Новый фильтрационный материал может сделать процесс нефтепереработки более дешевым и более эффективным

Новый вид искусственного фильтрационного материала, синтезированного исследователями из Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) может стать основой совершенно нового метода выделения из нефти фракций высокооктанового бензина. Этот метод может стать тем методом, который произведет революцию в современной нефтеперерабатывающей промышленности, которая до сих пор использует технологии более чем вековой давности.

Материал, созданный в лаборатории Джеффри Лонга (Jeffrey Long), профессора химии из Калифорнийского университета в Беркли, имеет сложную металло-органическую структуру (metal-organic framework, MOF), которую можно себе представить как губку с множеством микроскопических отверстий. Прямые внутренние стены кристаллической решетки материала MOF формируют треугольные отверстия, поры, которые выборочно "заманивают в свою ловушку" только фракции низкооктанового бензина, молекулы которых имеют форму, отличную от высокооктановых молекул. Использование такого фильтрующего материала может оказаться менее энергоемким и дорогим, нежели традиционные методы перегонки нефти.

Чем больше октановое число бензина, тем выше его стоимость на заправочной станции. Это объясняется тем, что для выделения высокооктановых фракций требуется использование дополнительных этапов переработки исходного сырья. В нефти встречаются несколько видов молекул одного и того же соединения, называемых изомерами, имеющих одинаковую химическую формулу, но различающихся формой самих молекул.

Проблема заключается в том, что, к примеру, из четырех существующих изомеров одного соединения всего два изомера могут являться высокооктановыми, а октановое число у других двух изомеров имеет намного никое значение. Существующие изомеры имеют немного разные точки кипения, что требует при производстве высокооктанового бензина, очень точного поддержания температуры чашек ректификационной колонны, делая этот процесс энергоемким и дорогостоящим.

Использование фильтров из нового MOF-материала позволит нефтеперерабатывающим предприятиям обойти вышеуказанную проблему, заманивая самые низкооктановые изомеры в ловушку фильтра. Молекулы более низкооктановых изомеров имеют более прямые формы, что позволяет им беспрепятственно проходить сквозь поры фильтра.

Для создания нового MOF-материала исследователи из NIST использовали метод, называемый нейтронной порошковой дифракцией (neutron powder diffraction), метод, позволяющий получить и проконтролировать "правильность" кристаллической структуры изготавливаемого материала. "Наши исследования показали, что легче создать материал, который будет пропускать только низкооктановые изомеры, нежели пропускать только сложные молекулы высокооктановых изомеров" - рассказывают исследователи, - "Проведение процесса фильтрации происходит при более низких температурах, нежели перегонка, что делает весь процесс в целом менее энергоемким и менее дорогостоящим".