Analyse van membraanscheidingsdecarbonisatietechnologie voor aardgas

Membraanscheiding is een sleutelproces op het gebied van aardgasontkoling. Het bereikt de scheiding van componenten zoals CO₂ en CH₄ door de selectieve permeatie van gascomponenten door membraanmaterialen. De belangrijkste voordelen en technische details zijn als volgt:

Membraanscheiding is afhankelijk van het oplosbaarheidsverschil of het diffusiesnelheidsverschil van gassen in het membraanmateriaal:

Als de permeabiliteit van het membraan voor CO₂ veel hoger is dan die voor CH₄ (zoals in polyimide-membranen), zal CO₂ bij voorkeur naar de downstream van het membraan (permeatiezijde) permeëren, terwijl CH₄ upstream (refluxzijde) blijft, waardoor CO₂-verrijking en CH₄-terugwinning worden bereikt.

De selectiviteit van membraanmaterialen (de permeatieverhouding van CO₂ tot CH₄) is een kernindicator van de scheidingsefficiëntie. Zeer selectieve membranen kunnen het energieverbruik en de schaal van de apparatuur aanzienlijk verminderen.

Het membraanscheidingssysteem moet gezamenlijk worden geoptimaliseerd op basis van dimensies zoals voorbehandeling, membraanmaterialen, procesontwerp en bedrijfsparameters om een stabiele werking te garanderen:

• ontwatering: Olie-mist en vloeibaar water worden verwijderd door een cycloonscheider en een coalescentiefilter om membraanvervuiling te voorkomen.
• dehydrocarbonisatie: Als het aardgas C₅+ zware koolwaterstoffen bevat, is een condensatiescheider (gekoeld tot -20 tot 0℃) vereist om de adsorptie/verstopping van koolwaterstoffen op het membraan te verminderen.
• ontzwaveling: Als H₂S aanwezig is, moeten vaste adsorbents (zoals ijzeroxide) of amine-voorbehandeling prioriteit krijgen om te voorkomen dat H₂S het membraanmateriaal aantast.

• polyimide (PI) film: Met een hoge CO₂/CH₄-selectiviteit (α≈30 tot 50) en hoge temperatuurbestendigheid (≤100℃) is het de mainstream keuze in de industrie.
• celluloseacetaat (CA) membraan: bestand tegen koolwaterstofverontreiniging, maar met een relatief lage selectiviteit (α≈20-30), geschikt voor scenario's met een hoog koolwaterstofgehalte.
• Nieuw hybride matrixmembraan (MMM): Nanodeeltjesdoping verbetert de scheidingsefficiëntie, in de onderzoeks- en ontwikkelingsfase.