МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА МЕМБРАННОГО ГАЗОРАЗДЕЛЕНИЯ ПРОДУКТОВ РАЗЛОЖЕНИЯ СО2 С ПОЛУЧЕНИЕМ КОНЦЕНТРАТОВ СО И О2

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Для процессов карбонилирования и оксилительного карбонилирования необходимо получение концентрата монооксида углерода или его смеси с кислородом. Получение таких концентратов возможно при плазмохимическом разложении CO2 на CO и O2. С учетом невысокой конверсии таких процессов существует задача по разработке схем разделения смеси 73% мол. CO2/ 18% мол. CO/ 9% мол. O2 с получением практически применимых концентратов. В данной работе предложена концептуальная схема разделения продуктов разложения CO2 с помощью технологии мембранного газоразделения с применением половолоконных газоразделительных мембран из полисульфона (ПСФ). Для проведения моделирования впервые были получены данные о переносе CO, CO2 и O2 через ПСФ мембраны в тройной смеси. На основании расчетов показано, что применением ПСФ мембран общей площадью 5.28 м2 при обработке 1 м3(н.у.)/ч смеси CO2/CO/O2 можно вернуть в реактор 93.9% CO2 с концентрацией 93.6% мол. и извлечь 68.5% CO с концентрацией 85% мол.

Об авторах

Е. А. Грушевенко

Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева РАН; Московский государственный университет

Email: evgrushevenko@ips.ac.ru
Химический факультет Москва, Российская Федерация; Москва, Российская Федерация

Д. В. Мирошниченко

Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева РАН

Москва, Российская Федерация

Л. Г. Гасанова

Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева РАН

Москва, Российская Федерация

Д. Н. Матвеев

Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева РАН

Москва, Российская Федерация

М. Г. Шалыгин

Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева РАН

Москва, Российская Федерация

И. Л. Борисов

Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева РАН

Москва, Российская Федерация

А. Л. Максимов

Московский государственный университет

Химический факультет Москва, Российская Федерация

С. Д. Баженов

Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева РАН

Москва, Российская Федерация

Список литературы

  1. Макаров А.А., Кулагин В.А., Грушевенко Д.А., Галкина А.А. eds. Прогноз развития энергетики мира и России 2024, ИНЭИ РАН, Москва, 2024.
  2. Алешнев А.Ю., Волков А.В., Воротников Н.В., Максимов А.П., Ярославцев А.Б. // Мембраны и Мембранные Технологии. 2021. Т. 11. С. 283–303.
  3. Nath F., Mahmood M.N., Yousuf N. // Geoenergy Science and Engineering. 2024. V. 238. P. 212726. https://doi.org/10.1016/j.geoen.2024.212726
  4. Dumée L., Scholes C., Stevens G., Kentish S. // International Journal of Greenhouse Gas Control. 2012. V. 10. P. 443–455. https://doi.org/10.1016/J.IJGGC.2012.07.005
  5. Boot-Handford M.E., Abanades J.C., Anthony E.J., Blunt M.J., Brandani S., Mac Dowell N., Fernández J.R., Ferrari M.-C., Gross R., Hallett J.P., Haszeldine R.S., Heptonstall P., Lyngfelt A., Makuch Z., Mangano E., Porter R.T.J., Pourkashanian M., G.T. Rochelle, N. Shah, J.G. Yao, P.S. Fennell // Energy Environ. Sci. 2014. V. 7. P. 130–189. https://doi.org/10.1039/C3EE42350F
  6. C.-Huang H., C.-Tan S. // Aerosol Air Qual Res. 2014. V. 14. P. 480–499. https://doi.org/10.4209/aaqr.2013.10.0326
  7. Markewitz P., Kuckshinrichs W., Leitner W., Linssen J., Zapp P., Bongartz R., Schreiber A., T.E. Müller // Energy Environ Sci. 2012. V. 5. P. 7281. https://doi.org/10.1039/c2ee034034
  8. Peter S.C. // ACS Energy Lett. 2018. V. 3. P. 1557–1561. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.8b00878
  9. Garba M.D., Usman M., Khan S., Shehzad F., Galadima A., Ehsan M.F., Ghanem A.S., Humayun M. // J Environ Chem Eng. 2021. V. 9. P.104756. https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104756
  10. Magomedova M.V., Starozhitskaya A.V., Galanova E.G., Matevosyan D.V., Egazar’yants S.V., Maximov A.L. // Petroleum Chemistry. 2023. V. 63. P. 1219–1227. https://doi.org/10.1134/S0965544123080091
  11. Corma A., Garcia H. // J Catal. 2013. V.308. P. 168–175. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2013.06.008.
  12. Ya. Morozova V., Svidersky S.A., Demenieva O.S., Kulikova M.V., Maximov A.L. // Petroleum Chemistry. 2025. V. 65. P. 277–285. https://doi.org/10.1134/S0965544125600481
  13. Xin Q., Maximov A.L., Liu B.Y., Wang W., Guo H.Y., Xiao L.F., Wu W. // Russian Journal of Applied Chemistry. 2022. V. 95. P. 296–307. https://doi.org/10.1134/S107042722020100
  14. Wei J., Ge Q., Yao R., Wen Z., Fang C., Guo L., Xu H., Sun J. // Nat Commun. 2017. V. 8. P. 15174. https://doi.org/10.1038/ncomms15174
  15. Zhang F., Chen W., Li W. // Molecular Catalysis. 2023. V. 541. P. 113093. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2023.113093
  16. Kuznetsov N.Yu., Maximov A.L., Beletskaya I.P. // Russian Journal of Organic Chemistry. 2022. V. 58. P. 1681–1711. https://doi.org/10.1134/S1070428022120016
  17. Merzljakov D.A., Alexeev M.S., Topchiy M.A., Yakhvarov D.G., N.Yu. Kuznetsov, Maximov A.L., Beletskaya I.P. // Molecules. 2025. V. 30. P. 248. https://doi.org/10.3390/molecules3000248
  18. Kuznetsov N.Yu., Beletskaya I.P. Application of CO2 as a C1-Synthon in Organic Chemistry: II. Catalytic Synthesis of Cyclic Carbonates (Carbamates) from CO2 and Epoxides (Aziridines), Russian Journal of Organic Chemistry 59 (2023) 1261–1297. https://doi.org/10.1134/S1070428021080018
  19. Bondarenko G.N., Ganina O.G., Lysova A.A., Fedin V.P., Beletskaya I.P. // Journal of CO2 Utilization. 2021. V. 53. P. 101718. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2021.101718
  20. Nguyen T.V.Q., Rodr J.A.iguez-Santamaría, W-Yoo J., Kobayashi S. // Green Chemistry. 2017. V. 19. P. 2501–2505. https://doi.org/10.1039/C7GC00917H
  21. Duffy I.R., Vasdev N., Dahl K. // ACS Omega. 2020. V. 5. P. 8242–8250. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c00524
  22. Liu Y., W-Ren M., K.-He K., W-Zhang Z., W-Li B., Wang M., X-Lu B. // J Org Chem. 2016. V. 81. P. 8959–8966. https://doi.org/10.1021/acs.joc.6b01616
  23. Rehevsky S.A., Shurupova O.V., Asachenko A.F., Plutalova A.V., Chernikova E.V., Beletskaya I.P. // Int J Mol Sci. 2023. V. 25. P. 10946. https://doi.org/10.3390/ijms252010946
  24. Winnefeld F., Leemann A., German A., Lohenbach B. // Curr Opin Green Sustain Chem/ 2022. V. 38. P. 100672. https://doi.org/10.1016/j.cogsc.2022.100672
  25. Ma X., Albertana J., Gabriels D., Horst R., Polat S., Snoeks C., Kapielin F., Erdl H.B., Vermaas D.A., Mei B., S. de Beer, M.A. van der Veen // Chem Soc Rev. 2023. V. 52. P. 3741–3777. https://doi.org/10.1039/D3CS00147D
  26. Wall D., Kepplinger W., Millner R. // Steel Res Int. 2011. V. 82. P. 926–933. https://doi.org/10.1002/srin.201100030
  27. Fujimori S., Inoue S. // J Am Chem Soc. 2022. V. 144. P. 2034–2050. https://doi.org/10.1021/jacs.1c13152
  28. Kuzmin A.E., Demenieva O.S., Kulikova M.V., Ya.Morozova V., Svidersky S.A., Maksimov A.L. // J Taiwan Inst Chem Eng. 2025. V. 167. P. 105847. https://doi.org/10.1016/j.jtice.2024.105847
  29. Wu P., Li X., Ullah N., Li Z. // Molecular Catalysis. 2021. V. 499. P. 111304. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2020.111304
  30. Golubev O.V., Maximov A.L. // Plasma Chemistry and Plasma Processing. 2024. V. 44. P. 2087–2100. https://doi.org/10.1007/s11090-024-10512-5
  31. Zhang K., Harvey A.P. // Chemical Engineering Journal. 2021. V. 405. P. 126625. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126625
  32. Kumar A., Hasija V., Sudhaik A., Raizada P., Van Q.L., Singh P., T.-Pham H., Kim T., Ghotekar S., V.-Nguyen H. // Chemical Engineering Journal. 2022. V. 430. P. 133031. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.133031
  33. Ouyang T., Wang H., Huang H., Wang J., Guo S., Liu W., Zhong D., Lu T. // Angewandte Chemie International Edition. 2018. V. 57. P. 16480–16485. https://doi.org/10.1002/anie.201811010
  34. Wang P., Dong R., Guo S., Zhao J., Z.-Zhang M., T.-Lu B. // Natl Sci Rev. 2020. V. 7. P. 1459–1467. https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa112
  35. Gupta R., Mishra A., Thirupathaiah Y., Chandel A.K. // Biomass Convers Biorefin. 2024. V. 14. P. 3007–3030. https://doi.org/10.1007/s13399-022-02552-8
  36. Zhang H., Zhang X., Yang D., Shuai Y., Lougou B.G., Pan Q., Wang F. // Energy Convers Manag. 2023. V. 279. P. 116772. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.116772
  37. Owen S., Ko B.H., Zhao Y., Jiao F. // Acc Chem Res. 2022. V. 55. P. 638–648. https://doi.org/10.1021/acs.accounts.1c00674
  38. Liu W., Ji Y., Huang Y., Zhang X.J., Wang T., Fang M.X., Jiang L. // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2024. V. 191. P. 114141. https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.114141
  39. Allangawi A., E.Alzaimoor F.H., Shanadh H.H., Mohammed H.A., Saqer H., El-Fatath A.A., Kamel A.H. // Processes, C. 2023. V. 9. P. 17. https://doi.org/10.3390/c9010017
  40. Teplyakov V., Meares P. // Gas Separation & Purification. 1990. V. 4. P. 66–74. https://doi.org/10.1016/0950-4214(90)80030-O
  41. Perez-Carbajo J., Matito-Martos I., S.Balestra R.G., Tsampas M.N., M.C.M. van de Sanden, Delgado J.A., V.I. Agueda, Merkling P.J., Calero S. // ACS Appl Mater Interfaces. 2018. V. 10. P. 20512–20520. https://doi.org/10.1021/acsami.8b04507
  42. Luna-Triguero A., Vicent-Luna J.M., Jansman M.J., Zafeiropoulos G., Tsampas M.N., M.C.M. van de Sanden, Akse H.N., Calero S. // Catal Today. 2021. V. 362. P. 113–121. https://doi.org/10.1016/J.CATTOD.2020.03.061
  43. Klau. Weissermel, H.-Jürgen. Arpe, Industrial Organic Chemistry, 2008.
  44. Sidhikku R. Kandath Valappil, Ghasem N., Al-Marzouqi M. // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2021. V. 98. P. 103–129. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2021.03.030
  45. Checchetto R., Scarpa M., De M.G. Angelis, Minelli M. // J Memb Sci. 2022. V. 659. Art. 120768. https://doi.org/10.1016/J.MEMSCI.2022.120768
  46. James J., L.E. Lücking, H.A.J. van Dijk, Boon J. // Frontiers in Chemical Engineering. 2023. V. 5. Art. 1066091 https://doi.org/10.3389/fceng.2023.1066091
  47. Duan S., Xu H., Zhang J., Shan M., Zhang S., Zhang Y., Wang X., Kapiejin F. // J Memb Sci. 2025. V. 717. Art. 123595. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2024.123595
  48. Анищенко А.О., Раменская Ю.П., Бударин М.И., Лазарева Ю.Н. // Высокомолекулярные Соединения. Сер. А. 2006. Т. 48. С. 1876–1884.
  49. Gkoisis P., Peleka E., Zouboulis A. // Membranes. 2023. V. 13. P. 898. https://doi.org/10.3390/membranes13120898
  50. Yang Q., Lin Q., Chong C.T., Zhang Y. // Greenhouse Gases: Science and Technology. 2024. V. 14. P. 776–790. https://doi.org/10.1002/ghg.2304
  51. Aitken C.L., Koros W.J., Paul D.R. // Macromolecules. 1992. V. 25. P. 3424–3434. https://doi.org/10.1021/ma00039a018
  52. Pfromm P.H., Koros W.J. // Polymer. 1995. V. 36. №. 12. P. 2379–2387. https://doi.org/10.1016/0032-3861(95)97336-E
  53. Bakhtin D.S., Kulikov L.A., Legkov S.A., Khotimsky V.S., Levin I.S., Borisov I.L., Maksimov A.L., Volkov V.V., Karakhanov E.A., Volkov A.V. // Journal of Membrane Science. 2018. V. 554. P. 211–220. doi. org/10.1016/j.memsci.2018.03.001
  54. Golubev O., Maximov A. // Processes. 2023. V. 11. Art. 11051553. https://doi.org/10.3390/pr11051553
  55. Golubev O.V., Tsaplin D.E., Maximov A.L. // Gases. 2023. V. 3. Art. 3040012 https://doi.org/10.3390/gases3040012
  56. Топольский Д.Н., Нечаева М.В., Королева Ю.С., Караваев Э.А. // Известия Академии Наук. Серия: Химическая. 2020. P. 625–634.
  57. Beller M., Cornils B., Frohnting C.D., Kohlpaintner C.W. // J Mol Catal A Chem, 1995, V. 104. P. 17–85. https://doi.org/10.1016/1381-1169(95)00130-1
  58. Schmid M. Plasma-assisted Conversion of CO2-Process Design and Techno-economic Evaluation. 2024.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».