM با بزرگنمایی بالا ； شکل، نمودار ذرات نانوی هرموندی Co2C. در حوزه صنایع انرژی و شیمیایی، الکن‌ها یک ماده خام شیمیایی پایه و بسیار مهم با ارزش افزوده بالا هستند؛ بسیاری از محصولات مانند الیاف مصنوعی، لاستیک‌های مصنوعی، پلاستیک‌های مصنوعی، روغن‌های روان‌کننده با کیفیت بالا، الکل‌های پرکربن و سوخت‌های جت با چگالی بالا، همگی بر اساس این مواد خام ساخته می‌شوند. بنابراین، سطح توسعه صنعت الکن‌ها و تعادل عرضه و تقاضا در بازار، مستقیماً بر سطح توسعه کل صنعت شیمیایی و مقیاس آن تأثیر می‌گذارد. در سال‌های اخیر، برای کاهش وابستگی به منابع نفتی، تحقیقات در داخل و خارج از کشور عمدتاً بر مسیرهای غیرنفتی تمرکز داشته‌اند؛ یعنی استفاده از منابع زغال‌سنگ یا گاز طبیعی برای تولید الکن‌ها به صورت مستقیم یا غیرمستقیم. فرآیند رایج فعلی این است که ابتدا با استفاده از زغال‌سنگ یا گاز طبیعی، گاز سنتزی تولید می‌شود (که ترکیبات اصلی آن کربن مونوکسید و هیدروژن، یعنی CO و H2، هستند)؛ سپس از گاز سنتزی، متان تولید می‌گردد. در نهایت، از طریق روش‌های مختلف تبدیل متان (از جمله فرآیند MTO برای تولید اتیلن و آلفا-پروپن، و فرآیند MTP برای تولید آلفا-پروپن)، محصولات الکن‌ها تولید می‌شوند. این فناوری شامل دو مرحله است: اول، تبدیل گاز سنتزی به متان با استفاده از کاتالیزورهای مبتنی بر مس، و دوم، تبدیل متان به الکن‌ها با استفاده از کاتالیزورهای الکترولیتی. اگر بتوان مراحل واکنش را کاهش داد و گاز سنتزی را مستقیماً با انتخاب‌پذیری بالا به الکن‌ها تبدیل کرد، فرآیند کوتاه‌تر شده و مصرف انرژی نیز کمتر خواهد بود. فرآیند تولید اولفین‌ها به صورت مستقیم از گاز سنتزی از طریق واکنش فیتو، به این معناست که CO و H2 تحت تأثیر کاتالیزور، از طریق واکنش فیتو (که به اختصار FT نامیده می‌شود)، اولفین‌ها را تولید می‌کنند (که به آن FTO نیز گفته می‌شود). در حال حاضر، مشکلات اصلی مربوط به FTO، افزایش انتخاب‌پذیری الکن‌ها و کنترل مؤثر توزیع محصولات است. از آنجایی که FTO یک واکنش با تخلیه گرمایی شدید است، گرمای بیش از حد حاصل از این واکنش می‌تواند منجر به گرمایش محلی شده و پدیده افزایش ناگهانی دما را ایجاد کند؛ این امر به متانولیز و تشکیل کربن کمک می‌کند. تولید مقدار زیادی متان، باعث کاهش شدید بازده کلی الکن‌ها می‌شود. علاوه بر این، به دلیل اینکه در فرآیند سنتز FT، الکن‌ها به عنوان محصولات واسطه عمل می‌کنند، به راحتی دچار واکنش هیدروژناسیون ثانویه شده و به آلکان‌های اشباع تبدیل می‌شوند؛ در نتیجه انتخابپذیری الکن‌ها بیشتر کاهش می‌یابد. با توجه به اینکه مسیر تولید مستقیم الکن‌ها از گاز سنتزی تحت محدودیت‌های فوق قرار دارد، برای دستیابی به عملکرد خوب کاتالیزوری FTO و در عین حال داشتن انتخاب‌پذیری پایین برای متان و انتخاب‌پذیری بالا برای الکن‌ها، لازم است ساختارهای کاملاً جدیدی برای مواقع فعال کاتالیزوری توسعه داده شود. تولید مستقیم و کارآمد الکن‌ها از گاز سنتزی مبتنی بر زغال‌سنگ: آزمایشگاه پژوهش‌های علوم و مهندسی تبدیل کربن کم، وابسته به مؤسسه تحقیقاتی عالی شانگهای آکادمی علوم چین، عمدتاً به توسعه فناوری‌های کلیدی برای استفاده کارآمد از منابع حاوی کربن می‌پردازد. این آزمایشگاه همواره در زمینه مطالعه رابطه بین ساختار و عملکرد کاتالیزورها برای تبدیل گاز سنتزی، همچنین توسعه کاتالیزورها، فعالیت می‌کند. اخیراً، آزمایشگاه تبدیل کربن‌های کم، یک کاتالیزور کاملاً جدید را به شیوه‌ای خلاقانه توسعه داده است. مشخص شده که در شرایط واکنش ملایم (۲۵۰ درجه سانتی‌گراد و فشار ۱ تا ۵ اتمسفر)، این کاتالیزور می‌تواند گاز سنتزی را به طور مستقیم و با انتخاب‌پذیری بالا به الکن‌ها تبدیل کند؛ نرخ انتخاب‌پذیری متان می‌تواند تا ۵٪ باشد، در حالی که نرخ انتخاب‌پذیری الکن‌های کربن‌کم می‌تواند به ۶۰٪ برسد و نرخ کلی انتخاب‌پذیری الکن‌ها بیش از ۸۰٪ خواهد بود. همچنین، نسبت الکن به آلکان می‌تواند بیش از ۳۰ باشد؛ این ویژگی‌ها نشان‌دهنده عملکرد بسیار خوب این کاتالیزور است. برای تعیین ماهیت سطوح فعال کاتالیزور، این آزمایشگاه از طریق مطالعات عمیق رابطه ساختار-عملکرد و همراه با محاسبات نظری، ساختار سطوح فعال را به صورت هگزاهدرون‌های نانویی Co2C با سطوح در معرض دید {101} و {020} تعیین کرد. نتایج مربوط به کارهای فوق در مجله «نیچر» منتشر شده است. با توجه به ویژگی‌های منابع کشورمان از جمله کمبود نفت، کمبود گاز و فراوانی زغال‌سنگ، این فناوری دارای پتانسیل بالایی برای کاربرد صنعتی و بازده اقتصادی بسیار خوبی است. در حال حاضر، موسسه تحقیقات عالی شانگهای آکادمی علوم چین، توافقنامه‌هایی با شرکت‌های همکار مانند گروه لوآن در استان شانشی منعقد کرده است؛ قصد دارند در زمینه‌هایی مانند تولید مقیاس‌بزرگ کاتالیست‌ها، طراحی راکتورها و توسعه فرآیندهای تولید، با یکدیگر همکاری کنند تا هرچه سریع‌تر نمونه‌های صنعتی ایجاد شده و صنعتی‌سازی انجام گیرد و به توسعه صنعت شیمی زغال‌سنگ در کشور کمک شود.