تاریخ شروع : 1402/04/05
مهلت ارسال : 1402/05/05
گرنت صندوق نوآوری و شکوفایی:
حمایت بلاعوض از طرح تا سقف 500میلیون تومان
حمایت بلاعوض از طرح تا سقف 500میلیون تومان
مهلت ارسال پروپوزال به اتمام رسیده است
احیای کربن فعال در بستر به روش تحریک شیمیایی
ضرورت مسئله:
همه ساله هزاران تن کربن فعال در صنایع مختلف از نفت و گاز تا صنایع غذایی و بهداشتی مصرف می‌گردد. عمده کربن فعال مصرفی خارجی بوده یا مواد پایه آن از خارج تأمین می‌شود. یک راه حل کاهش مصرف کربن فعال بازیافت آن است. در روش‌های بازیافت متداول، کربن فعال به کارخانه بازیافت منتقل شده و در آنجا با صرف انرژی و مواد شیمیایی و همراه با ریزش و هدررفت، تا حدود 80 درصد خواص آن بازیافت می‌شود. اغلب به‌علت هزینه‌های رفت و برگشت و همچنین عدم بازیابی کامل خواص، بازیافت کربن فعال به صرفه نبوده یا مورد استقبال کارفرمایان قرار نمی‌گیرد. گروه مهندسی این شرکت با مطالعاتی که انجام داده، به این نتیجه رسیده است که بازیافت کربن فعال در داخل بستر بدون انتقال به بیرون و به روش شیمیایی امکان‌پذیر است. در صورت تجاری شدن این طرح علاوه بر صرفه‌جویی ارزی بسیار زیاد، وابستگی اجتناب‌ناپذیر فعلی به واردات کربن فعال خارجی به مقدار زیادی بهبود خواهد یافت.
یکی از پر مصرف‌ترین انواع کربن فعال، کربن پوست نارگیل است که در حفظ کیفیت جاذب‌های گاز اسیدی (آمین) و جاذب رطوبت (گلایکول) اهمیت بسیاری در حفظ عملکرد مطلوب فرآیندهای پالایشی دارد. این نوع کربن فعال از ماده اولیه پوست نارگیلی که در جنگل‌های بارانی به عمل می‌آید؛ تولید می‌گردد. اغلب کارخانجات و تأسیسات تولید و بازیافت کربن فعال کشور نیز متناسب با مواد اولیه در دسترس داخل کشور مانند پوست بادام و گردو یا خاک اره هستند. بنابراین سالانه چند هزار تن کربن فعال پوست نارگیل بدون امکان بازیافت مقرون‌به‌صرفه در کشور دور ریخته می‌شود. در روش احیای درون بستر مورد نظر این شرکت، لایه مولکول‌های جذب شده در سطح خلل و فرج دانه‌های کربن فعال و همچنین جرم و رسوبی که منجر به انسداد مجاری حرکت سیال فرآیندی در بستر می‌شود؛ به کمک مواد شیمیایی جدا می‌شود. بدین صورت که حضور مواد شیمیایی احیا منجر به ناپایدار شدن مواد چسبیده به کربن فعال و جدا شدن آن‌ها می‌شود.
مشروح مسئله تحقیقاتی:
کربن فعال در زمان سرویس‌دهی خود به مرور از آلاینده‌هایی که از سیال فرآیندی جذب می‌کند؛ اشباع می‌گردد. در نهایت سطح فعال آن یا به طور کامل اشباع شده یا اینکه مقدار سطح باقیمانده با توجه به انسداد نسبی حفرات، دیگر به اندازه کافی برای جذب آلاینده بیشتر فعال نیست. بدین ترتیب باید کربن فعال موجود در بستر با کربن تازه جایگزین شود. کربن تازه ممکن است برای اولین بار در بستر بارگذاری شود یا کربن مستعمل قبلی در بیرون از بستر به کمک روش‌های حرارتی یا شیمیایی بازیافت شده باشد. تعویض کربن فعال با کربن تازه هزینه سنگینی دارد. احیای کربن نیز به روش‌های متداول گرچه به اندازه خرید کربن تازه پرهزینه نیست؛ ولیکن هزینه چشمگیری داشته و حمل و نقل کربن از محل مصرف به کارخانه بازیافت زمانبر و مستلزم تحمل آلودگی محیط و کثیفی زیادی در محیط است. اگر بتوان عملیاتی را طراحی و به درستی اجرا نمود که طی آن، همه یا بخش قابل قبولی از ظرفیت کربن موجود در بستر در همان مکان و بدون نیاز به تخلیه بازیافت شود؛ در هزینه و زمان صرفه‌جویی قابل توجهی خواهد شد. از نظر تئوری هر مولکول جذب شده در سطح کربن با اعمال شرایط ترمودینامیکی و شیمیایی مناسب، قابلیت جدا شدن داشته و آزادی سطح جذب امکان‌پذیر است. چگونگی انجام این کار با یک روش قابل اجرا و اقتصادی، مسئله اصلی در عملیات احیای کربن فعال در بستر است. به نظر می‌رسد این کار با تحریک شیمیایی عوامل جذب شده برای جدا شدن از سطح کربن قابل انجام باشد. علاوه بر جدا کردن لایه مولکول‌های جذب شده، اجسام و رسوباتی که باعث انسداد حفرات شده‌اند نیز در این عملیات باید پاکسازی گردند.
از مجری این پژوهش انتظار می‌رود با یک رویکرد علمی فرآیند احیا به روش شیمیایی و قابل انجام در بستر پالایشگاه بدون ایجاد خوردگی را امکان‌سنجی نموده و در ادامه با انجام آزمایش‌های تجربی معتبر، صحت فرضیات را اثبات یا اصلاحات لازم را در آن‌ها اعمال نماید. علاوه بر این، لازم است اثرات جانبی این عملیات اعم از آثار آن بر تجهیز، خواص کربن احیا شده و انرژی و مواد لازم نیز برآورد و صحت‌سنجی گردد. اثرات زیست‌محیطی و سمیت مواد حاصل از فرایند در ترکیب با مواد نفتی، نیز باید در بخشی جداگانه بررسی و مدیریت ضایعات و پسماند نیز طرح‌ریزی شود.
همه ساله هزاران تن کربن فعال در صنایع مختلف از نفت و گاز تا صنایع غذایی و بهداشتی مصرف می‌گردد. عمده کربن فعال مصرفی خارجی بوده یا مواد پایه آن از خارج تأمین می‌شود. یک راه حل کاهش مصرف کربن فعال بازیافت آن است. در روش‌های بازیافت متداول، کربن فعال به کارخانه بازیافت منتقل شده و در آنجا با صرف انرژی و مواد شیمیایی و همراه با ریزش و هدررفت، تا حدود 80 درصد خواص آن بازیافت می‌شود. اغلب به‌علت هزینه‌های رفت و برگشت و همچنین عدم بازیابی کامل خواص، بازیافت کربن فعال به صرفه نبوده یا مورد استقبال کارفرمایان قرار نمی‌گیرد. گروه مهندسی این شرکت با مطالعاتی که انجام داده، به این نتیجه رسیده است که بازیافت کربن فعال در داخل بستر بدون انتقال به بیرون و به روش شیمیایی امکان‌پذیر است. در صورت تجاری شدن این طرح علاوه بر صرفه‌جویی ارزی بسیار زیاد، وابستگی اجتناب‌ناپذیر فعلی به واردات کربن فعال خارجی به مقدار زیادی بهبود خواهد یافت.
یکی از پر مصرف‌ترین انواع کربن فعال، کربن پوست نارگیل است که در حفظ کیفیت جاذب‌های گاز اسیدی (آمین) و جاذب رطوبت (گلایکول) اهمیت بسیاری در حفظ عملکرد مطلوب فرآیندهای پالایشی دارد. این نوع کربن فعال از ماده اولیه پوست نارگیلی که در جنگل‌های بارانی به عمل می‌آید؛ تولید می‌گردد. اغلب کارخانجات و تأسیسات تولید و بازیافت کربن فعال کشور نیز متناسب با مواد اولیه در دسترس داخل کشور مانند پوست بادام و گردو یا خاک اره هستند. بنابراین سالانه چند هزار تن کربن فعال پوست نارگیل بدون امکان بازیافت مقرون‌به‌صرفه در کشور دور ریخته می‌شود. در روش احیای درون بستر مورد نظر این شرکت، لایه مولکول‌های جذب شده در سطح خلل و فرج دانه‌های کربن فعال و همچنین جرم و رسوبی که منجر به انسداد مجاری حرکت سیال فرآیندی در بستر می‌شود؛ به کمک مواد شیمیایی جدا می‌شود. بدین صورت که حضور مواد شیمیایی احیا منجر به ناپایدار شدن مواد چسبیده به کربن فعال و جدا شدن آن‌ها می‌شود.
مشروح مسئله تحقیقاتی:
کربن فعال در زمان سرویس‌دهی خود به مرور از آلاینده‌هایی که از سیال فرآیندی جذب می‌کند؛ اشباع می‌گردد. در نهایت سطح فعال آن یا به طور کامل اشباع شده یا اینکه مقدار سطح باقیمانده با توجه به انسداد نسبی حفرات، دیگر به اندازه کافی برای جذب آلاینده بیشتر فعال نیست. بدین ترتیب باید کربن فعال موجود در بستر با کربن تازه جایگزین شود. کربن تازه ممکن است برای اولین بار در بستر بارگذاری شود یا کربن مستعمل قبلی در بیرون از بستر به کمک روش‌های حرارتی یا شیمیایی بازیافت شده باشد. تعویض کربن فعال با کربن تازه هزینه سنگینی دارد. احیای کربن نیز به روش‌های متداول گرچه به اندازه خرید کربن تازه پرهزینه نیست؛ ولیکن هزینه چشمگیری داشته و حمل و نقل کربن از محل مصرف به کارخانه بازیافت زمانبر و مستلزم تحمل آلودگی محیط و کثیفی زیادی در محیط است. اگر بتوان عملیاتی را طراحی و به درستی اجرا نمود که طی آن، همه یا بخش قابل قبولی از ظرفیت کربن موجود در بستر در همان مکان و بدون نیاز به تخلیه بازیافت شود؛ در هزینه و زمان صرفه‌جویی قابل توجهی خواهد شد. از نظر تئوری هر مولکول جذب شده در سطح کربن با اعمال شرایط ترمودینامیکی و شیمیایی مناسب، قابلیت جدا شدن داشته و آزادی سطح جذب امکان‌پذیر است. چگونگی انجام این کار با یک روش قابل اجرا و اقتصادی، مسئله اصلی در عملیات احیای کربن فعال در بستر است. به نظر می‌رسد این کار با تحریک شیمیایی عوامل جذب شده برای جدا شدن از سطح کربن قابل انجام باشد. علاوه بر جدا کردن لایه مولکول‌های جذب شده، اجسام و رسوباتی که باعث انسداد حفرات شده‌اند نیز در این عملیات باید پاکسازی گردند.
از مجری این پژوهش انتظار می‌رود با یک رویکرد علمی فرآیند احیا به روش شیمیایی و قابل انجام در بستر پالایشگاه بدون ایجاد خوردگی را امکان‌سنجی نموده و در ادامه با انجام آزمایش‌های تجربی معتبر، صحت فرضیات را اثبات یا اصلاحات لازم را در آن‌ها اعمال نماید. علاوه بر این، لازم است اثرات جانبی این عملیات اعم از آثار آن بر تجهیز، خواص کربن احیا شده و انرژی و مواد لازم نیز برآورد و صحت‌سنجی گردد. اثرات زیست‌محیطی و سمیت مواد حاصل از فرایند در ترکیب با مواد نفتی، نیز باید در بخشی جداگانه بررسی و مدیریت ضایعات و پسماند نیز طرح‌ریزی شود.
این شرکت دانش‌بنیان بیشتر فعالیت خود را بر استفاده از شیمی و فرآیندهای شیمیایی در تولید کالا و خدمات دارای کاربرد در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی متمرکز کرده است. محصولات تولیدی این شرکت ضمن اینکه در چند زمینه نیاز صنایع داخلی به برخی کالاهای تحریمی خارجی را مرتفع ساخته است؛ در مواردی دیگر، رویکردهای مدرنی را به صنعت معرفی می‌کند. این محصولات اغلب شامل خدمات یا مواد شیمیایی جدیدی است که در زمینه بهبود عملکرد فرآیندهای شیمیایی یا کاهش هزینه و زمان تعمیرات اساسی کاربرد دارند. تمیزکاری پیشرفته در محل روش‌ها و موادی را به کارفرمایان معرفی می‌کند که به کمک آن‌ها تعمیرات اساسی یا دوره‌ای تجهیزات، واحدهای پالایشی ارزان‌تر، کوتاه‌تر و موثرتر از گذشته صورت می‌پذیرد. تجهیزاتی مانند مبدل‌های حرارتی، برج‌های جداسازی یا خطوط لوله به راحتی و در شرایط ایمن به کمک خدمات ارائه شده از رسوبات و آلودگی‌های انباشته شده پاک می‌شوند. در عین حال از بروز عوارض نامطلوبی مانند خوردگی یا شرایط نا ایمن حین تمیزکاری نیز پرهیز می‌شود. این شرکت در زمینه ارائه خدمات مشاوره تخصصی در زمینه عیب‌یابی فرآیندهای پالایش گاز و فرآیندهای جانبی مانند یوتیلیتی و محیط‌زیست، به کارفرمایان مشاوره فنی نیز ارائه می‌کند. از آن جمله، آماده است در کنار محصولات متعارف خود، مشاوره‌های فنی سودمندی در زمینه کاهش نرخ استهلاک و خرابی‌ها یا استفاده مطلوب‌تر از تجهیزات و ماشین‌آلات ارائه کند.
شرکت دانش‌بنیان مد نظر در زمینه تصفیه پساب شیمیایی نیز محصول دانش‌بنیان ارائه می‌کند. فرآیندهایی مانند استخراج روغن محلول و معلق از پساب شیمیایی، حذف ذرات معلق، جایگزینی گاز کربنیک با اسید در خنثی‌سازی پساب قلیایی و اکسیداسیون پیشرفته پساب به نحوی مطلوب و اقتصادی برای رسیدن به بهترین کیفیت در پساب تصفیه شده خروجی و حفاظت از محیط‌زیست در محصول ISCT تلفیق شده‌اند.
از جمله کارفرمایان و مشتریان این شرکت می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
شرکت دانش‌بنیان مد نظر در زمینه تصفیه پساب شیمیایی نیز محصول دانش‌بنیان ارائه می‌کند. فرآیندهایی مانند استخراج روغن محلول و معلق از پساب شیمیایی، حذف ذرات معلق، جایگزینی گاز کربنیک با اسید در خنثی‌سازی پساب قلیایی و اکسیداسیون پیشرفته پساب به نحوی مطلوب و اقتصادی برای رسیدن به بهترین کیفیت در پساب تصفیه شده خروجی و حفاظت از محیط‌زیست در محصول ISCT تلفیق شده‌اند.
از جمله کارفرمایان و مشتریان این شرکت می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
- شرکت مجتمع گاز پارس جنوبی و پالایشگاه‌های زیر مجموعه آن
- شرکت H2Oil and Gas (Scotland)
- مطالعات کتابخانه‌ای و امکان‌سنجی اولیه
- تهیه نمونه‌های کربن فعال تازه و مستعمل و همچنین مواد شیمیایی لازم
- آزمایش‌های اولیه تعیین نوع ماده و فرایند
- طراحی آزمایش‌ها
- انجام آزمایش‌های طراحی شده
- تحلیل داده‌های به دست آمده
- انجام تست‌های کنترل کیفی کربن فعال حاصل و خوردگی بستر
- انجام آزمون‌های سمیت زیست‌محیطی از سیال تخلیه شده حاصل از فرایند
- تهیه گزارش نهایی حاوی روش عملیاتی به دست آمده و اثرات جانبی
خروجی‌های مورد انتظار تحقیق:
- مبانی نظری احیای کربن فعال
- روش عملیاتی قابل اجرا شامل مواد شیمیایی تجاری یا فرموله شده، دستورالعمل عملیاتی و مدیریت جنبه‌های فرعی مانند پسماند و محیط‌زیست
- چارچوب فعالیت در قالب ارائه خدمات فنی و مواد شیمیایی برای مشتریان و کارفرمایان
- تعیین نرخ تولید پساب به همراه نوع و غلظت آلاینده محتمل خروجی و همچنین دائمی یا موقتی بودن آن
گلوگاه‌های احتمالی:
- دسترسی به آزمایشگاه‌های معتبر با دامنه عملکرد مطلوب و محاط بر کارهای تجربی این طرح
- همکاری موثر صنایع در تهیه نمونه‌های کربن و اسناد فنی تأسیسات
- امکان اجرای روش در بستر پالایشگاه بدون آسیب به تجهیزات
- استفاده از مواد شیمیایی و طراحی فرایند به گونه‌ای که آسیب زیست‌محیطی در پی نداشته باشد.
- طراحی فرایند به گونه ای که قیمت آن مقرون‌به‌صرفه باشد.
الزامات تحقیق:
- تحقیق صورت گرفته باید حداقل متمرکز بر یکی از انواع کربن فعال پر مصرف در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی باشد.
- روش و مواد شیمیایی به دست آمده باید بدون داشتن اثرات مخرب بر تجهیزات و بدون نیاز به تغییرات اساسی در تأسیسات واحدهای صنعتی قابلیت استفاده داشته باشند.
- اثرات جانبی و زیست‌محیطی قابل مدیریت کردن و کنترل در محدوده‌های مجاز باشند.
- مواد مصرفی به صورت تجاری در بازار قابل دسترسی یا به صورت مطمئن و پایدار قابل تولید توسط این شرکت باشند.
- مدیریت دانش و تجربه به نحوی صورت پذیرد که ادامه تحقیق در سطوح پیشرفته‌تر در آینده امکان‌پذیر باشد.
- چارچوب مشخصی برای حفظ محرمانگی و صیانت از دارایی معنوی شرکت تدوین و اجرایی شود.
زیرساخت‌ها و تجهیزاتی که متقاضی می‌تواند در اختیار مجری قرار دهد:
با توجه به سابقه همکاری گسترده متقاضی با صنایع مختلف، ارتباط خوبی بین وی و مدیران و کارشناسان آگاه و موثر در صنعت شکل گرفته است که می‌تواند در کسب و جلب همکاری آنان در زمینه تهیه نمونه‌ها و اطلاعات فنی و تجربی کمک شایانی محسوب گردد. علاوه بر این، محل فعالیت و کارخانه متقاضی و آزمایشگاه مستقر در آن، مکان خوبی برای تجمیع فعالیت‌ها، آزمایش‌ها و حتی ساخت و آزمون پایلوت است. متقاضی سازمان اداری لازم برای ساماندهی روابط با آزمایشگاه‌های تخصصی را نیز دارد که در این طرح به خدمت گرفته خواهد شد.
مجری طرح باید واجد ویژگی‌های زیر باشد:
- دارای تیم اجرایی توانمند با سطوح تحصیلات مناسب و تجربه فنی لازم
- تعهد لازم در زمینه انجام دقیق و به موقع فعالیت‌ها
- رازدار و متعهد به حفظ محرمانگی اطلاعات
- توانایی کافی در جمع‌بندی تحقیق و خاتمه کار
- دارای دسترسی مناسب به منابع علمی و فروشندگان مواد شیمیایی و ارائه دهندگان خدمات قابل برون‌سپاری
- مالکیت معنوی: مجری در مالکیت معنوی ناشی از اجرای تحقیق سهیم خواهد بود و انتشار مقاله مشترک توسط مجری و متقاضی در ژورنال‌های داخلی و خارجی، ارائه مقاله در کنفرانس‌ها و سمینارها با موافقت و اشاره به نام همه دست‌اندرکاران مجاز خواهد بود.
- مالکیت منافع مادی: با توجه به مدل کسب‌وکار شرکت متقاضی، منافع مالی ناشی از توسعه این فناوری تماماً متعلق به شرکت متقاضی بوده و مجری صرفاً حق‌الزحمه اجرای پروژه تحقیقاتی را دریافت خواهد کرد.
شماره تماس:
021-88486852
09025555471
اینستاگرام:
iran.challenges@
021-88486852
09025555471
اینستاگرام:
iran.challenges@