Реактор позволяет получать пропилен — химическое вещество, которое также используется для производства длинного списка промышленных химикатов, включая ингредиенты для нитрильного каучука, используемого в автомобильных шлангах и уплотнителях, а также синих защитных перчатках. Большая часть используемого сегодня пропилена поступает с нефтеперерабатывающих заводов, которые получают его в качестве побочного продукта при переработке сырой нефти в бензин.

По мере того как нефть и бензин будут выходить из моды в пользу природного газа, солнечной и ветровой энергии, производство пропилена и других продуктов, получаемых из нефти, может упасть ниже текущего спроса без новых способов их получения.

Природный газ, добываемый из сланцев, является потенциальной альтернативой пропилену, получаемому из сырой нефти. Он богат пропаном, который достаточно похож на пропилен, чтобы стать перспективным материалом-предшественником, но существующие методы получения пропилена из природного газа пока слишком неэффективны, чтобы преодолеть разрыв между спросом и предложением.

Очень сложно экономически выгодно превратить пропан в пропилен, — говорит Сульо Линич, профессор химического машиностроения Мартин Льюис Перл и автор-корреспондент исследования, опубликованного в журнале Science.

Чтобы запустить эту реакцию, ее нужно нагреть, а стандартные методы требуют очень высоких температур для получения достаточного количества пропилена. При таких температурах вы получаете не только пропилен, но и твердые углеродные отложения и другие нежелательные продукты, которые разрушают катализатор. Чтобы регенерировать реактор, нам приходится часто сжигать твердые углеродные отложения, что делает процесс неэффективным.

Новая реакторная система исследователей эффективно производит пропилен из сланцевого газа, разделяя пропан на пропилен и водород. Она также дает водороду выход, изменяя баланс между концентрацией пропана и продуктов реакции таким образом, что позволяет получить больше пропилена. После отделения водород можно безопасно сжечь отдельно от пропана, нагревая реактор настолько, чтобы ускорить реакции без образования нежелательных соединений.

Такое разделение достигается благодаря вложенным друг в друга трубкам с мембранами из полых волокон. Самая внутренняя трубка состоит из материалов, которые расщепляют пропан на пропилен и водород. В то время как трубка удерживает большую часть пропилена внутри самой внутренней камеры, водородный газ может выходить во внешнюю камеру через поры в мембранном слое материала. В этой камере водородный газ сжигается под контролем путем подмешивания точного количества кислорода.

Поскольку водород можно сжигать внутри реактора и он может работать при более высоком давлении пропана, технология может позволить заводам производить пропилен из природного газа без установки дополнительных нагревателей. По оценкам исследователей, завод, производящий 500 000 метрических тонн пропилена в год, может сэкономить до 23,5 миллионов долларов по сравнению с другими методами, начиная со сланцевого газа. Эта экономия складывается из экономии на эксплуатации за счет сжигания водорода, полученного в ходе реакции, а не других видов топлива.