密西根大學工程師設計的突破性反應器能有效地將天然氣轉化為丙烯，預計將為基本工業產品和消費品的生產節約大量成本。密西根大學的工程師設計了一種新型化學反應器，利用天然氣製造塑膠、黏合劑、地毯纖維、家用清潔劑等產品的重要成分的新方法，可將後石油經濟時代的製造成本降低數百萬美元。

反應器可產生丙烯，丙烯是一種主要的化學物質，也可用於製造一系列的工業化學品包括汽車軟管和密封件中的丁腈橡膠以及藍色防護手套的原料。目前使用的丙烯大多來自煉油廠，煉油廠在將原油提煉成汽油的過程中會收集丙烯作為副產品。

隨著石油和汽油逐漸被天然氣、太陽能和風能取代，如果沒有新的生產方法，丙烯和其他石油衍生產品的產量可能會低於目前的需求。

生產丙烯的挑戰

從頁岩中提取的天然氣有可能取代從原油中提取的丙烯。天然氣中富含丙烷，丙烷與丙烯非常相似，是一種很有前景的前驅材料，但目前利用天然氣製造丙烯的方法效率仍然太低，無法彌補供需缺口。

反應器最內層的管道將丙烷分離成氫氣和丙烯，並讓氫氣逸出到反應器最外層的外殼中。氫氣可以燃燒，進一步推動反應。來源：密西根大學Linic 實驗室James Wortman。

“將丙烷經濟地轉化為丙烯非常困難，”化學工程馬丁-劉易斯-佩爾學院教授、《科學》雜誌發表的這項研究的通訊作者Suljo Linic 說。”需要加熱反應來推動它，而標準方法需要非常高的溫度才能產生足夠的丙烯。在這種溫度下得到的不僅僅是丙烯，還有固體碳沉積物和其他損害催化劑的不良產物。為了使反應器再生，我們需要經常燒掉固體碳沉積物，這使得製程效率低。”

革命性的反應器設計

研究人員的新型反應器系統透過將丙烷分離成丙烯和氫氣，有效地從頁岩氣中製造丙烯。它也為氫氣提供了出路，改變了丙烷和反應產物濃度之間的平衡，從而製造出更多的丙烯。一旦分離出來，氫氣也可以安全地從丙烷中燃燒掉，使反應器加熱到足以加快反應速度，而不會產生任何不良化合物。

化學工程專業博士畢業生、研究的第一作者拉萬-阿爾馬拉希（Rawan Almallahi）正在準備在熔爐內進行性能測試的反應器。化學工程系馬丁-劉易斯-佩爾學院教授、研究的通訊作者蘇爾喬-利尼奇（Suljo Linic）協助阿爾馬拉希。資料來源：密西根大學化學工程系Sandra Swisher。

這種分離是透過反應器的嵌套式中空纖維膜管來實現的。最內層的膜管由可將丙烷分離成丙烯和氫氣的材料組成。雖然膜管將大部分丙烯留在了最內層，但氫氣可以透過材料膜層上的孔隙逸出到外層。在這個腔體內，氫氣可以透過混入精確量的氧氣來可控燃燒。

由於氫氣可以在反應器內燃燒，並且可以在較高的丙烷壓力下運行，因此該技術可以讓工廠利用天然氣生產丙烯，而無需安裝額外的加熱器。根據研究人員估算，與其他使用頁岩氣的方法相比，年產50 萬噸丙烯的工廠可節省高達2,350 萬美元。這些節省是在燃燒反應產生的氫氣而不是其他燃料所節省的營運成本之上的。

編譯自: ScitechDaily