Метод разделения газовых смесей, основанный на использовании полимерных газоразделительных мембран, является одним перспективных направлений развития многочисленных отраслей промышленности: газовой, нефтяной, химической и др.
Интенсивные разработки в области создания пригодных для разделения полимерных материалов, выполненные в 80-е годы уходящего столетия, в 90-х годах завершились серией заметных внедрений. К таковым можно отнести разработки в области разделения сероводородсодержащего природного газа [1] установки азотного пожаротушения типа 'АПТ', внедряемые предприятием 'Меком' в нефтедобывающей отрасли с 1992
г. [2], установки получения сухого воздуха 'Суховей', внедряемые в течении ряда лет на предприятиях связи и другие.
По сравнению с традиционно используемыми методами разделения газовых и парогазовых смесей мембранная технология, как правило, требует значительно меньших капитальных и эксплуатационных затрат. Кроме того, высокую конкурентоспособность мембранным процессам обеспечивает присущий им комплекс свойств: экологическая чистота (отсутствие дополнительных реагентов и образования новых соединений в процессе разделения), простота технологического оформления и обслуживания, достаточно мягкие условия (по температуре и давлению) проведения разделения компонентов газовых смесей.
В настоящее время, в мировой практике мембранный способ разделения газов наиболее проработан и реально применяется для решения следующих задач:
- разделение воздуха с целью получения обогащенного по кислороду воздуха для медицинских и производственных целей или создания инертной среды с концентрацией азота 95-99% об. (генераторы азота);
- извлечение водорода из сбросных (продувочных) газов синтеза аммиака, процессов риформинга и других технологических газовых смесей;
- выделение сероводорода и диоксида углерода из смеси с углеводородами (в основном с метаном) при переработке природного газа;
- предварительное концентрирование гелия из природного газа.
Более широкое применение мембранных методов разделения газовых сред в различных отраслях промышленности представляется крайне перспективным. Можно отметить, что такие присущие мембранной технологии свойства, как отсутствие безвозвратных потерь компонентов разделяемой смеси и отсутствие необходимости введения каких-либо дополнительных компонентов, делает мембранную технологию потенциально перспективной для решения любых технологических задач, связанных с разделением дорогих компонентов или предварительным концентрированием при разделении многокомпонентных или азеотропных смесей. Однако реальные возможности расширения сферы применения мембранной технологии, как правило, ограничиваются двумя основными факторами:
- недостаточной селективностью и производительностью существующих мембран;
- недостаточной устойчивостью мембран к воздействию отдельных компонентов разделяемых газовых сред.
В связи с этим, современная мембранная наука и технология наиболее интенсивно развиваются по следующим основным направлениям:
- разработка новых полимеров с оптимальным сочетанием эксплуатационных свойств и последующее изготовление мембран на их основе;
- отработка технологии получения мембран с высокой удельной производительностью (композиционные или асимметричные половолоконные мембраны);
- создание принципиально новых типов мембран, предназначенных для решения задач газоразделения, например, квазижидких мембран (КЖМ);
- оптимизация конструкции мембранных аппаратов и технологических схем;
- модификация существующих, промышленно выпускаемых мембран с целью улучшения их эксплуатационных свойств (повышения селективности, химической стойкости).
Последний путь представляется наиболее перспективным, в первую очередь по экономическим показателям, так как позволяет исключить наиболее длительные и дорогостоящие стадии синтеза нового полимера и отработки методики получения на его основе промышленной мембраны с удовлетворительными эксплуатационными (устойчивость к воздействию компонентов разделяемой среды; механическая прочность, особенно в режиме постоянно меняющегося перепада давлений; допустимый температурный интервал эксплуатации; подверженность физическому старению) и газоразделительными (производительность, селективность) свойствами, которые в совокупности определяют принципиальную возможность работы мембранного оборудования в конкретных технологических условиях и ресурс его работы.
Еще одним важным преимуществом использования методов модификации является принципиальная возможность получения на базе одной исходной мембраны ряд мембран с оптимально подобранными свойствами для решения различных задач
