КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 24-63-00026

НазваниеОчистка вязких углеводородов с применением новых термо- и химически стойких полимерных ультрафильтрационных мембран

РуководительВолков Владимир Васильевич, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 2024 г. - 2027 г. 

Конкурс№93 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по поручениям (указаниям) Президента Российской Федерации» (междисциплинарные проекты).

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 09-206 - Нано- и мембранные технологии

Ключевые словаМембрана, полимер, полифениленсульфид, полиакрилонитрил, ультрафильтрация, нефть, отработанное масло, регенерация, фракционирование, разделение вязких жидкостей, засорение, модификация, размер пор, 3D печать, экструзия, температура

Код ГРНТИ61.13.19

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Снижение энергопотребления существующих и вновь создаваемых производств, а также оптимизация ресурсов при одновременном уменьшении негативного воздействия на окружающую среду являются актуальными задачами в промышленности, включая нефтехимию. Весьма амбициозной задачей является поиск энергосберегающих процессов в нефтепереработке. В качестве малоэнергоемкой альтернативы ректификации сегодня активно исследуется ультрафильтрация (УФ) для разделения сырой нефти. Другой актуальной задачей является регенерация отработанных масел, загрязненных токсичными примесями. Это особенно важно для удаленных территорий и объектов (Арктический регион, буровые установки, карьеры, морские добывающие платформы и др.), так как логистические затраты по снабжению новыми материалами могут быть значительными. Для реализации баромембранного разделения необходимо снизить вязкость углеводородной среды, что достигается либо повышением температуры процесса, либо разбавлением вязкой жидкости невязким легколетучим растворителем. Оба подхода предполагают создание термо- и химически стойких УФ мембран и изучение процесса очистки вязких углеводородных сред, что вызывает необходимость решения ряда взаимосвязанных задач как в области инженерных, так и химических наук. Решение актуальной научной проблемы разделения вязких углеводородов связано с разработкой мембранного материала и метода его переработки в мембрану с требуемой пористой структурой. В рамках междисциплинарного проекта на примере разделения модельных и реальных вязких сред (нефть и отработанное моторное масло) будут проведены исследования синтеза суперконструкционного полимера полифениленсульфида (ПФС), создания мембран, разделительных модулей, характеризующихся высокой коррозионной стойкостью, химической и термической стабильностью, и процессов фильтрации вязких углеводородов. Будет осуществлен синтез линейного и разветвленного ПФС с различной молекулярной массой для достижения высоких физико-механических свойств и требуемых реологических характеристик полимера в процессе синтеза и экструзии. Будут получены однородные композиты на основе ПФС с заданным размером частиц дисперсной фазы. В отличие от широко распространённых технологических приемов получения мембран из низкомолекулярного ПФС растворным методом, в рамках проекта впервые будут получены пористые мембраны из композитов на основе ПФС химической и/или термической деструкцией наполнителя полимерной и неорганической природы и охарактеризована их пористая структура. Будет разработана методика получения филамента на основе ПФС для 3D печати и впервые изготовлены методом 3D печати проточные фильтрационные модули из ПФС (ПФС выполняет функцию мембранного материала, корпуса модуля и компаунда, устойчивого в разделяемых средах при повышенной температуре). Будут проведены экспериментальные исследования по разделению вязких модельных и реальных смесей (нефть, отработанное моторное масло), разработаны методики снижения эффектов концентрационной и гелевой поляризации, а также способов регенерации мембран в процессе их засорения компонентами разделяемой среды, выполнен анализ составов многокомпонентных смесей углеводородов, комплексно изучены физико-химические и эксплуатационные свойства очищенных отработанных масел. С использованием разработанных разделительных мембран и проточных фильтрационных модулей будут наработаны образцы очищенных вязких нефтепродуктов, на основе которых будут созданы образцы смазочных композиций. Для изучения подхода снижения вязкости углеводородной среды методом разбавления невязким легколетучим растворителем будут получены и исследованы УФ мембраны из полиакрилонитрила (ПАН) с регулируемой пористостью и узким распределением пор по размерам. Синергия междисциплинарного исследования достигается постановкой полного цикла научных работ: направленный синтез полимера, получение пористых мембран и исследование процесса ультрафильтрационного разделения вязких углеводородных сред.

Ожидаемые результаты
Впервые будет разработан новый двухстадийный метод получения пористых химстойких и термостойких мембран из ПФС для фильтрации нефтепродуктов при повышенных температурах. В качестве исходных полимерных материалов для получения мембран впервые будут использоваться ПФС с варьируемыми свойствами расплава. Впервые будут созданы мембраны из ПФС расплавным методом путем получения пленок ПФС-наполнитель экструзией с последующей химической и термической деструкцией наполнителя. Регулирование размера частиц дисперсной фазы и их контролируемая деструкция позволит получать мембраны с заданным размером пор, необходимых для разделения нефтепродуктов фильтрацией. Впервые на основе разработанного филамента из чистого ПФС с применением метода 3D печати будут получены проточные фильтрационные модули различной конфигурации. Будет разработана технология получения филамента на основе ПФС для 3D печати. Впервые разработанные и изготовленные методом 3D печати проточные модули будут испытаны при исследовании процессов фильтрации вязких нефтепродуктов (масел) при повышенных температурах. Будет оценено влияние мембранной фильтрации на характер и степень изменения свойств масел по сравнению с неиспользованными маслами тех же марок. Будет проведено сравнительное изучение как макропараметров очищенных смазочных масел (например, вязкость, коррозионная активность, антиокислительные свойства), так и изменения в компонентном составе с использованием современных физико-химических методов анализа.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ