Analiza technologii dekarbonizacji gazu ziemnego z wykorzystaniem separacji membranowej

Separacja membranowa jest kluczowym procesem w dziedzinie dekarbonizacji gazu ziemnego. Osiąga się ją poprzez separację składników, takich jak CO₂ i CH₄, poprzez selektywną permeację składników gazu przez materiały membranowe. Główne zalety i szczegóły techniczne są następujące:

Separacja membranowa zależy od różnicy rozpuszczalności lub różnicy szybkości dyfuzji gazów w materiale membranowym:

Jeśli przepuszczalność membrany dla CO₂ jest znacznie wyższa niż dla CH₄ (jak w przypadku membran poliimidowych), CO₂ będzie preferencyjnie przenikać do strumienia za membraną (strona permeacji), podczas gdy CH₄ pozostanie po stronie przed membraną (strona refluksu), co pozwala na wzbogacenie CO₂ i odzyskanie CH₄.

Selektywność materiałów membranowych (stosunek permeacji CO₂ do CH₄) jest kluczowym wskaźnikiem wydajności separacji. Wysoce selektywne membrany mogą znacznie zmniejszyć zużycie energii i skalę urządzeń.

System separacji membranowej musi być optymalizowany we współpracy z takimi elementami jak wstępne przetwarzanie, materiały membranowe, projekt procesu i parametry operacyjne, aby zapewnić stabilną pracę:

• odwadnianie: Mgła olejowa i woda w postaci ciekłej są usuwane za pomocą separatora cyklonowego i filtra koalescencyjnego, aby zapobiec zanieczyszczeniu membrany.
• odwęglanie: Jeśli gaz ziemny zawiera ciężkie węglowodory C₅+, wymagany jest separator kondensacyjny (chłodzony do -20 do 0℃), aby zmniejszyć adsorpcję/zatykanie węglowodorów na membranie.
• odsiarczanie: Jeśli obecny jest H₂S, należy dać pierwszeństwo adsorbentom stałym (takim jak tlenek żelaza) lub wstępnemu przetwarzaniu aminami, aby zapobiec korozji materiału membranowego przez H₂S.

• folia poliimidowa (PI): Z wysoką selektywnością CO₂/CH₄ (α≈30 do 50) i odpornością na wysoką temperaturę (≤100℃), jest to główny wybór w przemyśle.
• membrana octanu celulozy (CA): odporna na zanieczyszczenia węglowodorami, ale o stosunkowo niskiej selektywności (α≈20-30), odpowiednia do scenariuszy o wysokiej zawartości węglowodorów.
• Nowa membrana hybrydowa (MMM): Doping nanocząsteczkami zwiększa wydajność separacji, na etapie badań i rozwoju.