Направления деятельности:

  1. Конверсия углеводородных топлив.
  2. Плазмохимические процессы и технологии.
  3. Разработка рабочих сред непрерывных, импульсных и импульсно-периодических химических и фотодиссоционных лазеров.
  4. Разработка гиперзвуковых технологий и технологий водородной энергетики.

В том числе:

  • Исследования по изучению паровой каталитической и термоокислительной (парциальной) конверсии углеводородов с целью получения синтез–газа;
  • Исследования методов термохимической регенерации тепла;
  • Исследования по использованию моторных углеводородных топлив для регенеративного охлаждения теплонапряженных узлов и элементов транспортных энергетических установок;
  • Методическое обеспечение диагностики продуктов конверсии углеводородов (синтез–газа) и процессов горения;
  • Исследования применительно к гиперзвуковым технологиям.
  1. Исследование генерационных характеристик и химического состава активных сред фотодиссоционного иодного лазера (ФИЛ), необходимое для определения процессов, протекающих в активных средах, для оптимального выбора исходных компонентов рабочей среды лазера, режимов работы, разработки способов регенерации рабочей среды (РС).
  2. Обеспечение экологический безопасности при испытаниях и эксплуатации ФИЛ, в том числе:
  • хранение и использование рабочих соединений ФИЛ;
  • хранение, использование и утилизация источников накачки – импульсных ксеноновых излучателей и ртутных ламп непрерывного режима работы;
  • утилизация фильтрующих элементов из системы замкнутой циркуляции (СЗЦ) газовой РС ФИЛ.

Достижения:

  1. Разработана оригинальная технология реализации паровой каталитической конверсии углеводородов на основе плазмохимического пиролиза с использованием плазмотронов различной мощности.
  2. Разработана оригинальная технология реализации термоокислительной (парциальной) конверсии углеводородов с использованием высокотемпературных реакторов.
  3. Предложены и созданы оригинальные конструкции термохимических реакторов для проведения процессов паровой каталитической и термоокислительной (парциальной) конверсии газообразных и жидких углеводородов.
  4. Определены оптимальные рабочие соединения для ФИЛ:
  • для мощного моноимпульсного ФИЛ продукт изо-С3F7I;
  • для частотно-импульсного ФИЛ с непрерывной накачкой продукты CF3I и С2F5I.
  1. Разработан способ воспламенения и стабилизации горения с использованием химически активных компонентов.

Решаемые в настоящее время задачи:

  1. Разработка технологии термической конверсии синтетической нефти в синтез–газ.
  2. Исследование вопросов охлаждения теплонапряженной стенки кольцевого цилиндрического канала с использованием химической регенерации тепла.
  3. Исследование способов нагрева воздуха для подачи в сверхзвуковую аэродинамическую установку.
  4. Методическое обеспечение диагностики свободного углерода в продуктах конверсии углеводородов (в синтез–газе) оптическими методами.
  5. Методическое обеспечение диагностики процесса горения углеводородного топлива в сверхзвуковом потоке воздуха методами спектрометрии и скоростной съемки.

Перспективные разработки

  1. Разработка технологии термической конверсии синтетической нефти в синтез–газ

   Синтез–газ, содержащий водород и оксиды углерода, представляет собой важное исходное сырье для производства многочисленных химических продуктов. Он используется для получения жидких углеводородов или окисленных органических соединений, включая метанол, уксусную кислоту, диметиловый эфир, кетоспирты и изоцианаты.
    Характерная тенденция в развитии промышленности нефтехимического синтеза состоит во все большем вовлечении в химическую переработку углеводородов природных и попутных нефтяных газов, на базе которых получают также синтез–газ, широко используемый для последующего синтеза ценных кислородсодержащих соединений — спиртов, альдегидов, кетонов, кислот. Значительных объемов достигло производство на основе природного и попутного газов синтетического аммиака и хлорпроизводных углеводородов. Природный и попутный газы служат сырьем для получения олефиновых углеводородов, и в первую очередь этилена и пропилена.
   Большинство из указанных соединений, в свою очередь, представляют собой сырье для дальнейшего органического синтеза. Из них производятся пластические массы, синтетические каучуки различных типов, искусственное волокно, удобрения, синтетические моющие средства, высокооктановые компоненты моторного топлива, взрывчатые вещества, смазочные масла, растворители и многие другие продукты.
    В настоящее время в связи с ограниченными запасами нефти большое внимание уделяется поискам альтернативных источников углеводородного сырья, к которым могут быть отнесены высоковязкие нефти, природные битумы и горючие сланцы, из которых получают синтетическую нефть.
В результате рассмотрения и анализа предложений по современным технологиям переработки синтетической нефти в синтез–газ в ФГУП «РНЦ «Прикладная химия» предложена перспективная плазмохимическая технология с использованием электродуговой пароводяной плазмы, которая обладает следующими преимуществами:

  • Пароводяная плазма, как наиболее доступная, невзрывоопасная и высокоэнтальпийная среда может с успехом использоваться в химических технологиях.
  • В ходе протекания химических процессов оба компонента плазмы (водород и кислород) являются активными реагентами и одновременно непосредственными энергоносителями. Отсутствие балласта и высокая химическая активность ставят пароводяную плазму вне конкуренции среди других видов плазмы при переработке высоковязкой синтетической нефти.
  • Пароводяная плазма обеспечивает высокое качество получаемого синтез–газа (СО+Н2) с максимальным содержанием водорода и наибольшей теплотворной способностью.
  • Плазменная струя является теплоносителем и реагирующей каталитической средой, обеспечивая протекание химических процессов в реакторе при температурах до 3000–3500ºС. Потенциальные потребители: предприятия нефтехимического комплекса.
  1. Исследование способов нагрева воздуха для подачи в сверхзвуковую аэродинамическую установку

   При проведении экспериментальных исследований на сверхзвуковых аэродинамических установках зачастую возникает необходимость в предварительном нагреве поступающего воздуха с достаточно большими (выше 1 кг/с) массовыми расходами. Одним из известных способов является нагрев за счет сжигания в воздушном потоке некоторого количества углеводородного топлива. Однако при этом в составе воздуха, поступающего в аэродинамическую установку, присутствуют продукты сгорания топлива, наличие которых крайне нежелательно. Для исключения засорения воздушного потока посторонними компонентами ведется поиск альтернативных способов его нагрева. В ФГУП «РНЦ «Прикладная химия» в свое время были рассмотрены два таких способа — с использованием электрической и химической энергии.
    Первый способ предполагает применение специальных электрических нагревательных устройств — плазмотронов. Второй способ предполагает использование химической энергии, выделяющейся при разложении закиси азота N2O.
Целью исследования является выбор оптимального способа нагрева воздуха, его реализация, исследование и последующее создание на основе полученных результатов крупномасштабной экспериментальной установки для нагрева воздушного потока с массовым расходом 3 кг/с до температуры 1073 К (800ºС).
   Потенциальные потребители: организации авиационно–космического комплекса.

  1. Разработка инновационной технологии улучшения аналитических характеристик микрожидкостных устройств основанной на газофазном фотохимическом синтезе фторорганических соединений для супрамолекулярных наноразмерных покрытий

   Предлагаемый проект имеет цель реализации в России инновационных технологий, основанных на новых возможностях организовывать взаимодействие излучения в коротковолновой области оптического спектра с индивидуальными химическими соединениями. Эти возможности являются результатом разработки нового поколения источников ультрафиолетового (УФ) и вакуумно-ультрафиолетового (ВУФ) излучения в конце прошлого и начале нынешнего века. На основе опыта работ в области газофазной фотохимии лазерных устройств в ФГУП «РНЦ «Прикладная химия» сформулирована цель проекта:

  • Разработка методов газофазного фотохимического синтеза фторорганических теломеров с различными концевыми группами и создания, на их основе, микрожидкостных устройств (МУ) с наноразмерными покрытиями для развития селективных методов в химии, биологии, медицине.

Предлагаются разработки:

  • «Разработка, направленная на охрану здоровья людей, технологии очистки воздуха от химических загрязнений, использующей совместное облучение источниками в ультрафиолетовом и вакуумно-ультрафиолетовом спектральных диапазонах, и принципов создания аппаратов на основе этой технологии».
  • «Разработка метода получения двухкомпонентного водородсодержащего топлива для газотурбинных двигателей за счет использования паровой каталитической конверсии поступающего в них углеводородного топлива».
Работающая лазерная установка непрерывного действия с переводом в импульсно – периодический режим работы.

Рис.1. Работающая лазерная установка непрерывного действия с переводом в импульсно – периодический режим работы.

Публикации

А.В. Корабельников, А.В. Куранов, Ю.П. Малков, С.С. Рыжиков. Химическая регенерация тепла и преобразования топлива в энергетических установках // Физико–химическая кинетика в газовой динамике. 2006. №10 .С.1–12.
Аннотация. В работе рассмотрены вопросы утилизации тепла при проведении химических эндотермических реакций применительно к двигательным и энергетическим установкам, работающим на углеводородном топливе. Обоснован метод химической регенерации тепла на примере реакции парового риформинга. Дано описание планарных катализаторов, наносимых на теплопередающие стенки и представлены результаты экспериментов по конверсии метана при различных линейных скоростях химически реагирующей смеси.

А.Л. Куранов, А.В. Корабельников, Ю.П. Малков, А.М. Михайлов. Экспериментальные исследования паровой конверсии метана в термохимическом реакторе / В сб. докладов IX-го междунар. симп. «Термохимические процессы в плазменной аэродинамике». СПб. 2–6 июля 2012.
Аннотация. Выполнены испытания термохимического реактора из жаростойкого сплава марки ХН78Т. Показано, что конструкционный материал реактора позволяет нагревать его теплопередающие стенки и длительно их эксплуатировать при температурах 1000–1100ºС, характерных для условий работы жаровых труб камер сгорания современных воздушно–реактивных двигателей. Подтверждена необходимость использования катализатора для получения степени конверсии углеводорода, близкой к 100%, при реализации конверсии в реакторе при указанных выше тепловых условиях. При использовании сетчатого катализатора в двух щелевом модельном реакторе и принятых условиях его испытаний достигнута на выходе из реактора степень конверсии метана, близкая к 100%, а содержание водорода в продуктах конверсии (в синтез–газе) составило более 40%.

И.А. Бассина, Ю.П. Малков, О.Н. Молчанов, С.Г. Степанов, Г.А. Трощиненко, И.М. Засыпкин. Термодинамическое исследование характеристик конвертора с раздельной подачей углеводородного топлива на термоокислительную и паровую конверсию // Прикладная механика и техническая физика (в печати).
Аннотация. Проведены термодинамические исследования характеристик конвертора для получения водородсодержащего синтез–газа из углеводородного топлива (керосина) с его раздельной подачей на термоокислительную и паровую конверсию. Показано, что оптимальные условия работы конвертора соответствуют стехиометрическим коэффициентам α>0,5 при температуре теплопередающей стенки 900ºС. Содержание водорода в суммарном синтез–газе достигает 60% об. В продуктах конверсии исключается выделение свободного углерода (сажи), а также отпадает необходимость в использовании водяного охлаждения стенок конвертора.

 

Контакты:

Заместитель генерального директора по науке
Карташов Юрий Иванович
тел. +7(812) 647-92-77 доб. 2177