Бензин подешевеет? Инженеры создали мембраны, сокращающие затраты на переработку нефти как минимум вдвое
Традиционная дистилляция сырой нефти — это энергоемкий процесс, на долю которого приходится около 11% всей энергии, получаемой из добытого сырья. Кроме того, обычное термическое разделение зачастую не позволяет эффективно разделять соединения со схожими температурами кипения, что вынуждает заводы применять вторичные процессы.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, международная группа ученых предложила инновационное решение этой проблемы — специализированные кристаллические мембраны нового поколения.
Исследователи сосредоточились на классе ковалентных органических каркасов (COF) — пористых полимерах с настраиваемой структурой пор. Им удалось создать серию мембран с регулируемым размером пор и субнанометровыми каналами, способных избирательно пропускать легкие алифатические (цепочечные) соединения и эффективно удерживать ароматические (кольцеобразные) структуры непосредственно в жидкой фазе, без нагревания. В ходе испытаний с неразбавленной сырой нефтью сорта Arabian Light двухступенчатая система фильтрации позволила повысить концентрацию алифатических соединений в конечном продукте с исходных 54,5% до 96,1%, задержав подавляющую часть бензолов и нафталинов.
Главным достижением команды стала успешная демонстрация масштабируемости технологии. Путем нанесения полимерных слоев под воздействием электрического поля ученые наладили непрерывное рулонное производство мембранного полотна длиной 50 метров и шириной 0,3 метра. Полученные рулонные модули промышленного типа стабильно проработали более 250 часов в пилотной системе разделения.
Эксперимент продемонстрировал впечатляющую энергоэффективность: энергопотребление составило всего около 20,7 МДж на баррель нефти, что как минимум вдвое меньше типичных для дистилляции показателей, варьирующихся от 50 до 200 МДж на баррель.
Авторы исследования подчеркивают, что при внедрении на заводах систем рекуперации давления эти затраты можно снизить еще более существенно. Несмотря на незначительное загрязнение мембран в ходе длительной эксплуатации, их проницаемость полностью восстанавливалась после обычной очистки.