Credito:Wiley
Gas naturale che contiene maggiori quantità di idrogeno solforato (H 2 S) e anidride carbonica (CO 2 ) è chiamato gas acido. Prima che possa entrare in una pipeline, deve essere 'addolcito' rimuovendo le sue impurità acide. Attraverso la messa a punto dei rapporti di due componenti molecolari, è possibile produrre membrane in poliimmide su misura in grado di purificare il gas acido con un'ampia gamma di composizioni, come riportato dai ricercatori sulla rivista Angewandte Chemie .
Il componente principale del gas naturale è il metano (CH 4 ). l'H 2 S e CO 2 nel gas acido reagiscono in modo acido con l'umidità, rendendoli altamente corrosivi. Inoltre, h 2 S è altamente tossico e rappresenta un rischio per la sicurezza. Oggi, l'addolcimento viene solitamente ottenuto attraverso un lavaggio chimico ad alta intensità energetica, che non è economicamente conveniente per gas con alte concentrazioni di H 2 S e CO 2 . Inoltre, questo processo richiede un grande, apparati complessi che è impossibile utilizzare in strutture remote o offshore. scalabile, le separazioni a membrana economiche rappresentano un'ottima alternativa.
Le membrane a base di polimeri di poliimmide vetrosa costituiti da uno speciale gruppo contenente azoto e ossigeno dimostrano una buona efficienza di separazione. Però, una comprensione fondamentale delle relazioni tra le strutture delle poliimmidi e le loro proprietà di trasporto dei gas in presenza di H 2 S è mancato, ostacolando la progettazione di membrane avanzate. Un team guidato da William J. Koros presso il Georgia Institute of Technology (Atlanta, U.S.) ha ora affrontato questo argomento.
Le separazioni a membrana si basano sul fatto che i gas con maggiore solubilità passano più facilmente attraverso i materiali della membrana; però, molecole di gas più piccole possono anche diffondersi più facilmente attraverso le membrane. La sfida per l'addolcimento sta nel fatto che la separazione della CO 2 si basa principalmente su una differenza di dimensione (CO 2 è più piccolo di CH 4 ), mentre la separazione di H . di dimensioni simili 2 S e CH 4 dipende dalle differenze di solubilità. Inoltre, le membrane vetrose di poliimmide iniziano ad ammorbidirsi mentre assorbono più gas disciolto. Questo è favorevole per la separazione di H 2 S ma sfavorevole per la separazione della CO 2 .
Per i loro esperimenti, i ricercatori hanno prodotto poliimmidi basate su 6FDA (4, Anidride diftalica 4'-(esafluoroisopropilidene). Hanno usato due diversi elementi costitutivi 6FDA, che hanno polimerizzato in una varietà di rapporti. Un blocco costitutivo (DAM) introduce un ingombrante gruppo trimetilbenzene, che impedisce alle catene polimeriche di essere densamente impaccate. Ciò aumenta sia la permeabilità ai gas che la tendenza ad ammorbidirsi. L'altro elemento costitutivo (DABA) contiene un gruppo di acido benzoico polare. Questo stringe l'imballaggio delle catene, diminuzione della permeabilità, ma aumenta H 2 S solubilità.
Proporzioni più elevate di DAM aumentano la permeabilità alla CO 2 , ma anche CH 4 , che diminuisce la selettività. In contrasto, la selettività nei confronti di H 2 S è appena colpito. Più DAM è incluso, più il polimero si ammorbidisce, che è sfavorevole per la CO 2 ma favorevole per H 2 S. Regolando attentamente le quantità relative dei blocchi costitutivi, l'impaccamento delle catene polimeriche e la tendenza a plastificare possono essere bilanciati per produrre membrane che contemporaneamente ed efficacemente separano sia H 2 S e CO 2 . Ciò rende possibile personalizzare le membrane per diverse composizioni di gas naturale.
