Санкт-Петербург 
Газосепарационные мембраны способны разделять два или более газов (паров) в отличие от мембран для разделения жидкостей, которые отделяют растворенные и взвешенные твердые вещества от жидкости.
Применение мембран для селективного разделения газовых смесей является гораздо более простой технологией разделения газов, по сравнению с классическими технологиями криогенного разделения и адсорбции с перепадом давления.
Мембранное газоразделение имеет ряд преимуществ, поскольку он не требует серьезного изменения температуры, организации фазовых переходов, применения специальных материалов, движущихся частей, легко масштабируется и автоматизируется.
Разработка и применение новых материалов и мембран для газоразделения вызвана растущей потребностью промышленности в установках с низким уровнем выбросов и чистых промышленных процессах.
Неорганические мембраны обычно предпочтительнее для промышленных процессов, поскольку многие процессы осуществляются при высокой температуре, а также в средах с сильной коррозионной активностью.
Однако полимерные мембраны могут быть использованы для разделения H2 и углеводородов в отходящих газах нефтеперерабатывающих заводов, а также для отделения CO2 на угольных заводах, отделения CH4 от CO2 и O2 от N2, а также CO2 и O2.
Могут быть использованы три типа мембранных структур:
– однородные плотные мембраны (симметричные);
– асимметричные мембраны с цельной оболочкой;
– композитные мембраны.
Современные мембраны газоразделения обладают как высокой проницаемостью, так и высокой селективностью для различных газовых смесей.
Отдельные газы могут иметь высокую скорость прохождения через мембрану из-за малого размера молекул, высокой скорости диффузии или того и другого.
На основе относительной проницаемости через мембраны газы были классифицированы как “быстрые” или “медленные”:
Быстро → H2O, H2, He, H2S, CO2, O2, Ar, CO, N2, CH4 ← Медленно
Таким образом, газы с более высокой проницаемостью концентрируются со стороны продукта мембраны, в то время как газы с более низкой проницаемостью концентрируются со стороны подачи на мембрану.
Основные коммерческие и перспективные области применения мембранных методов разделения газов:
– производство азота (с чистотой 90-99,5%). Азот применяется для азотирования поверхностей, для продувки технологических емкостей и трубопроводов азотом перед остановкой для обеспечения безопасности в химической промышленности, в химическом синтезе удобрений, а также для хранения свежих продуктов в контролируемой атмосфере;
– производство кислорода. Кислород применяется в медицинских целях, для приборов ИВЛ при лечении пневмонии, для окисления и прочих нужд;
– производство водорода. Водород является перспективным топливом и дорогостоящим химическим сырьем. Извлечение водорода из смесей углеводородных газов повышает эффективность процесса и снижает эксплуатационные расходы. Водород извлекается из нафты во время синтеза замещающего природного газа, из продувочного газа высокого давления из реакторов синтеза аммиака, рекуперацию из отходящих газов каталитического риформинга, гидрокрекинга и гидродесульфуризации;
– регулировка соотношения компонентов синтез-газа. Синтез-газ представляет собой смесь водорода и монооксида углерода (угарного газа). Обычно его получают из природного газа путем парового риформинга или частичного окисления и парового риформинга. Синтез-газ является сырьем для производства различных химических веществ, включая уксусную кислоту, метанол, этиленгликоль, уксусный ангидрид, ацетальдегид и этанол. При производстве синтез-газа соотношение H2/CO составляет >2,0, тогда как для производства вышеуказанных химических веществ требуется соотношение от 1 до 2;
– отделение углекислого газа. Отделение диоксида углерода от азота и низкомолекулярных углеводородов представляет собой многоступенчатый процесс из-за низкой селективности. Хорошую окупаемость демонстрируют технологии удаления CO2 из природного газа и биогаза, а также повышение нефтеотдачи пластов. При обработке природного газа или биогаза мембраны используются для удаления таких примесей, как CO2, H2S и влаги;
– обезвоживание газов – производство сухого азота, природного газа и метана (не содержащих влаги) из биогаза;
– извлечение и очистка гелия. Гелий в изобилии содержится в природном газе. Из-за своей низкой температуры кипения и инертности он используется на многих производственных предприятиях;
– концентрирование и очистка неона. Неон высокой чистоты используется в полупроводниковой промышленности для производства микросхем и газовых лазеров накачки;
– удаление летучих органических соединений (ЛОС). Удаление различных органических и других относительно высококипящих частиц из потоков отводимого газа считается одной из самых перспективных областей. Мембранные фильтры способны удалять гораздо более крупные органические молекулы по сравнению с такими газами, как азот, которые обычно составляют основную часть вентиляционных потоков.
ПЕРВАПОРАЦИЯ
Первапорация (англ. Pervaporation (PV) — это мембранный процесс, используемый для разделения компонентов жидкой смеси.
Жидкое сырье нагревается и приводится в контакт с активным слоем, в то время как вакуум или очищающий газ подаются с другой стороны мембраны.
Движущей силой первапорации является градиент химического потенциала через поперечное сечение мембраны. Явление разделения объясняется в соответствии с моделью раствор–диффузия. Селективное разделение зависит от различного растворения молекул сырья в мембранной матрице и их диффузионной способности. В зависимости от состава сырья и цели разделения первапорационные мембраны подразделяются на три категории: гидрофильные, гидрофобные и органофильные.
Первый тип (гидрофильные первапорационные мембраны) применяется для обезвоживания органических соединений или для извлечения воды из смеси с использованием гидрофильных мембран.
Второй тип, с использованием гидрофобных первапорационных мембран, может применяться для извлечения органических растворителей, удаления спирта из алкогольных напитков и извлечения ароматических соединений из фруктовых соков.
Наконец, третий тип (органофильные первапорационные мембраны) полезен для разделения органических /органических смесей.
Первапорация в настоящее время зарекомендовала себя как хорошая альтернатива традиционным процессам разделения, например, экстракции или дистилляции, благодаря простоте эксплуатации, более низким затратам и снижению потребности в химических реагентах.
Интересным применением первапорации (pervaporation PV) является разделение органических/ органических смесей, состоящих из жидкостей с близкими температурами кипения или образующих азеотроп, поскольку дистилляция является гораздо более затратной и менее эффективной, чем мембранные методы разделения.
Компания «АСП ТЕХПРОГРЕСС» оказывает инжиниринговые услуги по разработке и реализации проектов мембранного газоразделения, с применением мембран с высокой проницаемостью и высокой селективностью для различных газовых смесей.
Опросный лист вы можете просмотреть и скачать по ссылке ниже:
