Análisis de la tecnología de descarbonización por separación con membrana para gas natural

La separación por membrana es un proceso clave en el campo de la descarbonización del gas natural. Logra la separación de componentes como CO₂ y CH₄ a través de la permeación selectiva de componentes gaseosos por materiales de membrana. Las principales ventajas y detalles técnicos son los siguientes:

La separación por membrana depende de la diferencia de solubilidad o la diferencia de velocidad de difusión de los gases en el material de la membrana:

Si la permeabilidad de la membrana al CO₂ es mucho mayor que la del CH₄ (como en las membranas de poliimida), el CO₂ permeará preferentemente hacia la corriente descendente de la membrana (lado de permeación), mientras que el CH₄ permanecerá en la corriente ascendente (lado de reflujo), logrando así el enriquecimiento de CO₂ y la recuperación de CH₄.

La selectividad de los materiales de membrana (la relación de permeación de CO₂ a CH₄) es un indicador clave de la eficiencia de la separación. Las membranas altamente selectivas pueden reducir significativamente el consumo de energía y la escala del equipo.

El sistema de separación por membrana debe optimizarse en colaboración a partir de dimensiones como pretratamiento, materiales de membrana, diseño del proceso y parámetros operativos para garantizar un funcionamiento estable:

• deshidratación: La niebla de aceite y el agua líquida se eliminan mediante un separador de ciclón y un filtro coalescente para evitar el ensuciamiento de la membrana.
• deshidrocarbonación: Si el gas natural contiene hidrocarburos pesados C₅+, se requiere un separador de condensación (enfriado a -20 a 0℃) para reducir la adsorción/obstrucción de hidrocarburos en la membrana.
• desulfuración: Si hay H₂S, se debe priorizar el uso de adsorbentes sólidos (como óxido de hierro) o pretratamiento con aminas para evitar que el H₂S corroa el material de la membrana.

• película de poliimida (PI): Con alta selectividad CO₂/CH₄ (α≈30 a 50) y resistencia a altas temperaturas (≤100℃), es la opción principal en la industria.
• membrana de acetato de celulosa (CA): resistente a la contaminación por hidrocarburos, pero con una selectividad relativamente baja (α≈20-30), adecuada para escenarios con alto contenido de hidrocarburos.
• Nueva membrana de matriz híbrida (MMM): El dopaje con nanopartículas mejora la eficiencia de la separación, en la etapa de investigación y desarrollo.