Анализ технологии декарбонизации природного газа с использованием мембранного разделения

Мембранное разделение является ключевым процессом в области декарбонизации природного газа. Оно обеспечивает разделение таких компонентов, как CO₂ и CH₄, посредством селективной проницаемости газовых компонентов через мембранные материалы. Основные преимущества и технические детали заключаются в следующем:

Мембранное разделение зависит от разницы в растворимости или разницы в скорости диффузии газов в мембранном материале:

Если проницаемость мембраны для CO₂ намного выше, чем для CH₄ (например, в полиимидных мембранах), CO₂ будет преимущественно проникать в нижнюю часть мембраны (сторона проникновения), в то время как CH₄ останется в верхней части (сторона рециркуляции), тем самым достигая обогащения CO₂ и рекуперации CH₄.

Селективность мембранных материалов (отношение проницаемости CO₂ к CH₄) является ключевым показателем эффективности разделения. Высокоселективные мембраны могут значительно снизить энергопотребление и масштаб оборудования.

Система мембранного разделения должна быть оптимизирована совместно с учетом таких факторов, как предварительная обработка, мембранные материалы, проектирование процесса и рабочие параметры, чтобы обеспечить стабильную работу:

• Обезвоживание: Масляный туман и жидкая вода удаляются с помощью циклонного сепаратора и коалесцирующего фильтра для предотвращения загрязнения мембраны.
• Дегидрокарбонизация: Если природный газ содержит тяжелые углеводороды C₅+, требуется конденсационный сепаратор (охлажденный до -20–0℃) для уменьшения адсорбции/засорения углеводородами мембраны.
• Обессеривание: При наличии H₂S следует отдавать приоритет твердым адсорбентам (например, оксиду железа) или аминной предварительной обработке, чтобы предотвратить коррозию мембранного материала H₂S.

• Полиимидная (PI) пленка: Обладая высокой селективностью CO₂/CH₄ (α≈30–50) и устойчивостью к высоким температурам (≤100℃), является основным выбором в промышленности.
• Мембрана из ацетата целлюлозы (CA): устойчива к загрязнению углеводородами, но имеет относительно низкую селективность (α≈20–30), подходит для сценариев с высоким содержанием углеводородов.
• Новая гибридная матричная мембрана (MMM): Допирование наночастицами повышает эффективность разделения, находится на стадии исследований и разработок.