Столетняя монополия ректификационных колонн на разделение нефти дала трещину. Ученые из Кореи и США доказали, что копеечный полимерный фильтр способен выполнять ту же работу без гигантских печей и адского давления. Бонус — почти на 40% меньше парниковых выбросов.
Главный процесс любого нефтеперерабатывающего завода — дистилляция — ежегодно сжигает астрономический объем энергии и выбрасывает в атмосферу десятки миллионов тонн углекислоты. Инженеры десятилетиями мечтали заменить эти громоздкие башни компактными мембранами, но упирались в две стены: низкую скорость фильтрации и запредельную стоимость изготовления тончайших селективных покрытий.
Группа из Корейского института передовых технологий и Технологического института Джорджии обошла обе преграды неожиданным способом. Вместо того чтобы конструировать идеальный материал, исследователи взяли то, что уже есть — пористую основу из полиакрилонитрила, которую промышленность выпускает в гигантских количествах для обычных фильтров.
Волшебство происходит само собой. Когда сырая нефть соприкасается с мембраной, тяжелые молекулярные фракции проваливаются в поры диаметром около 15 нанометров и застревают там, сужая проходы до сверхтонких каналов размером менее двух нанометров. Дальше процесс сам себя регулирует: частицы, вызвавшие сужение, больше не просачиваются сквозь барьер, а легкие компоненты — нафта и керосин — проходят насквозь почти беспрепятственно.
Цифры получились рекордными. Производительность выросла в двадцать три раза по сравнению с лучшими аналогами и достигла 0,591 литра на квадратный метр в час. Установка безостановочно трудилась четыре недели, ни разу не сбавив темп.
Экономисты уже просчитали гибридную схему: мембранный блок ставится перед классической колонной и берет на себя черновую работу. Итоговая экономия энергии превышает тридцать один процент, выбросы углекислого газа падают почти на тридцать восемь, расход охлаждающей воды сокращается на двадцать один процент, а эксплуатационные издержки — на тридцать шесть.
Технологию проверили не на лабораторных растворах, а на реальном сырье, которое предоставил корейский нефтепереработчик HD Hyundai Oilbank. Сейчас команда готовится к масштабированию и встраиванию мембранного модуля в действующие заводские цепочки.
Революция в переработке нефти пришла оттуда, откуда не ждали: простой и дешевый материал, известный десятилетиями, вдруг заработал как молекулярное сито. Если масштабирование подтвердит лабораторные результаты, привычные колонны начнут теснить компактные фильтры.
Источник: Science
