Um reator inovador projetado por engenheiros da Universidade de Michigan converte eficientemente gás natural em propileno, prometendo economias substanciais de custos na produção de produtos industriais e de consumo essenciais.
Uma nova maneira de fabricar um ingrediente importante para plásticos, adesivos, fibras de carpetes, produtos de limpeza domésticos e muito mais a partir do gás natural poderia reduzir os custos de fabricação em uma economia pós-petróleo em milhões de dólares, graças a um novo reator químico projetado pela Universidade de Michigan engenheiros.
O reator cria propileno, um produto químico robusto que também é usado para fazer uma longa lista de produtos químicos industriais, incluindo ingredientes para borracha nitrílica encontrados em mangueiras e vedações automotivas, bem como luvas de proteção azuis. A maior parte do propileno usado hoje vem de refinarias de petróleo, que o coletam como subproduto do refino do petróleo bruto em gasolina.
À medida que o petróleo e a gasolina saem de moda em favor do gás natural, da energia solar e eólica, a produção de propileno e de outros produtos derivados do petróleo poderá cair abaixo da procura actual sem novas formas de os produzir.
O desafio de produzir propileno
O gás natural extraído do xisto representa uma alternativa potencial ao propileno proveniente do petróleo bruto. É rico em propano, que se assemelha ao propileno o suficiente para ser um material precursor promissor, mas os métodos atuais para produzir propileno a partir do gás natural ainda são demasiado ineficientes para colmatar a lacuna entre a oferta e a procura.
O tubo mais interno do reator divide o propano em gás hidrogênio e propileno e permite que o gás hidrogênio escape para o invólucro mais externo do reator. Esse gás hidrogênio pode ser queimado para impulsionar ainda mais as reações. Crédito: James Wortman, Linic Lab, Universidade de Michigan.
“É muito difícil converter economicamente propano em propileno”, disse Suljo Linic, professor colegiado de engenharia química da Martin Lewis Perl e autor correspondente do estudo publicado em Ciência.
“Você precisa aquecer essa reação para acioná-la, e os métodos padrão exigem temperaturas muito altas para produzir propileno suficiente. Nessas temperaturas, você não obtém apenas propileno, mas também depósitos de carbono sólido e outros produtos indesejáveis que prejudicam o catalisador. Para regenerar o reator, precisamos queimar frequentemente os depósitos de carbono sólido, o que torna o processo ineficiente.”
Um projeto revolucionário de reator
O novo sistema de reator dos pesquisadores produz propileno com eficiência a partir do gás de xisto, separando o propano em propileno e gás hidrogênio. Também dá uma saída ao hidrogênio, alterando o equilíbrio entre a concentração de propano e os produtos da reação de uma forma que permite a produção de mais propileno. Uma vez separado, o hidrogênio também pode ser queimado com segurança do propano, aquecendo o reator o suficiente para acelerar as reações sem produzir quaisquer compostos indesejáveis.
Rawan Almallahi, doutor em engenharia química e primeiro autor do estudo, está preparando um reator para um teste de desempenho dentro de um forno. Suljo Linic, professor colegiado de engenharia química da Martin Lewis Perl e autor correspondente do estudo, auxilia Almallahi. Crédito: Sandra Swisher, Departamento de Engenharia Química, Universidade de Michigan.
Esta separação é conseguida através da tubulação de membrana de fibra oca aninhada do reator. O tubo mais interno é feito de materiais que dividem o propano em propileno e gás hidrogênio. Embora a tubulação mantenha a maior parte do propileno dentro da câmara mais interna, o gás hidrogênio pode escapar para uma câmara externa através dos poros de uma camada de membrana do material. Dentro dessa câmara, o gás hidrogênio é queimado de forma controlada, misturando quantidades precisas de oxigênio.
Como o hidrogênio pode ser queimado dentro do reator e operar sob pressões mais altas de propano, a tecnologia poderia permitir que as usinas produzissem propileno a partir do gás natural sem instalar aquecedores extras. Uma planta que produza 500 mil toneladas métricas de propileno anualmente poderia economizar até US$ 23,5 milhões em relação a outros métodos, começando com gás de xisto, de acordo com estimativas dos pesquisadores. Essas poupanças somam-se às poupanças operacionais resultantes da queima do hidrogénio produzido em reação, em vez de outros combustíveis.
Referência: “Superando limitações na desidrogenação de propano através do projeto de sistemas de membrana catalisadora” por Rawan Almallahi, James Wortman e Suljo Linic, 21 de março de 2024, Ciência.
DOI: 10.1126/science.adh3712
A pesquisa foi financiada pelo Escritório de Ciências Básicas de Energia do Departamento de Energia dos EUA, pelo RAPID Manufacturing Institute e pela National Science Foundation.
Os materiais do reator foram estudados no Michigan Center for Materials Characterization. A equipa procura a protecção de patentes com a assistência das Parcerias de Inovação da UM e procura parceiros para levar a tecnologia ao mercado.
