Membrany reaktorów do wytwarzania wartościowych chemikaliów
Alkany krótkołańcuchowe z maksymalnie czterema cząsteczkami węgla i CO2, występujące w gazie ziemnym, węglu i biomasie, mogłyby zastąpić węglowodory długołańcuchowe uzyskane z ropy jako surowiec do produkcji innych chemikaliów. Są to jednak cząsteczki bardzo stabilne i mało reaktywne, które trudno przekształcić w produkty o zwiększonej wartości. Naukowcy zainicjowali finansowany przez UE projekt CARENA (Catalytic membrane reactors based on new materials for C1-C4 valorization), aby ograniczyć uzależnienie przemysłu chemicznego od ropy naftowej. Partnerzy projektu opracowali membrany i katalizatory do przekształcania alternatywnych surowców w chemikalia do zastosowań energetycznych oraz wytwarzania rozpuszczalników, klejów, powłok ochronnych i innych produktów. Inicjatywa CARENA koncentrowała się na trzech głównych surowcach: metanie, propanie i CO2. Metan jest aktualnie standardowym surowcem stosowanym do produkcji wodoru i chemikaliów podstawowych, takich jak metanol czy amoniak. Zespół zastosował bezpośrednią metodę przekształcania metanu w metanol. Zastosowano membrany przewodzące tlen w kilku różnych skalach, aby sprawdzić przepływ tlenu, mający kluczowe znaczenie dla opracowania reaktora z dehydrogenacją utleniającą metanu. Konwencjonalnie propan przekształca się w kwas propenowy w dwóch etapach, w których oczyszczony propylen pełni rolę produktu pośredniego. W ramach projektu CARENA opracowano nowe procesy wykorzystujące dehydrogenazę utleniającą propanu oraz selektywne utlenianie propylenu w mieszaninie propanu i propylenu do kwasu propenowego. Wyniki doświadczeń pokazały, że w warunkach dehydrogenacji propanu przy pomocy membran z palladu bardzo prawdopodobne jest wystąpienie koksowania. Naukowcy zbadali możliwości wykorzystania selektywnych membran opartych na sieciach metaloorganicznych w celu zmniejszenia koksowania w wysokich temperaturach. Przeanalizowano dwie metody, które mogłyby znacząco usprawnić wtórne wykorzystanie CO2 w przemyśle chemicznym: bezpośrednią konwersję CO2 na węglan dimetylu oraz na metanol. Zastosowanie reaktorów membranowych jest konieczne, ponieważ obie reakcje są silnie ograniczane przez równowagę konwersji. Pewien nowy katalizator przyspieszający konwersję posiada temperaturę pracy pokrywającą się z temperaturą pracy nowych membran. Technologia katalitycznego reaktora membranowego opracowana w ramach projektu CARENA będzie stanowić istotną pomoc dla branży chemicznej, która do tej pory skazana była na korzystanie z ropy naftowej jako materiału wejściowego do syntezy wielu produktów. Pokonanie trudności związanych z konwersją węglowodorów krótkołańcuchowych z gazu ziemnego i innych źródeł na użyteczne prekursory pomoże unijnym producentom w uniezależnieniu się od ropy naftowej.
Słowa kluczowe
Membrany reaktora, chemikalia, materiał wsadowy, metan, propan, CO2, CARENA
