a. Första-principbaserade simuleringar tillhandahåller kriterierna för stabilitet och funktionalitet för organiska intermediärer instängda i nanokavitet. b Selektiv omvandling av koks till specifik naftalenartrik katalysator, och förbättring av MTO-prestanda och atomekonomi implementerad i reaktor-regeneratorkonfigurationen med cirkulerande fluidiserad bädd. Kredit:GAO Mingbin
MTO-processen, som först kommersialiserades 2010, är en katalytisk process som omvandlar metanol – som vanligtvis är gjord av kol, naturgas, biomassa, och CO 2 — över en SAPO-34 zeolitkatalysator. Det håller på att bli en av huvudströmmarna för att producera lätta olefiner, inklusive eten och propen, från icke-oljeresurser.
En av de stora utmaningarna i MTO är den snabba deaktiveringen av zeolitkatalysatorn på grund av koksavsättningen.
I industriell praxis, en reaktor-regeneratorkonfiguration med fluidiserad bädd används normalt för att upprätthålla den kontinuerliga driften, i vilken luft eller syre vanligtvis tillförs för att bränna bort den avsatta koksen för att återställa katalysatoraktiviteten i regeneratorn. Detta innebär omvandling av koksarter till CO 2 , med en betydande del av kolresursen omvandlas till lågvärdig växthusgas.
En forskargrupp ledd av Prof. Ye Mao och Prof. Liu Zhongmin från Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) vid den kinesiska vetenskapsakademin regenererade deaktiverade katalysatorer i den industriellt viktiga metanol-till-olefiner (MTO)-processen genom att direkt transformera koks avsatt på zeolitkatalysatorn till aktiva mellanprodukter snarare än att bränna av den till koloxid.
Detta arbete publicerades i Naturkommunikation den 4 januari.
Det har tidigare visat sig att MTO följer kolvätepoolmekanismen, dvs de lätta olefinerna bildas gynnsamt med deltagande av aktiva mellanliggande arter, annars känd som kolvätepoolarter (HCPs), under reaktionen. HCP:erna kommer att utvecklas till koksarter som deaktiverar katalysatorn.
Genom att använda densitetsfunktionsteori (DFT) beräkningar och multipla spektroskopitekniker, teamet visade att naftaleniska katjoner, bland HCP:er var mycket stabila i SAPO-34 zeoliter vid hög temperatur, och ångkrackning kunde riktat omvandla koksarten i SAPO-34-zeoliter till naftaleniska arter vid hög temperatur.
Denna teknologi återvinner inte bara katalysatoraktiviteten utan främjar också bildningen av lätta olefiner på grund av den synergiska effekten som utövas av naftaleniska ämnen.
Vidare, forskarna verifierade denna teknologi i pilotanläggningen för reaktor-regenerator med fluidiserad bädd i DICP med kontinuerlig drift på likadana industrier, uppnå en oväntat hög selektivitet för lätta olefiner på 85 % i MTO-reaktionen och 88 % värdefull CO och H 2 med försumbar CO 2 i regenerering.
Denna teknik öppnar en ny plats för att kontrollera produkters selektivitet via regenerering i industriella katalytiska processer.
