Analyse de la technologie de décarbonisation par séparation membranaire pour le gaz naturel

La séparation membranaire est un procédé clé dans le domaine de la décarbonisation du gaz naturel. Elle permet la séparation de composants tels que le CO₂ et le CH₄ grâce à la perméation sélective des composants gazeux par des matériaux membranaires. Les principaux avantages et détails techniques sont les suivants :

La séparation membranaire dépend de la différence de solubilité ou de la différence de vitesse de diffusion des gaz dans le matériau membranaire :

Si la perméabilité de la membrane au CO₂ est beaucoup plus élevée que celle au CH₄ (comme dans les membranes en polyimide), le CO₂ perméera préférentiellement vers l'aval de la membrane (côté perméation), tandis que le CH₄ restera en amont (côté reflux), ce qui permettra d'enrichir le CO₂ et de récupérer le CH₄.

La sélectivité des matériaux membranaires (le rapport de perméation du CO₂ sur le CH₄) est un indicateur clé de l'efficacité de la séparation. Les membranes hautement sélectives peuvent réduire considérablement la consommation d'énergie et l'échelle des équipements.

Le système de séparation membranaire doit être optimisé en collaboration à partir de dimensions telles que le prétraitement, les matériaux membranaires, la conception des procédés et les paramètres de fonctionnement pour assurer un fonctionnement stable :

• déshydratation : La brume d'huile et l'eau liquide sont éliminées par un séparateur cyclonique et un filtre à coalescence pour éviter l'encrassement de la membrane.
• déshydrocarburation : Si le gaz naturel contient des hydrocarbures lourds C₅+, un séparateur à condensation (refroidi à -20 à 0℃) est nécessaire pour réduire l'adsorption/le colmatage des hydrocarbures sur la membrane.
• désulfuration : Si H₂S est présent, les adsorbants solides (tels que l'oxyde de fer) ou le prétraitement à l'amine doivent être privilégiés pour empêcher H₂S de corroder le matériau membranaire.

• film de polyimide (PI) : Avec une sélectivité CO₂/CH₄ élevée (α≈30 à 50) et une résistance aux températures élevées (≤100℃), c'est le choix dominant dans l'industrie.
• membrane d'acétate de cellulose (CA) : Résistante à la contamination par les hydrocarbures, mais avec une sélectivité relativement faible (α≈20-30), adaptée aux scénarios à forte teneur en hydrocarbures.
• Nouvelle membrane matricielle hybride (MMM) : Le dopage aux nanoparticules améliore l'efficacité de la séparation, en phase de recherche et développement.