Новая керамическая мембрана впервые обеспечивает прямую конверсию природного газа в жидкость без выбросов CO2.

5 августа 2016 г.

от CoorsTek Мембранные науки

Группа ученых из CoorsTek Membrane Sciences, Университета Осло (Норвегия) и Института технологической химии (Испания) разработала новый процесс использования природного газа в качестве сырья для ароматических химикатов. В этом процессе используется новая керамическая мембрана, которая впервые делает возможным прямое, неокислительное преобразование газа в жидкость, что позволяет снизить затраты, исключить несколько этапов процесса и избежать выбросов углекислого газа (CO2). Полученные ароматические предшественники являются исходными химическими веществами для изоляционных материалов, пластмасс, текстиля и реактивного топлива, а также других ценных продуктов.

Прямая активация метана, основного компонента биогаза и природного газа, на протяжении десятилетий была ключевой целью сообщества исследователей углеводородов. Этот новый процесс подробно описан в выпуске журнала Science от 5 августа 2016 года в исследовательской статье под названием «Прямое преобразование метана в ароматические соединения в каталитическом коионном мембранном реакторе».

«Подумайте о масштабах нефтегазовой и нефтехимической промышленности сегодня», — говорит д-р Хосе Серра, профессор Института химической технологии (ITQ) в Валенсии, Испания, ведущей исследовательской лаборатории в области углеводородного катализа и соавтора исследования. доклад в журнале Science. «Благодаря новым реакторам с керамическими мембранами, позволяющим производить топливо и химикаты из природного газа вместо сырой нефти, вся цепочка создания стоимости углеводородов может стать значительно дешевле, чище и экономичнее».

«Используя керамическую мембрану, которая одновременно удаляет водород и впрыскивает кислород, мы смогли производить жидкие углеводороды непосредственно из метана в одностадийном процессе. В качестве бонуса этот процесс также генерирует поток водорода высокой чистоты в качестве побочного продукта». ", - объясняет профессор Серра. «На макроуровне это действительно очень просто – подача недорогого, обильного газа и выход ценной жидкости посредством чистого и недорогого процесса. Однако на уровне нанохимии, когда молекулы взаимодействуют с катализатором и мембраной при температуре около 700 °C, происходит нужно было спроектировать и контролировать множество факторов, чтобы получить только те конкретные ценные молекулы, которые необходимы для того, чтобы новый процесс заработал».

Метан составляет значительную часть мировых запасов углеводородов, но большая часть этого ресурса не имеет экономически жизнеспособных путей выхода на рынок. Даже когда молекула метана доступна для промышленной переработки, высокая стабильность молекулы метана приводит к потерям энергии, связанным с многоступенчатой ​​обработкой на крупных химических заводах, которые используют кислород или пар для активации метана в так называемой переработке синтез-газа.

Температура и давление исторически были основными параметрами, с которыми химики и инженеры могли работать для управления реакциями. Катализаторы могут улучшить скорость и селективность, не продвигая реакции за пределы их химического равновесия. Интеграция керамической ионопроводящей мембраны в реактор позволяет повысить производительность промышленно привлекательных процессов, которые в противном случае непрактичны из-за сильных термодинамических ограничений.

Керамические мембраны изготовлены из таких материалов, как барий и цирконий, обнаруженных в крупных песчаных отложениях, с добавлением тонких электрокаталитических слоев большого количества металлов, таких как никель и медь.

«Благодаря крупносерийному производству мы можем производить мембранные реакторы из активной керамики, которые по стоимости будут конкурентоспособны по сравнению с традиционными каталитическими реакторами для переработки газа», — сказал Пер Вестре, управляющий директор CoorsTek Membrane Sciences. «Хотя затраты на реакторы будут одинаковыми, результаты, полученные благодаря этому новому процессу, могут значительно снизить как финансовые, так и экологические затраты химического производства, что, по мнению CoorsTek, сделает мир значительно лучше».

Больше информации: SH Morejudo et al., Прямое преобразование метана в ароматические соединения в каталитическом коионном мембранном реакторе, Science (2016). DOI: 10.1126/science.aag0274.