ابداع فیلتر ارزان برای کاهش مصرف انرژی در پالایش نفت
دانشمندان یک غشای پلیمری کم‌هزینه توسعه داده‌اند که نفت خام را در دمای اتاق جدا می‌کند و به طور بالقوه وابستگی به فرآیندهای پالایش پرانرژی را کاهش می‌دهد.
به گزارش انرژی نویس؛ دانشمندان کشف شگفت‌انگیزی کرده‌اند که می‌تواند با حذف بخشی از فرآیند گرمایش با دمای بالا که برای جداسازی بخش‌های نفت خام مورد نیاز است، میزان انرژی مورد استفاده در پالایش نفت را کاهش دهد.
این پیشرفت علمی، روشی ساده و ارزان برای جداسازی مولکول‌های نفت خام از طریق یک غشای پلیمری یافته است که اساسا با تلاش‌های قبلی برای جداسازی نفت خام از طریق غشاها متفاوت است.
در مطالعات قبلی در مورد جداسازی‌های مبتنی بر غشا، دانشمندان معتقد بودند که یک لایه انتخابی باید روی سطح پوشانده شود تا به جداسازی مولکول‌ها کمک کند. اما ساخت این غشاهای لایه اضافی، گران است و در صورت تولید در مقیاس بزرگ، احتمالا نقص ایجاد می‌کند.
بنابراین محققان موسسه پیشرفته علوم و فناوری کره (KAIST) و موسسه فناوری جورجیا رویکردی کاملا متفاوت اتخاذ کردند. آنها به جای تکیه بر یک پوشش تخصصی فوق نازک، نفت خام را مستقیما از یک غشای پلی‌اکریلونیتریل (PAN) متخلخل بدون پوشش عبور دادند. این غشا یک پلیمر شیمیایی پایدار و ارزان است که معمولا به عنوان ماده پشتیبان در غشاهای صنعتی استفاده می‌شود.
هنگامی که دانشمندان نفت خام را در دمای اتاق از غشا عبور دادند، غشا به نوعی فیلتر مسدود تبدیل شد، زیرا هیدروکربن‌های سنگین به طور انتخابی به دیواره‌های منافذ چسبیده بودند. طبق مطالعه‌ای که امسال در نشریه «نیچر» منتشر شد، تجمع هیدروکربن‌های سنگین به تدریج منافذ را تنگ کرد و کانال‌های جداسازی کوچکتر از ۲ نانومتر ایجاد کرد.
محققان نشان دادند که غشای PAN بدون پوشش، نرخ نفوذ نفت خام را تقریبا ۲۳ برابر بیشتر از غشاهای نفت خام پیشرفته گزارش شده قبلی ارائه می‌دهد و در عین حال عملکرد پایدار را برای ۲۸ روز متوالی حفظ می‌کند.
پروفسور رایان لایولی از دانشگاه جورجیا تک گفت: «یکی از چالش‌های کلیدی پیش روی سیستم‌های غشایی برای جداسازی نفت خام، بهره‌وری پایین واحدهای غشایی بود - غشاهای PAN با مکانیسم جداسازی شگفت‌انگیز خود - بهره‌وری واحد غشایی را به طرز چشمگیری افزایش می‌دهند، تا جایی که صنعت باید به طور جدی پذیرش این فناوری را در نظر بگیرد.» محققان می‌گویند این فناوری جدید می‌تواند توسط پالایشگاه‌ها با افزودن یک واحد فیلتراسیون مدولار که نیازی به سرمایه‌گذاری‌های عظیم ندارد، با اصلاحات ساده‌ای به کار گرفته شود.
این غشاهای ارزان‌قیمت می‌توانند مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای تولید شده در عملیات پالایش را به میزان قابل توجهی کاهش دهند. فیلترهای به اصطلاح «گرفتگی» نمی‌توانند جایگزین تقطیر شوند، اما می‌توانند در مراحل اولیه برای جداسازی اجزا بدون نیاز به گرم کردن نفت خام بالاتر از ۳۵۰ درجه سانتیگراد از همان ابتدا استفاده شوند و در نتیجه از بخشی از مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای در فرآیند پالایش جلوگیری کنند.
شبیه‌سازی‌های فرآیند در این مطالعه نشان داد که استفاده از این غشا به عنوان یک مرحله پیش تصفیه قبل از تقطیر معمولی می‌تواند مصرف انرژی را ۳۱.۶ درصد، انتشار دی اکسید کربن را ۳۷.۶ درصد، مصرف آب خنک‌کننده را ۲۰.۷ درصد و هزینه‌های عملیاتی را ۳۶ درصد کاهش دهد.
به گفته دانشمندان، این غشا همچنین می‌تواند در سایر فرآیندهای جداسازی شیمیایی در صنایع پتروشیمی و بازیافت پلاستیک‌های زباله استفاده شود.
دکتر جیهون چوی و دکتر هیوکجون سئو از KAIST، نویسندگان مشترک این مطالعه، گفتند: «هدف ما کنترل دقیق این پدیده انقباض خودبه‌خودی منافذ و توسعه آن به یک پلتفرم غشایی است که در کل فرآیند پالایش قابل استفاده باشد. همچنین هدف ما گسترش این فناوری به بازیافت پلاستیک، تصفیه سوخت‌های زیستی و سایر فرآیندهای شیمیایی پایدار است که از خنثی بودن کربن پشتیبانی می‌کنند.»
بر اساس گزارش اویل پرایس، این تحقیق، اولین باری نیست که دانشمندان غشاهایی را توسعه داده‌اند که می‌توانند مصرف انرژی در پالایش نفت را کاهش دهند. برای مثال، مهندسان موسسه ام‌آی‌تی سال گذشته گفتند که رویکرد جدیدی برای تجزیه نفت خام ایجاد کرده‌اند که می‌تواند میزان انرژی مورد نیاز برای فرآوری نفت خام به سوخت‌های مختلف را تا ۹۰ درصد کاهش دهد و این پیشرفتی است که می‌تواند تولید سوخت را متحول کند.
