Текст лекций «Мировой и российский мембранный рынок». Содержание Раздел Введение. Рынок мембран в РФ. 3 Краткое описание рынка. 3 (стр. 12 из 21)

При достижении некоторого равновесия возможна и, видимо, будет полезна определенная цивилизация рынка в виде разработки свода определенных правил проведения конкурентной борьбы и инициирования дальнейшего прогресса. Уже сегодня ощущается необходимость создания профессиональной общественной организации (союза, ассоциации мембранщиков), которая взяла бы на себя функции информационной, просветительской и образовательной деятельности.

Участники организации, заинтересованные в развитии рынка, могут сформировать определенный бюджет для выполнения научных исследований в тех сегментах рынка, которые сегодня пустуют именно из-за недостатка разработанных технологий.

Очевидным недостатком отечественного рынка является отсутствие собственных крупных производителей мембран и мембранных модулей, способных конкурировать с мировыми лидерами. Все опрошенные руководители инжиниринговых компаний выразили готовность сотрудничать в такими производителями и пользоваться их продукцией. Стимулами к такому сотрудничеству являются: 1 – ожидание более низкой цены продукции; 2 – исключение необходимости контактировать с таможенными службами; 3 – патриотическое отношение к российским производителям.

В этих условиях не следует ожидать появления крупных торговых организаций, осуществляющих посреднические услуги между производителями и инжиниринговыми компаниями. Эти функции могут взять на себя фирменные посредники в виде представительств каждого изготовителя. При росте рынка возникнет конкуренция между ними.

3.Раздел 3. Основные виды мембран.

Хотя природа выбрала мембрану как основной инструмент разделения жидких и газовых смесей в живых организмах, долгое время создать искусственную мембрану, которая по качеству, а главное, по удельной производительности могла бы заинтересовать промышленность, не удавалось. В это время активно развивались такие материало- и энергозатратные методы разделения, как дистилляция и ректификация, адсорбция и ионный обмен, экстракция и реагентное осаждение. До некоторого времени они вполне удовлетворяли промышленность, так как качество разделения обеспечивалось, а энергозатраты, потребление реагентов, генерация большого количества отходов еще не были приоритетными проблемами.

Впервые внимание на мембранное разделение как на промышленный, а не лабораторный метод, обратили внимание в военно-промышленном комплексе США, когда решали задачу обеспечения армии водой в условиях химического, бактериологического и радиационного заражения. Появилось бюджетное финансирование, был создан государственный департамент Office of Saline Water, координирующий все мембранные научно-технические разработки в стране. Неофициальным днем рождения промышленной мембранной технологии считается дата публикации патента США № 3133132 авторов Лоеба и Сурираджана, которыми была защищена технология промышленной полупроницаемой полимерной мембраны для обессоливания воды.

Любая мембрана характеризуется двумя основными параметрами – степенью задержания (разделения) выбранного стандартным вещества и удельной производительностью по проникающему компоненту смеси. Если первый параметр обусловлен только размером пор, то второй – количеством этих пор и толщиной мембраны. Проводя грубую аналогию, можно сказать, что чем короче коридор, по которому пробирается молекула вещества поперек мембраны, тем меньше энергии надо затратить на переход. Лоеб и Сурираджан придумали способ получения мембраны, у которой этот коридор составляет тысячные доли от толщины мембраны. Схематично такая мембрана, которую назвали анизотропной, выглядит следующим образом (рис.1).

Рис.7. Схема внутреннего устройства анизотропной полупроницаемой мембраны.

С одного квадратного метра такой мембраны можно собрать десятки и даже сотни литров продукта в час, а не миллилитры, как это было ранее.

Важно отметить, что по технологии Лоеба-Сурираджана и анизотропия, и селективность (способность разделять вещества) мембраны обусловлены комбинаторикой наноразмерных частиц полимера, которые сначала формируются, а затем ассоциируются в

активном слое мембраны в процессе ее изготовления. Это хорошо видно на электронных микрофотографиях поверхности и поперечного разреза мембраны (рис.2), где средний размер частиц составляет около 20 нм, а размер пор – 2,5 нм.

Рис.8. Электронные микрофотографии и графическая схема активного слоя мембраны.

Таким образом, появился инструмент, с помощью которого стало возможным решить практически любую задачу разделения. Скоро подоспели и конструктивные решения по укладыванию мембраны в модули, по размещению модулей в аппараты, по оснащению мембранных аппаратов дополнительными вспомогательными агрегатами и созданию мембранных установок

Все выпускаемые мембраны можно разделить на группы по нескольким признакам.

1. По фазовому состоянию разделяемой смеси:

- мембраны для жидкофазного разделения;

- мембраны для газофазного разделения.

2. По материалу:

- мембраны полимерные:

- мембраны керамические;

- мембраны металлические;

- мембраны графитовые.

3. По форме:

- мембраны листовые;

- мембраны трубчатые;

-мембраны капиллярные.

4. По типу мембранного процесса, в котором мембраны используются:

- мембраны для диффузионных процессов;

- мембраны для обратного осмоса;

- мембраны для нанофильтрации;

- мембраны для ультрафильтрации;

- мембраны для микрофильтрации.

В каждом конкретном случае применения мембрану можно охарактеризовать всеми четырьмя признаками, например, мембрана для разделения газов диффузионная капиллярная металлическая. Вместе с тем, каждый из перечисленных признаков несет в себе существенные ограничения по его сочетанию с другими признаками, например, мембраны графитовые могут быть только трубчатые (по причине хрупкости материала), только для микрофильтрации (по причине способа их получения с применением выгорающих порообразователей) и только для жидкофазного разделения ( по причине наличия пор, в которых газовые молекулы проходят без разделения).

Принципом сегментирования рынка мембран по их типам (классам) правильно выбрать четвертую группу признаков и расширить каждый класс другими признаками, сразу исключив несочетаемые.

3.1. Мембраны для диффузионных процессов.

Сюда попадает все газофазное разделение, поскольку только диффузия является принципиальным механизмом разделения молекул газообразных веществ, наличие в мембране даже самых малых пор считается браком. Из жидкофазных мембранных процессов диффузионные мембраны используются только в диализе, и практически только в гемодиализе, т.е. в медицинских аппаратах «искусственная почка». Эти аппараты относятся к медицинской технике и при оценке рынка учитываться не могут.

Диффузионные мембраны могут быть изготовлены из полимеров или металлов, поскольку керамические или графитовые мембраны бывают только пористые. В настоящее время на рынке присутствуют исключительно полимерные диффузионные мембраны, которые позволяют решить практически все проблемы газоразделения.

Следует отметить, что в научных публикациях, связанных с альтернативной энергетикой, в частности, с водородной энергетикой, прогресс этого направления обусловливают использованием металлических мембран, которые позволяют получить абсолютно чистый водород из любых водородсодержащих смесей. Однако говорить о рынке и водородной энергетики, и металлических мембран сегодня рано, пока исследования не вышли за рамки лаборатории.

Наконец, полимерные диффузионные мембраны изготавливают исключительно в виде капилляров. Объяснить это можно тем, что в диффузионных процессах удельная (т.е. на 1 кв.м мембраны) производительность мембран очень мала, и для обеспечения промышленных мощностей мембранных установок потребны многие тысячи квадратных метров мембранной поверхности. Компактно разместить эти тысячи можно только, если мембрана имеет форму капилляра с диаметром от 100 до 1000 мкм. Тогда плотность упаковки мембран достигает величин 5-10 тысяч м² в 1 м³ аппарата.