Новый способ эффективной очистки природного газа от примесей

Команда ученых РХТУ, НГТУ и ННГУ показала способ обработки природного газа. Их метод основан на одновременном использовании мембранных технологий и нового синтезированного исследователями абсорбента на основе ионной жидкости.Работа представлена в  журнале Separation and Purification Technology.

Природный газ необходимо очищать от примесей сероводорода (H₂S) и углекислого газа (CO₂), которые создают различные эксплуатационные проблемы, еще до транспортировки. Те технологии очистки, которые используют на сегодняшний день, не экологичны и энергозатратны. Превалирующий компонент в природном газе – метан. Предложенный учеными способ позволит получать высокочистый метан с концентрациейдо 99.998%.

Для очистки природного газа используют растворы аминов, которые нагревают и охлаждают на установке из множества модулей. Однако, этот способ дорогой и ученые видят необходимость в поиске альтернативы. В качестве нее можно рассмотреть технологию с использованием мембранных технологий.

Химики разработали способ, в котором технология мембранного подхода совмещена с использованием высокоэффективных абсорбентов. Они предлагают создавать в одном аппарате две полости, разделять их мембраной, а сверху наносить абсорбент. В пространство над мембраной подавать неочищенный газ через абсорбент, который очистит его от H₂S и CO_2. Абсорбент ученые синтезировали сами на основе ионной жидкости.

Один из авторов работы, заведующий лаборатории “SMART полимерных материалов и технологий” РХТУ Илья Воротынцев рассказал о новом методе. “В абсорбенте должны растворяться, а потом отводиться кислые газы и поэтому к нему несколько противоречивые требования: с одной стороны сорбент у нас должен быть с хорошей сорбционной емкостью, то есть должен хорошо брать молекулы газов, а с другой стороны он должен их и хорошо отдавать, чтобы CO₂ и H₂S испарялись через мембрану”, - рассказывает он. “Мы протестировали много всего и,наконец,в этой работе нашли такой оптимальный вариант с ионной жидкостью. В результате мы без снижения давления в непрерывном режиме получалиметан, очищенный до уровня 99.998об. %”, - объяснил он.

Чтобы создать абсорбент, ученым предстояло провести исследование по изучению ионной жидкости. Они охарактеризовали ее состав, измерили плотность, вязкость и растворимость метана, сероводорода и углекислого газа в ней. Идеальная ионная жидкость для абсорбента не должна была растворять CH₄, но растворять H₂S и CO₂. Ученые синтезировали такую жидкость и смешали ее с абсорбентом на основе аминов. Так получилось снизить суммарную стоимость абсорбента, при этом значительно повысив его эффективность. Исходная смесь подавалась в аппарат, а на выходе измерялась чистота потока метана. Из бинарной смеси CH₄/H₂S (изначальное содержание H₂S - 5 об.%) получался метан чистотой в 99.998 об.%, а из смеси CH₄/CO₂ (изначальное содержание CO₂ - 20 об.%) - 93.34 об. %. Такой чистоты еще никто не достигал.

“Ключевой результат работы,в том, что в едином массообменном аппарате с применением достаточно традиционного аминного агента и добавки новой ионной жидкости мы получили очистку от 93 до 99.998 об. %, то есть, по сути, получили высокочистый метан из природного газа, загрязненного кислыми газами. При этом без воздействия температурного поля, то есть без дополнительных затрат энергии”, - рассказывает Илья Воротынцев. “Наш мембранный аппарат можно легко совместить с газовыми трубопроводами, принципиально не меняя никаких технологий. По сути, просто встроить его в трубопровод, или сделать байпас технологию - ведь мы можем очищать природный газ в непрерывном режиме со скоростями потока такими же, как в газопроводах, а также почти без снижения давления. Какой поток на входе– такой и на выходе”.

В планах у химиков провести исследования с использованием тройных смесей газов.

Фото: пресс-служба РХТУ.

Информация предоставлена пресс-службой РХТУ.