Membrane reattore per sostanze chimiche a valore aggiunto
Gli alcani a catena corta con fino a quattro atomi di carbonio e CO2 trovati in gas naturale, carbone e biomassa potrebbero sostituire gli idrocarburi a catena lunga dal petrolio come materia prima per altri prodotti chimici. Si tratta, tuttavia, di molecole estremamente stabili e non reattive, che difficilmente si prestano a essere convertite in prodotti a elevato valore aggiunto. Gli scienziati hanno avviato il progetto CARENA (Catalytic membrane reactors based on new materials for C1-C4 valorization) per ridurre la dipendenza dell’industria chimica dal greggio. I partner hanno sviluppato membrane e catalizzatori per convertire materie prime alternative in sostanze chimiche per applicazioni e prodotti energetici, come solventi, adesivi e rivestimenti protettivi. CARENA si è focalizzato sull’attivazione di tre materie prime principali: metano, propano e CO2. Il metano è attualmente la materia prima standard del settore per la produzione di idrogeno e prodotti chimici di base come il metanolo e l’ammoniaca. Il team ha seguito un percorso diretto per la conversione di metano in metanolo. Le membrane conduttrici di ossigeno sono state ampiamente utilizzate su diverse scale per verificare il flusso di ossigeno, che è fondamentale per lo sviluppo di un reattore per l’accoppiamento ossidativo del metano. Tradizionalmente, il propano viene convertito in acido acrilico in due passaggi con il propilene purificato come agente intermedio. CARENA ha sviluppato un nuovo processo che coinvolge la deidrogenazione ossidativa del propano e la successiva ossidazione selettiva del propilene in una miscela di propano/propilene e acido acrilico. I risultati sperimentali hanno indicato che il coking è molto probabile in condizioni di deidrogenazione del propano mediante membrane di palladio. I ricercatori hanno studiato l’uso di membrane selettive basate su strutture metalliche organiche per ridurre il coking ad alte temperature. Il team ha studiato due percorsi che potrebbero migliorare notevolmente il riutilizzo della CO2 nell’industria chimica: la conversione diretta di CO2 in dimetil carbonato e in metanolo. L’uso di reattori a membrana è altamente necessario in quanto entrambe le reazioni sono fortemente limitate dalla conversione all’equilibrio. Un innovativo catalizzatore per accelerare la conversione ha una temperatura di funzionamento che si sovrappone a quella delle nuove membrane. La tecnologia del reattore catalitico a membrana sviluppata nell’ambito del progetto CARENA offrirà un sostegno importante all’industria chimica, che finora si è affidata al petrolio greggio come materia prima per la sintesi di diversi prodotti. Il superamento della sfida associata alla conversione degli idrocarburi a catena corta dal gas naturale e da altre fonti in utili precursori consentirà l’indipendenza per la produzione di sostanze chimiche nell’UE.
Parole chiave
Membrane reattore, prodotti chimici, materie prime, metano, propano, CO2, CARENA
