用天然气制造塑料和橡胶原料时新型反应器可以节省数百万美元

得益于密歇根大学工程师设计的新型化学反应器，一种用天然气制造塑料、粘合剂、地毯纤维、家用清洁剂等重要成分的新方法可以将后石油经济中的制造成本降低数百万美元。

该反应器产生丙烯，这是一种主力化学品，也用于制造多种工业化学品，包括汽车软管和密封件以及蓝色防护手套中的丁腈橡胶成分。目前使用的大部分丙烯来自炼油厂，炼油厂将其作为将原油炼制成汽油的副产品进行收集。

随着石油和汽油不再流行，取而代之的是天然气、太阳能和风能，如果没有新的生产方法，丙烯和其他石油衍生产品的产量可能会低于当前的需求。

从页岩中提取的天然气是原油丙烯的一种潜在替代品。它富含丙烷，与丙烯非常相似，足以成为一种有前途的前体材料，但目前从天然气中制造丙烯的方法仍然效率太低，无法弥补供需差距。

“将丙烷经济地转化为丙烯非常困难，”MartinLewisPerl学院化学工程教授、发表在《科学》杂志上的这项研究的通讯作者SuljoLinic说。

“你需要加热该反应来驱动它，标准方法需要非常高的温度才能产生足够的丙烯。在这些温度下，您不仅会得到丙烯，还会产生固体碳沉积物和其他损害催化剂的不良产物。为了使反应器再生，我们需要经常烧掉固体碳沉积物，这使得该过程效率低下。”

研究人员的新型反应器系统通过将丙烷分离成丙烯和氢气，有效地从页岩气中生产丙烯。它还为氢气提供了一条出路，改变丙烷浓度和反应产物之间的平衡，从而可以制造更多的丙烯。一旦分离，氢气也可以安全地从丙烷中燃烧掉，将反应器加热到足以加速反应，而不会产生任何不需要的化合物。

这种分离是通过反应器的嵌套中空纤维膜管实现的。最里面的由将丙烷分解成丙烯和氢气的材料制成。虽然管道将大部分丙烯保留在最内室中，但氢气可以通过材料膜层中的孔逸出到外室中。在该室内，氢气通过与精确数量的氧气混合来受控燃烧。

由于氢气可以在反应器内燃烧，并且可以在较高的丙烷压力下运行，因此该技术可以使工厂无需安装额外的加热器即可从天然气中生产丙烯。据研究人员估计，与其他从页岩气开始的方法相比，每年生产50万吨丙烯的工厂可节省高达2350万美元。这些节省是燃烧反应中产生的氢气而不是其他燃料所节省的运营费用的基础上的。

该研究由美国能源部基础能源科学办公室、RAPID制造研究所和国家科学基金会资助。

反应堆材料在密歇根材料表征中心进行了研究。该团队正在UM创新合作伙伴的协助下寻求专利保护，并正在寻找合作伙伴将该技术推向市场。

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