Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологий создания каталитических камер сгорания, обеспечивающих перспективный уровень экологических требований для силовых установок транспортных средств.

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Выполнение этапа проекта
Проект
02.435.11.5001

Разработка экологически чистой камеры сгорания и технологии сжигания природного газа с использованием отечественных катализаторов, обеспечивающей минимально возможные выбросы загрязняющих атмосферу веществ, прежде всего, оксидов азота (менее 2-3 ppm) и конкурентоспособность газотурбинных установок на мировом рынке.

Соисполнители

Этапы проекта

1
01.06.2005 - 09.12.2005
В результате выполнения работы по заданию ФГУП «ЦИАМ им. П.И.Баранова» Институтом катализа СО РАН синтезированы и изготовлены опытные партии 4-х новых катализаторов, специально разработанных для применения в газотурбинных установках. Два из них на основе соединений палладия (ПЦА-1, ПЦА-2), характеризуются высокой активностью в реакции окисления природного газа, два других разработанные на основе семейства самых современных компонентов окислительных катализаторов – гексаалюминатов (ПМЛА, МЛА-2) обладают подтвержденной лабораторными исследованиями сравнительно высокой термостойкостью (не менее 1200К). Результаты анализа активности этих катализаторов опубликованы в материалах 6-ой международной конференции по каталитическому горению, Италия 2005г. [37].
Получены кинетические константы для реакции окисления метана на рассматриваемых в работе катализаторах, являющиеся основой для разработки методов математического моделирования процессов в каталитической камере сгорания.
Модернизирован стенд для проведения испытаний модели каталитической камеры сгорания для газотурбинных установок. Отработана технология определения основных характеристик процесса каталитического окисления топлива в модели с использованием, в частности, прецизионной газоаналитической аппаратуры. Проведены тестовые испытания этой технологии при снаряжении модельной камеры сгорания новыми катализаторами ИК СО РАН. Испытания показали полную достоверность разработанной технологии и позволили оценить эффективность катализаторов в условиях максимально приближенных к условиям натурной каталитической камеры сгорания ГТУ.
В результате испытаний модельной каталитической камеры сгорания с использованием комбинированного двухступенчатого пакета катализаторов, состоящего из палладиево-оксидного ПЦА-2 и выпускаемого промышленными партиями алюмомарганцевого катализатора ИКТ-12-40 (Tmax= 1200 K) для части режимов работы регенеративной газотурбинной установки (Твх с 820 по 850 К) получены уникальные экологические характеристики процесса горения: концентрация оксидов азота NOx в продуктах сгорания менее 1ppm, моноксида углерода CO = 10ppm, несгоревших углеводородов CН = 3-7ppm. Значение коэффициента полноты сгорания топлива на этих режимах превысило 99,95%. Потери полного давления в каталитическом пакете не превышали при этом 3 %.
Эти результаты находятся на уровне высших мировых достижений, полученных для единственной в мире коммерческой и многочисленных экспериментальных каталитических камер сгорания ГТУ при массированном использовании в катализаторах металлов платиновой группы, имеющих чрезвычайно высокую стоимость. Основой каталитического пакета, использованного в испытаниях в ЦИАМ, является разработанный ОАО “Катализатор” (г. Новосибирск) и Институтом катализа СО РАН сравнительно недорогой алюмомарганцевый катализатор.
Полученные результаты служат основой для совершенствования рецептур катализаторов выбранного класса, прежде всего, в отношении термической стабильности, как активной части комбинированного каталитического блока (пакета), так и основной его части на базе использования различных гексаалюминатов. Эти решения должны существенно расширить диапазон режимов работоспособности каталитических камер в составе ГТУ.
Развернуть
2
01.01.2006 - 30.06.2006
- проведены предварительные расчеты процесса в модельной камере сгорания на основе исходной математической модели;
- проведена корректировка рецептуры катализаторов, предложен состав комбинированного каталитического пакета и проведены экспериментальные исследования каталитической камеры сгорания с использованием этих катализаторов;
- исследованы каталитические свойства улучшенных образцов катализаторов в процессе сжигания природного газа на лабораторной установке при варьировании температуры и состава газовых потоков с проведением анализа продуктов реакции; получена полнота сгорания топлива – 99,97%, концентрация СО в продуктах сгорания – 3-5 ppm, концентрация СН – 2 ppm, концентрация NOx – менее 1 ppm.
Все результаты работы представлены в промежуточном научно-техническом отчете № 13161.
Развернуть
3
01.07.2006 - 31.10.2006
Цель работы – разработка технологии каталитического сжигания природного газа, обеспечивающей минимально возможные выбросы загрязняющих атмосферу веществ, прежде всего оксидов азота (менее 2-3 ppm).
В результате выполнения НИР
- исследованы каталитические свойства улучшенных образцов катализаторов в процессе сжигания природного газа на лабораторной установке при варьировании температуры и состава газовых потоков с проведением анализа продуктов реакции; получена полнота сгорания топлива – 99,97%, концентрация СО в продуктах сгорания – 3-5 ppm, концентрация СН – 2 ppm, концентрация NOx – менее 1 ppm;
- проведены расчеты процесса в модельной каталитической камере сгорания с двухступенчатым каталитическим пакетом на основе уточненной математической модели. Определены значения энергии активации реакции окисления метана. Определены профили температуры и степень превращения метана при варьировании начальной концентрации метана 1,5 –5 об.%, объемных скоростей газовых потоков 9000 – 40000 ч-1, температуры на входе в слой катализатора 450 – 500оС и давления в реакторе 1 - 6 ата. На основании математических расчетов предложены рекомендации по проведению процесса и определен диапазон параметров, обеспечивающих высокую полноту сгорания топлива;
- проведены экспериментальные исследования модели каталитической камеры сгорания в натурных условиях;
- разработаны схемные решения для газотурбинных установок, обеспечивающих работоспособность каталитической камеры сгорания в широком диапазоне режимов эксплуатации.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 годы

Программное мероприятие

1.3 Прикладные разработки в рамках системы приоритетных направлений
Тема
Разработка технологий создания каталитических камер сгорания, обеспечивающих перспективный уровень экологических требований для силовых установок транспортных средств.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Количество заявок
3
Тема
Развитие технологии каталитического сжигания углеводородных топлив и разработка опытно-промышленной каталитической камеры сгорания энергетической газотурбинной установки (ГТУ).
Продолжительность работ
2007 - 2008, 15 мес.
Бюджетные средства
100 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка перспективной малоэмиссионной камеры сгорания для энергетических ГТУ.
Продолжительность работ
2007 - 2009, 25 мес.
Бюджетные средства
105 млн
Количество заявок
1
Тема
Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований в области нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания до уровня перспективных экологических стандартов.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 15 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
3
Тема
Исследования процессов низкотемпературного горения применительно к малотоксичным камерам сгорания перспективных стационарных энергетических установок.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
6 млн
Количество заявок
3