Un réacteur révolutionnaire conçu par des ingénieurs de l’Université du Michigan convertit efficacement le gaz naturel en propylène, promettant des économies substantielles dans la production de produits industriels et de consommation essentiels.
Une nouvelle façon de fabriquer à partir du gaz naturel un ingrédient important pour les plastiques, les adhésifs, les fibres de tapis, les produits d’entretien ménager et bien plus encore pourrait réduire les coûts de fabrication dans une économie post-pétrolière de plusieurs millions de dollars, grâce à un nouveau réacteur chimique conçu par l’Université du Michigan. ingénieurs.
Le réacteur crée du propylène, un produit chimique performant qui est également utilisé pour dresser une longue liste de produits chimiques industriels, y compris les ingrédients du caoutchouc nitrile présents dans les tuyaux et les joints automobiles ainsi que les gants de protection bleus. La majeure partie du propylène utilisé aujourd’hui provient des raffineries de pétrole, qui le récupèrent comme sous-produit du raffinage du pétrole brut en essence.
Alors que le pétrole et l’essence ne sont plus à la mode au profit du gaz naturel, de l’énergie solaire et éolienne, la production de propylène et d’autres produits dérivés du pétrole pourrait tomber en dessous de la demande actuelle sans de nouveaux moyens de les fabriquer.
Le défi de la production de propylène
Le gaz naturel extrait des schistes constitue une alternative potentielle au propylène provenant du pétrole brut. Il est riche en propane, qui ressemble suffisamment au propylène pour être un précurseur prometteur, mais les méthodes actuelles de fabrication du propylène à partir du gaz naturel sont encore trop inefficaces pour combler l’écart entre l’offre et la demande.
Le tube le plus intérieur du réacteur divise le propane en hydrogène gazeux et propylène et permet à l’hydrogène gazeux de s’échapper dans l’enveloppe la plus externe du réacteur. Cet hydrogène gazeux peut être brûlé pour stimuler davantage les réactions. Crédit : James Wortman, Linic Lab, Université du Michigan.
« Il est très difficile de convertir économiquement le propane en propylène », a déclaré Suljo Linic, professeur collégial de génie chimique Martin Lewis Perl et auteur correspondant de l’étude publiée dans Science.
« Vous devez chauffer cette réaction pour la déclencher, et les méthodes standard nécessitent des températures très élevées pour produire suffisamment de propylène. À ces températures, vous n’obtenez pas seulement du propylène mais aussi des dépôts de carbone solide et d’autres produits indésirables qui altèrent le catalyseur. Pour régénérer le réacteur, nous devons souvent brûler les dépôts de carbone solide, ce qui rend le processus inefficace.
Une conception de réacteur révolutionnaire
Le nouveau système de réacteur des chercheurs produit efficacement du propylène à partir du gaz de schiste en séparant le propane en propylène et en hydrogène gazeux. Cela donne également à l’hydrogène une issue, modifiant l’équilibre entre la concentration de propane et les produits de réaction de manière à permettre la production de davantage de propylène. Une fois séparé, l’hydrogène peut également être brûlé en toute sécurité du propane, chauffant suffisamment le réacteur pour accélérer les réactions sans produire de composés indésirables.
Rawan Almallahi, docteur en génie chimique et premier auteur de l’étude, prépare un réacteur pour un test de performance à l’intérieur d’un four. Suljo Linic, professeur collégial Martin Lewis Perl de génie chimique et auteur correspondant de l’étude, assiste Almallahi. Crédit : Sandra Swisher, Département de génie chimique, Université du Michigan.
Cette séparation est réalisée grâce aux tubes à membrane à fibres creuses emboîtés du réacteur. Le tube le plus intérieur est composé de matériaux qui divisent le propane en propylène et hydrogène gazeux. Alors que le tube maintient la majeure partie du propylène à l’intérieur de la chambre la plus interne, l’hydrogène gazeux peut s’échapper dans une chambre externe à travers les pores d’une couche membranaire du matériau. À l’intérieur de cette chambre, l’hydrogène gazeux est brûlé de manière contrôlée en mélangeant des quantités précises d’oxygène.
Étant donné que l’hydrogène peut être brûlé à l’intérieur du réacteur et fonctionner sous des pressions de propane plus élevées, cette technologie pourrait permettre aux usines de produire du propylène à partir du gaz naturel sans installer de radiateurs supplémentaires. Une usine produisant 500 000 tonnes de propylène par an pourrait économiser jusqu’à 23,5 millions de dollars par rapport à d’autres méthodes, à commencer par le gaz de schiste, selon les estimations des chercheurs. Ces économies s’ajoutent aux économies opérationnelles réalisées grâce à la combustion de l’hydrogène produit en réaction, plutôt que d’autres carburants.
La recherche a été financée par l’Office of Basic Energy Sciences du Département américain de l’Énergie, le RAPID Manufacturing Institute et la National Science Foundation.
Les matériaux du réacteur ont été étudiés au Michigan Center for Materials Characterization. L’équipe poursuit la protection des brevets avec l’aide d’UM Innovation Partnerships et recherche des partenaires pour commercialiser la technologie.
