مفاعل الغاز الصخري قد يوفر ملايين الدولارات في إنتاج البروبيلين.

• جهاز تفاعل كيميائي جديد ينتج بروبيلين بكفاءة من غاز الصخر.
• فصل غاز الهيدروجين يمكّن من ضغوط أعلى للبروبان وزيادة إنتاج البروبيلين.
• يمكن لمصنع ينتج 500,000 طن متري من البروبيلين سنويًا توفير ما يصل إلى 23.5 مليون دولار باستخدام هذه الطريقة.

صمم مهندسو جامعة ميشيغان مفاعلًا كيميائيًا جديدًا لإنتاج مكون مهم للبلاستيك واللاصق وألياف السجاد ومنظفات المنزل وغيرها من الغاز الطبيعي. للأفكار يمكن أن تقلل التكاليف التصنيعية في اقتصاد بعد البترول بملايين الدولارات.

تم نشر ورقة البحث في مجلة Science.

يخلق المفاعل بروبيلين، وهو كيميائي يستخدم أيضًا لتصنيع قائمة طويلة من المواد الصناعية، بما في ذلك مكونات مطاط النايلون المستخدمة في خراطيم السيارات والأختام وكذلك القفازات الزرقاء الواقية.

تأتي معظم البروبيلين المستخدم اليوم من مصافي النفط، التي تقوم بجمعه كناتج فرعي لتكرير النفط الخام إلى بنزين. مع تراجع الاهتمام بالنفط والبنزين لصالح الغاز الطبيعي والطاقة الشمسية والرياح، يمكن أن يقل إنتاج البروبيلين وغيرها من المنتجات المستمدة من النفط دون تلبية الطلب الحالي دون طرق جديدة لإنتاجها.

يعد الغاز الطبيعي المستخرج من الصخور الرسوبية بديلاً محتملاً عن البروبيلين المستمد من النفط الخام. فهو غني بالبروبان، الذي يشبه البروبيلين بما فيه الكفاية ليكون مادة مبدئية واعدة، ولكن الطرق الحالية لتحويل البروبان إلى بروبيلين من الغاز الطبيعي لا تزال غير كفئة بما يكفي لسد الفجوة في العرض والطلب.

أوضح سولجو لينيك، البروفيسور الكولومبي العام للهندسة الكيميائية والكاتب الموافق للدراسة المنشورة في مجلة Science، "من الصعب جداً تحويل البروبان إلى البروبيلين اقتصاديًا. تحتاج إلى تسخين ذلك التفاعل لدفعه، والطرق القياسية تتطلب درجات حرارة عالية جدًا لإنتاج ما يكفي من البروبيلين. في تلك الدرجات الحرارية، لا تحصل على البروبيلين فقط ولكن توجد رواسب كربونية صلبة ومنتجات غير مرغوبة أخرى تؤثر على الحفاز. لتجديد المفاعل، يتعين علينا حرق الرواسب الكربونية الصلبة بانتظام، مما يجعل العملية غير كفئة."

نظام مفاعل الباحثين يجعل بروبيلين من غاز الصخور بفاعلية عالية من خلال فصل البروبان إلى بروبيلين وغاز الهيدروجين. كما يُعطى للهيدروجين طريقًا للخروج، مما يغير التوازن بين تركيز البروبان ومنتجات الرد الكيميائي بطريقة تسمح بزيادة إنتاج البروبيلين. بمجرد فصل الهيدروجين، يمكن حرق الهيدروجين بأمان بعيدًا عن البروبان، مما يسخن المفاعل بما يكفي لتسريع التفاعلات دون تكوين أي مركبات غير مرغوب فيها.

تتم هذه الفصل من خلال أنابيب الغشاء المتداخلة الفارغة في المفاعل. تتكون الأنبوبة الأدنى من مواد تقوم بتقسيم البروبان إلى بروبيلين وغاز الهيدروجين. بينما تحتفظ الأنابيب بمعظم البروبيلين داخل الغرفة الأنبوبية الأدنى، يمكن لغاز الهيدروجين الهروب إلى غرفة خارجية من خلال المسام في طبقة الغشاء من المادة.

داخل تلك الغرفة، يتم حرق غاز الهيدروجين بشكل قابل للتحكم عن طريق خلط كميات دقيقة من الأكسجين.

نظرًا لأنه يمكن حرق الهيدروجين داخل المفاعل ويمكن تشغيله تحت ضغوط البروبان الأعلى، يمكن للتكنولوجيا السماح للمصانع بإنتاج بروبيلين من الغاز الطبيعي دون تثبيت أجهزة تسخين إضافية.

تشير تقديرات الباحثين إلى أن مصنعًا ينتج 500،000 طن متري من البروبيلين سنويًا يمكن أن يوفر ما يصل إلى 23.5 مليون دولار عن طرق أخرى تبدأ بالغاز الصخري. تأتي هذه التوفيرات فوق التوفيرات التشغيلية من حرق الهيدروجين المنتج في الرد الكيميائي، بدلاً من وقود آخر.

تم تمويل البحث من قِبل مكتب علوم الطاقة الأساسية في وزارة الطاقة الأمريكية، ومعهد RAPID للتصنيع والمؤسسة الوطنية للعلوم. تمت دراسة مواد المفاعل في مركز ميشيغان لتوصيف المواد. يسعى الفريق إلى حماية البراءات بمساعدة شراكات الابتكار في جامعة ميشيغان ويسعى إلى شركاء لإتاحة التكنولوجيا للسوق. سولجو لينيك هو أيضًا أستاذ في التصميم والأنظمة التكاملية.

**

على الرغم من أن البروبيلين ليس في ذهن كل عميل أثناء التسوق، إلا أنه على ذهن كل مصمم منتجات/ إذا لم يكن في المنتج نفسه فمن المحتمل أن يكون التغليف يشمل بعض البروبيلين. إنه مادة شائعة في العالم الحديث.

بواسطة برايان ويستنهاوس عن طريق New Energy and Fuel

المزيد من قراءات أهم من

• ارتفاع سعر سهم شركة Anglo-American بفضل محادثات الاستحواذ مع BHP
• أذربيجان تلعب دورًا هامًا بصمت في خطط روسيا الاقتصادية
• كيف أصبح الذهب مكونًا أساسيًا في وحدات معالجة الرسوميات المتقدمة لشركة نفيديا