Новий фільтраційний матеріал може зробити процес нафтопереробки дешевшим і ефективнішим
Новий вид штучного фільтраційного матеріалу, синтезованого дослідники з Національного інституту стандартів і технологій (National Institute of Standards and Technology, NIST) може стати основою нового методу виділення з нафти фракцій високооктанового бензину. Цей метод може стати тим методом, який зробить революцію в сучасній нафтопереробної промисловості, яка досі використовує технології більш ніж вікової давнини.
Матеріал, створений в лабораторії Джеффрі Лонга (Jeffrey Long), професора хімії з Каліфорнійського університету в Берклі, має складну метало-органічну структуру (metal-organic framework, MOF), яку можна собі уявити як губку з безліччю мікроскопічних отворів. Прямі внутрішні стіни кристалічної гратки матеріалу MOF формують трикутні отвори, пори, які вибірково "заманюють у свою пастку" тільки фракції низькооктанового бензину, молекули яких мають форму, відмінну від високооктанових молекул. Використання такого фільтруючого матеріалу може виявитися менш енергоємним і дорогим, ніж традиційні методи перегонки нафти.
Чим більше октанове число бензину, тим вище його вартість на заправній станції. Це пояснюється тим, що для виділення високооктанових фракцій потрібне використання додаткових етапів переробки вихідної сировини. У нафті зустрічаються кілька видів молекул одного і того ж сполуки, які називаються ізомерами, які мають однакову хімічну формулу, але розрізняються формою самих молекул.
Проблема полягає в тому, що, наприклад, з чотирьох існуючих ізомерів одного з'єднання всього два ізомеру можуть бути високооктановими, а октанове число у інших двох ізомерів має набагато низьке значення. Існуючі ізомери мають трохи різні точки кипіння, що вимагає при виробництві високооктанового бензину, дуже точного підтримання температури чашок ректифікаційної колони, роблячи цей процес енергоємним і дорогим.
Використання фільтрів з нового MOF-матеріалу дозволить нафтопереробним підприємствам обійти цю проблему, заманюючи самі низькооктанові ізомери в пастку фільтра. Молекули більш низькооктанових ізомерів мають більш прямі форми, що дозволяє їм безперешкодно проходити крізь пори фільтра.
Для створення нового MOF-матеріалу дослідники з NIST використовували метод, званий нейтронної порошкової дифракцією (neutron powder diffraction), метод, що дозволяє отримати і проконтролювати "правильність" кристалічної структури виготовляється матеріалу. "Наші дослідження показали, що легше створити матеріал, який буде пропускати тільки низькооктанові ізомери, ніж пропускати тільки складні молекули високооктанових ізомерів" - розповідають дослідники, - "Проведення процесу фільтрації відбувається при більш низьких температурах, ніж перегонка, що робить весь процес у цілому менш енергоємним і менш дорогим".