Источник фото — Российский научный фонд
Наиболее эффективным способом очистки природного газа от «тяжелых» углеводородов, у которых в цепочке содержится более трех атомов углерода, является использование газоразделительных мембранных установок на основе кремнийсодержащих полимеров. Мембраны в составе таких установок состоят из плотного разделяющего слоя и пористой подложки. Разделение через селективный слой происходит благодаря разной проницаемости компонентов природного газа: тяжелые углеводороды (этан, пропан, бутан) проходят через него в десятки раз быстрее, чем метан. После разделяющего слоя смесь метана с этаном, пропаном и бутаном проходит через пористую подложку, в результате чего метан «освобождается» от сторонних примесей.
Подложка в идеале не должна создавать препятствий движению газа. Это необходимо для быстрого отвода прошедших через селективный слой тяжелых углеводородов и ускорения очистки метана от примесей. Поэтому эффективность газоразделительной мембраны во многом зависит от производительности подложки, которая, в свою очередь, обратно пропорционально ее сопротивляемости.
Ученые из Института нефтехимического синтеза имени А. В. Топчиева РАН разработали подложку из серосодержащего волокнистого полимера, толщина стенок которого составляет 300 микрометров (примерно в 10 раз тоньше человеческого волоса). Чтобы обеспечить минимальное сопротивление мембраны, авторы изменили структуру поверхности волокон, подавая внутрь подложки предельные углеводороды (пентан, гексан и гептан). В результате газопроницаемость подложки превзошла в 10 раз газопроницаемость ранее известных пористых половолоконных аналогов. Как следствие, разработка может более чем вдвое повысить производительность композиционных мембран и более чем в 9 раз снизить энергозатраты на разделение газа.
«Наша лаборатория сейчас разрабатывает не только подложки, но и новые материалы селективных слоев для газоразделительных мембран. На данный момент используются селективные слои с достаточно большой толщиной, порядка трех тысяч нанометров. Мы стараемся найти способ сделать их тоньше и тем самым еще больше увеличить производительность композиционных мембран», – цитирует Российский научный фонд Дмитрия Матвеева, одного из авторов исследования, инженера лаборатории полимерных мембран Института нефтехимического синтеза РАН.
