Новосибирск, 6 июн - ИА Neftegaz.RU. Ученые из Института катализа СО РАН проанализировали свыше 10 тыс. вариантов координационных полимеров, которые можно использовать для извлечения гелия из природного газа, и выявили основные структурные параметры этих соединений. Открытие поможет в разработке более эффективных материалов.
Об этом сообщила пресс-служба института.
Гелий широко применяется в различных отраслях промышленности: авиастроении, ракетостроении, электронике, производстве полупроводников, и лазерной промышленности.
Во время пандемии COVID-19 около 30% гелия использовалось в магнитно-резонансных томографах.
Гелий является вторым по распространенности газом во Вселенной после водорода, его доля составляет 24-25%, но его концентрация в атмосфере Земли крайне низкая и составляет не более 0,0005%.
В 2023 г. мировой объем производства гелия составил 170 млн кубометров, из которых 8 млн приходится на Россию.
Для извлечения чистого гелия из природного газа применяются криогенный, адсорбционный и мембранный методы газорасределения. Два последних более энергоэффективны.
Адсорбционный метод предполагает пропускание гелия через колонку с адсорбентом, который фильтрует примеси из газовой смеси.
Мембранный способ газораспределения использует различные типы мембран для разделения газовой смеси, что позволяет выделить чистый гелий.
Металл-органические координационные полимеры (МОКП) представляют собой перспективные материалы для получения гелия.
Это пористые материалы, состоящие из металлических кластеров, соединенных органическими структурными единицами.
Существует множество возможных комбинаций, приводящих к разным кристаллическим структурам, в пористом пространстве которых происходит газоразделение.
Ученые Института катализа СО РАН провели скрининг 10 тыс. вариантов соединений методом компьютерного моделирования (in silico), чтобы определить параметры, влияющие на эффективность МОКП.
По результатам этого исследования были выявлены шесть ключевых структурных характеристик, определяющих эффективность МОКП в процессах адсорбционного и мембранного газоразделения гелийсодержащих смесей. К ним относятся:
Если структура МОКП попадает в оптимальный диапазон этих параметров, то такой материал будет крайне эффективен для выделения гелия.
В институте отмечают, что большинство исследователей в мире фокусируются на поиске мембранных материалов, селективных по отношению к гелию, но мало внимания уделяют обратному процессу - селективности по азоту и метану.
Ученые ИК СО РАН показали, что МОКП материалы, одновременно селективные по метану и азоту, являются более перспективными, чем материалы, селективные только по гелию.
Результаты этой работы могут быть использованы на практике для производства сорбентов и оптимизации условий работы установок разделения газов методом короткоцикловой адсорбции (КЦА) на российских предприятиях, таких как Амурский и Оренбургский газоперерабатывающие заводы.
Об этом сообщила пресс-служба института.
Гелий широко применяется в различных отраслях промышленности: авиастроении, ракетостроении, электронике, производстве полупроводников, и лазерной промышленности.
Во время пандемии COVID-19 около 30% гелия использовалось в магнитно-резонансных томографах.
Гелий является вторым по распространенности газом во Вселенной после водорода, его доля составляет 24-25%, но его концентрация в атмосфере Земли крайне низкая и составляет не более 0,0005%.
В 2023 г. мировой объем производства гелия составил 170 млн кубометров, из которых 8 млн приходится на Россию.
Для извлечения чистого гелия из природного газа применяются криогенный, адсорбционный и мембранный методы газорасределения. Два последних более энергоэффективны.
Адсорбционный метод предполагает пропускание гелия через колонку с адсорбентом, который фильтрует примеси из газовой смеси.
Мембранный способ газораспределения использует различные типы мембран для разделения газовой смеси, что позволяет выделить чистый гелий.
Металл-органические координационные полимеры (МОКП) представляют собой перспективные материалы для получения гелия.
Это пористые материалы, состоящие из металлических кластеров, соединенных органическими структурными единицами.
Существует множество возможных комбинаций, приводящих к разным кристаллическим структурам, в пористом пространстве которых происходит газоразделение.
Ученые Института катализа СО РАН провели скрининг 10 тыс. вариантов соединений методом компьютерного моделирования (in silico), чтобы определить параметры, влияющие на эффективность МОКП.
По результатам этого исследования были выявлены шесть ключевых структурных характеристик, определяющих эффективность МОКП в процессах адсорбционного и мембранного газоразделения гелийсодержащих смесей. К ним относятся:
- размер пор,
- диаметр полостей,
- доступная поверхность,
- доступный объем пор,
- плотность,
- пористость.
Если структура МОКП попадает в оптимальный диапазон этих параметров, то такой материал будет крайне эффективен для выделения гелия.
В институте отмечают, что большинство исследователей в мире фокусируются на поиске мембранных материалов, селективных по отношению к гелию, но мало внимания уделяют обратному процессу - селективности по азоту и метану.
Ученые ИК СО РАН показали, что МОКП материалы, одновременно селективные по метану и азоту, являются более перспективными, чем материалы, селективные только по гелию.
Результаты этой работы могут быть использованы на практике для производства сорбентов и оптимизации условий работы установок разделения газов методом короткоцикловой адсорбции (КЦА) на российских предприятиях, таких как Амурский и Оренбургский газоперерабатывающие заводы.
Автор: А. Шевченко
