Avanço significativo nas pesquisas para produção direta de olefinos a partir de gás sintético

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Avanço significativo na produção direta de olefinas a partir de gás sintético Autor/Fonte: Data: 08/10/2016 Número de cliques: 43 A revista Nature publicou, em 6 de outubro, resultados importantes: uma equipe de pesquisa formada pelo Instituto de Pesquisa Avançada de Xangai, pertencente à Academia Chinesa de Ciências, e pela Universidade de Ciência e Tecnologia de Xangai alcançou avanços significativos na produção direta de olefinas a partir de gás sintético. O responsável pelo projeto é o pesquisador Zhong Liangshu. A Universidade de Xangai, a Universidade Normal do Leste da China, o Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciências e o Instituto de Química da Academia Chinesa de Ciências também participaram de parte dos trabalhos. Ao adotar uma nova estrutura de sítios ativos do catalisador, este estudo permitiu a síntese direta de óleos insaturados com alta seletividade a partir de gás sintético em condições suaves, o que é de grande importância para o desenvolvimento da área de conversão catalítica de gás sintético. Ao mesmo tempo, esse resultado traz grandes benefícios econômicos, o que irá impulsionar o desenvolvimento da indústria química a base de carvão em nosso país. Fotografia de TEM do catalisador FTO. a, b, imagens de TEM em baixa ampliação ； c, d, e – Fotos em TEM com ampliação elevada ； f, Esquema de partículas nanométricas em forma de paralelepípedo Co2C. No setor de química energética, os olefinos são um material químico fundamental e de grande valor agregado. Muitos produtos, como fibras sintéticas, borrachas sintéticas, plásticos sintéticos, óleos lubrificantes de alta qualidade, álcoois de alto teor de carbono e combustíveis a jato de alta densidade, são produzidos a partir deles como matéria-prima. Portanto, o nível de desenvolvimento da indústria de olefinas e o equilíbrio entre oferta e demanda no mercado afetam diretamente o nível de desenvolvimento de toda a indústria química e seu tamanho. Nos últimos anos, com o objetivo de reduzir a dependência dos recursos petrolíferos, as pesquisas nacionais e internacionais têm se concentrado em alternativas que não envolvam petróleo, ou seja, no uso de carvão ou gás natural para produzir óleos alifáticos, de forma direta ou indireta. O processo predominante atualmente é o seguinte: primeiro, é produzido gás sintético a partir de carvão ou gás natural (cujos componentes principais são monóxido de carbono e hidrogênio, ou seja, CO e H2). Em seguida, o gás sintético é transformado em metanol. Por fim, por meio de processos de conversão do metanol (incluindo o processo MTO para a produção de etileno e propileno, e o processo MTP para a produção de propileno), são obtidos produtos olefinicos. Essa tecnologia envolve duas etapas principais: a síntese de metanol a partir do gás sintético, por meio de um catalisador à base de cobre; e a conversão do metanol em olefinas, por meio de um catalisador de peneira molecular. Se for possível reduzir os passos da reação e sintetizar olefinas diretamente a partir do gás de síntese, com alta seletividade, o processo será mais curto e o consumo de energia menor. A rota de reação de Fischer-Tropsch para a produção direta de olefinas a partir de gás sintético refere-se ao processo pelo qual CO e H2, sob a ação de um catalisador, sintetizam olefinas por meio da reação de Fischer-Tropsch (abreviada como FT) (também conhecida como FTO). Atualmente, os principais problemas do FTO são o aumento da seletividade para os olefinos e o controle eficaz da distribuição dos produtos. Como a FTO é uma reação fortemente exotérmica, o calor gerado em excesso pode causar superaquecimento local, levando ao fenômeno de aumento da temperatura. Isso, por sua vez, favorece a metanização e a formação de carbono. A grande quantidade de metano produzido reduz significativamente a taxa de obtenção de olefinas no total. Além disso, como o olefino funciona como um produto intermediário no processo de síntese FT, ele é extremamente suscetível a reações de hidrogenação secundária, transformando-se em alcanos saturados. Isso, por sua vez, reduz ainda mais a seletividade do olefino. Considerando que a rota de produção direta de olefinas a partir de gás sintético é limitada pelos fatores mencionados, para se obter um bom desempenho catalítico em termos de FTO, além de uma baixa seleção para metano e uma alta seleção para olefinas, é necessário desenvolver novas estruturas de sítios catalíticos ativos. Produção eficiente de olefinas a partir de gás sintético à base de carvão. O Laboratório de Ciência e Engenharia de Conversão de Baixo Carbono do Instituto de Pesquisa Avançada de Xangai, pertencente à Academia Chinesa de Ciências, dedica-se principalmente ao desenvolvimento de tecnologias para a conversão de recursos carbonosos em formas com baixo teor de carbono. O laboratório também se concentra no estudo da relação entre estrutura e função nos processos de conversão catalítica do gás sintético, bem como no desenvolvimento de catalisadores. Recentemente, o Laboratório de Conversão de Baixo Carbono desenvolveu, de maneira criativa, um novo catalisador. Verificou-se que, em condições de reação moderadas (250 °C e 1–5 atm), esse catalisador permite a síntese direta de óleos alifáticos a partir de gás de síntese, com alta seletividade. A seletividade para metano pode ser reduzida a 5%, enquanto a seletividade para óleos alifáticos de baixo carbono pode chegar a 60%. A seletividade total para óleos alifáticos é superior a 80%. Além disso, a relação entre óleos e alcanos pode chegar a mais de 30, o que demonstra excelentes propriedades FTO. Para determinar a natureza dos sítios ativos do catalisador, o laboratório realizou estudos aprofundados sobre as relações estrutura-atividade, em conjunto com cálculos teóricos, e concluiu que a estrutura dos sítios ativos é de nanoparalelepípedos de Co2C, com superfícies expostas nos planos {101} e {020}. Os resultados relacionados ao trabalho acima foram publicados na revista Nature. Dadas as características dos recursos do nosso país – escassez de petróleo e gás, mas abundância de carvão –, essa tecnologia possui grandes perspectivas de aplicação industrial e altos benefícios econômicos. Atualmente, o Instituto de Pesquisa Avançada de Xangai, pertencente à Academia Chinesa de Ciências, já chegou a acordos com empresas parceiras, como o grupo Shanxi Lu’an, para colaborar na produção em escala de catalisadores, no projeto de reatores e no desenvolvimento de processos industriais. O objetivo é alcançar, o mais rápido possível, a demonstração em nível industrial e a industrialização dessas tecnologias, visando assim impulsionar o desenvolvimento da indústria química baseada no carvão na China.