Nieuws

Katalytische wegenkaart

Voor het eerst is te voorspellen wat zware metalen in ruwe olie doen met katalysatordeeltjes in een kraakinstallatie. Zo kun je deeltjes ontwerpen met een 'wegennetwerk' dat minder snel verstopt raakt, schrijven Utrechtse en Amerikaanse onderzoekers in Nature Communications.

Zulke FCC-deeltjes (FCC staat voor ‘fluid catalytic cracking’) hebben een diameter van 50 à 100 µm. Ze bestaan uit een mix van onder meer zeolieten, aluminiumoxide en inerte klei. Aardolie bereikt de actieve componenten via een netwerk van miljarden poriën die samen naar schatting 1,3 m lang zijn, waarbij de diameter varieert van minder dan 2 tot meer dan 50 nm.

Die poriën kunnen langzamerhand verstopt raken door zware metalen zoals ijzer, nikkel en vanadium die meekomen met de olie, óf omdat ze er altijd al in zaten óf door slijtage van de apparatuur doe wordt gebruikt voor winning en transport. Zulke metalen kunnen trouwens ook de zeolieten in de katalysator deactiveren, maar daar is bij dit onderzoek niet naar gekeken.

De door Florian Meirer en Bert Weckhuysen ontwikkelde simulatie komt er op neer dat je elk poriekanaal weergeeft als een elektrisch weerstandje, met een ohmse waarde die afhankelijk is van de lengte en de diameter. Het complete katalysatordeeltje wordt zo een gigantisch elektrisch netwerk. De actieve plekken beschouw je als stroombron, de uitgangen op het deeltjesoppervlak definieer je als geaard. Vervolgens kun je bij elk knooppunt van poriekanalen de elektrische potentiaal berekenen, en daarmee de moeite die het oliemoleculen in een échte katalysator zou kosten om dat knooppunt te bereiken.

Om het dichtslibben door zware metalen te simuleren, ga je geleidelijk weerstandjes uit het netwerk halen. Je schrapt alles dat boven een bepaalde drempelwaarde zit, en verlaagt vervolgens geleidelijk die drempel.

Het laat zien dat het vrij lang duurt eer een knooppunt echt niet meer bereikbaar is. De olie heeft keus tussen een groot aantal alternatieve routes, en het maakt weinig uit als er daar een paar kleintjes van verstopt raken. Pas als je de drempel zo ver verlaagt dat delen van het netwerk vrijwel afgesloten beginnen te raken van de buitenwereld, zie je effect.

Er zitten nog heel veel onzekerheden in, onder meer omdat niemand weet hoeveel metaal er nodig is om een poriekanaal echt af te sluiten, en of het met alle metalen even snel gaat.

Om een beetje een idee te krijgen hebben de Utrechtenaren een aantal katalysatordeeltjes uit een echt raffinageproces laten doorlichten in de SLAC-deeltjesversneller van de Stanford-universiteit. Met een combinatie van röntgentechnieken konden ze vaststellen hoe het porienetwerk er in werkelijkheid ongeveer uitziet, en hoe de zware metalen zich ongeveer verspreiden.

bron: UU

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je aan voor de nieuwsbrief en blijf op de hoogte van het laatste nieuws van C2W.

Meld je nu aan!

Wordt abonnee/lid

Logo KNCV

Sluit nu een abonnement af of word lid van de KNCV en ontvang elke week het laatste nieuws, digitaal of op papier. 

Sluit nu een abonnement af!