马里兰大学开发出将甲烷转化为高相对分子质量碳氢化合物而不产生CO2的反应器

马里兰大学的研究人员开发了一种实验室规模的反应器，用于选择性地将甲烷转化成更有价值的化合物而不产生CO2。新的反应器配置使用了一种称为甲烷直接非氧化转化(DNMC)的工艺。新型DNMC反应器由多孔锶铈锆氧化物空心管组成，覆盖着一层25 μm厚的掺杂铕离子的膜。该管中装有铁硅催化剂，可裂解甲烷中的初始C—H键。由此产生的甲基基团结合生成乙烯、苯、萘和其他碳氢化合物。反应生成的氢以质子和电子的形式渗透过膜，与空气流相遇，与氧气反应生成水和热。让氢穿过膜会改变反应平衡，使得更多的甲烷转化为产物。同时，氢和氧的结合能够产生足够的热量来促进甲烷的裂解。少量氧气通过膜进入反应管，在反应管中燃烧掉沉积在催化剂上的所有碳，生成CO。最初的试验使用了一个17 cm长的反应器，在1 030 ℃下进行。试验结果表明，在50多个小时内，甲烷的转化率为18%。研究者称，他们最近进行了一些改进，能够使甲烷的转化率达到30%。此前，在类似的膜反应器中，甲烷转化的最佳性能是转化率约15%。早期的膜反应器也遇到了由于催化剂上积累了含碳沉积物而造成催化剂快速失活的问题。DNMC反应器和催化剂系统对有价值的高相对分子质量产品的选择性非常高。参与DNMC反应的近97%的碳原子被合成为更高价值的产品，比如苯和乙烯。马里兰大学的研究者最近成立了一家名为Alchemity的公司，以扩大和商业化其反应器。这项技术在美国专利US10525407中有所描述。

[许建耘 摘译自Focus on Catalysts，2022-02-02]