Новости химической науки > Новый способ разделения углеводородов

Исследователи разработали новый твердый сорбент, способный селективно связывать углеводороды; этот сорбент может оказаться весьма полезным для нефтехимической промышленности, позволяя разделять углеводородную смесь, затрачивая на это разделение минимальное количество энергии.

Новый сорбент был разработан в группе Джеффри Лонга (Jeffrey R. Long) из Университета Калифорнии (Беркли). Исследователи продемонстрировали, что металлорганические каркасные структуры [organic framework (MOF)] при относительно низких температурах могут применяться для разделения и очистки газовых смесей, содержащих этилен, пропилен и другие органические соединения, содержащие от одного до трех атомов углерода.

Пористое соединение селективно связывает этилен, содержащийся в смеси с этаном, оно может применяться для разделения и очистки легких углеводородов самого широкого круга. (Рисунок из Science, 2012, DOI: 10.1126/science.1217544)

Близкие размеры и летучесть легких олефинов и парафинов приводят к тому, что для разделения этих смесей необходимы низкие температуры и высокое давление. Эти обстоятельства приводят к удорожанию процессов нефтепереработки – смеси легких углеводородов являются сопродуктами крекинга и других процессов нефтехимической переработки, протекающих при высоких температурах. Такие фракции, содержащие легкие углеводороды, обычно отделяют от продуктов крекинга, вымораживая и подвергая криогенной перегонке. Криогенная перегонка представляет собой один из самых энергопотребляющих процессов в нефтепереработке, и хотя ее необходимо проводить для отделения легких углеводородов, способных выступать в качестве сырья для синтеза промышленных полимеров, желательна разработка менее дорогого способа отделения крекинг-газов от продуктов жидкофазного крекинга. Таким образом, существует необходимость в материалах, способных разделять легкие углеводороды при нормальном атмосферном давлении и при температурах, значительно превосходящих температуры криогенной перегонки.

Исследователи из группы Лонга разработали металлоорганическую каркасную структуру, способную справиться с этой непростой задачей. Разделение углеводородов происходит с помощью структуры, Fe-MOF-74, в составе которой имеются координирующиеся с углеводородами атомы железа, связанные с помощью бензол-дикарбоксилатных фрагментов.

Для подтверждения возможности применения нового сорбента для разделения углеводородов исследователи ряд испытаний по адсорбции газов и их разделению. Например, при 45°С через колонку, заполненную Fe-MOF-74, пропускали смесь этана и этилена (в одном эксперименте) и пропилена и пропана (в другом эксперименте). С помощью хроматографии исследователи продемонстрировали, что до полного насыщения сорбента на выходе из колонки регистрируется практически чистый алкан.

Результаты эксперимента позволили исследователям смоделировать разделение смеси нескольких газов – в соответствии с этой моделью можно предположить, что железосодержащие металлокаркасные структуры могут использоваться для фракционирования метана, этана и этилена – это необходимо для очистки природного газа, получая каждый газ в чистом виде более энергоэффективно, чем это позволяют существующие методы.

Источник: Science, 2012, DOI: 10.1126/science.1217544

метки статьи: #межмолекулярные взаимодействия, #неорганическая химия, #новые материалы, #химическая технология