Nyt materiale sænker energiforbruget i forbindelse med ethylenproduktion

ExxonMobil og Polytechnic University of Valencias ITQ-forskere er ved at udvikle en zeolit ​​til at adskille ethylen ved at bruge 25 procent mindre energi end med nuværende metoder.

Forskere fra ExxonMobil og Institute of Chemical Technology (ITQ) ved Valencias polytekniske universitet og det spanske nationale forskningsråd (CSIC) har udviklet en ny, potentielt revolutionerende materiale, der væsentligt kan reducere mængden af ​​energi og emissioner forbundet med produktionen af ​​ethylen. Dette nye materiale, sammen med andre separationsprocesser, kunne føre til en reduktion på op til 25 procent af den energi, der i øjeblikket er nødvendig for adskillelse af ethylen, samt de tilhørende kuldioxidudledninger. Resultaterne af undersøgelsen er blevet offentliggjort i Videnskab .

Forskere ved ExxonMobil og ITQ har opdaget, at det nye materiale, sammensat af en silica zeolit ​​med en unik struktur, kan bruges i gasseparationsprocesser såsom genvinding af ethylen fra strømme, der indeholder ethan og ethylen. Zeolitter er mikroporøse materialer, der almindeligvis anvendes til adsorberende og katalytiske formål i kemiske processer. I tilfældet med ITQ-55 zeolitten, adskillelse udføres med en hidtil uset grad af selektivitet ved stuetemperatur. Undersøgelsesresultater kan også gælde for design af nye materialer, der skal bruges som adsorbenter eller membraner i forskellige anvendelser af gasseparation i forbindelse med fremstilling af kemiske produkter.

"Kryogen destillation, den procedure, der i øjeblikket anvendes til at adskille ethylen i kommerciel skala er en proces, der bruger meget energi, " forklarer Vijay Swarup, forsknings- og udviklingsdirektør for ExxonMobil Research and Engineering Company. "Hvis dette nye materiale anvendes i kommerciel skala, det kan reducere mængden af ​​energi og emissioner i forbindelse med ethylenproduktion betydeligt. Dette er endnu et glimrende eksempel på samarbejde mellem industri og akademi, centreret om at fremme løsninger til at forbedre energieffektiviteten og reducere kulstofemissionerne fra industrielle processer."

Ethylen er en vital komponent i produktionen af ​​kemiske og plastiske produkter, der ofte bruges i det daglige liv, at søgen efter alternative teknologier til at adskille ethylen fra ethan med et lavt energiforbrug bliver til et meget aktivt undersøgelsesområde. Selvom producenter af kemiske produkter har vurderet en række alternativer til kryogen destillation, herunder nye adsorbenter og separationsprocesser, størstedelen af ​​disse alternative teknologier hindres af lav selektivitet og effektivitet, samt umuligheden af ​​at regenerere adsorbenter, da de nedbrydes ved brug på grund af tilstedeværelsen af ​​forurenende stoffer.

Det nye ITQ-55-materiale er i stand til selektivt at adskille ethylen fra ethan takket være dets eksklusive porøse og fleksible struktur. Skabt af hjerteformede enheder forbundet af store og fleksible kanaler, det nye materiale gør det muligt for fladere ethylenmolekyler at passere, samtidig med at adgangen til de rundere ethanmolekyler negeres. Derfor, det nye materiale fungerer som en fleksibel molekylsigte.

"ITQ-55 er et meget interessant materiale, hvis unikke kombination af porestørrelser, topologi, fleksibilitet og kemisk sammensætning fører til et meget stabilt og kemisk inert materiale, som er i stand til at adsorbere ethylen og frafiltrere ethan, " forklarer CSIC forskningsprofessor Avelino Corma, medforfatter til undersøgelsen. "Vi er begejstrede for denne opdagelse og håber at fortsætte vores frugtbare samarbejde med ExxonMobil, " tilføjer han.

Der skal stadig foretages yderligere forskning, før det nye materiale kan overvejes til kommercialisering i stor skala. Yderligere forskning vil være centreret om at inkorporere materialet til en membran til dets industrielle brug, samt udvikling af nye materialer til gasseparering.

"Vores slutmål med at erstatte kryogen destillation er en langsigtet udfordring, som vil kræve mange flere års forskning og test i og uden for laboratoriet, "Gary Casty, leder af ExxonMobil Research and Engineering Companys katalysesektion tilføjer. "Vores næste skridt vil være fokuseret på en bedre forståelse af potentialet i dette nye zeolitiske materiale."

Kemiske anlæg repræsenterer cirka otte procent af den verdensomspændende energiefterspørgsel samt cirka 15 procent af den forventede efterspørgselsvækst frem til 2040. I takt med at klodens befolkning og levestandard stiger, det samme vil efterspørgslen efter forbrugsvarer, byggematerialer, elektronisk udstyr og andre petrokemiske biprodukter. ExxonMobils mål er at forbedre industriel effektivitet for at imødekomme verdens stigende energibehov og samtidig mindske miljøpåvirkningen.