Analisi della tecnologia di decarbonizzazione tramite separazione a membrana per il gas naturale

La separazione a membrana è un processo chiave nel campo della decarbonizzazione del gas naturale. Ottiene la separazione di componenti come CO₂ e CH₄ attraverso la permeazione selettiva dei componenti gassosi da parte di materiali membranari. I vantaggi principali e i dettagli tecnici sono i seguenti:

La separazione a membrana dipende dalla differenza di solubilità o dalla differenza di velocità di diffusione dei gas nel materiale della membrana:

Se la permeabilità della membrana al CO₂ è molto più alta di quella al CH₄ (come nelle membrane di poliimmide), il CO₂ permeerà preferenzialmente a valle della membrana (lato permeazione), mentre il CH₄ rimarrà a monte (lato riflusso), ottenendo così l'arricchimento di CO₂ e il recupero di CH₄.

La selettività dei materiali membranari (il rapporto di permeazione di CO₂ rispetto a CH₄) è un indicatore fondamentale dell'efficienza di separazione. Membrane altamente selettive possono ridurre significativamente il consumo energetico e la scala dell'apparecchiatura.

Il sistema di separazione a membrana deve essere ottimizzato in modo collaborativo da dimensioni quali pretrattamento, materiali membranari, progettazione del processo e parametri operativi per garantire un funzionamento stabile:

• disidratazione: La nebbia d'olio e l'acqua liquida vengono rimosse tramite un separatore a ciclone e un filtro a coalescenza per prevenire l'incrostazione della membrana.
• deidrocarburazione: Se il gas naturale contiene idrocarburi pesanti C₅+, è necessario un separatore a condensazione (raffreddato a -20 a 0℃) per ridurre l'adsorbimento/intasamento degli idrocarburi sulla membrana.
• desolforazione: Se è presente H₂S, è necessario dare la priorità agli adsorbenti solidi (come l'ossido di ferro) o al pretrattamento con ammine per impedire a H₂S di corrodere il materiale della membrana.

• film di poliimmide (PI): Con elevata selettività CO₂/CH₄ (α≈30 a 50) e resistenza alle alte temperature (≤100℃), è la scelta principale nel settore.
• membrana di acetato di cellulosa (CA): resistente alla contaminazione da idrocarburi, ma con selettività relativamente bassa (α≈20-30), adatta a scenari con elevato contenuto di idrocarburi.
• Nuova membrana a matrice ibrida (MMM): Il drogaggio con nanoparticelle migliora l'efficienza di separazione, nella fase di ricerca e sviluppo.