Новий метод переробки нафти: науковці знайшли спосіб заощадити 91% енергії
Традиційна технологія переробки нафти, яка не зазнавала суттєвих змін з кінця XIX століття, вимагає значних енергетичних затрат. Вона полягає у багаторазовому нагріванні, випаровуванні та конденсації нафтових фракцій. Однак китайські науковці з Далянського інституту хімічної фізики розробили інноваційний метод “молекулярного рафінування”, який у лабораторних умовах дозволяє скоротити споживання енергії майже на 91%.
Ця нова технологія передбачає використання спеціальних хімічних мембран на основі металоорганічних каркасів для поділу компонентів нафти. На думку фахівців, її успішне впровадження може повністю трансформувати нафтопереробну індустрію.
Принцип роботи “молекулярного рафінування”
Сучасний процес переробки нафти, відомий як крекінг, базується на дистиляції. Нафта неодноразово нагрівається, випаровується та конденсується, використовуючи незначні відмінності в температурах кипіння складових. Це потребує великої кількості тепла.
Натомість “молекулярне рафінування” повністю відмовляється від процесу нагрівання. Розділення відбувається на молекулярному рівні завдяки використанню мембран, які діють подібно до сита. Пори та властивості поверхні цих мембран налаштовуються таким чином, щоб відокремлювати різні сполуки та направляти їх на відповідні виробничі лінії.
На першому етапі каскадного мембранного розділення молекули сортуються за розміром, з різницею близько 0,1 нанометра. Мембрана відділяє менші лінійні та однорозгалужені алкани, які є сировиною для виробництва етилену.
Другий етап призначений для молекул, різниця в розмірах яких менша за 0,01 нанометра. Тут інша мембрана, використовуючи властивості своєї поверхні, розпізнає та відділяє ароматичні сполуки (важливі для виготовлення пластмас, смол та волокон) від багаторозгалужених алканів і циклоалканів, що використовуються для виробництва бензину.
Дослідники модифікували мембрани за допомогою мікротравлення таніновою кислотою, щоб регулювати розмір пор і хімічні властивості їх поверхні. Під час лабораторних випробувань модельну суміш легкої нафтової фракції з 15 компонентів було успішно розділено на три групи продуктів з високою доданою вартістю. Рівень вилучення цінних компонентів сягнув 85-90%.
Перспективи технологічної революції
Важливо зазначити, що дослідження поки що проводилися в лабораторних умовах. Проте, у разі успішного масштабування, ця технологія може суттєво зменшити виробничі витрати та обсяги викидів у нафтопереробній галузі. Крім того, мембрани можуть підвищити точність процесу та цінність кінцевих продуктів.
Самі розробники визнають, що поки що невідомо, чи вдасться виробляти ці мембрани у достатньо великих масштабах для трансформації світової промисловості. Однак, результати дослідження вже оприлюднені у китайських наукових виданнях і чекають на подальшу роботу інженерів.