В настоящее время переработка нефти, включающая многократный нагрев, испарение и конденсацию нефти, происходит так же, как и в XIX веке. Конечно, процессы термического крекинга нефти с тех пор стали более контролируемыми, благодаря чему человечество и получает керосин, бензин и т. д. Однако основа этой технологии заключается в нагревании нефти и, соответственно, требует огромного количества тепла. Но ученые из Даляньского института химической физики в Китае опробовали новый метод переработки нефти, который в лабораторных условиях потреблял примерно на 91% меньше энергии, чем традиционный термический крекинг. Технологию назвали "молекулярной переработкой"; она предполагает разделение компонентов нефти с помощью химических молекулярных мембран на основе металлоорганических каркасов. И если она будет внедрена, то "полностью изменит индустрию", считают в Mediafax.
Чтобы превратить сырую нефть в керосин, газолин, бензин, пластмассы и т. д. , ее нужно разделить на отдельные компоненты. Традиционный крекинг основан на процессах дистилляции: нефть неоднократно нагревают, испаряют и конденсируют, используя незначительные различия в температурах кипения веществ.
"Молекулярная переработка" не предполагает нагрева вообще. Все происходит на молекулярном уровне, где мембраны действуют как сито. Их поры и поверхностные свойства настраиваются для отделения различных соединений и направления их на соответствующие производственные линии.
На первом этапе каскадного мембранного разделения молекулы сортируются по размеру. Разница между ними составляет около 0,1 нанометра. Мембрана отделяет более мелкие линейные и одноразветвленные алканы, которые используются для производства этилена.
Второй этап предназначен для молекул, разница в размерах которых составляет менее 0,01 нанометра. Другая мембрана с помощью свойств своей поверхности распознает и отделяет ароматические соединения – важные промежуточные вещества для изготовления пластмасс, смол и волокон – от многоразветвленных алканов и циклоалканов, которые используются для производства бензина.
Исследователи применили микротравление дубильной кислотой, чтобы изменять размер пор и химические свойства поверхности мембран. В ходе лабораторного теста модельную смесь легкой нефтяной фракции из 15 компонентов разделили на три группы продуктов с высокой добавленной стоимостью. Уровень извлечения составил от 85% до 90%. Отметим: исследование проводилось в лаборатории. В случае промышленного масштабирования технология могла бы в разы сократить производственные затраты и выбросы.
Причем речь идет не только об экономии энергии – мембраны также позволяют повысить точность процесса и ценность получаемых продуктов.
Однако даже сами исследователи пока не могут сказать, можно ли производить и использовать мембраны в крупных масштабах, чтобы "трансформировать мировую нефтеперерабатывающую промышленность".
Так или иначе, исследование опубликовано в китайских научных изданиях и теперь ждет соответствующей работы инженеров.