要約:
韓国科学技術院 (KAIST) と米国のジョージア工科大学の研究チームは、室温で本物の原油を事前に分離できるポリアクリロニトリル (PAN) 膜を開発しました。研究はNature誌に掲載された。最初に原油を摂氏350度以上に加熱してから凝縮し、分留する従来の蒸留とは異なり、この方法では最初に原油を加熱する必要がありません。目標は、最初に軽い成分の一部を濾過して取り除き、次にそれらを既存の蒸留プロセスに渡して処理することです。
この技術の鍵となるのは、「膜ファウリング」の異常利用です。研究者らは、工業用濾過システムで一般的に使用されている多孔質PAN膜に原油を流した。原油中の重質炭化水素は徐々に細孔壁に堆積し、最初の約15ナノメートルの細孔が2ナノメートル未満に狭まり、分子を選別できるチャネルを形成した。ナフサ、ガソリン、灯油などの軽い成分はより容易に通過しますが、重い成分は保持されます。堆積が安定したレベルに達すると、分離チャネルは安定したままになります。研究チームはHD現代オイルバンクから提供された本物の原油を実験に使用した。
接線流実験では、PAN 膜の原油透過性は最大 0.591 リットル/平方メートル/時間/バールに達し、以前に報告されたベンチマークを 23 倍上回りました。選択分離性能は4週間継続して維持されました。ここでの「23倍」とは、従来の原油分離膜ベンチマークとの膜透過性の比較を指しており、製油所全体の処理能力が23倍になったことを意味するものではありません。
研究者らはまた、プロセス シミュレーション評価を使用して、従来の常圧蒸留を追加する前後の膜前処理を比較しました。その結果、エネルギー消費量が 31.6%、二酸化炭素排出量が 37.6%、冷却水消費量が 20.7%、年間総運用コストが 36% 削減されると推定されることが示されました。コスト分析では、膜の単価が 1 平方メートルあたり 10 米ドルであると仮定しています。韓国の精製・石油化学産業に全面的に導入されれば、温室効果ガス排出量を年間約１０００万トン削減できると研究チームは試算しており、これは燃料自動車約４００万台の排出量に相当する。
これらのエネルギー節約、排出削減、およびコストの数値は、プロセスのシミュレーションと推定から導出されたものであり、商業精製所の現場での運用の結果ではありません。膜は現在、蒸留前の事前分離を示しています。研究者は依然として、大面積膜コンポーネント、長期信頼性、大規模な動作検証を推進する必要があります。これが適用されれば、既存の製油所は蒸留装置を完全に交換することなくモジュール式濾過ユニットとして接続できる可能性があります。研究チームはまた、将来的に廃プラスチック熱分解油の精製、電池製造用溶媒の回収、バイオ燃料の精製、医薬品の精製などの用途を検討することも提案したが、これらは依然として潜在的な用途である。
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