Название Мембранные контакторы высокого давления для выделения диоксида углерода из различных техногенных потоков

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 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: Активные мембранные системы для экономичного выделения газообразных энергоносителей, 114.5kb.
• 1 отделение профилактической медицины, 432.97kb.
• Обзор состояния проблемы сокращения выбросов диоксида углерода и развития методов сокращения, 72.57kb.
• Химия, нефтехимия и индустрия наносистем и материалов, 340.96kb.
• Сжижение и очистка природного газа с большим содержанием двуокиси углерода, 16.58kb.
• Российский Союз Нефтегазостроителей росснгс сварка магистральных трубопроводов высокого, 320.61kb.
• Невский завод, 56.79kb.
• Разработка системы автоматического управления компрессора сверхвысокого давления, 14.49kb.
• С. Г. Злотин Получение нитраминов в среде диоксида углерода, 163.16kb.
• Процесс дистилляции аммиака и диоксида углерода в производстве соды на ОАО бсз, 32.9kb.

N-09-TIPS RAS-2

Паспорт совместного российско-американского проекта

1. Название
   

Мембранные контакторы высокого давления для выделения диоксида углерода из различных техногенных потоков

2. Аннотация
   

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:

• Наработка образцов ПТМСП с различной микроструктурой цепи;
  
• Подбор подложек для формирования плоских композиционных мембран;
  
• Разработка технологии получения плоских композиционных мембран;
  
• Разработка технологии получения половолоконных мембран;
  
• Разработка, создание и сравнительные испытания мембранных контакторов трех типов: плоскорамного, рулонного и половолоконного;
  
• Разработка, создание и натурные испытания опытно-промышленной установки на основе мембранного контактора, выбранного по результатам сравнительных испытаний.
  

3. Описание предполагаемых результатов реализации проекта
   

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».

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

1. Различные контактные аппараты, традиционно применяемые в промышленности для очистки газовых смесей от диоксида углерода: барботажные колонны, скрубберы, тарельчатые и насадочные колонны.
   
2. Баромембранные процессы газоразделения [Dortmundt D., Doshi K. Recent developments in CO₂ removal membrane technology, 1999 UOP LLC, Des Plaines, Illinois, USA]
   
3. Мембранно-абсорбционный процесс удаления СО₂ из дымовых газов (Kvaerner Oil & Gas, W. L. Gore & Associates GmbH)
   
4. Мембранно-абсорбционный процесс удаления СО₂ из дымовых газов (Голландский институт прикладных научных исследований (ТНО))
   

Проекты 3 и 4 основаны на применении пористых мембран.

5. Новизна, описание конкурентных преимуществ результатов
   

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].

6. Кто является потенциальным потребителем результатов
   

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.

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

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.

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

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

9. Описание вклада каждой организации в итоговый результат.
   

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

10. Преимущества от участия иностранных организаций
    

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.

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

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)

12. Краткая предыстория формирования проекта
    

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.

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

ИНХС РАН		МИФИ			ВЛАДИПОР
Результаты
Предварительные	Окончательные	Предварительные	Окончательные		Предварительные	Окончательные
Этап
Сравнительные испытания трех типов мембранных контакторов	Натурные испытания опытно-промышленной установки, проект технологического регламента, ТЗ на проектирование промышленной установки	Скорректированная математическая модель по результатам сравнительных испытаний трех типов мембранных контакторов	Уточненная математическая модель по результатам натурных испытаний опытно-промышленной установки		Промежуточный портфель потенциальных заказчиков, общедизайнерские требования к опытно-промышленной установке	Портфель потенциальных заказчиков, Участие в разработке ТЗ на проектирование промышленной установки
Сроки с момента начала работ по проекту
2 года	4 года	2 года		4 года	2 года	4 года

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.

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

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

№ п/п	Наименование статей затрат	Всего на проект (тыс.руб)
1.	Получение высокопроизводительного термобаростабильного газотранспортного полимера	20 000
2.	Подбор полимерных химически стойких подложек для формирования плоских композиционных мембран	15 000
3.	Затраты на оплату труда работников, непосредственно занятых созданием научно-технической продукции	55 000
4.	Разработка технологии получения плоских композиционных мембран	15 000
5.	Разработка технологии получения половолоконных мембран	30 000
6.	Разработка, создание и сравнительные испытания мембранных контакторов трех типов: плоскорамного, рулонного и половолоконного	28 000
7.	Разработка, создание и натурные испытания опытно - промышленной установки на основе мембранного контактора, выбранного по результатам сравнительных испытаний	100 000
8.	Накладные расходы	47 000
	ИТОГО	310 000

Руководитель участника размещения заказа

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