Высокоэффективные композиционные половолоконные мембраны и мембранные модули для разделения низших углеводородов

В рамках проекта осуществлена разработка методики сухо-мокрого формования высокопроницаемой половолоконной пористой мембраны-подложки из полисульфона (ПСФ) с внешним селективным слоем. Для получения половолоконных композиционных мембран осуществлен выбор материала селективного слоя, обеспечивающего оптимальные транспортные и разделительные свойства по смесям углеводородов. Была разработана новая методика получения композиционных половолоконных мембран путем нанесения формовочного раствора полидецилметилсилоксана (ПДецМС) в н-гексане или изооктане на внешнюю поверхность мембраны-подложки из ПСФ с последующим испарением растворителя. Были получены половолоконные мембраны с проницаемостью 1.1 м3(н.у.)/(м2•атм•ч). При этом, высокая идеальные селективности проницаемости, измеренная по индивидуальным газам (бутан/метан 26.7), свидетельствуют о бездефектности тонкого селективного слоя мембраны. Разработана модель расчета селективности и проницаемости непористых и микропористых полимерных мембран в условиях проницаемости смеси газов. Разработан метод совместного численного решения уравнений Навье-Стокса и конвективной диффузии растворенной примеси в стационарном приближении при соответствующих граничных условиях в модельных упорядоченных системах волокон с двумерными полями течения. Создан численно-аналитический подход к расчету половолоконных газоразделительных мембранных модулей. Получен комплекс экспериментальных данных по транспортным и разделительным свойствам половолоконных мембранных газоразделительных модулей на основе композиционных мембран с селективным слоем из ПДецМС. Исследуемые модельные смеси имитировали состав попутных газов Самотлорского, Варьеганского, Правдинского и Яринского месторождений. Лабораторные мембранные модули показали высокую способность к выделению компонентов С2+ из модельной смеси с метаном. На основании данных о транспортных и разделительных свойствах мембранных модулей был сделан расчет газоразделительного мембранного модуля, необходимого для концентрирования метана с 80.5% об. до 97% об. при подаче исходной бинарной смеси С1-С4 потоком 12500 м3ч-1 при 25 бар. Показано, что для модуля с мембранами ПДецМС/ПСФ в 1.7 раз выше удельный поток, обогащенный по метану, и концентрация н-бутана в пермеате, а также в 5 раз ниже энергозатраты на компримирование.