Resumen:
Un equipo de investigación del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) y el Instituto de Tecnología de Georgia en Estados Unidos ha desarrollado una membrana de poliacrilonitrilo (PAN) que puede preseparar petróleo crudo real a temperatura ambiente. La investigación fue publicada en la revista Nature. A diferencia de la destilación tradicional, que primero calienta el petróleo crudo por encima de los 350 grados Celsius y luego lo condensa y fracciona, este método no requiere calentar el petróleo crudo primero. El objetivo es filtrar primero algunos de los componentes más ligeros y luego pasarlos al proceso de destilación existente para su procesamiento.
La clave de esta tecnología es la utilización anormal de "incrustaciones de membrana". Los investigadores dejaron que el petróleo crudo fluyera a través de una membrana porosa de PAN comúnmente utilizada en sistemas de filtración industriales. Los hidrocarburos pesados del petróleo crudo se depositaron gradualmente en las paredes de los poros, estrechando los poros iniciales de unos 15 nanómetros a menos de 2 nanómetros, formando canales que pueden filtrar moléculas. Los componentes más ligeros como la nafta, la gasolina y el queroseno pasan más fácilmente, mientras que los componentes más pesados quedan retenidos; cuando la deposición alcanza un nivel estable, el canal de separación permanece estable. El equipo de investigación utilizó petróleo crudo real proporcionado por HD Hyundai Oilbank para las pruebas.
En el experimento de flujo tangencial, la permeabilidad del petróleo crudo de la membrana PAN alcanzó un máximo de 0,591 litros por metro cuadrado por hora por bar, superando el punto de referencia informado anteriormente en 23 veces; el rendimiento de separación selectiva se mantuvo de forma continua durante cuatro semanas. Las "23 veces" aquí se refieren a la comparación de la permeabilidad de la membrana con el punto de referencia anterior de la membrana de separación de petróleo crudo, y no significa que la capacidad de procesamiento de toda la refinería haya aumentado 23 veces.
Los investigadores también utilizaron la evaluación de simulación de procesos para comparar el pretratamiento de la membrana antes y después de agregar la destilación atmosférica tradicional. Los resultados mostraron que el consumo de energía se puede reducir en un 31,6%, las emisiones de dióxido de carbono se pueden reducir en un 37,6%, el consumo de agua de refrigeración se puede reducir en un 20,7% y se estima que el costo operativo total anualizado se reduce en un 36%. El análisis de costos supone que el precio unitario de la membrana es de 10 dólares EE.UU. por metro cuadrado. Si se adopta plenamente en las industrias petroquímica y de refinación de Corea del Sur, el equipo de investigación estima que puede reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en aproximadamente 10 millones de toneladas por año, equivalente a las emisiones de alrededor de 4 millones de vehículos de combustible.
Estas cifras de ahorro de energía, reducción de emisiones y costos se derivan de simulaciones y estimaciones de procesos y no son el resultado de operaciones de campo de refinerías comerciales. Actualmente, la membrana demuestra una separación previa antes de la destilación. Los investigadores aún necesitan promover componentes de membranas de gran superficie, confiabilidad a largo plazo y verificación de operaciones a gran escala; Si se aplica, las refinerías existentes podrán conectarlo como una unidad de filtración modular sin reemplazar completamente el equipo de destilación. El equipo también propuso explorar usos como la purificación de aceite de pirólisis de residuos plásticos, la recuperación de disolventes para la fabricación de baterías, la purificación de biocombustibles y la purificación farmacéutica en el futuro, pero estas todavía son aplicaciones potenciales.
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