Уникальные установки для производства и сжигания «горючего льда»
Ученые Томского политехнического университета разработали системы производства нового типа топлива — искусственных газовых гидратов с разным компонентным составом. Вуз стал третьим крупным центром в стране со стабильно налаженным производством. Максимальная доля газа в готовом продукте, полученном учеными, достигает от 13% до 26% в зависимости от его типа. В Томском политехе сконструировали установки по исследованию характеристик сжигания композиционных топлив с добавлением газовых гидратов. Аналогов подобным устройствам нет. Исследование ведется при поддержке программы Минобрнауки России «Приоритет 2030» и в рамках национального проекта «Наука и университеты».
Газовые гидраты — это соединения из газа в ледяной и водной оболочке, которые добывают со дна морей и океанов и называют замерзшим топливом будущего, или горючим льдом. Создание эффективной технологии зажигания топлива на их основе позволит применять гидраты при выработке тепловой и электрической энергии, в двигателях различного назначения с минимальным ущербом для экологии, а также при локализации и подавлении возгораний.
«Направление газовых гидратов в нашем коллективе начало развиваться в конце 2021 года. За короткий срок нам удалось спроектировать и создать две системы для изготовления искусственных гидратов из метана, пропана, этана, изопропанола, углекислого газа и фреона. Мы работаем с комбинированными составами гидратов с ориентиром на широкую группу приложений. На сегодняшний день наша лаборатория является третьим в России крупным научным центром, где такое производство запущено», — отмечает руководитель проекта, профессор Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова Павел Стрижак.
Системы, разработанные учеными ТПУ, отличаются механизмами, схемами и сроками производства, а также объемом и свойствами получаемого продукта. Так, в одной из установок гидрат «растет» в ледяном каркасе. Его производство занимает 2-3 суток, а концентрации газа в готовом продукте составляют от 13% до 26% в зависимости от типа состава. Вес одной порции равен примерно 100 граммам.
Производство гидрата во второй установке занимает 30-40 минут. Он образуется на внутренних стенках устройства. Содержание газа в таком продукте достигает 9-10%, а вес одной порции — 250-300 граммов.
По словам ученых, для производства гидрата необходимы специальные температурные условия и высокое давление. Для каждого исследуемого учеными Томского политеха газа они разные. Например, для создания гидрата из метана необходима температура до -10 ℃ и давление до 60 бар.
«На первом этапе мы применяем известные рекомендованные показатели для производства гидратов. Следующим этапом наших исследований станет построение собственных режимных карт, которые позволят минимизировать расход газа и риски при производстве. Также мы намерены работать над созданием мультигидратов — гидратов, состоящих из двух или трех газов. Такой продукт можно будет “программировать” — задавать определенные свойства, что позволит увеличить эффективность действия, например, при разделении сложных нефтехимических соединений и тушении пожаров. Результатов подобных исследований в мире пока очень мало, так как стабильно производить соответствующие газовые структуры объективно трудно», — говорит доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Никита Шлегель.
В 2023 году ученые планируют создать и запустить еще одну установку, на которой можно будет изучать газовые гидраты за счет распыления жидкости. Эта установка будет существенно отличаться от других тем, что позволит уменьшить время производства в два раза и при этом увеличить объем — то есть приблизиться к промышленным условиям.
«Помимо блока по производству газовых гидратов, мы создали две установки, которые позволяют проводить исследования по их сжиганию с жидкими (керосин, бензин, дизельное топливо, мазут, смешанные рецептуры) и низкосортными топливами (торф, отходы углеобогащения и другие). С помощью созданных программно-аппаратных комплексов можно измерить температуру горения, антропогенные выбросы, регистрировать процесс зажигания, время и длительность горения. Созданные системы уникальны, сейчас идет процесс регистрации патентов на них», — добавляет Никита Шлегель.
В будущем ученые планируют разработать цикличную систему по сжиганию газовых гидратов совместно с низкосортными топливами. Она будет способна синтезировать гидрат, диссоциировать его и сжигать с выделением полезных продуктов.
Информация предоставлена пресс-службой Томского политехнического университета
