Zusammenfassung:
Ein Forschungsteam des Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) und des Georgia Institute of Technology in den Vereinigten Staaten hat eine Polyacrylnitril-Membran (PAN) entwickelt, die echtes Rohöl bei Raumtemperatur vorabtrennen kann. Die Forschung wurde in der Zeitschrift Nature veröffentlicht. Im Gegensatz zur herkömmlichen Destillation, bei der das Rohöl zunächst auf über 350 Grad Celsius erhitzt und dann kondensiert und fraktioniert wird, ist bei dieser Methode kein vorheriges Erhitzen des Rohöls erforderlich. Ziel ist es, zunächst einen Teil der leichteren Bestandteile herauszufiltern und diese dann dem bestehenden Destillationsprozess zur Verarbeitung zu übergeben.
Der Schlüssel zu dieser Technologie ist die abnormale Nutzung von „Membranverschmutzung“. Die Forscher ließen Rohöl durch eine poröse PAN-Membran fließen, die üblicherweise in industriellen Filtersystemen verwendet wird. Die schweren Kohlenwasserstoffe im Rohöl lagern sich nach und nach an den Porenwänden ab und verengen die anfänglichen Poren von etwa 15 Nanometern auf weniger als 2 Nanometer und bilden Kanäle, die Moleküle abschirmen können. Leichtere Bestandteile wie Naphtha, Benzin und Kerosin passieren leichter, während schwerere Bestandteile zurückgehalten werden; Wenn die Ablagerung ein stabiles Niveau erreicht, bleibt der Trennkanal stabil. Für die Tests verwendete das Forschungsteam echtes Rohöl, das von der HD Hyundai Oilbank bereitgestellt wurde.
Im Tangentialströmungsexperiment erreichte die Rohöldurchlässigkeit der PAN-Membran ein Maximum von 0,591 Litern pro Quadratmeter pro Stunde und Bar und übertraf damit den zuvor gemeldeten Benchmark um das 23-fache; die selektive Trennleistung wurde vier Wochen lang kontinuierlich aufrechterhalten. Das „23-fache“ bezieht sich hier auf den Vergleich der Membranpermeabilität mit dem vorherigen Benchmark für Rohöl-Trennmembranen und bedeutet nicht, dass sich die Verarbeitungskapazität der gesamten Raffinerie um das 23-fache erhöht hat.
Die Forscher verwendeten außerdem eine Prozesssimulationsauswertung, um die Membranvorbehandlung vor und nach der Hinzufügung der herkömmlichen atmosphärischen Destillation zu vergleichen. Die Ergebnisse zeigten, dass der Energieverbrauch um 31,6 %, die Kohlendioxidemissionen um 37,6 %, der Kühlwasserverbrauch um 20,7 % und die jährlichen Gesamtbetriebskosten um schätzungsweise 36 % gesenkt werden können. Die Kostenanalyse geht davon aus, dass der Membranpreis pro Quadratmeter 10 US-Dollar beträgt. Das Forschungsteam schätzt, dass es bei vollständiger Einführung in Südkoreas Raffinerie- und Petrochemieindustrie die Treibhausgasemissionen um etwa 10 Millionen Tonnen pro Jahr reduzieren kann, was den Emissionen von etwa 4 Millionen Kraftstofffahrzeugen entspricht.
Diese Zahlen zu Energieeinsparungen, Emissionsreduzierungen und Kosten stammen aus Prozesssimulationen und Schätzungen und sind nicht das Ergebnis kommerzieller Raffinerie-Feldoperationen. Die Membran weist derzeit eine Vortrennung vor der Destillation auf. Forscher müssen noch großflächige Membrankomponenten, langfristige Zuverlässigkeit und groß angelegte Betriebsverifizierung fördern; Wenn es angewendet wird, können bestehende Raffinerien es möglicherweise als modulare Filtrationseinheit anschließen, ohne die Destillationsausrüstung vollständig ersetzen zu müssen. Das Team schlug außerdem vor, in Zukunft Anwendungen wie die Reinigung von Pyrolyseöl aus Kunststoffabfällen, die Rückgewinnung von Lösungsmitteln bei der Batterieherstellung, die Reinigung von Biokraftstoffen und die Reinigung von Pharmazeutika zu erforschen, aber dies sind immer noch potenzielle Anwendungen.
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