Аннотация:
Исследовательская группа из Корейского передового института науки и технологий (KAIST) и Технологического института Джорджии в США разработала полиакрилонитриловую (ПАН) мембрану, которая может предварительно отделять настоящую сырую нефть при комнатной температуре. Исследование было опубликовано в журнале Nature. В отличие от традиционной дистилляции, при которой сырая нефть сначала нагревается до температуры выше 350 градусов по Цельсию, а затем конденсируется и фракционируется, этот метод не требует предварительного нагрева сырой нефти. Цель состоит в том, чтобы сначала отфильтровать некоторые из более легких компонентов, а затем передать их в существующий процесс дистилляции для переработки.
Ключом к этой технологии является ненормальное использование «мембранного загрязнения». Исследователи пропускают сырую нефть через пористую мембрану PAN, обычно используемую в промышленных системах фильтрации. Тяжелые углеводороды сырой нефти постепенно откладываются на стенках пор, сужая начальные поры с примерно 15 нанометров до менее 2 нанометров, образуя каналы, которые могут экранировать молекулы. Более легкие компоненты, такие как нафта, бензин и керосин, проходят легче, тогда как более тяжелые компоненты остаются; когда осаждение достигает стабильного уровня, канал разделения остается стабильным. Исследовательская группа использовала для испытаний реальную сырую нефть, предоставленную HD Hyundai Oilbank.
В эксперименте с тангенциальным потоком проницаемость ПАН-мембраны для сырой нефти достигла максимума 0,591 литра на квадратный метр в час на бар, превысив ранее сообщенный контрольный показатель в 23 раза; эффективность селективного разделения поддерживалась непрерывно в течение четырех недель. «23 раза» здесь относится к сравнению проницаемости мембраны с предыдущим эталоном мембраны для разделения сырой нефти и не означает, что производственная мощность всего нефтеперерабатывающего завода увеличилась в 23 раза.
Исследователи также использовали оценку моделирования процесса, чтобы сравнить предварительную обработку мембран до и после добавления традиционной атмосферной дистилляции. Результаты показали, что потребление энергии может быть сокращено на 31,6%, выбросы углекислого газа могут быть сокращены на 37,6%, потребление охлаждающей воды может быть сокращено на 20,7%, а общие эксплуатационные расходы в годовом исчислении, по оценкам, сократятся на 36%. Анализ затрат предполагает, что цена единицы мембраны составляет 10 долларов США за квадратный метр. По оценкам исследовательской группы, если эта технология будет полностью внедрена в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности Южной Кореи, она сможет сократить выбросы парниковых газов примерно на 10 миллионов тонн в год, что эквивалентно выбросам примерно 4 миллионов автомобилей, работающих на топливе.
Эти показатели энергосбережения, сокращения выбросов и затрат получены на основе моделирования процессов и оценок и не являются результатами эксплуатации коммерческих нефтеперерабатывающих заводов. Мембрана в настоящее время демонстрирует предварительное разделение перед дистилляцией. Исследователям по-прежнему необходимо продвигать мембранные компоненты большой площади, долгосрочную надежность и крупномасштабную проверку работы; если он будет применен, существующие нефтеперерабатывающие заводы смогут подключить его как модульную фильтровальную установку без полной замены перегонного оборудования. Команда также предложила изучить в будущем такие области применения, как очистка отработанного пластикового пиролизного масла, регенерация растворителей при производстве аккумуляторов, очистка биотоплива и очистка фармацевтических препаратов, но это все еще потенциальные применения.
Комментарии