Энергетика и энергосбережение | 2017 ИФХЭ РАН

Исследование платиновых катализаторов для восстановления урана(VI) гидразином в растворах HNO3

26 февраля, 2011

А.В. Ананьев, А.М. Федосеев, В.П. Шилов

Лаборатория химии трансурановых элементов

Одним из способов получения азотнокислых растворов урана(IV), необходимых для экстракционной переработки облучённого ядерного топлива, является процесс каталитического восстановления растворов уранила с использованием гетерогенных катализаторов. Наиболее эффективными в данном процессе являются платиновые катализаторы на инертном носителе. В качестве носителя в промышленном масштабе успешно применялся силикагель, однако в ходе эксплуатации указанный носитель медленно растворялся и наблюдалось его механическое истирание.

В настоящей работе предложено заменить силикагель в качестве носителя платинового катализатора на анионообменную смолу. Разработана технология приготовления указанного катализатора и изучены условия его эффективной работы в широком диапазоне экспериментальных параметров. Предложенный катализатор позволяет снизить загрязнение растворов урана(IV) и повысить срок его службы.

Предложенный способ получения азотнокислых растворов урана(IV) по основным характеристикам не уступает всем существующим каталитическим способам восстановления уранила в азотнокислых растворах, а по чистоте получаемого продукта их превосходит.

Разработанный способ каталитического восстановления уранила в азотнокислых растворах используется на заводе ОАО «Сибирский химический комбинат».

Полученные результаты могут быть запатентованы и предложены фирмам и странам, развивающим атомную энергетику.


Применение принципов радиационной защиты при создании инновационной технологии производства вводов с твердой композиционной изоляцией для электроэнергетики России

26 февраля, 2011

В.Б. Комаров, Б.Г. Ершов, А.Ф. Селиверстов, Е.О. Лютько

Лаборатория радиационно-химических превращений материалов

Высоковольтный ввод является одним из важнейших элементов силовых трансформаторов и непосредственно влияет на надежность обеспечения потребителей электрической энергией.

Институтом физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН совместно с заводом “Изолятор” проведены фундаментальные исследования базовых физико-химических процессов и решен ряд сложных инженерно-технических задач по разработке инновационной технологии и серийному выпуску высоковольтных вводов с RIP-изоляцией (resin impregnated paper):

– с использованием принципов защиты от ионизирующих излучений разработаны научные основы обеспечения долговременной стойкости материалов RIP-изоляции к эксплуатационным физико-химическим воздействиям, в том числе, в условно-холодном климате ;

– определены химический состав компаунда, обладающий необходимой радиационной стойкостью, и его компоненты, обеспечивающие как структурные и защитные физико-химические характеристики RIP-изоляции, так и требуемые диэлектрические свойства (уровень и температурная стабильность тангенса угла диэлектрических потерь при испытательном напряжении), доказанные экспериментально на моделях остовов;

– рассчитаны теоретически и экспериментально определены оптимальные параметры всех основных технологических процессов, включая температурно-временной режим изготовления остовов вводов с  RIP-изоляцией, обеспечивающий минимизацию усадки остовов и внутренних напряжений в них в процессе изготовления;

– путем комплексных испытаний материалов RIP-изоляции и остовов вводов  достоверно оценены величины допустимых значений рабочей и испытательной напряженностей (Едоп.), обеспечивающих срок службы изделий не менее 30 лет, в том числе, в условно-холодном климате.

Созданная технология производства высоковольтных вводов конденсаторного типа с твердой RIP-изоляцией на все классы напряжений содержит ряд “ноу-хау”, не подлежащих опубликованию в научно-технической и патентной литературе, использование которых возможно также в производстве сухих трансформаторов и шунтирующих реакторов.

Выпускаемые вводы с RIP-изоляцией всех классов напряжений соответствуют российским и международным стандартам, как постоянного, так и переменного тока, что подтверждается сертификатами соответствия и включены в перечень оборудования рекомендуемого ОАО «ФСК ЕЭС» (Федeральная сетевая компания ЕЭС) для применения на объектах электроэнергетики России.

Высокие эксплуатационные качества и надежность новых высоковольтных вводов  обусловливают до 40 % их экспортных поставок заводом “Изолятор” в страны Западной и Восточной Европы, Азии и Латинской Америки. Потребителями этой продукции являются такие фирмы, как AREVA Group. (Франция), TBEA (Китай), Коnсаr Group. (Хорватия) и др.


Деструкция бумажной изоляции силовых трансформаторов в эксплуатации

26 февраля, 2011

Б.Г. Ершов, В.Б. Комаров, В.Н. Бондарева, А.Ф. Селиверстов

Лаборатория радиационно-химических превращений материалов

В настоящее время значительная доля парка силовых трансформаторов, эксплуатируемых на энергопредприятиях России, отработала установленный ГОСТом 11677-85 минимальный срок службы 25 лет. Основным элементом силового трансформатора, который наиболее подвержен развитию процессов старения и фактически определяет его ресурс, является бумажная изоляция обмоток. Развитие процессов деградации бумажной изоляции ведет к возрастанию риска витковых замыканий и повреждению трансформатора при воздействии токов короткого замыкания, грозовых и коммутационных перенапряжений и даже под рабочим напряжением. Из имевших место случаев повреждений трансформаторов с внутренними короткими замыканиями 28 % сопровождались взрывами и пожарами. При этом, последствия повреждения блочных трансформаторов значительно тяжелее, чем сетевых, так как приводят к недовыработке электрической энергии электростанцией, простою оборудования энергоблока на время ремонта или замены трансформатора, т.е. к ущербу, включающему упущенные возможности использования электростанций (упущенную выгоду).

Впервые установлено, что деструкция бумажной изоляции обмоток силовых трансформаторов в эксплуатации является радиационно-комбинированным процессом. На основе данных эксплуатации предложено кинетическое уравнение деструкции бумажной изоляции обмоток силовых трансформаторов и определены константы скорости деструкции. Для наиболее опасных случаев предельного износа внутренних слоев бумажной изоляции обмоток установлено соотношение, связывающее степень полимеризации внутренних и наружных слоев. Установлено, что граница зоны риска повреждений обмоток вследствие деградации бумажной изоляции, сопровождающихся взрывами и пожарами трансформаторов, соответствует степени полимеризации целлюлозы внешних слоев, равной 400. На основе принципов оценки опасности технологических объектов и данных эксплуатации разработаны методологические аспекты прогнозирования остаточного ресурса изоляции блочных силовых трансформаторов по ее состоянию, позволяющие снизить антропогенную нагрузку за счет предотвращения аварийных ситуаций. Получены уравнения для расчета остаточного ресурса изоляции и времени достижения ею зоны риска.

Разработаннная модель старения изоляции трансформаторов является существенно более точным аналогом метода, положенного в основу менеджмента риска в руководстве по эксплуатации силовых трансформаторов Японии (CIGRE-2002, 12-107), поскольку учитывает зависимость константы скорости деградации изоляции от средней нагрузки трансформатора, и не имеет иных зарубежных и российских аналогов, основанных на данных эксплуатации. Результаты работы опубликованы в журнале “Электрические станции”, переизданы в США журналом Power Technology and Engineering (Kluwer Academic/ Plenum Publishers, New York, U.S.A.) и положены в основу модели управления активами ОАО “Холдинг МРСК” (Холдинг межрегиональных распределительных сетевых компаний).

Для применения результатов работы на энергопредприятиях России по заданию Корпоративного центра “Департамент генеральной инспекции по эксплуатации электрических станций и сетей” ОАО “РАО ЕЭС” России совместно с ОАО “НТЦ электроэнергетики” и указанным департаментом были разработаны и переданы в ОАО “РАО ЕЭС” России “Методические указания по оценке состояния бумажной изоляции обмоток силовых трансформаторов и шунтирующих реакторов по степени полимеризации” (Утверждены ОАО РАО «ЕЭС России» 13.12.2007, введены в реестр действующих нормативных документов по  энергетике РФ за № 1773 приказом ОАО «РАО ЕЭС России» № 826 от 24.12.2007 г.).


Утилизация комплексных муниципальных отходов на основе синтетических полимеров и целлюлозно-бумажных материалов с получением высокосортных топлив и/или востребованных мономеров

26 февраля, 2011

А.В. Пономарев, И.Г. Тананаев, Б.Ф. Мясоедов, А.Ю. Цивадзе

Лаборатория радиационной химии
Лаборатория радиоэкологических и радиационных проблем
Лаборатория новых физико-химических
проблем

Накопление большого объема коммунально-бытовых и высокомолекулярных производственных отходов провоцирует существенные экологические и экономические проблемы. Концепции рационального природопользования и устойчивого развития предполагают максимально полную утилизацию отходов с возможно более полной регенерацией исходного сырья и энергии. Современные методы утилизации отходов имеют чрезвычайно низкую эффективность и не соответствуют передовым концепциям развития.

Предлагаемая разработка ориентирована на глубокую конверсию растительно-полимерных комплексных отходов в энергоносители и качественное химическое сырьё. Технология основана на синергетическом повышении выхода деструкции целлюлозных материалов и синтетических полимеров при их совместной термо-лучевой переработке. Обеспечивается предотвращение обратимой полимеризации пластиков. Разработка нацелена на полную конверсию целлюлозно-полимерных коммунальных отходов в моторное, котельное, реактивное и дизельное топливо и/или на максимальную регенерацию востребованных мономеров из перерабатываемых пластиков. Разработка отличается компактностью базового технологического агрегата (до 100 м2), высоким энергетическим выходом (≥ 15 кг/кВт ч) и высокой степенью утилизации материалов (≥ 90 %).

Разработка не имеет зарубежных аналогов.

Разработка может применяться в коммунальном хозяйстве, нефтепереработке, нефтехимии, в производстве высокооктановых компонентов бензинов и сырья для тяжелого органического синтеза.

Результаты научно-исследовательской работы защищены патентом РФ № 2338769 (2008 г.), имеются “ноу-хау” и приоритетные публикации.


Глубокая деструкция битумов и тяжелых нефтяных фракций с получением жидких топлив и сырья для нефтехимических производств

26 февраля, 2011

А.В. Пономарев, А.В. Блуденко, В.Н. Чулков, Б.Г. Ершов

Лаборатория радиационной химии
Лаборатория
радиационно-химических превращений энергии

Одной из стойких тенденций в современной нефтедобыче и нефтеразведке является повышение доли битумов и тяжелых углеводородов в разведанных и осваиваемых нефтяных запасах. Битумы обладают вязкой консистенцией, богаты асфальтенами, легко затвердевают на холоде и соответственно их транспортировка на нефтеперерабатывающие предприятия весьма трудоемка. Создание компактных технологий и установок для глубокой деструкции битумов и их преобразования в жидкую синтетическую нефть является чрезвычайно актуальным.

В предлагаемой технологии реализуется наиболее продуктивный режим крекинга – радиационно-термический. Инициирование цепной деструкции нефтяных и битумных углеводородов осуществляется с помощью нового электронно-лучевого оборудования, обеспечивающего наивысшую плотность энергетического потока в объем сырья. Разработка отличается максимальной степенью утилизации битумов при пониженной вероятности коксообразования. Выход конверсии превышает 50 кг/кВт ч. Предусматривается два режима производства – непосредственное выделение товарных продуктов (топлива и полупродуктов тяжелого органического синтеза) на месте или получение разжиженной «синтетической нефти», пригодной для транспортировки на нефтеперерабатывающие заводы.

Предлагаемое аппаратурно-инженерное решение превосходит зарубежные аналоги.

Разработка может применяться в нефтепереработке, нефтехимии, в производстве высокооктановых компонентов бензинов и сырья для тяжелого органического синтеза.

Результаты научно-исследовательской работы защищены патентом РФ № 2087519 (1997 г.) и  № 2099387 (1997 г.), имеются  ”ноу-хау” и приоритетные публикации.


Производство высокоразветвленных изомерных алканов для синтетических целей и получения передовых высокооктановых топливных компонентов

26 февраля, 2011

А.В. Пономарев

Лаборатория радиационной химии

В составе природных нефтяных углеводородов преобладают линейные и слабо разветвленные алканы. Наиболее разветвленные изомеры присутствуют в нефти следовых количествах и, соответственно, их извлечение является весьма дорогостоящим. Современные методы синтеза позволяют производить лишь несколько высоко разветвленных изомерных алканов и являются многостадийными. Потребность в высоко разветвленных алканах для синтетических и топливных целей  многократно превосходит возможности современной нефтехимии.

Настоящая разработка позволяет синтезировать любые высоко разветвленные изомерные алканы из газа. Базовый метод основан на высокоскоростном генерировании вторичных и третичных алкильных радикалов из газообразных предельных углеводородов. Последующая управляемая рекомбинация радикалов обеспечивает синтез высоко разветвленных алканов, обладающих наивысшей детонационной стойкостью (октановое число смешения >100). Получаемые изомеры могут служить превосходными антидетонационными добавками к бензинам или реализовываться для аналитических и синтетических целей. Уникальный изомерный состав продукции обеспечивает ей высокую потребительскую стоимость. Выход целевого продукта зависит от состава газообразного сырья и составляет 0.15–0.25 кг/кВт ч. Ориентировочный срок окупаемости затрат – до 1 года.

Аналогов в мировой практике нет.

Разработка опробована на опытно-промышленной установке и может применяться в нефте- и газопереработке, нефтехимии и газохимии, в производстве высокооктановых компонентов бензинов, в тяжелом органическом синтезе.

Результаты научно-иссследовательской работы защищены патентом РФ № 2099317 (1997 г.), имеются  ”ноу-хау” и приоритетные публикации.


Переработка попутного нефтяного газа с получением высокосортных авиационных и автомобильных топлив

26 февраля, 2011

А.В. Пономарев, И.Е. Макаров, Б.Г. Ершов, А.Ю. Цивадзе

Лаборатория радиационной химии
Лаборатория радиоэкологических и радиационных проблем
Лаборатория новых физико-химических проблем

Предотвращение непродуктивных потерь попутного нефтяного и природного газов является одной из актуальнейших современных проблем. На удаленных нефтяных месторождениях попутный нефтяной газ зачастую сжигается на факелах. Предлагаемая разработка нацелена на полное преобразование газообразных углеводородов в высококачественное жидкое топливо.

Применяемые технические решения обеспечивают получение высокооктановых топлив в соответствии с требованиями федеральных стандартов. Разработка основана на запатентованном способе электронно-лучевой конверсии газа и прошла опытно-промышленные испытания. Используемая технология является альтернативой  известному способу Фишера–Тропша и выгодно отличается компактностью и высоким качеством получаемого топлива. Обеспечивается безотходная переработка газа с выходом ≥ 0.2 кг/кВт ч. Модульное исполнение оборудования дает возможность перерабатывать большие объемы газа. Производительность одного модуля от 2 до 5 тыс. тонн топлива. Единичный модуль размещается на площади не более 100 м2. Прогнозируемый срок окупаемости затрат при реализации различных модификаций переработки от 2 до 7 лет.

Аналогов в мировой практике нет.

Разработка может применяться на производствах по добыче нефти и газа, в нефте- и газопереработке, нефтехимии и газохимии для получения высококачественных высокооктановых авиационных и автомобильных бензинов. Разработка прошла опытно-промышленные испытания.

Результаты научно-исследовательской работы защищены патентом РФ № 2099317 (1997 г.), имеются”ноу-хау” и приоритетные публикации.


Получение альтернативных топлив нового поколения на основе фуранов из возобновляемого растительного сырья и тяжелых нефтяных фракций

26 февраля, 2011

А.В. Пономарев, А.В. Блуденко, В.Н. Чулков

Лаборатория радиационной химии

Производные тетрагидрофурана признаны в качестве наилучших базовых компонентов для создания альтернативных высокооктановых морозоустойчивых топлив. Фуран-содержащие топлива полностью совместимы с традиционными типами моторных топлив и не требуют переделки существующих автомобильных двигателей. Сегодня фураны получают исключительно за счет гидролиза растительных материалов. Однако практический выход фуранов не превышает 10 % от сухой массы сырья, что препятствует созданию крупнотоннажной индустрии альтернативных топлив.

Настоящая разработка позволяет целенаправленно преобразовывать растительные материалы в фураны с выходом 40–70 мас. % с последующей электронно-лучевой стабилизацией (гидрированием, алкилированием). Применяемый метод основан на цепной деструкции природных растительных материалов с преимущественным образованием производных тетрагидрофурана и фурфурола. В качестве сырья может использоваться древесина различных типов, солома или растительные отходы в сочетании с природным битумом или тяжелыми нефтяными фракциями.

Широкий регулируемый спектр получаемых фуранпроизводных и алканов обеспечивает возможность создания топлив  Р-типа с любым заданным фракционным составом или коммерческой реализации дефицитных фуранов для синтетических целей.  Одним из возможных продуктов могут быть фенольные соединения, востребованные в качестве ингибиторов термополимеризации и в качестве сырья для тяжелого органического синтеза.  Технология  отличается  малоотходностью  –   степень  целевой  конверсии  сырья  ≥ 90 %. Выход топливной продукции превышает 10 кг/кВт ч.

Аналогов в мировой практике нет.

Разработка может применяться в нефте- и газопереработке, нефтехимии и газохимии, в производстве высокооктановых компонентов бензинов, в тяжелом органическом синтезе.

Результаты научно-иследовательской работы защищены патентом РФ № 2338769 (2008 г.), имеются  ”ноу-хау” и приоритетные публикации.


Пленочные солнечные батареи на основе фото- и электропроводящих полимеров

26 февраля, 2011

А.Р. Тамеев,  М.Г. Тедорадзе,  Д.А. Лыпенко, А.В. Ванников

Лаборатория  электронных и фотонных процессов в полимерных наноматериалах

Последние 20 лет ведутся широкие исследования и разработки органических фотовольтаических солнечных батарей, что вызвано низкой стоимостью органических материалов и простой технологией приготовления устройств по сравнению с кремниевыми батареями. Новизна проводимой в лаборатории работы заключается в использовании  новых полимерных композитов, включающих наноструктуры, в качестве фотоактивного и электропроводящего слоев. Изготовлены образцы полимерной солнечной батареи с к.п.д. фотопреобразования 4.4 %.

Согласно опубликованным данным зарубежные исследователи достигли к.п.д. органического фотовольтаического преобразователя, равного 6.1 % в лабораторных условиях. Освоено мелкосерийное производство полимерных солнечных батарей, обладающих к.п.д. порядка 1.0–1.5 %.

Результаты указывают на перспективность практического применения полимерных пленочных солнечных батарей в качестве автономного источника электроэнергии (для освещения, питания электроаппаратуры). Работа находится на стадии окончания НИР и поиска партнеров для проведения НИОКР.

Подготовлен материал для подачи заявки на получение  патента Российской Федерции.


Методическое и аппаратурное обеспечение контроля степени разряженности первичных литиевых химических источников тока

26 февраля, 2011

В.П. Луковцев, А.В. Дрибинский, Е.М. Петренко, Ю.И. Крюков, К.Н. Бобов, Н.С. Хозяинова,    И.С. Кубанцев, З.А. Ротенберг

Лаборатория электроанализа и электрохимических сорбционных процессов

Разработка методов разряженности первичных литиевых химических источников тока является актуальной задачей, поскольку характерная особенность таких источников заключается в практическом отсутствии наклона разрядной кривой, что существенно  осложняет прогнозирование их работоспособности известными традиционными методами. Поэтому использование импедансной спектроскопии для оценки состояния этих источников тока представляется перспективным, поскольку она позволяет получить целый ряд параметров, каждый из которых имеет физическую связь с характеристиками источника тока.

При выполнении поставленных работ также учитывалась целесообразность рассмотрения в качестве корреляторов состояния литиевых источников тока не только отдельных параметров импеданса, но и их функционально связанных сочетаний. В результате был разработан алгоритм оценки степени разряженности этих источников тока по значению фазы в экстремальной точке годографа импеданса в субгерцовой области частот. На основании результатов научно-исследовательской работы «Исследование возможности разработки методики оценки остаточной емкости литиевых химических источников тока» выполнена опытно-конструкторская работа «Разработка прибора контроля зарядной емкости литиевых химических источников тока».

В отечественных и зарубежных публикациях отсутствуют сведения о надежных методиках оценки остаточной емкости литиевых источников тока.

Разработанная аппаратура предназначена для оценки остаточной емкости литиевых  источников тока при их использовании в образцах техники, к которым предъявляются высокие требования по эксплуатационной надежности. В настоящее время разработан комплект технической и рабочей конструкторской документации, изготовлены и переданы заказчику опытные образцы прибора контроля зарядной емкости литиевых химических источников тока..

Результаты научно-исследовательской работы защищены патентом  РФ № 2295139 (2005 г.).

Соисполнитель: Государственный научный центр Российской Федерации Центральный научно-исследовательский институт имени  академика А.Н. Крылова (ФГУП “ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова”) (г. С.-Петербург).


 
 
shadow shadow
Яндекс.Метрика