РАЗРАБОТКА НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЦЕССА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗА АММИАКА ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ В НЕРАВНОВЕСНОЙ СРЕДЕ ТЛЕЮЩЕГО ГАЗОВОГО РАЗРЯДА (АННОТАЦИЯ ПРОЕКТА)

Барелко В.В.; Быков Л.А.; Соколов Д.Н.; Быкова Н.В.; Бризицкий О.Ф.; Иванов И.В.

РАЗРАБОТКА НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЦЕССА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗА АММИАКА ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ В НЕРАВНОВЕСНОЙ СРЕДЕ ТЛЕЮЩЕГО ГАЗОВОГО РАЗРЯДА

(АННОТАЦИЯ ПРОЕКТА)

В. В. Барелко, Л. А. Быков, Д. Н. Соколов, Н. В. Быкова, О. Ф. Бризицкий*, И. В. Иванов*

Институт проблем химической физики (ИПХФ) РАН пр. Академика Семенова, 1, г. Черноголовка, Ногинский р-он, Московская обл., 142432 Тел.: 8 (495) 993-57-07, факс: 8 (496) 515-54-20, e-mail: barelko@icp.ac.ru

*РФЯЦ-ВНИИЭФ, пр. Мира, 37, г. Саров, Нижегородская обл., 607188

Цель проекта

Данный химико-технологический проект ориентирован на его промышленную реализацию на предприятиях атомной энергетики на основе использования в химической реакции радиолизно-го водорода (побочного, требующего утилизации продукта на ядерных парогенерирующих станциях) и дешевой, производимой на ядерных установках в ночное время электрической энергии, нуждающейся в поиске эффективных ее потребителей. Идеологическая основа предлагаемого проекта сформирована в расчете на решение этих проблем атомной энергетики за счет совмещения процесса ядерного энергетического процесса с химической технологией по производству, пользующейся большим потребительским спросом продукта, каковым и является аммиак.

Поиск подходов для решения поставленной цели

Традиционная, повсеместно принятая в мировой практике технология синтеза аммиака на основе прямой реакции взаимодействия водорода с азотом реализуется в условиях высоких давлений (320 атм) и температур (500 °С) на железных катализаторах. В этих, весьма неблагоприятных с технологической точки зрения условиях, равновесная конверсия азото-водород-ной смеси (АВС) в аммиак не превышает 20 %, что создает еще один существенный негатив, связанный с необходимостью выделять аммиак из продуктов превращения и возвращать АВС в реактор в виде огромного по масштабу рецикла 80 % (это приводит к раздуванию размеров реакционной аппаратуры и магистралей, к возрастанию уровня опасности возникновения аварийных ситуаций в реакторе — появление локальных перегревов в массе катализатора и выход реактора из строя). По термодинамическим параметрам для экзотермической реакции

синтеза аммиака наиболее благоприятными являются условия низких температур, при которых равновесная конверсия близка к 100%. Однако кинетические обстоятельства (законы классической Аррениусовской кинетики) исторически вынудили создателей технологии оформить реакционный процесс в рамках обозначенных выше эксплуатационно тяжелых режимов и дорогостоящих технологических схем.

Мы, осуществляя исследования криохими-ческих твердофазных реакций в подвергнутых гамма-облучению матрицах (т. е. в казалось бы, далекой от поставленной задачи области науки), пришли к выводу, что воздействие на реакционную систему активирующих ее нетепловых энергетических воздействий позволит обойти в реакции синтеза аммиака описанный выше температурный «Аррениусовский барьер». На основе этой идеологии были объяснены удивительные факты образования на холодных планетах солнечной системы (при температурах вблизи абсолютного нуля!) огромных количеств твердого аммиака, образующих кору этих планет ([1, 2] в т. ч. цитированная там литература). Данный общетеоретический вывод позволил нам прийти к заключению, что и в земных условиях возможна реализация процесса синтеза аммиака при низких и умеренных температурах, если реакционную среду (т. е. АВС) подвергать облучению потоком активирующей ее энергии, генерирующей в ней неравновесные, лабильные, высокоактивные образования (в частности, радикалы, ионы, ион-радикалы).

Ниже приводятся предлагаемый метод реализации поставленной задачи и конструктивная схема реакторного оформления предлагаемого процесса.

В качестве искомого эффективного инструмента энергетического воздействия на АВС нами был выбран экономически благоприятный режим холодного тлеющего газового разряда, сопровождаю-

щегося формированием плазменной среды, содержащей высокие концентрации активных частиц.

Наиболее естественная конструктивная схема реакторного устройства для предлагаемого процесса представляется нами в форме многоканального аппарата, при этом по оси каждого из его продуваемых ABC каналов установлены стержневые электроды. Вокруг этих электродов (которые могут осуществлять и каталитические функции) возбуждается плазма тлеющего разряда, в среде которой и реализуется синтез аммиака в условиях низких температур и давлений. Первые лабораторные эксперименты подтвердили эффективность предложенного идейного

подхода к решению проблемы низкотемпературного синтеза аммиака и реальность конструктивной схемы ее осуществления.

Список литературы

1. Barelko V. V., Barkalov I. M. et al. Autowave modes of conversion in low-temperature chemical reaction in solids / / Advances in Chemical Physics. 1988. Vol. 74. PP. 339-385.

2. Барелко В. В., Баркалов И. M. и др. Высокоскоростные автоволновые режимы превращения в низкотемпературной химии твердого тела // Успехи химии. 1990. Т. 59, Вып. 3. С.353-374.

-@-

О ВОЗМОЖНОМ ПОДХОДЕ К ПРОБЛЕМЕ СНИЖЕНИЯ ОПАСНОСТИ ВЗРЫВОВ МЕТАНА В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ

(АННОТАЦИЯ ПРОЕКТА)

В. В. Барелко, Л. А. Быков

Институт проблем химической физики (ИПХФ) РАН пр. Академика Семенова, 1, г. Черноголовка, Ногинский р-он, Московская обл., 142432 Тел.: 8 (495) 993-57-07, факс: 8 (496) 515-54-20, e-mail: barelko@icp.ac.ru

Приводимые ниже соображения о возможных путях снижения вероятности взрывов метана в шахтных выработках стимулированы трагичностью катастрофических последствий этих явлений, особенно обострившихся в последние годы.

Идеологическая основа предложений базируется на классической для Института химической физики концепции о влиянии твердых поверхностей, каталитически активных в отношении реакций рекомбинации свободных радикалов, на критические условия развития цепного взрыва в газовых средах. Хорошо известно, что введение в газовую взрывоопасную среду таких поверхностей сужает полуостров воспламенения и затрудняет реализацию взрывного процесса. В 30-40 гг. XX века в работах Семенова H.H. и Дубовицкого Ф. И. предпринимались попытки управления взрывным процессом путем программированного введения в газовую среду платинового стержня (аналогично той схеме, которая принята для управления цепными ядерными реакциями с помощью графитовых стержней - ловушек нейтронов).

В своих исследованиях реакций каталитического горения аммиака и углеводородов авторы этого проекта со всей очевидностью наблю-

дали, что наличие в среде каталитического элемента существенно затрудняет развитие гомогенного взрыва и значительно увеличивает критическую концентрацию горючего компонента.

Отсюда следует, что использование каталитического фактора в шахтных выработках может быть тем инструментом, который снизит опасность возникновения взрывных ситуаций при залповом выбросе метана в процессах добычи угля. Традиционные каталитические материалы не могут решить эту проблему в силу своего гранулированного дизайна. Созданные в нашем Институте стеклотканые катализаторы позволяют организовать в штреках «каталитические завесы» (картриджи) и могут составить принципиальную основу для развития сформулированного здесь подхода.

Очевидно, что изложенные соображения представляют собой лишь идейную канву. На пути их реализации существует много трудностей, в первую очередь, связанных с большой запыленностью газовых сред. Однако контрольные эксперименты могут быть легко осуществлены, что позволит сделать выводы о целесообразности дальнейшего развития этого «каталитического» метода борьбы с явлениями метановых взрывов в угольных шахтах.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 6 (50) 2007

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Барелко В.В., Быков Л.А., Соколов Д.Н., Быкова Н.В., Бризицкий О.Ф.