馬里蘭大學開發出將甲烷轉化為高相對分子質量碳氫化合物而不產生CO2的反應器

馬里蘭大學的研究人員開發了一種實驗室規模的反應器，用于選擇性地將甲烷轉化成更有價值的化合物而不產生CO2。新的反應器配置使用了一種稱為甲烷直接非氧化轉化(DNMC)的工藝。新型DNMC反應器由多孔鍶鈰鋯氧化物空心管組成，覆蓋著一層25 μm厚的摻雜銪離子的膜。該管中裝有鐵硅催化劑，可裂解甲烷中的初始C—H鍵。由此產生的甲基基團結合生成乙烯、苯、萘和其他碳氫化合物。反應生成的氫以質子和電子的形式滲透過膜，與空氣流相遇，與氧氣反應生成水和熱。讓氫穿過膜會改變反應平衡，使得更多的甲烷轉化為產物。同時，氫和氧的結合能夠產生足夠的熱量來促進甲烷的裂解。少量氧氣通過膜進入反應管，在反應管中燃燒掉沉積在催化劑上的所有碳，生成CO。最初的試驗使用了一個17 cm長的反應器，在1 030 ℃下進行。試驗結果表明，在50多個小時內，甲烷的轉化率為18%。研究者稱，他們最近進行了一些改進，能夠使甲烷的轉化率達到30%。此前，在類似的膜反應器中，甲烷轉化的最佳性能是轉化率約15%。早期的膜反應器也遇到了由于催化劑上積累了含碳沉積物而造成催化劑快速失活的問題。DNMC反應器和催化劑系統對有價值的高相對分子質量產品的選擇性非常高。參與DNMC反應的近97%的碳原子被合成為更高價值的產品，比如苯和乙烯。馬里蘭大學的研究者最近成立了一家名為Alchemity的公司，以擴大和商業化其反應器。這項技術在美國專利US10525407中有所描述。

[許建耘 摘譯自Focus on Catalysts，2022-02-02]