Opis projektu
Modele wieloskalowe zwiększą zdolność pozyskiwania cennych węglowodorów z metanolu
Metanol to paliwo wytwarzane, które jest jednocześnie prekursorem cennych środków chemicznych. Związek ten można wytwarzać z różnych surowców, w tym węgla, biomasy, biogazu, a nawet CO2 pochodzącego z emisji przemysłowych. Metanol, jako prekursor cennych węglowodorów, może zastąpić paliwa kopalne i stanowić tym samym drogę do bardziej zrównoważonego pozyskiwania paliw i środków chemicznych. Proces przekształcania metanolu w węglowodory (MTH) jest znany od lat 70. XX wieku, ale na skalę przemysłową wdrożono go dopiero w ostatnich dziesięciu latach. Dlatego też ciągle występują w nim wyzwania techniczne, w tym tworzenie się koksu, stałego osadu, który hamuje procesy reakcyjne. W ramach finansowanego ze środków UE projektu EMPaTHY zostanie przeprowadzone modelowanie wieloskalowe. Tak przygotowane modele pozwolą lepiej zrozumieć mechanizm powstawania koksu w procesie MTH i ostatecznie zminimalizować lub wyeliminować jego skutki.
Cel
The methanol-to-hydrocarbon (MTH) process is a versatile catalytic process that are gradually playing a more important role in the economy. However, an important factor that is inhibiting the profitability of MTH is accumulation of coke in the pores of the catalyst during operations. To reduce or eliminate the coke formation during MTH operations, it is necessary to have a detailed mechanistic insight into its cause of formation. In this proposal, I will achieve this insight through a computational modelling strategy. I will study the mechanism of the MTH process at various time- and length scales, using various computational methodologies. I will use computational fluid dynamics (CFD) to study the fluid flow at the reactor scale and the diffusion in the macropores. I will use kinetic Monte Carlo (kMC) and molecular dynamics (MD) to study the diffusion in the meso- and micropores. Finally, I will use density functional theory (DFT) to study the reactions at the active sites. The processes studied at the various length scales will be coupled together through a multiscale methodology.
Multiscale modelling has steadily evolved over the past decade, but the concept is still at the proof-of-principle stage where the methodology has been demonstrated for simple test systems such as CO oxidation. The methodologies that will provide data to the multiscale simulation, CFD, kMC, MD, and DFT have all reached a high level of maturity. Now is the right moment to use a multiscale methodology to couple these methodologies together and solve the problem of coke formation in the MTH process.
The potential outcomes are the following: 1) an understanding of how coke is formed in the MTH process; 2) a larger acceptance in the catalysis community to use multiscale modelling in the design of new catalysts; and 3) tighter interdisciplinary collaborations.
Dziedzina nauki
- natural scienceschemical sciencesorganic chemistryhydrocarbons
- natural scienceschemical sciencescatalysis
- natural sciencesphysical sciencesclassical mechanicsfluid mechanicsfluid dynamicscomputational fluid dynamics
- natural sciencescomputer and information sciencescomputational sciencemultiphysics
- natural sciencescomputer and information sciencesartificial intelligencecomputational intelligence
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
MSCA-IF-EF-ST - Standard EFKoordynator
20133 Milano
Włochy