Studie naar de impact van design van robocasted hiërarchisch gestructureerde katalysatoren op massa- en warmtetransport, toegepast op methanol-to-olefin conversie

Promovendus/a: Jasper Lefevere

Promotoren: Vera Meynen, Lidia Protasova


Tegenwoordig is er een zoektocht naar meer duurzame chemische processen. Voor industrie betekent dit zowel de economische als de ecologische eigenschappen van katalytische processen optimaliseren. Daarvoor dienen de energie-efficiëntie van processen of activiteit, selectiviteit en stabiliteit van de katalysator verbeterd te worden. Door traditionele gepakte bedden van katalysator pellets te vervangen door gestructureerde katalysatoren, kunnen opbrengsten van reacties dat onder massa- en warmtetransfer limitatie lijden verhogen. Het is duidelijk dat het design van dergelijk macroporeus  materiaal een impact zal hebben op de eigenschappen van de finale katalysator.

In dit werk werd gebruik gemaakt van 3D-printing om een nieuw katalytische materialen aan te maken. Zowel het gebruik zeoliet gecoate inerte drager materialen als het directe printen van een structuur die zeoliet bevat werd onderzocht voor de omzetting van methanol naar olefines (MTO). Het doel van dit werk was aantonen van mogelijke voor- en nadelen van het gebruik van dergelijke materialen in katalyse en adsorptie.

De resultaten besproken in deze thesis tonen aan dat de hoge vrijheid van design en samenstelling van de katalysator een verbetering kunnen betekenen voor de finale katalytische eigenschappen van het materiaal. Er werd aangetoond een veranderde stapeling van de lagen van het materiaal, een verbeterde stabiliteit en selectiviteit te weeg bracht, zowel in het gecoat als het inherent katalytisch systeem. De resultaten van modelering bevestigen de hogere mix efficiëntie en turbulentie in de flow, die leiden tot de verbeterde massa-en warmte overdrachtscoëfficiënten in dergelijke structuren. Verdere verbeteringen van inherent katalytische structuren werden gemaakt door de binder samenstelling te optimaliseren. Zowel de mechanische sterkte als de katalytische eigenschappen werden verbeterd door het gebruik van een binaire binder samenstelling.

Naast MTO, werden ook andere toepassingen in zowel katalyse als adsorptie onderzocht die voordeel kunnen halen uit deze technologie, aangezien zowel de architectuur van het active materiaal als de samenstelling kunnen geoptimaliseerd worden in functie van de toepassing.