هناك طريقة جديدة لصنع مكون مهم للمواد البلاستيكية والمواد اللاصقة وألياف السجاد والمنظفات المنزلية والمزيد من الغاز الطبيعي يمكن أن تقلل تكاليف التصنيع في اقتصاد ما بعد النفط بملايين الدولارات، وذلك بفضل مفاعل كيميائي جديد صممه مهندسو جامعة ميشيجان.
يقوم المفاعل بإنتاج البروبيلين، وهي مادة كيميائية أساسية تستخدم أيضًا في صنع قائمة طويلة من المواد الكيميائية الصناعية، بما في ذلك مكونات مطاط النتريل الموجود في خراطيم السيارات والأختام وكذلك القفازات الواقية الزرقاء.
معظم البروبيلين المستخدم اليوم يأتي من مصافي النفط ، والتي تجمعه كمنتج ثانوي لتكرير النفط الخام إلى بنزين.
ومع تراجع شعبية النفط والبنزين لصالح الغاز الطبيعي والطاقة الشمسية وطاقة الرياح، فقد ينخفض إنتاج البروبيلين وغيره من المنتجات المشتقة من النفط إلى ما دون الطلب الحالي في غياب طرق جديدة لتصنيعها.
يحتوي الغاز الطبيعي المستخرج من الصخر الزيتي على بديل محتمل للبروبيلين المستخرج من النفط الخام. إنه غني بالبروبان، الذي يشبه البروبيلين بدرجة كافية ليكون مادة واعدة، لكن الأساليب الحالية لصنع البروبيلين من الغاز الطبيعي لا تزال غير فعالة للغاية لسد الفجوة في العرض والطلب.
تحويل البروبان اقتصاديًا إلى بروبيلين
قال سولجو لينيك، أستاذ كلية مارتن لويس بيرل للهندسة الكيميائية والمؤلف المقابل للدراسة المنشورة في مجلة Science ” من الصعب جدًا تحويل البروبان اقتصاديًا إلى بروبيلين”، “أنت بحاجة إلى تسخين هذا التفاعل لدفعه، وتتطلب الطرق القياسية درجات حرارة عالية جدًا لإنتاج ما يكفي من البروبيلينن في درجات الحرارة هذه، لا تحصل على البروبيلين فحسب، بل تحصل على رواسب الكربون الصلبة وغيرها من المنتجات غير المرغوب فيها التي تضعف المحفز، لتجديد المحفز في المفاعل، نحتاج إلى حرق رواسب الكربون الصلبة في كثير من الأحيان، مما يجعل العملية غير فعالة.”
يعمل نظام المفاعل الجديد للباحثين على إنتاج البروبيلين بكفاءة من الغاز الصخري عن طريق فصل البروبان إلى غاز البروبيلين والهيدروجين، كما أنه يمنح الهيدروجين مخرجًا، حيث يغير التوازن بين تركيز البروبان ومنتجات التفاعل بطريقة تسمح بإنتاج المزيد من البروبيلين.
بمجرد فصله، يمكن أيضًا حرق الهيدروجين بأمان بعيدًا عن البروبان، مما يؤدي إلى تسخين المفاعل بدرجة كافية لتسريع التفاعلات دون تكوين أي مركبات غير مرغوب فيها.
مواد تقسم البروبان إلى غاز البروبيلين والهيدروجين
ويتم تحقيق هذا الفصل من خلال أنابيب غشاء الألياف المجوفة المتداخلة الخاصة بالمفاعل، يتكون الأنبوب الأعمق من مواد تقسم البروبان إلى غاز البروبيلين والهيدروجين.
بينما يحتفظ الأنبوب بمعظم البروبيلين داخل الحجرة الداخلية، يمكن لغاز الهيدروجين أن يتسرب إلى الحجرة الخارجية من خلال المسام الموجودة في الطبقة الغشائية للمادة. داخل تلك الغرفة، يتم حرق غاز الهيدروجين بشكل يمكن التحكم فيه عن طريق خلط كميات محددة من الأكسجين.
ولأن الهيدروجين يمكن حرقه داخل المفاعل ويمكن أن يعمل تحت ضغوط أعلى من البروبان، فإن هذه التكنولوجيا يمكن أن تسمح للمحطات بإنتاج البروبيلين من الغاز الطبيعي دون تركيب سخانات إضافية، يمكن للمصنع الذي ينتج 500 ألف طن متري من البروبيلين سنويا أن يوفر ما يصل إلى 23.5 مليون دولار مقارنة بالطرق الأخرى بدءا بالغاز الصخري، وفقا لتقديرات الباحثين.
وتأتي هذه الوفورات على رأس الوفورات التشغيلية الناتجة عن حرق الهيدروجين الناتج عن التفاعل، بدلاً من أنواع الوقود الأخرى.
