Андрей Елышев: НОЦ запустил экспериментальное пространство в нефтегазохимии

27.05.2022 207

В ТюмГУ сегодня занимаются наукой личности, которые по объему деятельности и взятой на себя ответственности, кажется, могут объять необъятное. Один из них – Андрей Елышев.

Сегодня совместно с индустриальным партнером ООО НПП «Союзгазтехнология» в Западно-Сибирском НОЦ ученый ТюмГУ реализует проект по разработке мобильного решения для переработки попутного нефтяного газа. Открыта совместная лаборатория, где размещено оборудование для работы с газообразными углеводородами. К концу июня 2022 г. планируется показать первые результаты полного цикла переработки попутного нефтяного газа с месторождения до продукта, который можно продать:

– Есть традиционная химическая промышленность – там давно всё известно с точки зрения химии, запатентовано, и сейчас необходимо разработать технологию нового поколения, которая снизит капитальную стоимость ключевых процессов в химической промышленности при сохранении или даже увеличении выхода ценных продуктов. С 2016 г. провожу исследования стекловолокнистых катализаторов и их оптимизацию, мы с моими коллегами из Института катализа и научным руководителем д.т.н. Андреем Загоруйко, а также с индустриальным партнером компанией «Союзгазтехнология» предложили идею снизить капитальную стоимость процесса переработки синтез-газа в синтетические углеводороды (процесс Фишера-Тропша) за счет применение наших исследований и разработок. Это в свою очередь откроет новый рынок для реализации экологически чистых продуктов переработки побочного сырья при нефтедобыче и даст возможность организовать на территории Тюменской области выпуск новых продуктов – таких, как катализаторы, адсорбенты и мобильные установки переработки. Главное достоинство идеи – возможность формирования структурированных каталитических картриджей, обладающих уникально высоким соотношением интенсивности массообмена к удельному гидравлическому сопротивлению, а также высокой теплопроводностью, позволяющей создавать уникально эффективные каталитические реакторы для реакций с высокими тепловыми эффектами. Такие катализаторы оригинальны, не имеют зарубежных аналогов и обладают высоким потенциалом как в области импортозамещения в стратегически важных сферах, так и в сфере развития высокотехнологичного экспорта.

Фото - utmn.ru

Наш индустриальный партнер предложил пойти дальше – взять ключевой процесс Фишера-Тропша и оптимизировать его, надстроить систему из других маленьких процессов типа каталитического Риформинга и перерабатывать попутный нефтяной газ прямо на месторождении в местах сепарации газа. Например, удаленное месторождение, где нет ни газопровода, ни инфраструктуры, условно просто пробурена скважина и рядом сжигается попутно нефтяной газ. Мы же его сжигать не будем, а будем перерабатывать и получать, к примеру, синтетическую нефть или синтетическое дизельное топливо. Этот же дизель будем использовать там же для автомобилей и выработки электроэнергии. Либо мы перерабатываем газ и получаем карбамид. Карбамид может быть получен в твердом состоянии, прямо на месторождении его складываем в большие биг-бэги. А когда наступает зима, можно его вывозить машинами по зимнику.

Параллельно были начаты переговоры с «Союзгазтехнологией» на предмет коммерциализации будущих резуьтатов интеллектуальной деятельности. Компания занимается производством катализаторов и адсорбентов в Тюменской области. Теперь они – партнеры ТюмГУ.

– Это в сумме сколько направлений работы?

– Всего три направления: фундаментальные исследования в области синтеза и оптимизации катализаторов для переработки газообразных углеводородов (преимущественно природный газ) в рамках лаборатории теории и оптимизации химических и технологических процессов совместно с коллегами из Голландии; цифровой катализ для разработки новых типов катализаторов и их оптимизации, а также реакторный инжиниринг совместно с Институтом катализа; прикладные разработки в области мобильных решений по переработке газообразных побочных продуктов (преимущественно попутный нефтяной газ) при нефтедобычи совместно с «Союзгазтехнологией».

Развитие второго направления началось в августе 2021 г. с подачи заявки в Западно-Сибирский НОЦ на организацию молодёжной лаборатории по цифровому катализу. Сейчас в лаборатории коллектив из 10 человек – студентов-магистров-аспирантов. Вместе с коллегами из Новосибирского Института катализа мы занимаемся разработкой новых каталитических картриджей и реакторов для химических процессов типа Фишера-Тропша, их оптимизацией, а также химическим моделированием. Потенциальный партнер, с которым ведутся переговоры – ПАО «СИБУР Холдинг». Им необходим химический и реакторный инжиниринг, которым мы начали заниматься.

Третье направление возникло в ходе проектно-аналитической сессии в мае 2021 г. на площадке Западно-Сибирского НОЦ при поддержке Московской школы управления Сколково совместно с компанией «Союзгазтехнология». На сегодня мы смогли совместно создать экспериментальное пространство для разработки новых химических технологий, которое находится в Каскаре, там оборудование для очистки попутного нефтяного газа, получения из него синтез-газа и затем переработки его в синтетическую нефть. Там же – приборы для анализа, чтобы мы могли на месте подтверждать, что это всё работает.

В рамках программы развития университета «Приоритет 2030» и стратегического проекта «Природовдохновленный инжиниринг: нано- и микроразмерные технологии для экономики будущего» в 2022 г. создана лаборатория по природовдохновленному химическому инжинирингу. Стратегическая цель – создать исследовательскую и образовательную среду, формирующую компетенции университета в области химического инжиниринга химико-технологических процессов и микро- и наноструктурированных каталитических систем на основе природовдохновленных подходов для реализации исследовательских проектов, технологических разработок и новых образовательных программ.

Сформированный будущий коллектив лаборатории имеет опыт разработки полупромышленных образцов на основе природоподобных подходов. Так совместно с коллегами из Института катализа уже получен патент на полезную модель «Адсорбционно-каталитический реактор для очистки газов от летучих органических примесей» для химической, нефтехимической, лакокрасочной, машиностроительной промышленности. Свою эффективность реактор демонстрирует за счет применения структурированных катализаторов, разработанных на основе дизайна и функционирования природных объектов.

– То есть, всё уже природой создано – бери и копируй…

– И да, и нет. В природе всё создано идеально, она по факту оптимизировала свои процессы за миллионы лет эволюции. Однако мы не ставим целью заниматься биомиметикой (эмуляция систем и элементов природы для решения сложных проблем человечества). Мы рассматриваем природу с точки зрения дизайна и функционирования, и в качестве успешного применения примеров из живой природы при разработке химических технологий в наших исследованиях можно упомянуть подход, основанный на многоуровневой оптимизации структурированных микроволокнистых катализаторов.

В листьях растений существуют наноразмерные центры, осуществляющие фотосинтез; транспортные микроструктуры, обеспечивающие доставку воды и питательных веществ к этим центрам; макропоры для перемещения воды по всему растению и структурные элементы (ветви и ствол), обеспечивающие общую прочность растения.

И в разрабатываемых нами катализаторах по аналогии с листьями есть наноразмерные каталитически активные центры, на которых протекают необходимые реакции; микроканалы в нитях катализатора и транспортные макроканалы, обеспечивающие подвод реагентов к активным центрам и отвод продуктов реакций; а также структурирующие элементы для обеспечения стабильности формы каталитических блоков. Подобно тому, как такая многоуровневая структура листьев позволяет растениям оптимальным способом осуществлять фотосинтез, так и подобная структура каталитических блоков обеспечивает их максимальную эффективность в исследуемых химических процессах.

– Здорово. А как Вам самому удается совмещать такой разноуровневый функционал?

– Я и администратор и исследователь. Так, например, в Технологическом парке ТюмГУ основанная моя функция – проектный менеджмент и поиск под университетские проекты индустриальных партнеров, готовых к сотрудничеству и организации комплексных проектов. Создание лабораторий по катализу и химическому инжинирингу – пример моей деятельности в Технопарке. В научных лабораториях я отвечаю за стратегическое планирование процесса и руководство НИР сотрудников по направлениям деятельности.

– Как оборудованы Ваши лаборатории, они полностью укомплектованы?

– Да, достаточно, На сегодня лаборатории по фундаментальному и цифровому катализу укомплектованы передовым высокотехнологичным научным оборудованием и современным специализированным программным обеспечением для химического инжиниринга и экспериментов по заказу производственных компаний. Можно сказать, что в ТюмГУ создана первая в Тюменском регионе площадка для исследований в области фундаментального, прикладного и цифрового катализа. Так, например, в лаборатории теории и оптимизации химических и технологических процессов мы можем выполнять полный цикл синтеза и физико-химического охарактеризования различных каталитических систем. В лаборатории цифрового катализа проводить численное моделирование реакционных и тепловых процессов в реакторах, а также расчет и оптимизацию конструкций каталитических реакторов. На площадке «Союзгазтехнологии» в совместной лаборатории отрабатывать полупромышленные образцы. В создаваемой лаборатории природовдохновленного химического инжиниринга до конца 2022 г. планируется запуск экспериментальных установок для решения природоохранных задач (загрязнение окружающей среды углеводородами, выбросы парниковых газов – СО2, метана) через переработку и расширение спектра продуктов газохимии для производства высокоценных рыночных продуктов с высоким уровнем добавленной стоимости.

– Сейчас стоит задача импортозамещения. Судя по количеству и качеству Ваших работ, в кластере это реально. Безвыходных ситуаций не бывает?

– Нет! Наоборот, каждая «безвыходная» ситуация возможность для ускоренного дальнейшего роста, как индивидуально, так и коллективно. О нашем химическом кластере по катализу и химическому инжинирингу сегодня прекрасно осведомлен председатель Сибирского отделения РАН, профессор, академик РАН Валентин Пармон и директор Института катализа им. Г.К, Борескова СО РАН профессор, академик РАН Валерий Бухтияров. Они знают, что в ТюмГУ занимаются катализом. В 2019 году Валентин Николаевич приезжал в ТюмГУ, всё осмотрел, и сегодня поддерживает нас.

Ещё один пример: в 2022 г. совместно с Сибирским отделением РАН и Институтом катализа проведем в 2023 г. Всероссийский конгресс «Роскатализ», обозначим себя на карте исследований и разработок по катализу за счет переноса конгресса на площадку Тюмени и Тобольска. Здесь соберутся исследователи по катализу со всего мира и поделятся тем, что происходит в предметной области.

– Можно узнать подробности о молодежной лаборатории?

– Её главная идея – мультидисциплинарность: совместно работают физики и химики. Штат лаборатории насчитывает порядка 10 человек, из которых 5 студентов и 1 аспирант. Так, например в программной среде ANSYS сотрудники лаборатории строят трехмерные модели химических реакторов, обсчитывают изменения температурного фона во время химических реакций, оптимизируют их с точки зрения химических процессов и наибольшего выхода целевого продукта, а также учатся строить и просчитывать гидродинамику картриджей из стекловолокна. Другая их задача – изучение протекания химических реакций внутри разрабатываемых реакторов в программной среде COMSOL Multiphysics. Это делается для того, чтобы сократить срок тестирования и разработки нового аппаратного сопровождения химических процессов. Наша выгода в том, чтобы зарабатывать на результатах интеллектуальной деятельности. То есть, мы разработали, запатентовали, отдали по лицензии патент и получаем отчисления – один-десять процентов, как договоримся с компанией.

– Вы успеваете писать докторскую?

– В планах стоял 2023 г. Сейчас она почти написана, там осталось глава, связанная с прикладным применением. В июне запустим все установки и в этом году я завершу эксперименты, а в 2023 г. планирую оформить диссертацию.

– Вы прямо человек Возрождения – совмещать столько всего…

– Мне за это приходится платить. Я не могу спокойно отдыхать, стараюсь создать в каждом коллективе дружескую атмосферу, где даже «закрытые» люди могут чувствовать себя комфортно. У всех разный склад ума. Со временем я понял ценность коммуникации, как она способствует выполнению важных задач по проектам. Признаться, когда заканчивал физфак, даже понятия не имел, что через 12 лет буду руководителем трех крупных научно-технических проектов с бюджетом более 200 млн рублей. Это оборудование, заработная плата научных сотрудников. Плюс моя задача – мотивировать сотрудников на написание грантов, чтобы они повышали свою финансовую удовлетворенность, плюс привлекать производителей к исследованиям и разработкам.

Справка

С 2009 по 2013 гг. Андрей Елышев прошел обучение в аспирантуре ТюмГУ на кафедре неорганической и физической химии и защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.04 – Физическая химия, под руководством профессора кафедры неорганической и физической химии, д.х.н., Олега Андреева. В рамках программы «Развитие инновационной инфраструктуры вуза» в 2012 г. прошел стажировку в университете Лотарингии (Франция, г. Мец).В 2014 г. исходя из приоритетных научных задач ТюмГУ Андрею Владимировичу предложили пройти обучение в Институте катализа им. Г.К. Борескова СО РАН (Новосибирск) по направлению «Катализ и адсорбция» под руководством ведущего научного сотрудника, д.т.н., Андрея Загоруйко. В ТюмГУ прошел путь от лаборанта-исследователя до старшего научного сотрудника.

В период 2018-2020 гг. руководил грантом Российского научного фонда «Разработка новых типов стекловолокнистых катализаторов, синтезированных методом поверхностного термосинтеза, для процессов глубокого окисления летучих органических соединений», Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными. Результаты научных работ, в рамках выполнения гранта были высоко оценены и опубликованы в ведущем журнале по химической инженерии «Chemical Engineering Journal» (Impact Factor 13.273).

С 2019 г. Елышев занимается развитием научно-технического направления по переработке газообразных углеводородов в жидкие (технология GTL «gas to liquid»).

В 2020 г. совместно с коллегами из Голландии и профессором Делфтского технологического университета (Нидерланды) Евгением Пидько была подана заявка и создана в области катализа лаборатория теории и оптимизации химических и технологических процессов, в рамках регионального конкурса по государственной поддержке научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых Тюменской области «Цифровизация подходов, направленная на оптимизацию каталитических химических технологических процессов переработки неклассического углеводородного сырья: попутного газа, свалочного газа и пластиков». Цель создания лаборатории – организация первой академической среды по катализу в Тюменском регионе, разработка и оптимизация на нано- и микроуровне каталитических систем для процессов переработки газообразных углеводородов, каталитического пиролиза пластика и аккумуляция результатов экспериментов в виде базы данных. Штат лаборатории насчитывает на сегодня 14 постоянных сотрудников (от бакалавров до ведущих научных сотрудников), которые решают фундаментальные задачи с потенциальным практическим применением в Тюменской области. Планируемый результат работы лаборатории – создание конкурентоспособного центра по экспериментальному катализу, который бы мог к концу 2024 г. конкурировать с другими подобными центрами.

В 2021 г. Андрей Елышев стал лауреатом премии им. выдающихся ученых Сибирского отделения РАН за разработки в области химии в номинации «Премия имени Г.К. Борескова».

 

Источник: Управление стратегических коммуникаций ТюмГУ

 




Назад к списку


Добавить комментарий
Прежде чем добавлять комментарий, ознакомьтесь с правилами публикации
Имя:*
E-mail:
Должность:
Организация:
Комментарий:*
Введите код, который видите на картинке:*