Название: Активные мембранные системы для экономичного выделения газообразных энергоносителей из продуктов биопереработки органического сырья

Вид материала

Документы

Содержание Описание предполагаемых результатов реализации проекта Наиболее близкие по тематике проекты в мире, реализующиеся в настоящее время (не более 5 аналогов) Новизна, описание конкурентных преимуществ результатов Кто является потенциальным потребителем результатов Где, когда и какой эффект, в т.ч. экономический, ожидается от использования результатов проекта Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева РАН Московский Государственный университет 9. Описание вклада каждой организации в итоговый результат. МГУ (биологический факультет) 10. Преимущества от участия иностранных организаций Потенциальные иностранные участники проекта, которые могли бы внести существенный вклад в итоговый результат Краткая предыстория формирования проекта Предварительный план подготовки и реализации проекта (основные вехи) по каждой организации, включая координационные мероприятия Объем финансирования (существующий и необходимый), включая предполагаемые источники и объемы софинансирования Наименование статей затрат

Подобный материал:

• Название Мембранные контакторы высокого давления для выделения диоксида углерода, 124.92kb.
• Курс 2 Семестры 3,4 Всего аудиторных часов 136, в том числе: 3 семестр 58 час; 4 семестр, 252.62kb.
• Курс 4 Семестры 7 Всего аудиторных занятий 51 часов, в т ч.: 7 семестр 51 час, из них:, 148.28kb.
• Стандартизация и контроль качества лекарственного растительного сырья стандартизация, 613.27kb.
• Стандартизация и контроль качества лекарственного растительного сырья стандартизация, 615.33kb.
• Методы анализа сырья и пищевых продуктов, 104.67kb.
• Теоретические и экспериментальные исследования закономерностей формирования сырных, 733.87kb.
• Рабочая программа по дисциплине «Биохимия» для направления подготовки дипломированных, 470.91kb.
• План лекции: Морфо-функциональная характеристика органов мочевыделения Классификация, 486.03kb.
• СанПиН 3 560-96. Гигиенические требования к качеству и безопасности продуктового сырья, 3442.18kb.

N-09-TIPS RAS-3

Паспорт совместного российско-американского проекта

1. Название:
   

Активные мембранные системы для экономичного выделения газообразных энергоносителей из продуктов биопереработки органического сырья

2. Аннотация
   

Настоящий проект направлен на разработку малоэнергоемких мембранных газоразделительных технологий модульного типа для эффективного удаления диоксида углерода из смесей биогенного происхождения. Проект включает в себя задачи поиска (создания) новых высокопроницаемых полимерных материалов и мембран на их основе и разработки активных газо-жидкостных мембранных систем с подвижным жидким носителем, обеспечивающих сверхвысокую селективность разделения и гибкость по сырью - СО2-содержащим газовым смесям биогенного происхождения (биогаза, биоводорода, биосингаза), которое характеризуются переменным во времени составом и образуется при малых давлениях (1-2 атм) и невысоких температурах (до 70-80^оС).

Современный агропромышленный комплекс России производит в год по факту 2005 г . до 624.2 млн. т (225 млн. т по сухому .веществу.) органических отходов с энергосодержанием – 80.6 млн. т нефтяного эквивалента. В пересчете на биогаз это составляет до 73.7 млрд.куб.м. Существующие технологии биопереработки органического сырья в смеси, содержащие энергоносители, позволяют получать смеси следующих составов (Таблица 1.1) [Панцхава Е.С., Доклады на семинаре РосОбрНауки, 2007, Круглый стол].

Табл. 1.1 Состав газовых смесей - продуктов биопереработки органического сырья.

Газ	Состав газа, % (об.)
	H2	CH4	CO	CO2	N2
Биогаз		50-70		50-30
Биоводород	~80	-	-	~20	-
Биосингаз	25-42	1	25-42	10-35	2-5

Как видно из Табл. 1, энергоносители содержат значительную долю балластных компонент, что резко снижает теплотворную способность смеси. Выделение энергоносителя с чистотой, по крайней мере, до 95% увеличивает теплотворную способность, например, биогаза, в 1.5 раза, что является очень высоким показателем [Шалыгин М.Г., Тепляков В.В., Труды научной конференции ИНХС РАН, апрель 2009, стр.57].

Особый интерес представляют безреагентные мембранные газоразделительные технологии, которые принципиально обеспечивают малоэнергозатратное разделение, так как не претерпевают в разделительных процессах фазовых переходов.

В мировой практике для разделения газовых смесей применяются, в основном, пассивные мембранные модули, использующие ограниченное число полимерных мембранных материалов (полисульфоны, полиимиды, ацетат целлюлозы, полидиметилсилоксан), не обладающие высокой селективностью и производительностью. Такие исследования и производства сконцентрированы, в основном, в США, Японии, Германии и Франции. Производство мембран и мембранных модулей на их основе в Российской Федерации отсутствует. В то же время, в России имеются собственные фундаментальные разработки высокоэффективных мембранных полимерных материалов, мембран и активных мембранных систем (ИНХС РАН). Таким образом, разработка малоэнергозатратных методов очистки газовых смесей биогенного происхождения от СО2 является глобальной актуальной научно-технической проблемой и может быть успешно решена в сотрудничестве со специалистами США.

3. Описание предполагаемых результатов реализации проекта
   

Результатом проекта будет практическая совместная разработка интеллектуально-защищенных новых мембранных материалов, мембран и наукоемких модульных мембранных систем (устройств) для адресного выделения энергоносителей из продуктов биопереработки органического сырья, обеспечивающая достижение научных и практических результатов мирового уровня в области производства топлив и энергии из возобновляемого органического сырья.

4. Наиболее близкие по тематике проекты в мире, реализующиеся в настоящее время (не более 5 аналогов)
   

К проектам, направленным на решение аналогичных задач можно отнести:

1. Разработка СО2-селективной мембраны и мембранных модулей фирмой MTR (Пало Альто, Калифорния, США).
   
2. Разработка мембранных процессов кондиционирования СО2-содержащих смесей фирмой CYNARA (Хьюстон, Техас, США).
   
3. Разработка пилотного завода по мембранному кондиционированию биогаза (Технологический Университет Вены, Брук, Австрия)
   
4. Разработка мембранных контакторов для удаления СО2 из газовых смесей (Политехнический университет Нанси , Франция)
   
5. Разработка мобильных систем кондиционирования биогаза (Аахенский университет RWTH, Аахен, Германия)
   

5. Новизна, описание конкурентных преимуществ результатов Предлагаемый проект включает (1) новые патентоспособные высокопроницаемые мембранные материалы с коэффициентами проницаемостью по до СО2 30000 Баррер; (2) новые патентоспособные композиционные мембраны (плоские или в виде полых волокон), устойчивые в рабочих средах биореактора и при воздействии жидких носителей с производительностью свыше 10 м3/час.м2.атм; (3) новые патентоспособные мембранные газо-жидкостные контакторы, обеспечивающие селективность, например СО2-метан > 500, что на порядок превышает селективность известных полимерных мембран.
   
6. Кто является потенциальным потребителем результатов
   

В РФ: компании топливно-энергетического комплекса, нефте- и газо-перерабатывающие компании; Минсельхоз, Минлеспром

В США: компании топливно-энергетического комплекса, в том числе занимающиеся переработкой биомассы; нефте- и газо-перерабатывающие компании.

7. Где, когда и какой эффект, в т.ч. экономический, ожидается от использования результатов проекта
   

Маркетинговые исследования коммерциализации технологий выделения метана из биогазовых смесей показали, что потенциал производства в России установок мощностью 50 куб.м/сутки, где применение мембранной технологии обогащения газа является весьма целесообразным, составляет не менее 100, а более мощных (до 100 куб.м./сутки) – не менее 10-ти в год. Крупные установки (до 1000 куб.м./сутки) могут быть смонтированы при всех больших животноводческих комплексах и биотехнологических заводах, имеющих органические отходы. Потребный объем инвестиций на базовые установки составляет не менее 400 млн.руб., а на установки по получению биометана - не менее 135 млн. руб. Уже через 2 года работы при полной загрузке мощностей и многоцелевом использовании мембранная система должна приносить реальный доход. Установки могут быть использованы в теплоэнергетическом секторе с применением модульного тиражирования. Особый потребительский интерес представляет создание локальных теплоэнергетических установок с утилизацией СО2 как парникового газа.


8. Предполагаемые организации – участники консорциума по профилям: научные, образовательные, бизнес. Контактная информация руководителей проекта в каждой организации и общего координатора

Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева РАН (ИНХС РАН); директор – академик Саламбек Наибович Хаджиев, тел. 952-59-27.

Ассоциация АСПЕКТ – генеральный директор Лев Ильич Трусов, тел. +74957628476

Московский Государственный университет, биологический факультет, кафедра микробиологии (МГУ); декан факультета – академик Михаил Петрович Кирпичников, тел. 939-27-76; заведующий кафедрой микробиологии - профессор Александр Иванович Нетрусов, тел. 939-27-63.


9. Описание вклада каждой организации в итоговый результат.

ИНХС РАН: создание и испытание новых мембранных материалов и мембран, моделирование и дизайн модульных мембранных контакторов для удаления СО₂

АСПЕКТ: инжиниринг и изготовление лабораторных и пилотных стендов для испытания мембранных систем интегрированных с биореакторами различного типа

МГУ (биологический факультет): классификация, селекция и биотехнологическая оптимизация метаногенных консорциумов для биопереработки органических отходов различного типа.


10. Преимущества от участия иностранных организаций

Для разделения газовых смесей (воздух, водород-метан) применяют, в основном, пассивные мембранные модули, не обладающие высокой селективностью и производительностью по СО₂ и, кроме того, требующие предварительного компремирования (дополнительных энергозатрат). Такие исследования и мембранные производства сконцентрированы, в основном, в США, Японии, Германии и Франции.

Производство мембран (в частности, в виде полых волокон, обеспечивающих максимальные газовые потоки) и мембранных модулей на их основе в Российской Федерации отсутствует. В то же время, в России имеются собственные фундаментальные разработки высокоэффективных мембранных полимерных материалов, мембран и активных мембранных систем. В ИНХС РАН разработан класс высокопроницаемых полимерных стеклол, обладающих сверхпроницаемостью по СО₂ [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]. Такие материалы успешно испытаны в процессах выделения метана из биогаза [Teplyakov V.,et al., 1996, World J. Microbiol. Biotechnol., 12, 477-485). [Gassanova L.G.et al., 2006. Desalination, 198, (1-3), 56-66].

Сочетание фундаментальных достижений в области создания селективных полимеров и мембранных газо-жидкостных систем (разработки Российской стороны), и технологических достижений в формовании полимерных полых пористых волокон как подложек для новых композиционных мембран, огромного опыта в практической реализации технологий кондиционирования и использования биогаза (достижения Американской стороны), гарантирует положительный синергетический эффект от совместного сотрудничества и обеспечит высокую конкурентноспособность заявляемого научного продукта в мире.

8. Потенциальные иностранные участники проекта, которые могли бы внести существенный вклад в итоговый результат
   

Потенциальные и желаемые партнеры:

1. Компания HONEYWELL: ссылка скрыта (UOP LLC 25 East Algonquin Road P.O. Box 5017 Des Plaines, IL 60017-5017 U.S.A.). Компания UOP (подразделение компании Honeywell) предоставляет самые современные технологии в области переработки нефти и газа, нефтехимической промышленности и основных отраслей промышленного производства в течение более 90 лет. Одно из направлений деятельности UOP Renewable Energy & Chemicals (Возобновляемые энергия и химическая продукция) сосредоточено на развитии эффективных путей превращения биосырья, например, водорослей и отходов лесопропромышленности  в высококачественное биотопливо и химические реагенты. 

По вопросам решений для биопереработки компания сотрудничает с Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) и National Renewable Energy Laboratory (NREL).  

9. Краткая предыстория формирования проекта
   

ИНХС РАН имеет признанную репутацию в области мембранных исследований в мире и в России:

1. Грант NWO (Голландия-Россия) «Мембранная абсорбция газов при высоких давлениях», № 047.007.007 (1998-2000 гг)
   
2. Грант NATO Science for Peace SfP973991 "Автономный мембранный биореактор для получения горючих газов, работающий на солнечной энергии" (2000-2005 гг.)
   
3. Грант FP6 NMP3-CT-2003-505633 «Многокомпонентные наноструктурированные материалы для разделительных мембран» “COMPOSE” (2004-2007 гг)
   
4. Интегрированный Проект FP6 «Hyvolution» № 019825 «Нетермальное получение чистого водорода из биомассы». Срок 2006-2010.
   
5. Национальный проект Франции ANR-06-CO2-002-05 « Выделение СО₂ из газовых сред и ее утилизация» . Срок 2006-2009
   
6. Госконтракт № 02.526.11.6010, ДОГОВОР № 33/2008-28 между ИНХС РАН и ассоциацией АСПЕКТ «Разработка блока мембранного кондиционирования энергоносителя (биогаза)».
   

С партнерами из США возможные совместные проекты обсуждались на ECI конференции (Travis Bowen, главный специалист UOP/Honeywell, Трондхейм, Норвегия,июнь 2009; на Североамериканской мембранной конференции (Prof. R. Noble, University of Colorado; Prof. B. Freeman, Texas University; Prof. W.Koros, Gorgia Technical University; Вашингтон, июль 2010 г).

ИНХС поддерживает многолетние научные контакты с университетами Техаса, Колорадо, Джорджии, Делавера, и с такими фирмами, как MTR, CYNARA, MEDAL, AIR PRODUCTS. Конкретные научные программы пока не обсуждались.

10. Предварительный план подготовки и реализации проекта (основные вехи) по каждой организации, включая координационные мероприятия
    

Проект рассчитан на 4 года:

1 этап: (РФ партнер) – синтез высокопроницаемых полимерных стекол для мембран; лабораторный стенд для исследования новых мембранных материалов; моделирование процессов кондиционирования биогаза в мембранных контакторах.

(США партнер) – разработка полых волокон и композиционных мембран на их основе; создание лабораторных мембранных контакторов для кондиционирования биогаза.

2 этап: (РФ партнер) – наработка перспективных полимеров и мембран; оценка их устойчивости в биосредах и рабочих средах выбранных жидких носителей.

(США партнер) – подбор жидкого носителя для удаления СО₂; наработка половолоконных мембран и создание патентоспособной конструкции лабораторных мембранных контакторов (МК).

3 этап: (РФ партнер) – наработка композиционных плоских мембран, создание газо-жидкостных МК модулей; создание серии малых установок; испытание малых установок на модельных смесях; защита интеллектуальной собственности.

(США партнер) – наработка композиционных половолоконных мембран, создание газо-жидкостных мембранных МК модулей на их основе; испытание малых установок на реальных газовых смесях; защита интеллектуальной собственности.

4 этап: (РФ партнер) – создание демонстрационных мембранных систем для испытания в реальных условиях в РФ пилотных установок на модельных смесях; защита интеллектуальной собственности.

(США партнер) – создание демонстрационных мембранных систем с использованием полых волокон для испытания в реальных условиях в США; защита интеллектуальной собственности.

11. Объем финансирования (существующий и необходимый), включая предполагаемые источники и объемы софинансирования
    

Предполагаемый объем финансирования для Российской стороны: 366 млн. руб

Предполагаемый объем софинансирования: 80 млн. руб.

Источники софинансирования: компании топливно-энергетического комплекса РФ.

Краткий финансовый план проекта

№ п/п	Наименование статей затрат	Всего на проект (тыс.руб)
1.	Мономеры и наработка полимера для мембран	38 000
2.	Спецоборудование для создания плоских мембран	30 000
3.	Затраты на оплату труда работников, непосредственно занятых созданием научно-технической продукции	60 000
4.	Спецоборудование для создания половолоконных мембран	32 000
5.	Спецоборудование для испытания мембран	25 000
6.	Спецоборудование для испытания мембранных газо-жидкостных систем	25 000
7.	Затраты на проведение работ соисполнителями	80 000
8.	Наработка композиционных мембран	20 000
9.	Накладные расходы	56 000
	ИТОГО	366 000

Руководитель участника размещения заказа

(уполномоченный представитель) _____________________ (Хаджиев С.Н.)