Bélafiné Bakó Katalin, Székely Katalin (szerk.): GÁZELEGYEK MEMBRÁNOS ELVÁLASZTÁSA
›
6. Két- és többkomponensű gázelegyek szeparációja
›
6.6. Alkalmazások

6.6. Alkalmazások

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

Kézenfekvő, hogy a membrános gázszeparáció elterjedése azokon a területeken volt várható, ahol ipari mennyiségű gázelegyek szétválasztása folyik. Az itt alkalmazott szeparációs eljárások közé tartoznak a kriogén technika, az adszorpció, illetve a nyomásváltásos adszorpció (pressure swing adsorption, PSA) vagy az abszorpciós technológiák. Ezekkel a hagyományos szeparációs módszerekkel összehasonlítva a membrános gázszeparáció megítélése kissé komplikált (Spillman, 1995), aminek három oka is van:

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

  1. A membrános eljárások technikailag drasztikusan fejlődnek és egyes területeken gazdaságosságuk is javul, ezért egyre nagyobb mértékben nyernek alkalmazást, egyre több (nagyrészt kisebb méretű) működő üzemről számolnak be.
  2. A membrános elválasztás sok esetben nem tudja teljes mértékben helyettesíteni a hagyományos szeparációt: más egy membrános gázszeparáció természete, korlátai, ezért a meglévő technológia módosítása vagy újabb műveletek beépítése szükséges.
  3. A membrános eljárásra vonatkozó hatékonysági adatokat – különösen a nagy léptékű ipari felhasználók – igen ritkán publikálják, nem hozzáférhetők, ráadásul az egyes iparágakban más-más módszereket alkalmaznak ennek érzékeltetésére; így nagyon nehéz általános konklúziót levonni.
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

A membrános gázszeparáció ipari alkalmazásával öt fő területen találkozhatunk napjainkban (Castel, 2020). Ahogy a 6.3. táblázat mutatja (Koros, 1993; Spillman, 1995; Baker, 2014; Galizia, 2017; Ismail, 2015; Zhang, 2013), az egyik ilyen terület a levegő szétválasztása, amely a legnagyobb és legelterjedtebb alkalmazástechnika, 100 ezer fölötti működő üzemmel világszerte. Manapság a nitrogén előállítása már szinte kizárólag membrános technikával történik.
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

6.3. táblázat. Fontosabb alkalmazási területek
Alkalmazás
Membrán
anyaga
Szelektivitás
Működő üzemegységek száma a világon
O2/N2
poliimid,
poli(p-fenilén-oxid)
4–6
>100 000
H2/N2
poliszulfon, poliimid
~100
~500
CO2/CH4
cellulóz-acetát,
poliimid
15–40
~500
VOC/N2
szilikongumi
10-30
~2500
H2O/levegő
poliimid, poliszulfon
>200
>10 000
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

A membrános eljárás lehetővé tette az ún. on-site egységek telepítését, vagyis a nitrogént a felhasználás helyszínén tudják előállítani a megfelelő kapacitással. A szeparáció során oxigénszelektív membránt alkalmaznak, így az oxigén kerül át a permeátumba, és a retentátumban fog feldúsulni a nitrogén. A szeparáció esetében az üzemeltetési költség legnagyobb hányadát az energiaköltség adja (komprimálni szükséges a betáplálási áramot), mellette a membrán sem olcsó. Mégis a költségelemzések a membrános gázszeparáció előnyét mutatják a hagyományos eljárásokkal szemben. A membrános elválasztás elterjedését gyorsította a nitrogén alkalmazási területeinek bővülése is, különösen azoknál, ahol elegendő a 95% körüli tisztaság. Ilyen például az ún. inert gáztakaró (gas blanketing) alkalmazása, amelyet éghető anyagok elszigetelésére, élelmiszerek romlásának megakadályozására használnak.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

További alkalmazási terület a H2/N2 elválasztás a nagy léptékű ipari technológiák (például műtrágyagyártás, olajfeldolgozás) részeként. Az ammónia gyártásánál a levegőből nyert nitrogént és a földgázból reformálással kapott hidrogént reagáltatják. Azonban a reakció nem megy végbe teljes mértékben, így az el nem reagált gázt visszavezetik a reaktorba. Ebben azonban feldúsulhatnak a reakcióban részt nem vevő komponensek (argon, metán), ami káros hatású. A hidrogén membrános szeparációjával kapacitásnövekedést lehet elérni. Bár a hidrogén a permeátumban fog megjelenni, és ezért komprimálásra van szükség a reaktorba történő visszavezetésnél, a teljes eljárás mégis energiamegtakarítást jelent.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

A H2-visszanyerés a finomítókban is nagy szerepet játszhat, hiszen ott hidrogén felhasználása és termelődése is folyik. Ezen áramok H2-tartalmának emelése nagymértékben hozzájárulhat a folyamatok jobb hatékonyságához. Az egyik alkalmazási lehetőség (a táblázatban nem szerepel) szintézisgázok H2- és CO-arányának beállítása (Brunetti, 2010) a hidrogén membrános szeparációjával, ahol szintén poliimid membránok használhatók. Második példánk a hidrogén szénhidrogénektől történő elválasztása főleg olajfinomító üzemekben.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

A metántartalmú gázelegyek „savtalanítása”, vagyis CO2-tól történő megszabadítása a földgáz kitermelésénél, illetve a biogáz előállításánál alkalmazható (Scholz, 2013; Farnam, 2021). A hagyományos aminos abszorpciós eljáráshoz képest a membrános technika környezetvédelmi szempontból mindenképpen előnyösebb, de a nagy léptékű alkalmazásoknál még mindig az abszorpció a versenyképesebb. A membrános elválasztás során CO2-szelektív membránokat alkalmaznak, így az általában kisebb arányban (10–20%) jelen levő CO2 jut át a permeátumba. Tehát a retentátumban dúsuló metán (a termék) komprimált állapotban marad, ami szintén előnyt jelent.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

A szén-dioxid kinyerése égetőművek, erőművek füstgázainak kezelésénél (Brunetti, 2010) is fontos művelet (a táblázatban ez sem szerepel), hiszen az üvegházhatású gázt manapság már nem lehet büntetlenül kiengedni a légkörbe.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

Az illékony szerves vegyületek kinyerése az egyes ipari folyamatokban keletkező hulladékáramok fontos szeparációs eljárása. Ezek szeparációja nemcsak egészségügyi, környezetvédelmi és biztonságtechnikai szempontból elengedhetetlen, de visszanyerésükkel újrafelhasználható alapanyaghoz jutunk. Ráadásul – membrános technikát alkalmazva – sokszor viszonylag tiszta formában. Az itt alkalmazott membránok jellemzően a levegőt tartják vissza. Példaként felsorolható: bután visszanyerése polisztirol csomagolóanyagot gyártó üzemben, freon, klórozott szénhidrogének visszanyerése stb.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

Végül, a levegő páratartalmának csökkentésére irányuló szeparációt rendkívül sok helyen használják, elég, ha csak a repülőgépek utasterének megfelelő levegőellátását említjük. Ezeknél a rendszereknél jellemzően a szilárd szárítószerrel végzett páramentesítést cserélik le az egyszerűbb, a környezetet kevésbé terhelő, energiatakarékos membrános technikával. A membrán a vízgőzre szelektív és viszonylag alacsony az ára. Az eljárás egyetlen hátránya, hogy némi komprimált levegő is a permeátumáramba távozik, ami így elvész.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

A fejezet túlnyomó részében kétkomponensű gázelegyekről esett szó, de például az alkalmazások három utolsó példáját már a többkomponensű szeparációk közé sorolhatjuk. A fejezet zárásaként egy különleges, többkomponensű elválasztást is bemutatunk röviden: a hélium kinyerését egyes földgáztípusokból (Dai, 2021; Ahsan, 2015). Ezt azokon a földgázlelőhelyeken érdemes alkalmazni, ahol a kitermelhető földgáz héliumtartalma legalább 1,5-2%. A szeparáció során a hélium mellett metán, nagyobb móltömegű szénhidrogének és nitrogén is jelen van, ezeknek a komponenseknek a kinetikai átmérője nagyobb, mint a héliumé, így a hélium lesz a gyorsabban permeálódó gáz, ami a permeátumban gyűlik fel. Sokféle membránt alkalmaztak már: polimereket, szervetlen membránokat és kevert membránmátrixokat is. A membrános leválasztás energetikailag jóval kedvezőbb, mint a kriogén technikák, de a megfelelő tisztaság eléréséhez sokszor kombinálják más szeparációs eljárásokkal (hibrid módszerek). A héliumkinyerés membránszeparációs eljárással volumenében kisebb és kevésbé elterjedt, mint a többi ipari gázszeparációs technika.
chevron_left
chevron_right
Tartalomjegyzék navigate_next
Keresés a kiadványban navigate_next
A kereséshez, kérjük, lépj be!
Könyvjelzőim navigate_next
A könyvjelzők használatához
be kell jelentkezned.
Jegyzeteim navigate_next
Jegyzetek létrehozásához
be kell jelentkezned.
    Kiemeléseim navigate_next
    Mutasd a szövegben:
    Szűrés:
    Kiemelések létrehozásához
    MeRSZ+ előfizetés szükséges.
      Útmutató elindítása
      delete
      Kivonat
      fullscreenclose
      printsave