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    以及我们如何为工业生产其他可再生产品

    来源:www.dfsbp.com    发布于:2019-4-21 9:10:32    点击量:

    2019/04/22 08/23/52  【丹佛斯变频器 www.dfsbp.com】

      相反,基于生物的过程仅产生水和醇作为其副产物。

      ,制造碳纤维的关键前体。“

      为了开发利用可再生原料制造丙烯腈的新思路,能源部(DOE)几年前征求了一项提案,其中提出:是否有可能用植物废料制造丙烯腈?

      这些材料包括玉米秸秆,麦秆,稻草,木屑等。

      “XSEDE和STAMPEDE1的预测正在指明如何改善腈化学,如何将其应用于其他分子,以及我们如何为工业生产其他可再生产品。

      在STAMPEDE1上使用了大约两个月和几百万个CPU小时,研究人员能够揭示这种新催化过程的化学反应。

      该反应产生大量的热量和氰化氢,这是一种有毒的副产物。

      该小组的博士后研究员,NREL的VASSILI VOROTNIKOV,被招募来对STAMPEDE1以及NREL的机器进行周期性密度泛函理论伟肯变频器计算,以阐明这种新化学的机理。但是,如今行业依赖石油产品制造碳纤维,我们可以改用可再生能源吗?

      在2017年12月的“

      科学”杂志上

      ,国家可再生能源实验室(NREL)的组长GREGG BECKHAM和一个跨学科团队报告了

      木质纤维素生物质

      转化为丙烯腈生物基化学品

      的实验和计算研究结果。

      因为他们在STAMPEDE1上有一个分配,他们能够快速扭转这种化学反应的完整机制图。研究人员曾试图用丙烯腈做到这一点。

      “如果我们能够以经济可行的方式做到这一点,它可能会将丙烯腈价格与石油分离,并提供绿色碳纤维替代使用化石燃料,”贝克汉姆说。

      “过去丙烯腈价格出现大幅波动,这反过来导致碳纤维的采用率降低,使汽车和飞机的重量更轻。

      “除了缩放丙烯腈生产外,我们也很兴奋使用这种强大,强大的

      化学方法

      来制造人们可以从生物资源中使用的其他日常材料。

      XSEDE在化学中的作用

      贝克汉姆对XSEDE并不陌生,XSEDE是由美国国家科学基金会资助的极限科学和工程发现环境。但是,在开发具有这种特定产品的商业潜力的高产过程的背景下,没有人能够取得成功。日常使用,如乙醇或其他化学品等燃料。STAMPEDE1和STAMPEDE2(目前排名前500位的排名第12位)由德克萨斯高级计算中心部署和维护。”’

      “在最初的实验发现之后,我们希望能够快速完成这项工作,”贝克汉姆继续道。

      “我们也会做更多的基础研究,”贝克汉姆说。

      贝克汉姆和团队向前迈进,开发了一个不同的流程。

      研究人员正与几家公司合作,包括一家催化剂公司,为中试规模的运营生产必要的催化剂;

      一家农业公司,帮助扩大生物学,从糖生产3-HP;

      一个扩大分离和催化过程的研究所;

      一个

      碳纤维

      公司以从基于生物的丙烯腈碳纤维;

      和汽车制造商测试所得复合材料的机械性能。

      然后,该团队使用简单的催化剂和新的化学物质(称为腈化),以高产率将3-HP转化为丙烯腈。

      为这个项目进行的大多数生物和化学研究都是实验性的,但是腈化化学的机制最初只是由团队假设的。

      从绿色化学变频器维修角度来看,生物基丙烯腈生产工艺与目前使用的基于石油的工艺相比具有多种优势。“实验和计算很好地排列,”VOROTNIKOV说。

      NREL工艺从废弃植物材料中提取糖,并将其转化为称为3-羟基丙酸(3-HP)的中间体。

      “这是研究的关键,”贝克汉姆说。

      从汽车和自行车到飞机和航天飞机,世界各地的制造商都在努力使这些车辆更轻,这有助于降低燃料使用并减少对环境的影响

      在过去几十年中,汽车,自行车,飞机和其他运输方式变得更轻的一种方式是使用碳纤维复合材料。腈类有很多应用 - 我们尚未发现的应用“。它们基本上是植物中不可食用的部分,可以分解成糖,然后可以转化为大量的生物基产品。

      今天用于制造丙烯腈的催化剂也非常复杂和昂贵,研究人员仍然不完全了解其机理。“

      下一步

      有一大群化学家,生物学家和化学工程师正在开发用植物废料而不是石油制造日常化学品和材料的方法。

      图为从左到右分别是ADAM BRATIS,VIOLETASàNCHEZINOGUé,TODD EATON,GREGG BECKHAM,VASSILI VOROTNIKOV和ERIC KARP,他们是NREL团队的一员,致力于通过可再生生物质生产丙烯腈和碳纤维的成本竞争力,可持续发展流程。

      丙烯腈是一种大型商品化学品,它是通过

      工业规模

      的复杂石油基

      工艺

      制成的

      。

      用于腈化化学的催化剂比基于石油的方法中使用的催化剂便宜约三倍,并且它是一种更简单的方法。

      衍生自石油或天然气的丙烯与氨,氧和复合催化剂混合。

      化学是吸热的,因此它不会产生过多的热量,与石油基工艺不同,它不会产生有毒的副产物氰化氢。

      “这就是我们的研究所在,”贝克汉姆说。它快速且随时可用,只是一台很好的机器来进行这些计算,使我们能够只在一个机器人的工作中扭转局面。碳纤维比钢强五倍,硬度高两倍,而且重量更轻,是许多零件的理想制造材料。

      。他一直在使用XSEDE资源,包括STAMPEDE1,BRIDGES,COMET和现在的STAMPEDE2,作为首席调查员已有9年时间。几个月的问题。

      “STAMPEDE1为进行这些昂贵的,计算密集的密度泛函理论计算提供了大量的带宽。

      “这变频器维修将有助于我们和其他人进一步发展这种化学反应,更合理地设计催化剂和工艺,”VOROTNIKOV说。随着他们的新发现,该团队希望这项工作能够尽快过渡到行业

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