Эксπир
Регистрация / Вход

Выделение энергоносителей из газовых смесей биогенного происхождения с применением энергосберегающих газо-жидкостных газоразделительных систем

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.516.11.6043
Организация
ИНХС РАН
Руководитель работ
Тепляков Владимир Васильевич
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
ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ"

Этапы проекта

1
14.06.2007 - 07.12.2007
На основании анализа научно-технической и патентной информации для разделения биогаза (газовых смесей метан/двуокись углерода, получающихся в процессах анаэробной переработки биомассы органических отходов растительного происхождения и отходов животноводства) предложены оригинальные газо-жидкостные системы для выделения метана технической чистоты с высокопроницаемым непористым (стерильным) полимерным барьером на границе газ/жидкость. Особенностью данной системы является то, что система позволяет без предварительного компремирования подавать биогаз в газожидкостной модуль, где СО2 полностью удаляется за счет абсорбции через высокопроницаемый селективный барьер движущимся жидким носителем, при этом в качестве продукта, не поглощенного системой, получается метан технической чистоты (>95%), который может быть закачан в сетевой газопровод или накоплен в отдельном резервуаре.
Для разработки лабораторного образца газо-жидкостной системы (мономембранного контактора, ММК) выбран и наработан высокопроницаемый полимер политриметилсилилпропин (ПТМСП). Получены образцы ПТМСП с коэффициентами проницаемости по двуокиси углерода > 30 000 баррер. Этот показатель является самым высоким среди известных полимеров. Проведена оценка устойчивости ПТМСП в щелочных абсорбентах и показано, что ПТМСП обладает высокой стабильностью при контакте со щелочным жидким носителем, обеспечивая таким образом возможность технической реализации проекта. Подобраны специальные пористые подложки из полиакрилонитрила с усиленным рельефом поверхности, растворители и условия для изготовления лабораторных образцов композиционных ПТМСП мембран. Показано, что полученные мембраны обладают проницаемостью по СО2 в 3200 л/м2*час*атм, что удовлетворяет требованиям высокопоточного барьера для ММК. Подготовлена лабораторная технология для получения композиционных мембран общей площадью до 2 м2, что позволит на втором этапе изготовить многослойные мембранные модули, провести их тестирование и разработать эскизный проект установки опытно-промышленного масштаба.
Объектами интеллектуальной собственности, полученной и планируемой в рамках проекта, являются специально подобранные полимер и мембрана, а также конструкция мономембранного модуля для применения в процессах выделения метана из биогаза.
С использованием предлагаемых мономембранных контакторных систем в сотрудничестве с биотехнологами могут быть сконструированы компактные биореакторы для использования в качестве локального источника энергии мощностью 5 кВт*час, достаточного для энергоснабжения одной семьи. Такие компактные станции могут обеспечить энергией удаленные поселки или населенные пункты, не охваченные сетью центрального газоснабжения.
Развернуть
2
01.01.2008 - 30.06.2008
На втором этапе проекта был выполнен цикл исследований, направлен-ных на создание демонстрационного мембранного контактора (МК), эффек-тивность которого в очистке биогаза от двуокиси углерода и повышении теп-лотворной способности биотоплива была показана на первом этапе работы. Для проведения подготовительных технологических работ по газораздели-тельной системе процесса метанизации биогаза с помощью мембран был из-готовлен и испытан уникальный макетный испытательный стенд. В ходе раз-работки газоразделительного демонстрационного модуля были проведены все необходимые последовательные этапы работы (1) по синтезу укрупнен-ной партии образцов полимера поли-1-триметисилилпропина (ПТМСП) с учетом выбранных ранее условий синтеза образцов полимера, обеспечиваю-щих устойчивость к щелочным растворам и высокую газопроницаемость в отношении СО2; (2) по наработке композиционных мембран с обеспечением получения бездефектных не имеющих аналогов суперпроницаемых по СО2 (до 8500 л/м2*час*атм) мембран ПТМСП; (3) по моделированию и дизайну внутреннего устройства газо-жидкостного элемента, обеспечивающего кон-тролируемый избирательный перенос двуокиси углерода и метана. Все это позволило провести экспериментальные исследования лабораторных газо-жидкостных контакторных систем с подвижным жидким носителем на мо-дельных газовых смесях и предложить методы расчёта энергетически-оптимальных газо-жидкостных разделительных систем, позволяющие оце-нить масштаб установки, эскизный проект которой будет создан при завер-шении проекта. Полученные результаты находятся в процессе патентования, а наработанные технологические приемы получения мембран и ключевых мембранных элементов составили ноу-хау разрабатываемого модуля. Резуль-таты работы, не содержащие существенных признаков, опубликованы в 2 на-учных статьях и доложены на престижных конференциях в Европе и США.
Развернуть
3
01.07.2008 - 31.10.2008
На основании анализа научно-технической и патентной информации для разделения биогаза предложены и разработаны оригинальные газо-жидкостные системы для выделения метана технической чистоты с высокопроницаемым непористым (стерильным) полимерным барьером на границе газ/жидкость. Система не требует предварительного компремирования (нет дополнительных затрат энергии) подавать биогаз в газожидкостной модуль, где СО2 полностью удаляется за счет абсорбции через мембрану движущимся жидким носителем, при этом в качестве продукта получается метан технической чистоты (>95%), который может быть закачан в сетевой газопровод или накоплен в отдельном резервуаре. Для разработки лабораторного мембранного контактора (МК) был выбран и наработан высокопроницаемый мембранный полимер - политриметилсилилпропин (ПТМСП). Получены образцы ПТМСП с коэффициентами проницаемости по двуокиси углерода > 30 000 баррер. Оценка устойчивости ПТМСП в щелочных абсорбентах показала, что ПТМСП обладает высокой стабильностью при контакте со щелочным жидким носителем. Подобраны специальные пористые подложки из полиакрилонитрила с усиленным рельефом поверхности, растворители и условия для изготовления лабораторных образцов композиционных ПТМСП мембран. Показано, что полученные мембраны обладают проницаемостью по СО2 не менее 3200 л/м2*час*атм, что полностью удовлетворяет требованиям высокопроницаемого барьера для МК и превышает показатели мирового уровня.
Проведены экспериментальные исследования лабораторных газо-жидкостных контакторных систем с подвижным жидким носителем на модельных газовых смесях и предложены методы расчёта энергетически-оптимальных газо-жидкостных разделительных систем, позволяющие оценить возможность масштабирования установки. Основные параметры установки удовлетворяют требованиям ТЗ.
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
Продолжительность работ
2007 - 2008, 16 мес.
Бюджетные средства
14 млн
профинансировано
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