Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и исследование адсорбционной системы аккумулирования природного газа с повышенной пожаровзрывобезопасностью и энергоэффективностью

Номер контракта: 14.577.21.0125

Руководитель: Жердев Анатолий Анатольевич

Должность руководителя: Уполномоченное лицо

Докладчик: Стриженов Евгений Михайлович, Ответственный исполнитель проекта

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана (национальный исследовательский университет)"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана"

Аннотация скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
метан, природный газ, газомоторное топливо, адсорбция, система хранения, адсорбционное аккумулирование, термодинамика адсорбции, топливная система, транспортное средство, газонаполнительная станция, активный уголь.

Цель проекта:
1. Проект направлен на решение проблемы перевода автотранспортных средств на природный газ. Результаты позволят создавать пожаровзрывобезопасные адсорбционные системы аккумулирования и соответствующие им энергосберегающие заправочные станции. 2. Разработка и изготовление экспериментального образца адсорбционной системы аккумулирования природного газа (метана), питающего двигатель внутреннего сгорания и обеспечивающего энергосбережение за счет использования многоступенчатой заправки и повышенную пожаровзрывобезопасность за счет наполнения пористым материалом и использования низкотемпературной заправки пониженного давления.

Основные планируемые результаты проекта:
- Экспериментальный образец адсорбционной системы аккумулирования природного газа, моделирующий газотопливные системы на автомобиле;
- Экспериментальные стенды, моделирующие процессы заправки и выдачи газа;
- Отработанные методы охлаждаемой и многоступенчатой заправок адсорбционной системы аккумулирования природного газа;
- Адсорбционный материал, пригодный для снаряжения адсорбционной системы аккумулирования природного газа.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Конечный продукт - экспериментальный образец адсорбционной системы аккумулирования и наработанный научно-технологический задел, позволяющий перейти к проектированию адсорбционных газотопливных систем и соответствующих заправочных станций, готовых для опытной эксплуатации.

Новизна заключается в том, что:
- впервые будет осуществлено комплексное исследование адсорбционных систем аккумулирования, включая ряд направлений повышения пожаровзрывобезопасности и энергоэффективности путем разработки новых адсорбционных материалов и/или оптимизации рабочих процессов заправки, хранения и выдачи природного газа, что позволит разработать высокоэффективные и пожаровзрывобезопасные адсорбционные системы аккумулирования природного газа (метана) и соответствующие им газозаправочные комплексы, более экономичные, энергоэффективные (энергосберегающие) и безопасные, чем существующие АГНКС;
- впервые будет разработана, исследована и обоснована методика охлаждения адсорбционных систем аккумулирования при заправке, позволяющий заменить компрессоры высокого давления на холодильные машины.
В процессе выполнения работы будут получены результаты, способные к правовой охране.

Промышленных аналогов разрабатываемой системы в мире не существует.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Основной задачей проекта является разработка оптимальной транспортной топливной адсорбционной системы аккумулирования, конкурентоспособной существующим системам компримированного природного газа (КПГ). Газозаправочные комплексы для данных систем также отличаются повышенной безопасностью. Охлаждение при заправке в ряде случаев позволяет отказаться от компрессора природного газа, что существенно снижает стоимость и повышает безопасность данных газозаправочных станций и позволяет устанавливать их в непосредственной близости от жилых и промышленных зданий. В некоторых случаях также возможно отказаться от «пиковых» аккумуляторов, что совместно с пониженным давлением и энергосбережением позволяет уменьшить стоимость заправочных станций в 3-5 раз. Повышенная безопасность, низкая стоимость и энергосберегающая технология (до 90% экономии энергии) заправки могут повысить рентабельность и окупаемость заправочных станций, что приведет к массовому строительству данных станций. Широкое предложение может поспособствовать росту спроса. Таким образом, предлагаемая технология может существенно расширить рынок газомоторного топлива и привлечь новых потребителей.
Переход на новую технологию позволит снизить стоимость заправляемого природного газа, что в целом поднимет финансовое благосостояние потребителей.
Расширение рынка существенно улучшит экологическую ситуацию и поможет создать новые рабочие места, в том числе в области производства новых адсорбентов.
Ввиду отсутствия простых, легко реализуемых технических и технологических решений в области адсорбционного аккумулирования природного газа (метана), создаваемая интеллектуальная собственность в форме патентов обладает большими лицензионными возможностями.
После выполнения данного ПНИ требуется проведение ОКР с созданием опытных образцов адсорбционной системы аккумулирования и соответствующей газозаправочной станции. Испытания разработанных опытных образцов позволят перейти к серийному производству как адсорбционных систем аккумулирования, так и соответствующих газозаправочных станций, причем производство обоих видов продукции должно быть одновременным – только в этом случае возможна реализация всех основных достоинств данной технологии, а именно повышенной пожаровзрывобезопасности и энергосбережения.

Текущие результаты проекта:
1. Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы в области адсорбционного аккумулирования природного газа (метана) – не менее 15 научно-информационных источников за период 2009-2014 гг. с обоснованием и выбором направления исследований и способов решения поставленных задач. Аналитический обзор доступных на рынке адсорбентов.
2. Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96.
3. Разработана принципиальная технологическая схема адсорбционной системы аккумулирования природного газа (метана).
4. Разработана математическая модель для расчета массогабаритных, аккумулирующих, динамических характеристик адсорбера системы аккумулирования, а также для расчета затрат энергии при заправке, нагреве и охлаждении адсорбера.
5. Определены предварительные массогабаритные, аккумулирующие и динамические характеристики адсорбера разрабатываемой системы аккумулирования с помощью разработанной математической модели на основе анализа научно-технической литературы и существующих адсорбентов.
6. Разработана методика исследования адсорбционных и кинетических характеристик адсорбентов.
7. Разработан экспериментальный стенда для исследования адсорбционных и кинетических характеристик адсорбентов.
8. Разработана методика исследования энергосберегающего процесса многоступенчатой заправки и низкотемпературной заправки при пониженных давлениях адсорбционной системы аккумулирования.
9. Разработан экспериментальный стенд для реализации процессов многоступенчатой и низкотемпературной заправок адсорбционной системы аккумулирования.
10. Разработана методика исследования процесса хранения газа в адсорбционной системе аккумулирования в изменяющихся тепловых режимах и процесса выдачи природного газа двигателю внутреннего сгорания.
11. Разработан экспериментальный стенд для исследования процессов хранения и выдачи природного газа из адсорбционной системы аккумулирования для питания двигателя внутреннего сгорания.
12. Разработана методика исследований технологических процессов, повышающих плотность упаковки адсорбента и уменьшающих его пыление (разрушение).
13. Разработана методика оценки (экспресс-метод) степени пыления адсорбента.
14. Проведены исследования по повышению плотности упаковки адсорбента в рассыпном и формованном виде.
15. Проведены исследования по использованию различных связующих веществ для формования адсорбента и снижения его пыления.
16. Разработана методика исследования циклических процессов заправки/выдачи газа из адсорбционной системы аккумулирования с проверкой на стабильность аккумулирующих свойств и степень пыления адсорбента.
17. Разработан экспериментальный стенд для исследования циклических процессов заправки/выдачи газа из адсорбционной системы аккумулирования.
18. Изготовлен экспериментальный стенд для исследования адсорбционных и кинетических характеристик адсорбентов.
19. Проведены исследования адсорбционных и кинетических характеристик доступных адсорбентов, исходных промышленных и обработанных для улучшения характеристик.
20. Разработана эскизная конструкторская документация экспериментального образца адсорбционной системы аккумулирования природного газа (метана).
21. Разработаны основы технологии создания высокоплотного и безопасного для двигателя (непылящего) адсорбента для адсорбционной системы аккумулирования природного газа (метана) путем совершенствования доступных адсорбентов.
22. Изготовлен экспериментальный образец адсорбционной системы аккумулирования природного газа (метана).
23. Изготовлен экспериментальный стенд для исследования процессов хранения и выдачи природного газа из адсорбционной системы аккумулирования для питания двигателя внутреннего сгорания.
24. На данный момент ведутся исследования процессов хранения и выдачи природного газа из адсорбционной системы аккумулирования для питания двигателя внутреннего сгорания.
25. Изготавливается экспериментальный стенд для реализации процессов многоступенчатой и низкотемпературной заправок адсорбционной системы аккумулирования.
26. Дорабатываются основы технологии создания адсорбента на основании полученных результатов исследований процессов хранения и выдачи природного газа.
27. Ведется разработка проекта технических условий (ТУ) на созданный адсорбент