Les scientifiques ont développé un nouveau catalyseur à base de fer qui améliore l'économie généralement faible en atomes d'hydrogène (HAE) dans la synthèse directe d'oléfines, de petites molécules d'hydrocarbures. Il convertit l'eau produite comme sous-produit en hydrogène pour la production d'oléfines, augmentant ainsi l'efficacité globale.
Les oléfines dérivées du pétrole sont les éléments constitutifs de nombreux plastiques et carburants. Conversion directe du gaz de synthèse, un mélange de monoxyde de carbone (CO) et d'hydrogène (H2)—en oléfines offre une alternative prometteuse à la réduction de la dépendance au pétrole. Il ouvre la voie à l’utilisation du gaz de synthèse dérivé du charbon, de la biomasse ou du gaz naturel comme matière première pour la production d’oléfines.
Dans cette étude publiée dans Scienceles chercheurs ont présenté un FeC modifié au sodiumx@Fé3Ô4 catalyseur noyau-coquille produit par coprécipitation et traitement thermique. Le catalyseur a atteint une sélectivité en oléfines supérieure à 75 % et un rendement en hydrocarbures de 33 % en poids. Il présentait également un HAE de ~66 à 86 %, ce qui est nettement supérieur aux ~43 à 47 % observés dans les méthodes traditionnelles de conversion du gaz de synthèse en oléfine (STO).
L'économie des atomes d'hydrogène (HAE) mesure l'efficacité avec laquelle une réaction utilise ses atomes d'hydrogène pour fabriquer le produit final. Un HAE plus élevé signifie plus de produit et moins de gaspillage. Les méthodes traditionnelles de STO montrent un faible HAE pour deux raisons principales. Premièrement, le processus de conversion directe produit de l'eau comme sous-produit, qui élimine l'hydrogène qui pourrait autrement former des hydrocarbures précieux, conduisant à un faible HAE.
Deuxièmement, la synthèse des oléfines nécessite généralement du gaz de synthèse avec un H2Le rapport /CO est proche de 2 : 1, tandis que le gaz de synthèse provenant du charbon et de nombreuses autres sources contient souvent beaucoup moins d’hydrogène (inférieur à 0,8 : 1). Pour compenser, les industries utilisent la réaction de transfert eau-gaz (WGS) pour ajouter plus d'hydrogène. Cette étape a cependant un coût : elle diminue l’AHE global, rend la synthèse des oléfines coûteuse et génère du CO.2 comme sous-produit.
Tirer parti des sous-produits pour un meilleur AOH
Les chercheurs ont transformé un problème en solution. Ils ont couplé la réaction de conversion eau-gaz, qui convertit le CO et le H2O en CO2 et H2—directement avec STO, créant un système synergique qui peut augmenter l'AOH de la production d'oléfines.
Le catalyseur nouvellement développé, un FeC modifié au sodiumx@Fé3Ô4 Les nanoparticules noyau-coquille ont provoqué des réactions dans lesquelles l'eau produite par la STO a été immédiatement convertie in situ en hydrogène, ce qui a à son tour alimenté la formation d'oléfines.
Chaque couche de la nanoparticule cœur-coquille avait un rôle spécifique. Le FeC internex Le noyau a catalysé la réaction STO, convertissant le gaz de synthèse en oléfines et produisant du H2O comme sous-produit. L'eau s'est ensuite diffusée dans le Fe poreux3Ô4 coque extérieure, qui a déclenché la réaction du WGS.
Le H2L'O dans la coque a également réagi avec l'excès de CO provenant de la réaction WGS pour produire du H supplémentaire.2 et CO2. Le H nouvellement généré2 a été réinjecté dans la voie STO, réduisant ainsi le besoin d’hydrogène externe et augmentant ainsi l’AOH dans le processus.
Après avoir testé le catalyseur dans des réacteurs à lit fixe à une température et une pression de 623 K, 2 MPa, les chercheurs ont constaté qu'une sélectivité en oléfines > 75 % avec environ 95 % de CO était convertie en produit souhaité. L’économie des atomes d’hydrogène a également atteint une fourchette d’environ 66 à 86 %. Les performances du catalyseur sont restées stables pendant 500 heures et ont réduit la production de déchets par produit de 46 %.
Les chercheurs notent que le catalyseur développé permet une voie de couplage WGS-STO plus efficace et moins coûteuse pour l'environnement. Il fournit un HAE plus élevé tout en réduisant la consommation de vapeur, la production d'eaux usées et le CO2 émissions, offrant une alternative durable aux procédés actuels de transformation du méthanol en oléfine.
Écrit pour vous par notre auteur Sanjukta Mondal, édité par Sadie Harley, et vérifié et révisé par Robert Egan, cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour maintenir en vie le journalisme scientifique indépendant. Si ce reporting vous intéresse, pensez à faire un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte en guise de remerciement.
