Эксπир
Регистрация / Вход

Разработка технологии выделения энергоносителей из биогаза на основе фазоинверсионных газоразделительных систем

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.516.11.6042
Продолжительность работ
2007 - 2008, 16 мес.
Бюджетные средства
14 млн
Внебюджетные средства
3,8 млн

Разработка экспериментально подтвержденной методики расчета и анализ принципиальных технических решений газожидкостных разделительных систем для выделения метана с чистотой выше 95% из биогаза независимо от его исходного состава. Выполнение эскизного проекта газожидкостной разделительной системы мощностью 50 м3(метана)/час для создания компактных автономных источников энергии, работающих на возобновляемом органическом сырье.

Соисполнители

Организация
АНО "ЦЭРТ"
Организация
ООО "НПФ "Гелла-ТЭКО"

Этапы проекта

1
14.06.2007 - 07.12.2007
Анализ научно-технической литературы по теме исследования показал, что в мире существует большой интерес к выбранной теме исследований по причинам активного поиска новых возобновляемых источников энергии. Генезис биогаза обусловливает наличие в нем СО2, что практически закрывает возможность использования биогаза в качестве моторного топлива. Традиционные методы разделения СО2 и СН4 – адсорбция и мембранное разделение – страдают существенными недостатками: громоздкость, энергоемкость и низкая эффективность разделения.
Решением проблемы обещают стать мембранные контракторы, объединяющие преимущества нескольких методов. Они, в свою очередь, подразделяются на устройства с диффузионными и с пористыми мембранами.
Проведенные патентные исследования показали существенное наличие охранных документов по обоим типам мембранных контракторов. Большинство заявителей – представители трех стран: Япония, США, Нидерланды. Около 30% выявленных документов касаются устройств с пористыми мембранами. Выявлено 4 наиболее близких прототипа, проведено их сравнение с предложенным решением.
На основе проведенных анализов сформулировано обоснование принятого направления исследований, доказаны его актуальность, полезность и новизна. Выявлены те новые признаки предложенного способа, которые позволяют обеспечить его патентоспособность.
Разработана техническая документация на экспериментальный стенд, проведение физических исследований на котором позволит выработать исходные данные для будущего проектирования пилотной установки по получению 50 м3/час биометана, как того требует техническое задание.
Экспериментальный стенд изготовлен и смонтирован на базе Исполнителя. Он состоит из четырех основных блоков:
1 – блок подготовки модельной газовой смеси;
2 – блок сатурирования;
3 – блок дегазации;
4 – блок регенерации.
Каждый блок может работать самостоятельно, либо в составе всего стенда.
С учетом перечня необходимых исследований разработаны программа и методики экспериментальных исследований, которые предстоит провести на стенде, начиная с выбора оптимальных пористых мембран и жидких носителей и кончая получением ресурсных оценок процесса. В соответствии с программой проведены две серии опытов:
1 – выбор пористых мембран. После литературной и экспериментальной оценок пористых мембран из различных материалов выбраны мембраны из пористой металлокерамики, представляющие собой композитные изделия из пористой нержавеющей стали и оксидной керамики. Мембраны изготовлены в виде трубки с активным слоем внутри. Изучены их пористые характеристики и технологические параметры;
2 – выбор жидкого носителя. Проведен анализ научно-технической и справочной литературы по вопросу взаимодействия углекислого газа с различными жидкостями. В результате признано, что наиболее перспективным является водный раствор аминокислот, который позволяет уменьшить перепад температур между стадиями абсорбции и десорбции СО2 до 250С и проводить оба процесса при атмосферном давлении.
Работы за счет внебюджетного финансирования позволили создать условия для проведения полной оценки характеристик пористости используемых мембран и провести эти работы, а также наработать исходные матрицы для пористых металлокерамических мембран. В дальнейшем разработанные технологии и изготовленное оборудование позволят получить необходимое количество мембран для пилотной и последующих серийных установок обогащения биогаза.
Развернуть
2
01.01.2008 - 30.06.2008
Разработаны методики расчета основных узлов газожидкостной разделительной фазоинверсионной системы на основе теории мембранного переноса газовых компонентов в пористых и сплошных средах, ряда экспериментальных зависимостей и известных физико-химических закономерностей. На ранее разработанном и испытанном экспериментальном стенде проведена экспериментальная проверка предложенных методик. Проверка подтвердила применимость данных методик для расчета основных узлов газоразделительной фазоинверсионной системы.
На основании результатов проведенных научно-исследовательских работ, испытаний узлов экспериментального стенда, выбора и диагностики пористых керамических мембран, испытаний и корректировки инфраструктуры экспериментального стенда были составлены исходные данные для проектирования промышленной системы на 50 м3/час очищенного метана.
По результатам разработанной методики и ее экспериментальной проверки рассчитаны и подобраны характеристики оборудования для оснащения газожидкостной разделительной фазоинверсионной системы мощностью 50 м3 метана в час.
Развернуть
3
01.07.2008 - 31.10.2008
. Разработан эскизный проект фазоинверсионной разделительной системы мощностью 50 м3/час метана.
2. Обобщены результаты предыдущих этапов работы. Проведена оценка полноты решения задачи выделения энергоносителей из биогаза с исполь- зованием фазоинверсионных газоразделительных систем.
3. Произведен расчет ориентировочной экономической эффективности от реализации новых газоразделительных фазоинверсионных систем.
4. Проведена оценка возможности создания конкурентной продукции и разработка рекомендаций по использованию результатов проведенных НИР.
5. Проведен анализ возможностей совместного проведения проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области выделения метана из биогазовых смесей в рамках международного научного сотрудничества.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.6 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области энергоэффективности, энергоснабжения и ядерной энергетики
Тема
Создание научно-технического задела и разработка принципов создания газоразделительных систем для выделения энергоносителей из биогазовых горючих смесей, получаемых из возобновляемого органического сырья.
Продолжительность работ
2007 - 2008, 16 мес.
Бюджетные средства
28 млн
Количество заявок
5
Тема
Создание комплекса аттестованных методик и стандартных образцов для измерений состава и магнитной текстуры редкоземельных наноструктурных сплавов для разделительных центрифуг нового поколения в атомной энергетике.
Продолжительность работ
2011, 6 мес.
Бюджетные средства
9 млн
Количество заявок
1
Тема
Проведение проблемно-ориентированных исследований и разработка технических решений для создания высокоэффективных экологически чистых энергоустановок средней мощности, использующих в качестве топлива возобновляемые виды энергоносителей.
Продолжительность работ
2013, 9 мес.
Бюджетные средства
30 млн
Количество заявок
22
Тема
Проведение проблемно-ориентированных исследований и разработка технических решений для создания энергетических комплексов для энергоснабжения автономных потребителей, с использованием возобновляемых источников энергии, накопителей энергии и устройств оптимального управления
Продолжительность работ
2013, 8 мес.
Бюджетные средства
30 млн
Количество заявок
52
Тема
Создание модульной энергоустановки на основе возобновляемых источников энергии мощностью до 10 кВт(э) с системой водородного аккумулирования энергии.
Продолжительность работ
2011 - 2013, 26 мес.
Бюджетные средства
270 млн
Количество заявок
3