KAIST и Georgia Tech: мембрана из PAN без покрытия фракционирует нефть, проницаемость выше в 23 раза
Пористая мембрана из полиакрилонитрила без покрытия обогащала нефть лёгкими фракциями и работала стабильно 4 недели в лаборатории; по расчётам, энергия снижается на 31,6%.
Исследователи KAIST (Южная Корея) и Georgia Tech (США) под руководством Дон-Ына Кока и группы Райана Лайвли показали, что пористая мембрана из полиакрилонитрила (PAN) без покрытия способна проводить предварительное фракционирование нефти в стационарном режиме, говорится в статье в Nature doi.org
Naturedoi.orgОткрыть источник ↗. Атмосферная и вакуумная перегонка потребляют более 1100 ТВт·ч в год и дают более 160 млн метрических тонн CO2-эквивалента ежегодно, поэтому мембранное предфракционирование рассматривают как вариант модернизации
doi.org
Naturedoi.orgОткрыть источник ↗.
При тангенциальном потоке мембраны PAN показали проницаемость по сырой нефти до 0,591 ± 0,040 л·м-2·ч-1·бар-1. Это более чем в 23 раза выше прежнего эталонного значения doi.org
Naturedoi.orgОткрыть источник ↗. Пермеат был обогащён лёгкими углеводородными фракциями, такими как нафта и керосин
doi.org
Naturedoi.orgОткрыть источник ↗.
Поры, которые формируются сами
PAN обычно служит лишь подложкой под разделяющее покрытие. Здесь сама мембрана без покрытия выступала разделяющим слоем. Поверхностные мезопоры исходно имели размер около 15 нм. Тяжёлые углеводороды динамически осаждаются в них и сужают поры до размеров менее 2 нм doi.org
Naturedoi.orgОткрыть источник ↗.
Химическая идентификация с разрешением по глубине выявила избирательное накопление н-алканов. По предположению авторов, это самоограничивающееся сужение пор, которое стабилизирует селективные пути переноса doi.org
Naturedoi.orgОткрыть источник ↗. После стабилизации осаждения н-алканов сырая нефть избирательно обогащалась, и характеристики сохранялись более 4 недель
doi.org
Naturedoi.orgОткрыть источник ↗. По словам Кока, в испытаниях использовали настоящую нефть, предоставленную HD Hyundai Oilbank.
Расчётные оценки
Процессное моделирование показывает, что предфракционирование на мембранах PAN может снизить расход энергии на 31,6%, охлаждающей воды на 20,7% и выбросы CO2 на 37,6% по сравнению с традиционной атмосферной перегонкой doi.org
Naturedoi.orgОткрыть источник ↗. В релизе KAIST также приведены снижение эксплуатационных затрат на 36% и, для нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности Кореи, около 10 млн тонн парниковых газов в год. Это прогнозы по результатам моделирования, а не данные с действующих заводов.
Мембрану предлагают ставить модульным блоком перед существующим оборудованием для перегонки, так что большая часть текущей инфраструктуры сохраняется. Лайвли отметил, что низкая производительность мембран была ключевым препятствием, а мембраны PAN повышают её настолько, что отрасли стоит всерьёз рассмотреть технологию.
