ミシガン大学の技術者によって設計された画期的な反応器は、天然ガスを効率的にプロピレンに変換することができ、必須の産業製品や消費者製品の生産において大幅なコスト削減につながる可能性があります。ミシガン大学の技術者らは、プラスチック、接着剤、カーペット繊維、家庭用洗剤などの製品に不可欠な成分を生成するために天然ガスを使用し、ポスト石油経済において製造コストを数百万ドル削減できる新しい化学反応器を設計した。

この反応器は、さまざまな製品の製造にも使用される主要な化学物質であるプロピレンを生成します。工業用化学品には、自動車のホースやシールに使用されるニトリルゴムや青色保護手袋の原料などがあります。現在使用されているプロピレンのほとんどは、原油をガソリンに精製する過程で副産物としてプロピレンを収集する製油所からのものです。

石油やガソリンは徐々に天然ガス、太陽光、風力エネルギーに取って代わられるため、新しい生産方法がなければ、プロピレンやその他の石油由来製品の生産は現在の需要を下回る可能性があります。

プロピレン製造における課題

シェールから抽出される天然ガスは、原油から抽出されるプロピレンを置き換える可能性があります。天然ガスにはプロピレンに非常に似ており、有望な前駆体材料であるプロパンが豊富に含まれていますが、天然ガスからプロピレンを製造する現在の方法は、需要と供給のギャップを埋めるには依然として非効率的です。

反応器の最も内側の管はプロパンを水素とプロピレンに分離し、水素を反応器の最も外側のシェルに逃がします。水素は燃焼して反応をさらに促進する可能性があります。出典: ミシガン大学リニック研究所、James Wortman。

「経済的にプロパンをプロピレンに変換することは非常に困難です」とマーティン・ルイス・ペル化学工学教授は述べた。サイエンス誌に掲載された研究の責任著者であるスルジョ・リニック氏は述べた。 「反応を進行させるには反応を加熱する必要があり、標準的な方法では十分なプロピレンを生成するには非常に高い温度が必要です。これらの温度で得られるのはプロピレンだけではなく、固体炭素の堆積物や、触媒に損傷を与えるその他の望ましくない生成物です。反応器を再生するには、固体炭素の堆積物を頻繁に焼き切る必要があり、プロセスが非効率になります。」

革新的な原子炉設計

研究者の新しい反応器システムは、プロパンをプロピレンと水素に分離することにより、シェールガスからプロピレンを効率的に製造します。また、水素の出口も提供し、プロパンと反応生成物の濃度のバランスを変化させて、より多くのプロピレンを製造します。分離されると、水素もプロパンから安全に燃焼して除去され、望ましくない化合物を生成することなく反応を加速するのに十分な量の反応器を加熱することができます。

化学工学の博士号を取得し、この研究の筆頭著者であるラワン・アルマラヒ氏は、炉内での性能試験のために反応器を準備しています。化学工学部のマーティン・ルイス・ペル教授であり、この研究の責任著者であるスルジョ・リニック氏がアルマラシ氏を支援した。出典: ミシガン大学化学工学部 Sandra Swisher 氏。

この分離は、リアクターの入れ子状の中空糸膜チューブを通じて行われます。最も内側の膜チューブは、プロパンをプロピレンと水素に分離する材料でできています。膜チューブはプロピレンの大部分を最内層に保持しますが、水素は材料の膜層の細孔を通って外層に逃げる可能性があります。このチャンバー内では、正確な量の酸素を混合することにより、制御された方法で水素を燃焼させることができます。

水素は反応器内で燃焼でき、より高いプロパン圧力で動作できるため、この技術により、プラントは追加のヒーターを設置することなく天然ガスからプロピレンを製造できます。研究者らは、年間 50 万トンのプロピレンを生産するプラントでは、他のシェールガス使用方法と比較して最大 2,350 万ドルを節約できると推定しています。これらの節約は、他の燃料の代わりに反応によって生成された水素を燃焼させることによる運転コストの節約に加えて行われます。

編集元:ScitechDaily