ExxonMobil och Polytechnic University of Valencias ITQ-forskare utvecklar en zeolit för att separera eten med 25 procent mindre energi än med nuvarande metoder.
Forskare från ExxonMobil och Institute of Chemical Technology (ITQ) vid Valencias polytekniska universitet och det spanska nationella forskningsrådet (CSIC) har utvecklat en ny, potentiellt revolutionerande material som avsevärt skulle kunna minska mängden energi och utsläpp i samband med produktionen av eten. Detta nya material, tillsammans med andra separationsprocesser, kan leda till en minskning med upp till 25 procent av den energi som för närvarande behövs för separering av eten, samt de tillhörande koldioxidutsläppen. Resultatet av utredningen har publicerats i Vetenskap .
Forskare vid ExxonMobil och ITQ har upptäckt att det nya materialet, består av en kiseldioxidzeolit med en unik struktur, kan användas i gasseparationsprocesser som att återvinna eten från strömmar som innehåller etan och eten. Zeoliter är mikroporösa material som vanligtvis används för adsorberande och katalytiska ändamål i kemiska processer. I fallet med ITQ-55 zeoliten, separation utförs med en aldrig tidigare skådad grad av selektivitet vid rumstemperatur. Undersökningsresultat kan också gälla design av nya material som ska användas som adsorbenter eller membran i olika tillämpningar av gasseparation i samband med tillverkning av kemiska produkter.
"Kryogen destillation, det förfarande som för närvarande används för att separera eten i kommersiell skala, är en process som förbrukar mycket energi, " förklarar Vijay Swarup, forsknings- och utvecklingschef för ExxonMobil Research and Engineering Company. "Om detta nya material används i kommersiell skala, det kan avsevärt minska mängden energi och utsläpp i samband med etenproduktion. Detta är ytterligare ett utmärkt exempel på samarbete mellan industri och akademi, fokuserat på att främja lösningar för att förbättra energieffektiviteten och minska koldioxidutsläppen från industriella processer."
Eten är en viktig komponent i tillverkningen av kemiska och plastprodukter som ofta används i det dagliga livet, sökandet efter alternativa tekniker för att separera eten från etan med låg energiförbrukning förvandlas till ett mycket aktivt undersökningsområde. Även om tillverkare av kemiska produkter har utvärderat en rad alternativ till kryogen destillation, inklusive nya adsorbenter och separationsprocesser, majoriteten av dessa alternativa tekniker hindras av låg selektivitet och effektivitet, samt omöjligheten att regenerera adsorbenter eftersom de sönderdelas vid användning på grund av närvaron av föroreningar.
Det nya ITQ-55-materialet kan selektivt separera eten från etan tack vare sin exklusiva porösa och flexibla struktur. Skapat av hjärtformade enheter sammankopplade av stora och flexibla kanaler, det nya materialet gör att plattare etenmolekyler kan passera, samtidigt som man förnekar tillgången till de rundare etanmolekylerna. Därför, det nya materialet fungerar som en flexibel molekylsikt.
"ITQ-55 är ett mycket intressant material, vars unika kombination av porstorlekar, topologi, flexibilitet och kemisk sammansättning leder till ett mycket stabilt och kemiskt inert material som kan adsorbera eten och filtrera bort etan, " förklarar CSIC forskningsprofessor Avelino Corma, medförfattare till utredningen. "Vi är glada över denna upptäckt och hoppas kunna fortsätta vårt givande samarbete med ExxonMobil, " han lägger till.
Ytterligare forskning måste fortfarande göras innan det nya materialet kan övervägas för storskalig kommersialisering. Ytterligare forskning kommer att inriktas på att införliva materialet i ett membran för dess industriella användning, samt att utveckla nya material för gasseparering.
"Vårt slutmål att ersätta kryogen destillation är en långsiktig utmaning som kommer att kräva många fler år av forskning och tester i och utanför laboratoriet, "Gary Casty, chef för ExxonMobil Research and Engineering Companys katalysavdelning tillägger. "Våra nästa steg kommer att fokuseras på en bättre förståelse av potentialen hos detta nya zeolitiska material."
Kemiska anläggningar står för cirka åtta procent av den globala energiefterfrågan samt cirka 15 procent av den förväntade efterfrågetillväxten fram till 2040. När jordens befolkning och levnadsstandard ökar, så kommer efterfrågan på konsumtionsvaror, byggmaterial, elektroniska apparater och andra petrokemiska biprodukter. ExxonMobils mål är att förbättra industriell effektivitet för att möta världens ökande energibehov samtidigt som miljöpåverkan mildras.
