Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков
№ 25-27 (2017)
Скачать выпуск PDF
13-23 224
Аннотация

В статье исследовалась серия керамических мембранных катализаторов на основе оксида алюминия различного состава для реакции высокотемпературного разложения сероводорода. Использовались два типа каталитических мембран слоистой структуры: первый тип включал слой катализатора, носитель мембраны и мембранный слой, а второй – слой катализатора, носитель мембраны, промежуточный слой и мембранный слой. В статье приведены физико-химические характеристики (пористая структура, удельная поверхность, фазовый состав) носителя мембраны и мембранного слоя, прокаленных при различной температуре. Детально описана методика приготовления мембранных реакторов различной структуры. Приведены данные по исследованию проницаемости мембранных реакторов по H2 и H2S. Описаны результаты испытаний приготовленных мембран в реакции разложения H2S в диапазоне температур 600–900 ºС. Показано, что введение добавок La2O3 в состав мембранного слоя приводит к увеличению термической стабильности мембраны. Эффективный диаметр пор мембранного слоя состава 5%La2O3-γ-Al2O3, прокаленного при 900 ºС, был в три раза меньше, чем немодифицированного γ-Al2O3. Кроме того, в составе модифицированного мембранного слоя наблюдалось только присутствие фазы γ-Al2O3, а в немодифицированном образце наблюдалось образование фазы δ-Al2O3. Показано, что пористая структура и толщина мембранного слоя значительно влияют на проницаемость H2 и H2S. В результате того, что отношение коэффициентов проницаемости H2/H2S больше 2,5, наблюдалось значительное улучшение каталитической активности в реакции разложения H2S по сравнению с гранулированным катализатором. Введение в состав мембраны промежуточного слоя, отличающегося от мембранного слоя эффективным диаметром пор, привело к существенному увеличению степени превращения H2S. Показано, что мембранный реактор, содержащий в своем составе мембранный слой толщиной 6 мкм с эффективным диаметром пор 45 Å и промежуточный слой толщиной 9 мкм с диаметром пор 110 Å, демонстрировал максимальную эффективность в реакции разложения сероводорода. Степень превращения H2S достигала 70 % при 900 ºС на мембранном катализаторе оптимального состава.

 

ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА

24-34 252
Аннотация

Обсуждалась проблема использования энергии рек без создания плотин и затопления обширных территорий. Отмечены успехи в реализации и развитии идей патентов 1925 г. и 1931 г., где рабочие лопасти турбины движутся со скоростью большей, чем скорость потока. Приведены схемы новых турбин такого типа, например, сбалансированная шестиступенчатая одновинтовая турбина, турбина-спираль, сбалансированная двухлопастная турбина. Рассматривались характеристики свободнопоточных ортогональных турбин в потоках ограниченной ширины и глубины. Важнейшей характеристикой турбины является коэффициент мощности (эффективность), равный отношению энергии вращающейся турбины к кинетической энергии потока в трубке тока, проходящей через контур турбины. Отмечена возможность значительного увеличения мощности турбины в этих условиях по сравнению с условиями применения в неограниченных потоках. Увеличение мощности турбины в стесненном потоке связано с увеличением скорости течения в турбине на подходе к тыльному участку трассы лопастей. Сформулированы требования к параметрам турбины, обеспечивающим максимальную мощность при заданном расходе воды и допустимом подъеме уровня в реке. Эти требования состоят в определенных правилах выбора числа лопастей (и затенения) турбины с учетом допустимого повышения уровня воды (подпора) перед турбиной. Отмечена неустойчивость работы турбин при малых скоростях вращения, описана модификация конструкции турбины, устраняющая этот недостаток. Модификация быстроходных ортогональных турбин состоит в использовании разгонных лопастей с чашеобразным сечением, размещаемых на трассе с диаметром в 2 раза меньшим диаметра трассы основных (рабочих) лопастей плавно обтекаемого профиля. Установлено, что во всех рассмотренных вариантах турбин для потоков с ограниченным поперечным сечением конструкция системы лезвий может быть жесткой, что исключает единый центральный вал (ось) и приводит к его замене опорными полувалами.

 

ТЕРМОЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

35-44 226
Аннотация

Рассмотрены альтернативные технологии охлаждения криогенных мишеней с замороженной поляризацией ядер водорода и дейтерия. Данные мишени используются на ускорителях элементарных частиц в экспериментах по изучению свойств материи, а полученные результаты позволят совершенствовать топливные криогенные мишени при реализации инерциального термоядерного синтеза. Важным направлением в данной технологии является задача генерации криогенных сферических мишеней на основе дейтерия и трития. Создание таких криогенных мишеней и оптимизация их конструкции обусловливают необходимость большого числа научных экспериментов на пучках заряженных частиц с использованием ускорителей. В зависимости от условий физического эксперимента применяют как пассивные мишени, только для генерации вторичных частиц, так и активные мишени, в которые встроен детектор вторичных частиц. Примером активной мишени может служить криогенная ионизационная камера, в которой на выведенном пучке проводят изучение температурной зависимости мюонного катализа ядерного синтеза в газообразных дейтерии и водород-дейтерии, а также смесях дейтерий-водород. Охлаждение криогенных мишеней до температур 4,2–40 К осуществляется гелиевыми рефрижераторами. Однако ряд физических экспериментов, особенно для частиц с большими апертурами углов, требует использования мишеней с замороженной поляризацией ядер. При этом рабочая температура мишени снижается до 100–300 мК. Данные значения температуры в непрерывном режиме обеспечивают только рефрижераторы растворения 3Не- 4Не. Открытие в структурах сверхпроводник-изолятор-нормальный металл (СИН) эффекта снижения темпера- туры при туннелировании потока электронов через переход (электронного охлаждения) привело к активному исследованию данных устройств в лабораториях по всему миру не только в качестве активных термометров для измерения температуры в области < 300 мК, но и как самостоятельных генераторов холода. Основная перспектива последнего направления – это создание охлаждающих устройств на базе матрицы СИН элементов. В работе предлагается использовать данные устройства совместно с рефрижератором растворения или обособлено на ускорителях элементарных частиц, что позволит минимизировать габариты установки, снизить финансовые расходы и повысить надежность при проведении испытаний. Приведен пример схемы ускорителя с установкой для охлаждения мишени. На основании опубликованных ранее результатов предложена методика оценочного расчета числа элементов СИН матрицы охладителя мишеней с замороженной поляризацией ядер водорода и дейтерия в зависимости от параметров ее работы.

 

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭНЕРГЕТИКИ

45-59 236
Аннотация

Проведен анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований испарительной системы криообеспечения применительно к протяженным каналам термостатирования высокотемпературных сверхпроводящих кабелей и гибридных энергетических магистралей, а также систем поддержания теплового режима компонентов криогенного топлива в баках летательных аппаратов при длительных космических полётах. Представлены экспериментальные данные, полученные на азоте и водороде. Показана важность таких исследований для практического применения при создании современных систем криостатирования. Рассмотрена конструкция экспериментальной гибридной энергетической магистрали для исследования процессов термостатирования сверхпроводящих кабельных линий высокой мощности. Магистраль состоит из трех участков с различными типами теплоизоляции и токовых вводов, которые обеспечивают подвод электрического тока большой мощности к сверхпроводящим жилам с минимальным внешним теплопритоком. Получены уникальные экспериментальные данные по теплопритокам с внешней поверхности магистрали на разных ее участках. Показано, что на участке с испарительной системой криостатирования возможно полностью компенсировать внешний теплоприток в криогенную магистраль и при необходимости понизить температуру криогенного теплоносителя. С помощью математической модели, описывающей физические процессы в канале термостатирования с испарительной системой криостатирования, были проведены оценочные расчеты при использовании в качестве рабочего тела жидкого азота и жидкого водорода для различных массовых расходов подачи хладагента с целью определения возможной длины рабочей зоны криостатирования протяженного сверхпроводящего кабеля. Получены расчетные данные по изменению по длине протяженного криостата температуры, давления и холодопроизводительности испарительной системы криостатирования.

 

ЭНЕРГЕТИКА И ЭКОЛОГИЯ

60-70 141
Аннотация

Рассмотрен конверсионный способ получения водорастворимых солей, в результате которого в качестве побочного продукта образуются маточные растворы. В ряде случаев эти растворы можно использовать в качестве товарных продуктов после предварительной доработки, однако оптимизация физико-химических и функциональных свойств жидких смесей эмпирическим путем может оказаться длительным и неэффективным процессом. В статье применяются физико-химический анализ гомогенных систем и метод математического планирования эксперимента, который позволяет оптимизировать жидкие смеси как по составу, так и по ряду заданных функциональных свойств. Отмечено, что конверсионный способ получения нитрата калия из нитрата кальция и хлорида калия защищен рядом патентов, однако в промышленном масштабе он до сих пор не реализован. Причиной этого может быть и проблема дальнейшего использования маточного раствора, содержащего хлориды и нитраты кальция и калия. В большинстве патентов отсутствуют сведения о получении хлорида кальция из маточного раствора, что свидетельствует о ряде трудностей, связанных с кристаллизацией этой соли. Маточный раствор производства нитрата калия может быть использован в качестве противогололедного реагента, хладагента, теплоносителя в энергетических системах, минерального удобрения и тяжелых жидкостей в нефтяной промышленности. Однако в каждом конкретном случае требуется определенная доработка его состава с целью достижения необходимых физико-химических и функциональных свойств. Исследована возможность использования маточного раствора производства нитрата калия в качестве тяжелых жидкостей в нефтяной промышленности. Изучены разрезы систем CaCl2 – Ca(NO3)2 – М – H2O, где М – маточные растворы после кристаллизации нитрата калия. В гомогенной области разрезов определена плотность и температура замерзания растворов. Показана принципиальная возможность улучшения эксплуатационных характеристик маточных растворов при введении дополнительных количеств солей кальция.

 

КАТАЛИЗ В АЭЭ

71-87 211
Аннотация

Работа посвящена разработке методов синтеза нанодисперсных материалов. Предложен новый энергоэффективный подход к синтезу нанодисперсного LaCrO3 (размер кристаллитов 350 Å, удельная поверхность 27 м2 /г) методом горения в одну стадию без дополнительной стадии высокотемпературного прокаливания с низким содержанием примесей. Этот подход заключается в получении твердофазных глицин-нитратных предшественников, их прессовании и последующем разложении в режиме послойного горения. На основе данных элементного анализа и инфракрасной спектроскопии установлены основные типы взаимодействия компонентов в составе Cr- и LaCr-содержащих предшественников в зависимости от способа их получения. Впервые изучено влияние добавления водного раствора аммиака в состав предшественников и представлены результаты данного исследования, которые позволили проинтерпретировать данные их термического анализа. Полученные продукты горения анализировали рядом физико-химических методов: рентгенофазовый анализ, инфракрасная спектроскопия нарушенного полного внутреннего отражения, просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения, термический анализ, измерение удельной поверхности. Установлено, что состав предшественника, режим и скорость горения определяют дисперсность и чистоту формирующейся оксидной фазы. В режиме послойного горения продукт формируется при более высокой температуре, что обеспечивает высокий выход хорошо окристаллизованной фазы перовскита по сравнению с режимом объемного горения. Показано негативное влияние введения раствора аммиака в состав Cr-предшественника на фазовый состав продукта горения, которое приводит к формированию соединений с более высокой температурой начала термолиза. Полученные результаты могут быть использованы при синтезе материалов твердооксидных топливных элементов, нового поколения фотокатализаторов и фотоэлектродов для получения водорода под видимым светом, мембран, а также катализаторов широкого ряда процессов.

 

88-99 210
Аннотация

Рассмотрен процесс получения коррозионно-стойких электродов с помощью экологически чистого метода магнетронного распыления для кислотных электрохимических систем с твердым полимерным электролитом, в частности, топливных элементов, электролизеров, кислородных насосов. Был найден способ получения электродов с электрохимической устойчивостью, близкой к устойчивости платины, но с резко сниженным ее содержанием, что позволит уменьшить стоимость соответствующей установки. В качестве основы для электродов был выбран титан как в форме гладкой фольги, так и в пористом виде, за счёт которого был снижен вес электрода. Наносились покрытия из палладия, платины или платины с углеродом. Толщина и микроструктура покрытий исследовались методами обратного рассеяния Резерфорда и электронной микроскопии. Испытания на стабильность проводили с использованием этих покрытий в качестве анодов в 1 М серной кислоте при 25 ºC и плотности тока 50 мА/см2 . Было продемонстрировано, что покрытия, полученные при распылении с постоянным током и с отрицательным смещением напряжения на титановой подложке, имели самую плотную структуру и высокую стабильность. В импульсном режиме стабильность была ниже и уменьшалась с ростом частоты импульсов при получении более пористой структуры. Сравнение покрытий с различной композицией показало, что платина даёт более высокую стабильность, чем палладий и платина с углеродом. Доказано, что применение этих покрытий резко повышает стабильность электродов и токоприемников из титановой фольги и пористого титана. Получаемые материалы предполагается применять в топливных элементах и электрохимических кислородных насосах.

 

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

100-108 186
Аннотация

В статье проанализированы свойства и характеристики различных типов валогенераторных установок на судах с винтом как регулируемого, так и фиксированного шага, на этой основе предложены технические решения по их модернизации в целях энергосбережения. Основное внимание уделено вопросу реализации двигательного режима валогенератора для обеспечения аварийного хода судна. В качестве валогенератора предложено использовать синхронизированную асинхронную машину с продольно-поперечным возбуждением. Двигательный режим валогенератора реализуется путем перевода синхронизированной асинхронной машины в режим асинхронного двигателя с фазным ротором, позволяющим при соответствующем управлении получить оптимальные пусковые характеристики, а именно, минимальный пусковой ток при максимальном начальном пусковом моменте. Свойства такой синхронизированной асинхронной машины предложено использовать в генераторном режиме валогенераторной установки. Для того чтобы полностью воспользоваться возможностями продольно- поперечного возбуждения данной машины предложено увеличить воздушный зазор и магнитодвижущую силу роторной обмотки. Увеличение воздушного зазора машины положительно отразится и на надежности валогенераторной установки. Отмечено, что разработаны два технических решения по модернизации валогенераторных установок. Первое решение, простое и легко реализуемое, – это базовая машина, в качестве которой используется асинхронная машина с фазным ротором, которая имеет стандартную конструкцию. Однако данное решение имеет ограниченные возможности по демпфированию колебаний. Второе – базовая машина та же, но выполнена с повышенным воздушным зазором и увеличенной магнитодвижущей силой ротора. Последняя машина обладает свойствами синхронизированной асинхронной машины с продольно-поперечным возбуждением в полном объеме. Обращено внимание на возможность возникновения в валогенераторных установках резонансных явлений, которые необходимо предотвратить с целью недопущения опасных последствий. Эту задачу можно эффективно решить путем применения в валогенераторной установке синхронизированной асинхронной машины с продольно-поперечным возбуждением.

 

ИНФОРМАЦИЯ В ОБЛАСТИ АЭЭ

НОВОСТИ НАУКИ И ТЕХНИКИ



ISSN 1608-8298 (Print)