русский   english
главная об институте проекты подразделения продукция услуги новости контакты
 
Участие в федеральных целевых программах
 


 

Участие в федеральных целевых программах

 

Соглашение о предоставлении субсидии от 17 июня 2014 г.  № 14.604.21.0012 с  Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» по теме (проекту) «Разработка гидротермальной технологии энергоэффективного производства и преобразования энергии на органическом топливе»

 

Этап №1 Обоснование и выбор направления исследований

В ходе выполнения проекта по Соглашению на этапе №1 с 17.06.2014 г. по 31.12.2014 г. выполнялись следующие работы:

  • патентные исследования в соответствии ГОСТ Р 15.011-96;
  • аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках прикладных научных исследований (ПНИ);
  • обоснование выбора направления исследований, методов и средств производства и преобразования энергии на органическом топливе;
  • разработка методик приготовления экспериментальных образцов жидких и твердых органических топлив;
  • разработка программы и методики экспериментальных исследований гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив  в однотрубных и многотрубных реакторах при сверхкритических параметрах водной среды;
  • разработка методов анализа получаемых продуктов гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив;
  • экспериментальные исследования гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив в однотрубных реакторах при сверхкритических параметрах водной среды;
  • изготовление экспериментального стенда для исследования гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив в однотрубных реакторах, выполнение пуско-наладочных работ.

При этом были получены следующие основные результаты.

  1. Обоснование направления исследований, методов и средств производства и преобразования энергии на органическом топливе. 
  2. Технологические и конструкторские решения организации процесса гидротермальной деструкции органического топлива в однотрубных реакторах при сверхкритических параметрах водной среды в автотермических и аллотермических режимах окисления и пиролиза.
  3. Программы и методики экспериментальных исследований гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив  в однотрубных и многотрубных реакторах при сверхкритических параметрах водной среды.
  4. Методики приготовления экспериментальных образцов жидких и твердых органических топлив.
  5. Экспериментальный стенд для исследования гидротермальной технологии в однотрубных реакторах, пуско-наладочные работы и экспериментальные исследования гидротермальной деструкции модельных жидких и твердых органических топлив при сверхкритических параметрах водной среды, подтверждающие работоспособность стенда.

Основные теоретические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности:
Приведена краткая характеристика различных видов органического топлива и перспективной его разновидности – биотоплива. Рассмотрены традиционные методы биохимической и термохимической переработки биомассы для получения энергетических носителей. Показано, что наиболее перспективной технологией конверсии биомассы и другого органического сырья является гидротермальная технология, основанная на химических реакциях, протекающих в условиях сверхкритического состояния реакционной среды.
Рассмотрены основы гидротермальной технологии и  ее преимущества. Показано, что сверхкритические флюиды и, особенно, вода могут успешно применяться в качестве заменителей органических растворителей.
Изучены методы гидротермальной технологии получения органических топлив: гидротермальная карбонизация, гидротермальное сжижение, гидротермальная газификация. Установлено, что гидротермальная газификация является наиболее предпочтительной и состоит из гидротермальных процессов пиролиза, риформинга и окисления. 
Проведен анализ использования в исследованиях опытных образцов органического топлива. В качестве опытных образцов модельного органического топлива использовали глюкозу, фруктозу, сахарозу, ксилозу, крахмал, глицерин, фенол и метанол. Установлено, что наиболее часто применяется глюкоза и метанол. Однако из-за токсичности метанола рекомендовано использовать этанол.
Исследованы результаты гидротермальной конверсии реальной биомассы. Сделан вывод, что полная газификация биомассы может быть достигнута в случае добавления гомогенных и гетерогенных катализаторов.
Установлено, что основная проблема гидротермальных реакторов – коррозия, которая приводит к довольно частой замене реакторного оборудования. Проведен ряд предпроектных работ по разработке многотрубного гидротермального реактора, основная задача которого – повысить надежность и облегчить техническое обслуживание реакторного оборудования.
В результате выполнения прикладных научных исследований  получены следующие охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности:
- «Пеллеты из прессованной биомассы» (изобретение,  заявка  № 2014132744 от 08.08.2014 г., РФ);
- "Пеллеты из прессованной биомассы" (полезная модель, заявка № 2014132745 от  08.08.2014 г., РФ);
- «Устройство гидротермальной деструкции жидких и твердых топлив (полезная модель, заявка № 2014138567 от 24.09.2014 г, РФ);
- "Устройство синтеза жидкого биотоплива" (полезная модель, заявка № 2014138564 от 24.09.2014 г., РФ).
Полученные результаты по первому этапу проекта обладают научной новизной, удовлетворяют всем условиям Соглашения о предоставлении субсидии, в том числе Техническому заданию и Плану-графику исполнения обязательств.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

 

Этап №2  Теоретические и экспериментальные исследования энергоэффективности технологии получения и преобразования энергии органического топлива

В ходе выполнения проекта по Соглашению на этапе №2 с 01.01.2015 г. по 30.06.2015 г. выполнялись следующие работы:

  • разработка технологических решений на реализацию процесса автотермической гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив при сверхкритических параметрах водной среды;
  • разработка методики автотермической гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив при сверхкритических параметрах водной среды;
  • разработка конструкторских решений на создание экспериментального образца многотрубного реактора и  экспериментального стенда для исследования гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив в однотрубных реакторах при сверхкритических параметрах водной среды;
  • экспериментальные исследования гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив в однотрубных реакторах при сверхкритическихъ параметрах водной среды;
  • изготовление экспериментального образца многотрубного реактора.

При этом были получены следующие основные результаты.

  1. Технологические решения на реализацию процесса автотермической гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив при сверхкритических параметрах водной среды.
  2. Методика автотермической гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив при сверхкритических параметрах водной среды.
  3. Эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец многотрубного реактора.
  4. Экспериментальный образец многотрубного реактора, обеспечивающий автотермическую и аллотермическую гидротермальную деструкцию жидких и твердых органических топлив при сверхкритических параметрах водной среды.
  5. Результаты исследований экспериментальных образцов жидких и твердых органических топлив

Основные теоретические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности:
Разработаны технологические решения на реализацию процесса автотермической гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив при сверхкритических параметрах водной среды. Установлено, что реализация полного и частичного окисления органических топлив является самодостаточным тепловым процессом с получением энергетических высокоэнтальпийных газов с избыточным давлением 210-220 атм.  и высокой температурой порядка 400°С.
Разработана методика автотермической гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив при сверхкритических параметрах водной среды, которая позволяет на основе входного контроля жидких и твердых органических топлив по показателю ХПК подготовить исходную водно-органическую смесь для подачи в реактор, определить начало экзотермической реакции их окисления по возрастанию давления и температуры и провести анализ проб газообразных продуктов деструкции топлив и определить конечное значение ХПК конденсата.
Изготовлен экспериментальный образец многотрубного реактора, обеспечивающий автотермическую и аллотермическую гидротермальную деструкцию жидких и твердых органических топлив при сверхкритических параметрах водной среды. Двухкамерный пятитрубный реактор однослойного, прямоточного типа позволяет повысить безопасность процесса при сохранении требуемых рабочих параметров и существенно снизить их себестоимость по сравнению с однотрубными реакторами.
Изготовлен экспериментальный стенд для исследования гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив, который  обеспечивает выполнение требований технического задания к технологическим характеристикам: температура до 550 ОС; давление до 25 МПа; время деструкции не более 60 секунд.
Проведены экспериментальные исследования гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив в однотрубных реакторах при сверхкритических параметрах водной среды. С использованием модельных жидких (этиловый спирт, диоксан, рапсовое масло) и твердых (древесная мука, угольная пыль) топлив определены конечные значения ХПК образующегося конденсата, свидетельствующие о высоком (более 99,9%) протекании процесса деструкции исследуемых топлив при полном окислении и состав горючих газов при частичном окислении.

В результате выполнения ПНИ получены следующие охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности:
- Многотрубный реактор для проведения химических реакций при сверхкритических параметрах водной среды (полезная модель, заявка №2015118606 от 19.05.2015 г., РФ);
 - Многотрубный реактор для проведения химических реакций при сверхкритических параметрах водной среды (Вариант)», (полезная модель, заявка №2015118607 от 19.05.2015 г., РФ).

Полученные результаты по второму этапу проекта обладают научной новизной, удовлетворяют всем условиям Соглашения о предоставлении субсидии, в том числе Техническому заданию и Плану-графику исполнения обязательств.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

 

Этап №3 Обобщение и оценка результатов исследований

В ходе выполнения проекта по Соглашению на этапе №2 с 01.01.2015 г. по 30.06.2015 г. выполнялись следующие работы:

  • разработка технологических решений на реализацию процесса аллотермической гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив при сверхкритических параметрах  водной среды;
  • разработка методики аллотермической гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив при сверхкритических параметрах водной среды;
  • экспериментальные исследования гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив в однотрубных и многотрубных реакторах при сверхкритических параметрах водной среды;
  • разработка лабораторного технологического регламента на процесс гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив;
  • разработка проекта ТЗ на ОКР по теме: "Разработка и создание опытно-промышленной установки гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив";
  • оценка эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем;
  • оценка полноты решения задачи и достижения поставленных целей ПНИ;
  • технико-экономическое обоснование результатов ПНИ;
  • разработка рекомендаций и предложений по реализации и внедрению результатов ПНИ в существующих энергетических системах и в дальнейших исследованиях и разработках.

При этом были получены следующие основные результаты.

  1. Методика аллотермической гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив при сверхкритических параметрах водной среды.
  2. Результаты исследований экспериментальных образцов жидких и твердых органических топлив.
  3. Лабораторный технологический регламент на процесс гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив.
  4. Проект технического задания на ОКР по теме: "Разработка и создание опытно-промышленной установки гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив".
  5. Технико-экономическое обоснование результатов ПНИ.
  6. Рекомендации и предложения по реализации и внедрению результатов ПНИ в существующих энергетических системах и в дальнейших исследованиях и разработках

Основные теоретические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности:
Показана работоспособность однотрубного и многотрубного реакторов в составе экспериментального стенда гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив.
Установлено, что при осуществлении аллотермического процесса гидротермальной деструкции экспериментальных образцов жидких и твердых органических топлив образуются горючие газы СН4, СО, Н2, обладающие потенциальной теплотворной способностью от 8,3 до 10,8 МДж/м3 при адиабатической температуре горения не ниже 1850оС.
Разработан в соответствии с ГОСТ Р 54763-2011 «Технологические регламенты производства. Содержание, порядок разработки, согласования и утверждения» «Лабораторный технологический регламент на процесс гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив».
Осуществлена  модернизация экспериментального стенда для исследования гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив в однотрубных и многотрубных реакторах. В состав экспериментального стенда включен многотрубный реактор, позволяющий проводить исследования как при одновременной работе с однотрубным реактором (параллельное или последовательное подключение), так и при их раздельной работе. Установлено дополнительно два насоса высокого давления для подачи в реактор суспензии (эмульсии) и окислителя, что позволило обеспечить работу двух реакторов одновременно и исследовать процессы при различных параметрах производительности.
Создан необходимый научно-технический задел в области гидротермальной технологии энергоэффективного производства и преобразования энергии на органическом топливе, позволяющий обеспечить реализацию полученных результатов при создании экспериментального образца автономного энергетического комплекса для производства электрической и тепловой энергии.

Полученные результаты по второму этапу проекта обладают научной новизной, удовлетворяют всем условиям Соглашения о предоставлении субсидии, в том числе Техническому заданию и Плану-графику исполнения обязательств.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

 

 

Яндекс.Метрика

 

 

 

ы