Российские химики создали новый метод очистки природного газа от примесей сероводорода (H2S) и углекислого газа (CO2), которые негативно влияют на теплотворную способность, вызывают коррозию трубопровода и создают другие эксплуатационные проблемы. С его помощью можно получать высокочистый метан с концентрацией до 99.998 %. Результаты работы ученые опубликовали в журнале Separation and Purification Technology.
Основной компонент в составе природного газа — это метан, повсеместно используемый как в промышленности, так и в бытовых целях. Но помимо него в природном газе содержатся примеси кислых газов, такие как CO2 и H2S, которые снижают теплотворную способность, провоцируют образование газовых гидратов и коррозию трубопроводов, а также создают другие проблемы при эксплуатации. Поэтому природный газ необходимо очищать от кислых газов еще до подачи в трубопровод. Кроме того, помимо метана так можно получать еще и сырье для химической промышленности, к примеру почти 90 % мирового производства серы приходится на обработку H2S, выделенного из природного газа.
В промышленности для очистки природного газа от кислых газов чаще всего используют растворы аминов. При этом в процессе очистки их нагревают и охлаждают, используя сложную установку из множества модулей. Поэтому эта технология достаточно дорогая и сейчас ищут альтернативные способы очистки природного газа — например, с применением различных мембранных технологий.
Российские ученые из РХТУ им. Д.И. Менделеева, НГТУ им. Р.Е. Алексеева и ННГУ им. Н.И. Лобачевского пошли дальше и предложили совместить мембранный подход с использованием высокоэффективных абсорбентов. Суть их метода в следующем: в одном аппарате создаются две полости, разделенные мембраной, сверху на которую нанесён абсорбент из смеси индазолида тригексилтетрадецилфосфония и аминов. В полость над мембраной подается неочищенный природный газ — он пропускается через абсорбент, который почти беспрепятственно пропускает молекулы CH4, но задерживает H2S и CO2. В результате на выходе из абсорбента получается чистый CH4 (чистота до 99.998 объемных %), который по отдельному каналу выводят из надмембранной полости, а внутри абсорбента остаются H2S и CO2, которые отводятся в полость под мембраной за счет разницы давления: в полости над мембраной оно выше, чем в полости под мембраной. Поэтому молекулы кислых газов под действием перепада давления диффундируют из абсорбента в мембрану, и уже через нее уходят в нижнюю полость и удаляются из системы.
Принципиальная схема работы метода . Исходное изображение: Separation and Purification Technology/Elsevier
Таким образом, совместное использование мембраны и нового абсорбента позволило значительно повысить чистоту получаемого газа эффективность процесса По сравнению же с промышленными методами очистки природного газа аминами, новый подход не только экономичнее, но и экологичнее: аминовые абсорбенты постепенно загрязняются и подлежат утилизации, а в методе российских химиков абсорбент на основе ионной жидкости непрерывно очищается за счет диффузии газов через мембрану под действием перепада давления.
В дальнейшем исследователи планируют провести аналогичные эксперименты для тройных смесей газов. Для этого им потребуется установка для проточного масс-спектрометрического анализа составов, которую они одновременно строят и в своей лаборатории, и в лаборатории нобелевского лауреата Константина Новосёлова в Сингапурском Университете.