Андрей Елышев: НОЦ запустил экспериментальное пространство в нефтегазохимии
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.
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,
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
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
