.jpg)
Ученые из Российского химико-технологического университета имени Д. И. Менделеева и Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского испытали новую гибридную технологию очистки природного газа. Для этого они соединили в одной установке образование газовых гидратов и мембранное разделение. В результате удалось эффективно удалять из газа углекислый газ и сероводород, которые снижают его энергетическую ценность и со временем разрушают оборудование. При этом потери углеводорода, выступающего самым ценным компонентом, оказались заметно ниже, чем при использовании обычных решений.
Необходимость такого сочетания объясняется тем, что каждый из методов по отдельности не отличается эффективностью. Мембраны хорошо очищают газ от примесей, но вместе с ними пропускают часть метана, из-за чего теряется полезное сырье. Газогидратный метод, наоборот, почти не затрагивает углеводороды и сохраняет их в потоке, но не способен глубоко удалить кислые газы. Поэтому ученые объединили оба процесса. Сначала газ проходит через гидратный кристаллизатор, где компоненты аккуратно перераспределяются, а затем через мембрану, которая удаляет оставшиеся примеси, почти не влияя на углеводороды.
Для экспериментов была подготовлена смесь, максимально близкая по составу к природному газу газоконденсатных месторождений. В нее входили метан, этан, пропан, бутан, а также углекислый газ, сероводород, азот и даже небольшое количество инертных газов. На первом этапе ученые изготовили мембраны из полисульфона в виде тонких полых волокон. Затем они измерили, как через такую мембрану проходят разные газы, и на основе этих данных построили подробную математическую модель всей установки в среде Aspen Custom Modeler. Это позволило заранее понять, как система будет работать при разных режимах.
Ключевым параметром оказалась доля газа, которая проходит через мембрану. Ученые отдельно изучили два потока, выходящие из гидратного реактора. Выяснилось, что для газовой фазы оптимальный режим достигается при 20-40% проходящего через мембрану газа. В этом случае сероводород практически полностью удаляется, содержание углекислого газа снижается более чем в десять раз, а потери метана остаются умеренными. Для газа, полученного из гидратов, лучший результат достигается при значениях 40-60%, что позволяет извлекать полезные компоненты даже из тех потоков, которые раньше считались вторичными.
После расчетов ученые проверили результаты на лабораторной установке. Эксперименты показали хорошее совпадение с моделью. Отклонение по концентрации метана составило всего 2-3%, а для более тяжелых углеводородов оно насчитывало 0,5-1,5%. Более заметные различия наблюдались только при оценке общего извлечения углеводородов, что связано с погрешностями измерения потоков газа. При этом модель правильно описывает быстрое удаление кислых примесей и изменение состава углеводородной части.
Таким образом, ученым удалось разработать вполне практичную и масштабируемую схему. В отличие от аминовой очистки, где требуется нагрев больших установок для восстановления поглотителя, гибридный процесс требует меньше энергии и проще подстраивается под разные объемы газа. Кроме того, он позволяет возвращать в переработку полезные компоненты из потоков, которые раньше часто терялись или сжигались.
