尖端反应器大幅降低关键塑料成分的成本 至少节省数百万美元

密歇根大学工程师设计的一种突破性反应器能有效地将天然气转化为丙烯，有望为基本工业产品和消费品的生产节约大量成本。密歇根大学的工程师们设计了一种新型化学反应器，利用天然气制造塑料、粘合剂、地毯纤维、家用清洁剂等产品的重要成分的新方法，可将后石油经济时代的制造成本降低数百万美元。

该反应器可生成丙烯，丙烯是一种主要的化学物质，还可用于制造一系列的 工业化学品包括汽车软管和密封件中的丁腈橡胶以及蓝色防护手套的原料。目前使用的大部分丙烯都来自炼油厂，炼油厂在将原油提炼成汽油的过程中会收集丙烯作为副产品。

随着石油和汽油逐渐被天然气、太阳能和风能取代，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目前的需求。

生产丙烯的挑战

从页岩中提取的天然气有可能替代从原油中提取的丙烯。天然气中富含丙烷，丙烷与丙烯非常相似，是一种很有前景的前体材料，但目前利用天然气制造丙烯的方法效率仍然太低，无法弥补供需缺口。

反应器最内层的管道将丙烷分离成氢气和丙烯，并让氢气逸出到反应器最外层的外壳中。氢气可以燃烧，进一步推动反应。资料来源：密歇根大学 Linic 实验室 James Wortman。

"将丙烷经济地转化为丙烯非常困难，"化学工程马丁-刘易斯-佩尔学院教授、《科学》杂志发表的这项研究的通讯作者 Suljo Linic 说。"需要加热反应来推动它，而标准方法需要非常高的温度才能产生足够的丙烯。在这种温度下得到的不仅仅是丙烯，还有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，这使得工艺效率低下。"

革命性的反应堆设计

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，有效地从页岩气中制造丙烯。它还为氢气提供了出路，改变了丙烷和反应产物浓度之间的平衡，从而制造出更多的丙烯。一旦分离出来，氢气也可以安全地从丙烷中燃烧掉，使反应器加热到足以加快反应速度，而不会产生任何不良化合物。

化学工程专业博士毕业生、该研究的第一作者拉万-阿尔马拉希（Rawan Almallahi）正在准备在熔炉内进行性能测试的反应器。化学工程系马丁-刘易斯-佩尔学院教授、该研究的通讯作者苏尔乔-利尼奇（Suljo Linic）协助阿尔马拉希。资料来源：密歇根大学化学工程系 Sandra Swisher。

这种分离是通过反应器的嵌套式中空纤维膜管实现的。最内层的膜管由可将丙烷分离成丙烯和氢气的材料组成。虽然膜管将大部分丙烯留在了最内层，但氢气可以通过材料膜层上的孔隙逸出到外层。在这个腔体内，氢气可以通过混入精确量的氧气进行可控燃烧。

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，因此该技术可以让工厂利用天然气生产丙烯，而无需安装额外的加热器。据研究人员估算，与其他使用页岩气的方法相比，一家年产 50 万吨丙烯的工厂可节省高达 2350 万美元。这些节省是在燃烧反应产生的氢气而不是其他燃料所节省的运营成本之上的。

编译自:ScitechDaily