Evaluación de un prototipo de membranas de fibra hueca para separar mezclas comerciales de gases refrigerantes

Abstract

En este estudio se ha evaluado un prototipo de membranas de fibra hueca asimétricas fabricado con poliimida fluorada 6FDA-TMPD para la separación avanzada de mezclas de gases refrigerantes difíciles de separar por métodos convencionales. Se han analizado las propiedades de permeación de los hidrofluorocarbonos R-32, R-125 y R-134a, así como sus mezclas comerciales R-410A y R-407C, con el objetivo de determinar la eficiencia del sistema en la recuperación selectiva de los componentes más valiosos. Los experimentos se realizaron bajo diferentes condiciones de presión y caudales de alimentación y arrastre, evaluando parámetros clave como la permeanza, selectividad, recuperación y stage-cut. Los resultados muestran que el R-32 es el gas con mayor facilidad de separación, alcanzando una pureza superior al 98% en el permeado y recuperaciones de hasta el 80%. En contraste, el R-125 presenta una permeabilidad muy baja, lo que permite una separación efectiva. El R-134a exhibe un comportamiento intermedio, afectando la eficiencia en mezclas ternarias debido a interacciones moleculares fuertes que modifican su transporte a través de la membrana. Además, se ha identificado y caracterizado el fenómeno de plastificación, observándose una reducción progresiva en la selectividad y la permeabilidad tras varios ciclos de operación. Como solución, se implementaron estrategias de regeneración mediante nitrógeno y temperatura, logrando restaurar completamente el rendimiento de la membrana. Los resultados de este estudio demuestran la viabilidad de las membranas de fibra hueca asimétricas basadas en 6FDA-TMPD en la separación de refrigerantes y confirman que es posible mitigar los efectos de plastificación, asegurando su estabilidad operativa a largo plazo. Esto valida el uso de esta tecnología como una alternativa eficaz para la recuperación de gases refrigerantes en aplicaciones industriales.

This study evaluates a hollow fiber membrane prototype made of fluorinated polyimide 6FDA-TMPD for the separation of refrigerant gas mixtures. The performance of hydrofluorocarbons R-32, R-125, and R-134a, as well as their commercial blends R-410A and R-407C, was analyzed to determine the system’s efficiency in selectively recovering valuable components. Experiments were conducted under different pressures and feed/sweep gas flow rates, assessing key parameters such as permeance, selectivity, recovery, and stage-cut. Results show that R-32 is the most efficiently separated gas, achieving over 98% purity in the permeate and recoveries up to 80%. In contrast, R-125 exhibits very low permeability, enabling its effective separation. R-134a demonstrates an intermediate behavior, affecting ternary mixture separation efficiency due to strong molecular interactions that modify its transport through the membrane. Additionally, plasticization effects were identified, leading to a progressive decline in selectivity and permeability after multiple operation cycles. To counteract this, nitrogen and temperature regeneration strategies were implemented, successfully restoring the membrane performance. These findings represent a significant advancement in refrigerant recovery through membrane technology, highlighting the prototype’s feasibility for industrial applications.