1Каталитические процессы в ядерной энергетике: перспективы для ТЯР Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН КАТАЛИТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ:

Презентация:



Advertisements
Похожие презентации
Новая парадигма электроснабжения и электропотребления.
Advertisements

1 Перспективные технологии комплексного использования отходов: экономика и экология Перспективные технологии комплексного использования отходов: экономика.
Схема работы ядерного реактора ? Защита Регулирующие стержни Отражатель Насос Теплоноситель (замедлитель) Вода нагревается в активной зоне за счет внутренней.
Мембранное материаловедение проф. д.х.н. Ямпольский Ю.П. д.х.н. Алентьев А.Ю. ИНХС РАН.
Электростанции Данная работа может быть использована в 11 классе при изучении темы «Электромагнитные колебания» (урок «Производство и использование электрической.
Новое поколение воздухоохладителей. Теплообменник со встроенным охладителем и контролем ОТРАБОТАННЫЙ ВОЗДУХ ИСХОДЯЩИЙ ВОЗДУХ НАРУЖНЫЙ ВОЗДУХВХОДЯЩИЙ ВОЗДУХ.
Выполнила Иванова Валерия 11 « А ». - Тепловая электроэнергетика - Ядерная энергетика - Гидроэнергетика - Альтернативные виды получения электроэнергии.
Институт прикладной физики РАН Производство поликристаллических алмазных пленок методом осаждения из паровой фазы Нижний Новгород, 2005г.
Реферат ученика 10 «В» класса лицея 130 Чижова Игоря.
РНЦ «Курчатовский Институт» ИНСТИТУТ ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ И ПЛАЗМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА С.В.Коробцев Институт водородной.
4 Виды и источники энергии, применяемой в химической промышленности 1 2 Использование нетрадиционных источников энергии 3 Использование пластмассы, как.
В 30 странах мира эксплуатируется 194 атомные электростанции с 435 энергоблоками общей электрической мощностью МВт. 69 энергоблоков находятся.
Тепловые Гидравли- ческие Атомные Государствен- ные районные (ГРЭС) Теплоэлектро- централи (ТЭЦ) Парогазовые установки Ветровые Прилив- ные Геотер- мальные.
Общие сведения Водород в природе Строение атома Физические свойства Получение Химические свойства Применение.
Тепловые двигатели. Ещё в давние времена люди старались использовать энергию топлива для превращения её в механическую. В 17 в. был изобретён тепловой.
Ядерный реактор является частью атомной электростанции.
Экономика Отрасли (Энергетика) Тема 3. Методы преобразования энергии Схемы преобразования энергии Тепловая схема паротурбинной энергетической.
Презентация по физике на тему: «Термоядерная реакция» Выполнила: Сорочинская Александра 9 «а» класс.
Ядерный реактор, устройство в котором проистекает управляемая цепная ядерная реакция с выделением тепла. В основном эти устройства используются для выработки.
Типы электростанций Подготовил Прокофьев Илья. Что же это? Электростанция – совокупность установок, аппаратуры и оборудования, используемых для получения.
Транксрипт:

1Каталитические процессы в ядерной энергетике: перспективы для ТЯР Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН КАТАЛИТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ: ПЕРСПЕКТИВЫ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ТЕРМОЯДЕРНЫХ РЕАКТОРАХ В.Н. Пармон Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН Интеграционный проект СО РАН #112

2Каталитические процессы в ядерной энергетике: перспективы для ТЯР Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Основные источники энергии в истории человечества: До XVII века До XVII века– древесина XIX век XIX век– уголь ХХ век ХХ век– нефть (+ природный газ + атомная энергия) XXI век XXI век– природный газ + атомная энергия + биомасса ??

3Каталитические процессы в ядерной энергетике: перспективы для ТЯР Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Каталитические технологии в нетрадиционной и возобновляемой энергетике 1.Производство тепла из низкокалорийных и нетрадиционных топлив 2.Превращение биомассы в высококачественные топлива 3.Атомная и нетрадиционная (солнечная) энергетика 4.Увеличение эффективности получения механической энергии и электричества 5.Электрохимическая энергетика. Топливные элементы и водородная энергетика 6.Рекуперация и использование средне- и низкопотенциальной теплоты

4Каталитические процессы в ядерной энергетике: перспективы для ТЯР Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Некоторые обратимые каталитические реакции, предлагаемые для конверсии ядерной и солнечной энергии, а также для химических тепловых насосов T* – температура смещения химического равновесия вправо ( G o (T*) = 0)

5Каталитические процессы в ядерной энергетике: перспективы для ТЯР Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Принципиальная схема цикла ЕВА-АДАМ для термокаталитической конверсии ядерной энергии CH 4 + H 2 O 3 H 2 + CO «EВA» «AДAM»

6Каталитические процессы в ядерной энергетике: перспективы для ТЯР Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Удельная энергонапряженность (УЭН) УЭН H o ( скорость реакции ) УЭН = Количество теплоты, превращенной в химическую энергию ( Объем реактора ) время УЭН регулирует размер и стоимости устройства для превращения энергии УЭН для цикла ЕВА-АДАМ меньше 5 МВт / м 3 Энергонапряженность ядерных реакторов около 100–200 МВт / м 3

7Каталитические процессы в ядерной энергетике: перспективы для ТЯР Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Принципиальная схема цикла ИКАР для термокаталитической конверсии ядерной энергии CH 4 + H 2 O 3 H 2 + CO ИКАР

8Каталитические процессы в ядерной энергетике: перспективы для ТЯР Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Экспериментально измеренные значения для энергонапряженности некоторых каталитических процессов в режиме ТЯР РеакцияКатализатор УЭН (кВт/дм 3 ) CH 4 + H 2 O CO + 3 H 2 (H 2 O : CH 4 = 2.0) TH-2 GIAP-8 K-3 NC SO 3 SO 2 + ½ O 2 V 2 O 5 Fe 2 O 3 /Al 2 O 3 Fe 2 P 3 /SiO NH 3 ½ N 2 + ³/ ² H 2 Rh Pt Ru

9Каталитические процессы в ядерной энергетике: перспективы для ТЯР Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Два варианта загрузки катализатора конверсии энергии в ядерный реактор a b Yu.I. Aristov, Yu.Yu. Tanashev, S.I. Prokopiev, L.G. Gordeyeva, V.N. Parmon. Int. J. Hydr. Energy, 1993, vol.18, N 1, p Экспериментальная УЭН > 200 МВт / м 3 !

10Каталитические процессы в ядерной энергетике: перспективы для ТЯР Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Свойства катализатора 0,8 % Ru/UO 2 в реакции CH 4 + H 2 O 3 H 2 + CO Удельная энерго- напряженность, кВт/дм 3 Конверсия метана

11Каталитические процессы в ядерной энергетике: перспективы для ТЯР Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Каталитически активированное ядерное топливо L.G.Gordeeva, Yu.I.Aristov, E.M.Moroz, N.A.Rudina, V.I.Zaikovskii, Yu.Yu.Tanashev, V.N.Parmon J. Nuclear Materials, 1995, Vol.218, p Каталитически активный компонент (Ni, Ru и т.д.) Пористый оксид урана S уд. =1–10 м 2 /г Поры d ~ 10 мкм

12Каталитические процессы в ядерной энергетике: перспективы для ТЯР Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Экспресс-регулировка температуры катализатора (например, в аварийной ситуации) CH 4 + H 2 O 3 H 2 + CO

13Каталитические процессы в ядерной энергетике: перспективы для ТЯР Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Вывод из экспериментов: Использование электронных ускорителей с энергией протонов около 2 МэВ и катализаторов на основе пористых Al 2 O 3 и UO x не позволяет обеспечить диссипацию энергии электронов с плотностью выше 200 Вт/см 3 Удельная плотность термокаталитического преобразования энергии ионизирующего излучения в химическую энергию не лимитируется каталитическим процессом при достигнутых плотностях энерговыделения в слое катализатора

14Каталитические процессы в ядерной энергетике: перспективы для ТЯР Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Особенности энергии, выделяемой управляемыми термоядерными установками: энергия выделяется в виде ионизирующего излучения потоки энергии на стенке «Токамаков» велики ( 10 Вт/см 2 ?) и достаточно постоянны

15Каталитические процессы в ядерной энергетике: перспективы для ТЯР Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Схема прямой конверсии химической энергии в механическую в турбине без вредных выбросов (Zero-Emission Turbine – ZET) с использованием обратимых топливных смесей 3 H 2 + CO CH 4 + H 2 O Пример: 3 H 2 + CO CH 4 + H 2 O конверсии химической энергии в механическую в Эффективность конверсии химической энергии в механическую в ZET около 50 % при сжатии 20 x Основное преимущество: отсутствие теплообменников и, следовательно, чрезвычайно малый вес металла S.I. Prokopiev, Yu.I. Aristov, V.N. Parmon, Izvestia RAN, Ser.Energy, 1994, vol.69, N 3, p

16Каталитические процессы в ядерной энергетике: перспективы для ТЯР Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Процессы ИКАР и ZET как наиболее эффективные устройства для поглощения тепла и конверсии энергии для источников термоядерной энергии будущего Ожидаемая суммарная энергоэффективность превращения ядерной энергии в механическую по реакции CH 4 + H 2 O 3 H 2 + CO: = 70 % x 50 % = 35 % Удельная энергонапряженность конверсии ионизирующего излучения в энергию химического топлива 100–200 МВт / м 3 катализатора

17Каталитические процессы в ядерной энергетике: перспективы для ТЯР Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Принципиальная схема термокаталитического преобразования солнечной энергии на основе реакции паровой конверсии метана Экспериментально достигнут к.п.д. преобразования солнечной энергии 43 % и для полного цикла аккумулирование – выделение энергии – 20 %

18Каталитические процессы в ядерной энергетике: перспективы для ТЯР Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Термодинамически разрешенная эффективность конверсии солнечной энергии в химическую в термохимических процессах T sun 5800 K T 1000–1100 K может легко достигаться с помощью достаточно простых концентраторов солнечного света (зеркала и т.д.) Для конверсии в энтальпию H ограничения не такие жесткие! – – 11 T T T T солн o = 1 2 = Эффективность конверсии солнечной энергии в тепло с температурой T Эффективность конверсии тепла в химическую энергию G

19Каталитические процессы в ядерной энергетике: перспективы для ТЯР Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Опытная установка термокаталитического преобразования солнечной энергии с полезной мощностью 2,0 кВт Диаметр параболоидного зеркала: 5 м Конверсия солнечной энергии в химическую в СКР: к.п.д. 43 % Полезная мощность 2,4 кВт Общий к.п.д. замкнутого контура: 20 % Солнечный каталитический реактор СКР­3 CH 4 + H 2 O 3 H 2 + CO 900 °C 900 °C Реактор каталитического метанирования 3 H 2 + CO CH 4 + H 2 O 600 °C 600 °C Проверено в 1984–1985 гг. (Крым) + теплота – теплота

20Каталитические процессы в ядерной энергетике: перспективы для ТЯР Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Высокоэффективны светопроницаемый термокаталитический реактор для превращения световой энергии CH 4 + H 2 O 3 H 2 + CO Зарегистрированная полезная мощность реактора: ca. 200 W Эффективность конверсии света в химическую энергию : 60 %

21Каталитические процессы в ядерной энергетике: перспективы для ТЯР Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Принципиальная схема «Химического рекуператора тепла» для повышения эффективности использования топлива в газовой турбине Эффективность Карно: C = Work / H fuel = 1 – T o / T hot < 1 Эффективность Гиббса: G = Work / G fuel = 1 Так как обычно H G, G > C

22Каталитические процессы в ядерной энергетике: перспективы для ТЯР Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Термокаталитическая предварительная обработка топлива, сопряженная с охлаждением в российском ультразвуковом самолете «Нева» для XXI века V = км/ч