تحليل تقنية إزالة الكربون باستخدام فصل الأغشية للغاز الطبيعي

فصل الأغشية هو عملية رئيسية في مجال إزالة الكربون من الغاز الطبيعي. يحقق فصل مكونات مثل CO₂ و CH₄ من خلال النفاذية الانتقائية لمكونات الغاز بواسطة مواد الأغشية. المزايا الأساسية والتفاصيل الفنية هي كما يلي:

يعتمد فصل الأغشية على فرق الذوبان أو فرق معدل الانتشار للغازات في مادة الغشاء:

إذا كانت نفاذية الغشاء لـ CO₂ أعلى بكثير من تلك الخاصة بـ CH₄ (كما هو الحال في أغشية البولي إيميد)، فسوف يتخلل CO₂ بشكل تفضيلي إلى أسفل الغشاء (جانب النفاذ)، بينما سيبقى CH₄ في الأعلى (جانب الارتداد)، وبالتالي تحقيق إثراء CO₂ واستعادة CH₄.

تعتبر انتقائية مواد الأغشية (نسبة نفاذ CO₂ إلى CH₄) مؤشرًا أساسيًا لكفاءة الفصل. يمكن للأغشية عالية الانتقائية أن تقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة وحجم المعدات.

يحتاج نظام فصل الأغشية إلى التحسين التعاوني من أبعاد مثل المعالجة المسبقة، ومواد الأغشية، وتصميم العملية، ومعلمات التشغيل لضمان التشغيل المستقر:

• إزالة الماء: تتم إزالة ضباب الزيت والماء السائل من خلال فاصل الإعصار ومرشح التجميع لمنع اتساخ الغشاء.
• إزالة الهيدروكربونات: إذا كان الغاز الطبيعي يحتوي على هيدروكربونات ثقيلة C₅+، يلزم وجود فاصل تكثيف (يبرد إلى -20 إلى 0℃) لتقليل امتصاص/انسداد الهيدروكربونات على الغشاء.
• إزالة الكبريت: إذا كان H₂S موجودًا، يجب إعطاء الأولوية للممتزات الصلبة (مثل أكسيد الحديد) أو المعالجة المسبقة للأمين لمنع H₂S من تآكل مادة الغشاء.

• فيلم البولي إيميد (PI): مع انتقائية عالية لـ CO₂/CH₄ (α≈30 إلى 50) ومقاومة درجات الحرارة العالية (≤100℃)، فهو الخيار السائد في الصناعة.
• غشاء أسيتات السليلوز (CA): مقاوم لتلوث الهيدروكربونات، ولكن مع انتقائية منخفضة نسبيًا (α≈20-30)، مناسب للسيناريوهات ذات المحتوى العالي من الهيدروكربونات.
• غشاء المصفوفة الهجينة الجديدة (MMM): تعزز إضافة الجسيمات النانوية كفاءة الفصل، في مرحلة البحث والتطوير.