ГАЗОРАЗДЕЛЕНИЕ

С ПОМОЩЬЮ ПОЛИМЕРНЫХ ВОЛОКОН

Аэрокосмическая, химическая и пищевая промышленность, энергетика — для всех этих отраслей требуется азот разной степени чистоты. Благодаря недавно разработанной половолоконной мембране SEPURAN® N2 Эвоник предлагает ориентированное на потребности, эффективное и энергосберегающее решение для получения желаемого газа.

Негорючий, инертный, без запаха и вкуса — благодаря этим свойствам азот является необходимым газом для ряда отраслей промышленности. Азот получают из воздуха, в котором его содержание составляет до 78 процентов. Воздух также на 21% состоит из кислорода — чрезвычайно реактивного газа, способствующего возникновению пожаров. Процессы сепарации газов предназначены для разделения кислорода и азота.

Для этого особенно хорошо подходит криогенное разделение воздуха, также известное как «процесс Линде». С его помощью можно получить азот с чистотой более 99,99%. Но за такой уровень качества приходится платить: криогенное разделение воздуха потребляет много энергии и выгодно только в крупномасштабном производстве. Однако для многих применений достаточно технического азота чистотой от 95 до 98 процентов.

Одно из основных применений инертного газа такого качества — активная противопожарная защита. В серверных, например, подача N2 позволяет понизить содержание кислорода в воздухе в помещении ниже 16 процентов. При такой концентрации кислорода пламя либо сразу гаснет, либо вообще не образуется. В химической промышленности азот часто используется для защиты от взрыва на производственных предприятиях или нефтебазах. Для этих целей азот можно получить гораздо более экономично с помощью мембранной технологии.

Это стало отправной точкой для новой разработки Эвоник. Специализированная химическая компания, являющаяся технологическим лидером в области высокоэффективных полимеров, извлекла выгоду из своих обширных ноу-хау в области проектирования и производства половолоконных мембран. Основываясь на этом опыте, за последние несколько лет компания Эвоник создала специально разработанные мембранные системы для разделения газов для самых разных применений. SEPURAN® Green, например, используется для обработки биогаза, поскольку он с высокой эффективностью отделяет углекислый газ и метан. Этот процесс был удостоен награды IKU Innovation Award 2014 Федерального министерства окружающей среды Германии за выдающиеся инновации в области защиты климата и окружающей среды

Благодаря своему небольшому размеру молекулы кислорода легко проходят через мембрану. Таким образом, во внутренней области, на стороне ретентата, азот обогащается до желаемой чистоты, в то время как на внешней стороне полых волокон, на стороне пермеата, образуется богатый кислородом воздушный поток. В некоторых случаях этот поток может быть желанным побочным продуктом, который используется, например, для таких целей, как увеличение производительности процессов сгорания или окисления.

Чистоту N2 можно регулировать даже с помощью количества впрыскиваемого сжатого воздуха: Чем меньше количество впрыскиваемого сжатого воздуха, тем выше качество азота. Но в этом случае для процесса требуется в целом больший объем воздуха, потому что количество азота, протекающего через пластиковую мембрану, увеличивается вместе с количеством кислорода. Обычно этот процесс в основном используется при давлении до десяти бар, но может также использоваться и при более высоких давлениях. В зависимости от требуемой чистоты отношение впрыскиваемого воздуха к произведенному азоту составляет от 2:1 до 3:1.

Эвоник производит полые полиимидные волокна на своем предприятии в Ленцинге (Австрия), которое имеет большой опыт и знания в производстве волокон. В прядильной установке раствор полимера обтекает центральную струю жидкости, последующее полое пространство волокон, в ванну для осаждения. Струя жидкости также отвечает за требуемую асимметрию и пористость мембраны. Плотный газоактивный слой на поверхности волокон, где происходит фактическое разделение газов, имеет толщину менее 100 нанометров. Оставшаяся пористая часть волокон служит в первую очередь в качестве опоры.

В конце концов, в процессе прядения были получены половолоконные мембраны диаметром менее половины миллиметра, которые в конечном итоге могут быть встроены в модули из нержавеющей стали. Мембранный модуль SEPURAN® N2 длиной примерно 1,3 метра содержит десятки тысяч этих крошечных трубок, которые скрепляются и заливаются специальной смолой. В зависимости от области применения и размера установки можно соединить друг с другом любое количество этих модулей.

Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание SEPURAN® N2 также низкие. Еще одно преимущество состоит в том, что мембранный модуль SEPURAN® N2 можно легко подключить к существующим системам сжатого воздуха, что позволяет производить инертный газ на месте при низких инвестиционных затратах. Благодаря модульной конструкции процесс обеспечивает высокую гибкость, и установку можно запускать и останавливать через короткие промежутки времени. Вот почему мембранные системы идеально подходят для объединения с существующими криогенными воздушными компрессорами или адсорбционными системами с переменным давлением, чтобы покрыть пики спроса или расширить пределы нагрузки.

Снижение капиталовложений и эксплуатационных расходов позволяет производить азот с меньшими затратами, и не только по сравнению с другими мембранными системами. Технология SEPURAN® N2 является особенно привлекательной альтернативой адсорбционным системам с переменным давлением или поставкам на грузовиках или стеллажах для баллонов, когда достаточно чистоты азота ниже 98 процентов.
В Эвоник цепочка создания добавленной стоимости для мембранных модулей простирается от производства мономеров и полимеров через производство полых волокон до изготовления модулей целиком. Таким образом, можно вносить изменения в каждый ключевой момент — в молекулярной структуре химических строительных блоков, модификации отдельных волокон и их внедрении в элементы из нержавеющей стали. Результатом может стать беспрецедентная производительность модуля.