Российские ученые разработали способ добычи ксенона из природного газа. Новый метод может сделать получение этого редкого вещества значительно дешевле. Исследование опубликовано в Journal of Natural Gas Science and Engineering.
Самым редким газом на планете является ксенон (Xe), который обычно добывают из воздуха. Но такой способ дорог и не слишком эффективен. В 1 м3 содержится всего лишь 0,08 мл ксенона. Из-за этого у ксенона, очень эффективного в некоторых областях, до сих пор весьма узкий круг применения. Однако потребность в нем сегодня стабильно растет. Мировое потребление ксенона ежегодно увеличивается на 15–20%. Его используют в лазерной, электронной, светотехнической, космической, атомной и других высокотехнологичных отраслях. Ксеноновые фары, например, светят мощнее и служат дольше обычных, а ракета с ксеноновым топливом может улететь дальше.
Поэтому ученые ищут новые, более эффективные способы добычи ксенона. Один из них предложили российские ученые из РХТУ им. Д.И. Менделеева и НГТУ им. Р.Е. Алексеева. Их технология позволяет получать ксенон не из воздуха, а из природного газа, который может содержать от 0,15 об. % ксенона, что на четыре порядка выше, чем в воздухе. Метод основан на использовании газогидратов. Это твердые кристаллические соединения молекул воды и газов, которые образуются в условиях повышенного давления и существуют при температурах, превышающих температуру замерзания воды.
«Разные компоненты природного газа имеют разные давления диссоциации в кристаллогидратах. Поэтому, регулируя давление и температуру, можно поэтапно выпускать из этих кристаллов разные газы. Именно на этом свойстве кристаллогидратов основан наш подход, с помощью которого мы извлекли из модельной смеси газов, имитирующих природный газ, 93,05% ксенона», — рассказал один из авторов исследования, руководитель лаборатории SMARTполимерных материалов и технологий РХТУ Илья Воротынцев.
Эксперименты ученые проводили на модельной газовой смеси из метана (94,85 об.%), углекислого газа (5,00 об. %) и ксенона (0,15 об. %) при температурах -1 °С и 1 °С. Наилучшие результаты показала непрерывная мембранно-газогидратная кристаллизация. Ее исследователи проводили в реакторе объемом 4,17 л, который был разделен полупроницаемой мембраной на две части с высоким и низким давлением. В первый отсек, располагавшийся снизу, ученые помещали природный газ и воду, которые превращались в гидраты. Затем исследователи постепенно меняли температуру и давление и поэтапно выпускали из гидратов углекислый газ и метан через мембрану наверх, во вторую полость, при этом ксенон с водой оставались внизу в гидратах. После этого химики разрушали газовые кристаллы, меняя термобарические условия. В результате вода оставалась на дне, а ксенон концентрировался над ней.
По словам ученых, разработанный ими способ добычи ксенона может в несколько раз снизить стоимость его получения. «Точных расчетов по стоимости добычи пока привести не можем, так как все будет зависеть от конкретных условий — концентрации ксенона в месторождении природного газа, местонахождения самих скважин. Но даже с учетом транспортных расходов, если мы будем вывозить вертолетами газ из Сибири до железнодорожных платформ, себестоимость его будет как минимум в два раза ниже газа, полученного из воздуха», — подчеркнул Воротынцев. Ученые также уверены, что разработанная ими технология найдет промышленное применение в России. Дальше исследователи планируют испытать свой метод на образцах природного газа из настоящих месторождений и подобрать оптимальные условия для повышения степени извлечения ксенона.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
