Скачать 123.89 Kb.
|
N-09-TIPS RAS-2 Паспорт совместного российско-американского проекта
Мембранные контакторы высокого давления для выделения диоксида углерода из различных техногенных потоков
Настоящий проект направлен на решение проблемы снижения промышленных выбросов диоксида углерода в атмосферу. Объем сырья ежегодно перерабатываемого на установках каталитического крекинга в РФ составляет 6,2% от мощностей первичной переработки нефти, то есть около 17 млн тонн в год. [доклад Министра энергетики Российской Федерации Шматко С.И. на Правительственном часе Государственной Думы Российской Федерации 02.12.2009 г]. При этом в атмосферу выбрасывается около 2 млн м3 газов регенерации, основным компонентом которых является диоксид углерода. Другой важной задачей является удаление диоксида углерода из синтез-газа. Сегодня в мире ежегодно производится 700-800 млрд м3 синтез-газа. В большинстве процессов нефтехимии производственные и отходящие газы находятся под давлением до 4 МПа, в процессах добычи и подготовки природного газа – до 20 МПа. Таким образом, актуальной задачей является разработка эффективного способа и компактного оборудования (в том числе мобильных установок) для очистки различных техногенных потоков от диоксида углерода при повышенных давлениях. Цель проекта – разработка мембранных контакторов высокого давления для выделения диоксида углерода из различных техногенных потоков. В качестве мембранного материала будет использован стеклообразный полимер поли(1-триметилсилил-1-пропин) (ПТМСП), обладающий рекордно высокими коэффициентами газопроницаемости [V.S.Khotimsky,et al., J. Polymer Sci., Part A: Polymer Chemistry, 2003, V.41, pp.2133-2155; В.С. Хотимский и др., Высокомолк. Соед., сер. А, 2003, т. 45, № 8, стр. 1259–1267]. В ИНХС РАН разработаны методы синтеза ПТМСП с различной микроструктурой цепи и заданной степенью набухания в органических средах. На разработки ИНХС РАН по синтезу мономера, ПТМСП и формованию ПТМСП мембран оформлены 4 патента РФ. Для достижения поставленной цели будут решены следующие задачи:
Основным результатом реализации проекта является опытно-промышленная установка выделения диоксида углерода, построенная на основе мембранных контакторов высокого давления, и результаты ее натурных испытаний. По этим результатам будет разработан проект технологического регламента и выдано техническое задание на проектирование промышленной установки выделения диоксида углерода из конкретного техногенного потока. В ходе реализации проекта планируется также создание объектов интеллектуальной собственности в части технологических процессов и устройств для их осуществления. Для описания полученных экспериментальных данных будет разработана математическая модель мембранных контакторов высокого давления и проведены теоретические исследования разделительных характеристик этой системы, построенной с использованием мембранных контакторов газ-жидкость. Работы по моделированию будут базироваться на уже существующем заделе исполнителя. Помимо обозначенных научных целей данного проекта, полученные результаты позволят модернизировать учебный процесс по подготовке молодых специалистов в области процессов мембранного разделения в рамках действующего НОЦ ИНХС РАН - НИЯУ МИФИ «Молекулярно-селективные явления, процессы и нанотехнологии».
Проекты 3 и 4 основаны на применении пористых мембран.
По сравнению с насадочными колоннами, традиционно применяемыми в промышленности для очистки газовых смесей от СО2, мембранные контакторы имеют следующие преимущества: - малые массогабаритные характеристики (снижение капитальных затрат) за счет высокой плотности упаковки мембраны в модуле; - независимое регулирование газовым и жидкостным потоками (прямоток, противоток, отсутствие капельного уноса абсорбента и т.д.); - отсутствие необходимости вертикального расположения аппарата, что особенно важно в связи с требованиями ограничения высоты насадочных колонн в ряде стран и для оффшорного размещения. По сравнению с промышленными баромембранными газоразделительными устройствами применение мембранных контакторов газ-жидкость обеспечивает намного более высокую селективность выделения диоксида углерода из газовых смесей. Использование мембранных контакторов газ-жидкость позволяет достигать факторов разделения 10000 для смесей, содержащих СО2, в то время как при использовании традиционных мембранных процессов селективность выделения СО2 не превышает 500 даже для высокоселективных неорганических мембран [Lin H., Freeman B.D. Gas solubility, diffusivity and permeability in poly(ethylene oxide). Journal of Membrane Science 239 (2004), 105-117]. Существующие в настоящее время полупромышленные технологии мембранной абсорбции/десорбции газов используют мембранные контакторы газ-жидкость на основе пористых гидрофобных мембран. Использование пористых мембран для регенерации жидкостей без их декомпрессии невозможно, ввиду того, что при повышенных давлениях абсорбционная жидкость проникает в поры мембраны. Решением данной проблемы является применение мембран с непористым селективным слоем на основе высокопроницаемых полимеров [Лысенко А.А., Трусов А.Н., Волков А.В. Мембраны Критические технологии 2 (2010), 32].
Результаты данного проекта могут быть рекомендованы для пилотных испытаний и последующего внедрения на предприятиях российских компаний ОАО «Газпром», ОАО «Новатек», НК «Роснефть» и крупных зарубежных газодобывающих компаний, таких как Exxon Mobil, Shell, ведущих разработку месторождений на шельфе и малых месторождений, газы которых содержат кислые компоненты. Также результаты проекта могут быть успешно реализованы на предприятиях НК «Роснефть», ОАО «Сибур», BP, Shevron и других зарубежных нефтяных компаний для выделения и рециркуляции СО2 в качестве сырья в процессах переработки природного и попутных газов в синтез-газ с последующим получением компонентов топлив, таких как прямогонный бензин.
В связи с тем, что диоксид углерода является одной из причин увеличения парникового эффекта, а также может быть использован в качестве исходного сырья для химических процессов (например, углекислотный риформинг), снижение техногенных выбросов СО2 будет иметь глобальные экологические и экономические последствия. По сравнению с традиционными насадочными колоннами, применение мембранных контакторов позволит снизить массогабаритные характеристики аппаратов очистки газов от диоксида углерода более чем на 60% [Falk-Pedersen O., Dannstorm H. En.Conv.&Manag. 38 (1997), S81]. Вследствие этого сократятся не только капитальные затраты на строительство установок, но и эксплуатационные затраты, благодаря существенному уменьшению объема работ при ремонте аппаратов.
1. Учреждение Российской академии наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им.А.В.Топчиева РАН (ИНХС РАН) – координатор проекта Хаджиев Саламбек Наибович, директор ИНХС РАН, академик РАН, д.х.н., Адрес: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, дом 29, Тел.: +7 (495) 952 59 27, Факс: +7 (495) 633-85-20, e-mail: tips@ips.ac.ru 2. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (НИЯУ МИФИ), Борман Владимир Дмитриевич, Заведующий кафедрой «Молекулярной физики» № 10, Адрес: 115409, г. Москва, Каширское шоссе, дом 31., Тел.: +7 (495) 324-9961, e-mail: VDBorman@mephi.ru 3. Закрытое акционерное общество научно-технический центр (ЗАО НТЦ «Владипор»), Дубяга Владимир Павлович, Директор ЗАО НТЦ "Владипор", Адрес: 600016, г. Владимир, ул. Большая Нижегородская, дом 77, Тел.: +7 (4922) 475357, Факс: +7 (4922) 215674, e-mail: vladipor@vladipor.ru
ИНХС РАН – Наработка термобаростабильного газотранспортного полимера, подбор полимерных подложек для формования композиционных мембран, разработка технологии формования композиционных мембран, разработка основных конструкторских решений проекта, изготовление мембранных контакторов высокого давления и опытно-промышленной установки. Координация работ по проекту. НИЯУ МИФИ – математическое моделирование и оптимизация разрабатываемых физико-химичеких процессов ЗАО НТЦ «ВЛАДИПОР» - общий инжениринг и коммерческое продвижение результатов проекта
Для успешной реализации проекта необходимо участие иностранного партнера в части промышленной технологии формования половолоконных мембран. Указанная технология в России отсутствует. Половолоконные картриджи обеспечивают плотность упаковки мембраны в модуле до 10000 м2/м3. Аналогичный показатель для рулонных элементов с плоскими мембранами не превышает 1000 м2/м3. Таким образом, разработка технологии формования половолоконных мембран из ПТМСП и создание на их основе мембранных контакторов высокого давления обеспечит существенное снижение габаритов установок по удалению диоксида углерода из техногенных потоков.
Технологический институт Нью-Джерси (профессор К.К.Сиркар); Техасский университет (профессор Б.Д.Фриман); компания «Компактные мембранные системы» Вилмингтон, Делавер (президент С.М.Немзер); MEDAL Membrane Technology (Ньюпорт, Делавер, США, половолоконные мембраны, половолоконные мембранные картриджи); PRAXAIR (США, половолоконные мембраны, половолоконные мембранные картриджи); UOP LLC (Дес Рлайнес, США, половолоконные мембраны, половолоконные мембранные картриджи)
ИНХС РАН имеет длительный опыт международного сотрудничества в области мембран. Так, результатом совместных российско-французских исследований и разработок явилось создание и промышленная реализация в СССР в начале 1970-х г. мембраны ПВТМС (поливинилтриметилсилан, патент ИНХС РАН на полимер). В течение 5 лет была разработана промышленная технология синтеза мономера и полимера на химических заводах в Редкино и Кусково. При участии французской фирмы Рон-Пуленк и НИИХИМАШ было создано в Москве производство плоских асимметричных мембран с селективным слоем толщиной 200 нм. Ниже приведен список ряда международных проектов по мембранам и мембранным контакторам для удаления диоксида углерода (всего их более двух десятков). 1. Программа NIS-IPP (США, РФ), № G15390018-35, "Разработка высокопроизводительных композиционных газоразделительных мембран плоской и половолоконной конфигурации для процессов разделения компонентов воздуха" (1993-1996). 2. Грант NWO (Нидерланды, РФ), № 047.007.007, «Мембранная абсорбция газов при высоких давлениях» (1998-2000). 3. Проект МНТЦ (США, РФ) №2141: “Пертракция озона через непористые полимерные мембраны” (2002-2005), консультант от США С.М.Немзер. 4. Проект CRDF (США, РФ) № RC2-347 “Мембранные материалы на основе новых фтор содержащих аморфных стеклообразных полимеров с особенно высоким свободным объемом” (2006-2009), координатор от США проф. Б.Д.Фриман. 5. Шестая рамочная программа ЕС (FP6), Проект CAPRICE, "Удаление диоксида углерода с использованием аминных процессов" (2007-2008). 6. Седьмая рамочная программа ЕС (FP7), Проект DECARBit, “Обеспечение передовых методов и технологий по удалению газов при повышенных давлениях на предварительной стадии перед сжиганием” (2008-2011). 7. Государственный контракт РФ № 02.740.11.0818 (РФ-Нидерланды), «Мембранные контакторы высокого давления для очистки и разделения газов в процессах нефтехимии» (2010-2012). ИНХС РАН (проф.В.В.Волков) в декабре 2008 г. начал обсуждение возможного проекта по мембранным контакторам с профессором К.К.Сиркаром (Kamalesh K. Sirkar) из Технологического института Нью-Джерси, которому принадлежат пионерские работы в области мембранных контакторов с использованием пористых мембран. Аспирант ИНХС РАН А.П.Кориков (руководитель проф. Ю.П.Ямпольский) работал два года после защиты диссертации по этой тематике в лаборатории проф. Сиркара (Korikov A.P., Sirkar K.K. Membrane gas permeance in gas-liquid membrane contactor systems for solutions containing a highly reactive absorbent. // J . Membr. Sci., 246 (2005) 27). С 1996 г. успешно развивается сотрудничество с проф. Б.Д.Фриманом из Техасского университета – признанным на сегодня лидером в области мембранного газоразделения. Выпущено более десятка совместных статей и две монографии (Yu.Yampolskii, I.Pinnau, B.D.Freeman, Eds., Materials science of Membranes for Gas and Vapor Separation, Wiley, Chichester, 2006. Yu.Yampolskii, B.D.Freeman, Eds., Membrane Gas Separation, Wiley, Chichester, 2010). С 1995 г. ИНХС РАН работает в совместных проектах с компанией «Компактные мембранные системы» (президент С.М.Немзер), Вилмингтон, Делавер.
Периодичность координации работ по проекту – 2 раза в год Американские потенциальные партнеры участвуют в разработке технологии формования половолоконных мембран и создания на их основе половолоконных мембранных контакторов высокого давления.
Предполагаемый объем финансирования для Российской стороны: 310 млн. руб Предполагаемый объем софинансирования: 65 млн. руб. Источники софинансирования: компании топливно-энергетического комплекса РФ. Краткий финансовый план проекта
Руководитель участника размещения заказа (уполномоченный представитель) _____________________ (Хаджиев С.Н.) |
Рассказ по теме: «Углерод и его соединения» Основные соединения углерода – оксиды углерода: угарный и углекислый газ и угольная кислота (формула, название, нахождение в природе,... | Пояснительная записка 103 с, 36 рисунков, 24 таблицы, 19 источников,... Цель работы – разработка гасителя пульсации давления для снижения шума и вибраций в газотранспортных магистралях | ||
Урок по профессиональному модулю «Эксплуатация и техническое обслуживание... Тема урока: Топливный насос высокого давления двигателя внутреннего сгорания (двс) | Урока: Оксиды углерода. Цель урока Химические термины: углерод, аллотропия, адсорбция, графит, алмаз, оксид углерода (2) – «угарный газ», оксид углерода (4) – «углекислый... | ||
Урок «Значение процессов выделения в организме» Образовательные задачи: создать условия для формирования сущности биологического процесса выделения, для формирования новых биологических... | Конспект урока «Химический элемент Углерод» ... | ||
Реферат на тему: «Проблемы и достижения в измерении артериального давления» Сад) и диастолического (дад) артериального давления. Таким образом, определение артериального давления должно быть жестко регламентировано,... | Урок по теме "Кислородные соединения углерода" 14. 02. 2012 Цель: Расширить и углубить представления по теме “Углерод” (представление об оксидах углерода) | ||
Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Познакомить учащихся со строением и свойствами углерода, его аллотропными модификациями, областях применения углерода | Тема урока: «Работа газа и пара при расширении. Двигатель внутреннего сгорания» Тема урока: Топливный насос высокого давления двигателя внутреннего сгорания (двс) | ||
Программа вступительного экзамена в аспирантуру по специальности... «Энергетическое оборудование высокого напряжения и его надежность», «Молниезащита» «Перенапряжения и координация изоляции», «Эксплуатация... | Модели фронтального горения в двигателе с искровым зажиганием с учетом... Тема урока: Топливный насос высокого давления двигателя внутреннего сгорания (двс) | ||
Реферат по истории математики Научный проф. Верещагин Н. К Теория потоков в сетях – одно из современных направлений развития компьютерных наук в целом, и теории графов в частности. Многие... | Реферат Мембранные органоиды клетки | ||
Урок по географии и химии на тему «Этот удивительный углерод» Цели урока: На основе интеграции географических, химических знаний изучить нахождение углерода в различных полезных ископаемых и... | Мембранные процессы фильтрации и, в частности, микрофильтрация (МФ)... Уф являются сепарационными процессами, которые протекают под давлением с использованием пористых полимерных или неорганических материалов.... |