تطوير غشاء فعال من حيث التكلفة لمصافي النفط

قام العلماء الكوريون والأمريكيون بتطوير تكنولوجيا الأغشية لتكرير النفط، والتي يمكن أن تكمل وتحل محل عملية التقطير المستخدمة لأكثر من مائة عام. التفاصيل متوفرة على الصفحات طبيعة.

يشكل النفط جوهر الحياة الحديثة، ليس فقط كوقود للنقل، بل أيضا كمادة خام لإنتاج البلاستيك، ومواد التعبئة والتغليف، والمنسوجات، وعدد لا يحصى من المنتجات الاستهلاكية. وبما أن تكلفة التكرير تؤثر بشكل مباشر على سعر هذه المنتجات، فإن أي تقنية تقلل من استهلاك الطاقة في المصافي يمكن أن تحقق فوائد اقتصادية وبيئية كبيرة.

يتم فصل النفط الخام إلى أجزاء من خلال التقطير – حيث يتم تسخينه فوق 350 درجة مئوية وتمريره عبر عمود التقطير، للحصول على المكونات المختلفة. وعلى المستوى العالمي، تستهلك هذه العملية حوالي 1100 تيراواط/ساعة من الطاقة سنويًا. وليس من المستغرب أن يظل التقطير أحد المصادر الرئيسية لاستهلاك الطاقة وانبعاثات الغازات الدفيئة في تكرير النفط.

تم مؤخرًا اعتبار تجزئة الغشاء للنفط الخام كبديل محتمل. ومع ذلك، كان يُعتقد تقليديًا أن الفصل على المستوى الجزيئي يتطلب طبقة انتقائية فائقة الدقة تترسب على سطح الغشاء. مثل هذه الطلاءات فعالة، لكن إنتاجها أكثر تكلفة وعرضة للعيوب عند توسيع نطاقها، مما يحد من استخدامها الصناعي.

النفط يصنع غشاءه الخاص

اتخذ مؤلفو التطوير الجديد مسارًا مختلفًا تمامًا. مرروا النفط الخام من خلال غشاء بولي أكريلونيتريل مسامي غير مطلي (PAN). – بوليمر مقاوم كيميائيًا وغير مكلف، يستخدم عادة كركيزة فقط.

يمر الزيت عبر الغشاء، مما أدى إلى تضييق المسام، وترك الهيدروكربونات الثقيلة على جدرانها. وبالتالي، ليست هناك حاجة للقنوات الاصطناعية – فقد شكلها “الذهب الأسود” بشكل مستقل. المكونات الخفيفة – النفتا والبنزين والكيروسين – تتغلب بسرعة على هذه المسام ذاتية التنظيم. إن عملية تلوث الغشاء، التي تعتبر ضارة، هنا، على العكس من ذلك، لعبت في أيدي الباحثين.

أظهر غشاء PAN غير المطلي معدلات ترشيح زيت أعلى بنحو 23 مرة من أغشية النفط الخام المتقدمة التي تم الإبلاغ عنها مسبقًا مع الحفاظ على خصائص مستقرة على مدار 28 يومًا من التشغيل.

يقول البروفيسور ريان ليفلي من معهد جورجيا للتكنولوجيا: “كانت إحدى المشاكل الرئيسية في أنظمة الأغشية لفصل النفط هي انخفاض الإنتاجية. إن أغشية PAN الخاصة بنا، بفضل آلية التشغيل غير المتوقعة، تزيد الإنتاجية بشكل جذري – إلى درجة يجب على الصناعة أن تفكر جديًا في تطبيق هذه التكنولوجيا”.

ويمكن دمج هذه التكنولوجيا في البنية التحتية الحالية للمصنع في شكل وحدات ترشيح معيارية، وتجنب استبدال المعدات المكلفة وتقليل العوائق أمام التطبيق الصناعي.

التكنولوجيا العالمية

ويقدر المؤلفون أن استخدام الغشاء كخطوة ما قبل المعالجة قبل التقطير التقليدي يمكن أن يقلل من استهلاك الطاقة بنسبة 31.6%، وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 37.6%، واستهلاك مياه التبريد بنسبة 20.7%، وتكاليف التشغيل بنسبة 36%.

علاوة على ذلك، فإن نطاق التطبيق لا يقتصر على تكرير النفط. يمكن استخدام الغشاء في مجموعة واسعة من عمليات الفصل الكيميائي، بدءًا من تنقية زيت الانحلال الحراري من البلاستيك المعاد تدويره إلى استخلاص المذيبات في إنتاج البطاريات، وتنقية الأدوية وإنتاج الوقود الحيوي.