Análise da Tecnologia de Descarbonização por Separação por Membrana para Gás Natural

A separação por membrana é um processo chave no campo da descarbonização do gás natural. Ela realiza a separação de componentes como CO₂ e CH₄ através da permeação seletiva dos componentes gasosos por materiais de membrana. As principais vantagens e detalhes técnicos são os seguintes:

A separação por membrana depende da diferença de solubilidade ou da diferença de taxa de difusão dos gases no material da membrana:

Se a permeabilidade da membrana ao CO₂ for muito maior do que a do CH₄ (como em membranas de poliimida), o CO₂ permeará preferencialmente para a jusante da membrana (lado da permeação), enquanto o CH₄ permanecerá a montante (lado do refluxo), alcançando assim o enriquecimento de CO₂ e a recuperação de CH₄.

A seletividade dos materiais da membrana (a razão de permeação de CO₂ para CH₄) é um indicador central da eficiência da separação. Membranas altamente seletivas podem reduzir significativamente o consumo de energia e a escala do equipamento.

O sistema de separação por membrana precisa ser otimizado colaborativamente a partir de dimensões como pré-tratamento, materiais de membrana, projeto do processo e parâmetros operacionais para garantir uma operação estável:

• desidratação: Névoa de óleo e água líquida são removidas através de um separador ciclônico e um filtro coalescente para evitar a incrustação da membrana.
• desidrocarbonização: Se o gás natural contiver hidrocarbonetos pesados C₅+, é necessário um separador de condensação (resfriado a -20 a 0℃) para reduzir a adsorção/obstrução de hidrocarbonetos na membrana.
• dessulfurização: Se H₂S estiver presente, adsorventes sólidos (como óxido de ferro) ou pré-tratamento com amina devem ser priorizados para evitar que o H₂S corroa o material da membrana.

• filme de poliimida (PI): Com alta seletividade CO₂/CH₄ (α≈30 a 50) e resistência a altas temperaturas (≤100℃), é a escolha principal na indústria.
• membrana de acetato de celulose (CA): resistente à contaminação por hidrocarbonetos, mas com seletividade relativamente baixa (α≈20-30), adequada para cenários com alto teor de hidrocarbonetos.
• Nova membrana de matriz híbrida (MMM): A dopagem com nanopartículas aumenta a eficiência da separação, na fase de pesquisa e desenvolvimento.