Российские ученые предложили проводить выделение аммиака из реакционной смеси с помощью гибридной технологии, сочетающей возможности мембранной очистки и современных абсорбентов. Новый метод позволяет получать аммиак чистотой до 99%, затрачивая гораздо меньше энергии. Результаты работы опубликованы в журнале Chemical Engineering Journal.
Каждый год в мире производится почти 200 миллионов тонн аммиака, и это самое крупнотоннажное химическое производство. Почти весь аммиак получают в процессе Габера — Боша, предложенном еще в начале XX века. В нем водород и азот пропускают при высоком давлении через катализатор, и на выходе получается газообразная смесь исходных реагентов и аммиака, который нужно очистить. Сейчас для этого смесь охлаждают с применением большого количества хладагентов, из-за чего процесс очистки потребляет очень много энергии. Поддержанные Российским научным фондом исследователи из РХТУ им. Д.И. Менделеева, НГТУ им. Р.Е. Алексеева и ННГУ им. Н.И. Лобачевского предложили использовать новые абсорбенты, которые позволяют получить аммиак с чистотой, сопоставимой с промышленной.
Гибридная технология очистки газов, разработанная российскими учеными, протекает в аппарате их собственной конструкции. Он разделен мембраной на две части — в верхнюю поступает смесь газов, которая пропускается через абсорбент, нанесенный на мембрану. Он накапливает большие количества аммиака, который выводится в другую часть аппарата: между полостями. Над и под мембраной создается большой перепад давления, и под его действием аммиак диффундирует через мембрану в нижнюю часть аппарата, из которой отводят поток очищенного газа.
В качестве абсорбента ученые использовали четыре разных вещества, глубокие эвтектические растворители (смесь двух веществ, температура плавления которой ниже температуры плавления отдельных компонентов). Лучший результат показал абсорбент на основе ГЭР из тиоцианата аммония смешанного с глицеролом: с ним чистота аммиака на выходе составляла почти 99%. Однако после повышения скорости подачи газовой смеси эффективность абсорбента сильно падала. Так что более перспективны оказались растворители на основе смеси тиоцианата аммония и мочевины или этиленгликоля.
«В этой работе мы определили наиболее перспективные абсорбирующие материалы, а теперь продолжаем изучать процесс и разрабатываем новую конструкцию мембранного модуля, которую будет возможно масштабировать для задач промышленности, — рассказывает один из авторов Илья Воротынцев. — Конечно, процесс синтеза аммиака остается практически неизменным на протяжении 100 лет, но он сопряжен с такими большими затратами энергии и проводится в таких колоссальных объемах, что снижение энергопотребления не то что на порядок, а даже на проценты может принести колоссальную прибыль, а в нашем методе как раз не требуется никаких хладагентов, и поэтому он гораздо доступней».
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
