Ученые из Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева и Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева предложили альтернативный способ добычи ксенона из природного газа, которым редчайший газ можно получать в высоких концентрациях при низких затратах и с использованием простых установок. Результаты работы опубликованы в журнале Journal of natural gas science and engineering.
Ксенон (Xe) - самый редкий на планете газ, который извлекают из воздуха. Его мировое потребление ежегодно растет на 15-20 %. Ксенон применяют в лазерной, электронной, светотехнической, космической, атомной и других высокотехнологичных отраслях. Ксеноновые фары светят мощнее и служат дольше; анестезия на основе ксенона удобнее и безопаснее токсичных препаратов или закиси азота; а ракета с ксеноновым топливом улетит в более долгий космический полет.
Однако, несмотря на преимущества, ксенон до сих пор широко не используется. Это связано с высокой себестоимостью получения газа, т.к. на Земле его добывают из воздуха, а в воздухе его очень мало: в 1 м3 содержится всего лишь 0.08 мл ксенона. С помощью существующей промышленной технологии низкотемпературной ректификации (то есть выделения из жидкого воздуха) можно получить газ чистотой 99.9995 % стоимостью 1.15 тыс. руб. за литр, но такое производство может быть экономически обоснованным только при очень больших объемах.
Ученые из НГТУ им. Р.Е. Алексеева и РХТУ им. Д.И. Менделеева предложили альтернативную технологию получения ксенона - не из воздуха, а из природного газа, который иногда содержит от 0.15 об. % ксенона, что на четыре порядка выше, чем в воздухе.
В мире уже запатентовано несколько технологий выделения ксенона из природного газа, но ни одна из них до сих пор не дошла до промышленного применения в связи с многостадийностью процесса, сложностью задействованной аппаратуры, а также низкой концентрацией ксенона в конечном продукте. Ученые РХТУ и НГТУ предложили более эффективный путь, основанный на использовании газогидратов - твердых кристаллических соединений 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, - рассказывает один из авторов работы, заведующий кафедрой «Нанотехнологии и биотехнологии» НГТУ им. Р.Е. Алексеева, руководитель лаборатории SMARTполимерных материалов и технологий РХТУ, профессор Илья Воротынцев. - Именно на этом свойстве кристаллогидратов основан наш подход, с помощью которого мы извлекли из модельной смеси газов, имитирующих природный газ, 93.05 % ксенона».
Главные преимущества нового способа выделения ксенона – это низкие затраты энергии, простота экспериментальной установки и ее масштабируемость, высокая эффективность газоразделения, а также отсутствие разрушающих реагентов. По оценкам исследователей, технология позволит в несколько раз снизить себестоимость получения ксенона.
Ученые не сомневаются, что технология непрерывной мембранно-газогидратной кристаллизации найдет промышленное применение на месторождениях природного газа РФ и поможет России значительно увеличить количество производимого ксенона, а в дальнейшем расширить границы его применения. В продолжение работы коллектив планирует экспериментально исследовать технологию на образцах природного газа, добытых из настоящих месторождений, и подобрать оптимальные условия для повышения степени извлечения ксенона.
По материалам портала «Научная Россия».