Введение к работе
Актуальность проблемы. В связи с принципиальной ограниченностью запасов и растущим дефицитом ископаемых органических топлнв поиски альтернативных источшіков энергии, а также использование тепловых отходов промышленности приобрели особешгую актуальность. На данном этапе одним из перспективных вариантов решения энергетической проблемы является использование ядерной и солнечной энергии, запасы которых практически неисчерпаемы.
Характерной чертой возобновляемых источников энергии является то, что огаї бывают доступны в ограшгченный период времени. В связи с этим возникает необходимость аккумулировать тепло с целью его регенерации и использования в холодное время суток пли года. Термохимический метод преобразовашія энергии с помошыо обратимых эндо-экзотерм1гческих реакции является перспективным направлением энергетики и позволяет эффективно аккумулировать тепло с различным температурным потенциалом. Центральной проблемой в пракпгческой реализации этого метода является повышение его эффективности и знергоналряжеішости.
Ускорение энергозапасающего химического процесса путем интенсификации теплоподвода в химический реактор является одной из современных тенденций усовершенствования энергопреобразующих устройств. Этот подход положен в основу нового метода прямого термокаталитического преобразования энергии иошізируюшего излучения в энергию химических топлнв (ИКАР-процссса*). Наиболее эффективный вариант пракпгческой реализации этого метода связан с создаїшем новых ТВЭЛов-катализаторов на основе урана, тория или других делящихся элементов, в которых выделение тепла происходит непоередствеїшо в объеме катализатора за счет ядерного деления, а отвод и аккумулирование тепла — за счет эндотермической каталитической реакции (например, паровой конверсии метана), протекающей на поверхности такого каталитического ТВЭЛа. В связи с этим актуальной задачей является синтез и неследоватіе катализаторов паровой конверсии метана на основе, например, оксидов урана с нанесенным активным компонентом.
В области аккумулирования тепла низкопотенциалъных источіппеов процесс сорбции — десорбции паров воды различными адсорбентами является одним из наиболее перспективных, и его дальнейшее развитие связано с созданием новых сорбентов, обладающих более высокими сорбшюнной и энергоемкостями, чем используемые сейчас материалы (цеолиты, силикагели и т.д.).
Цель работы. Настоящая работа посвящена синтезу и исследованию новых катализаторов паровой конверсии метана, специализированных для термохимического преобразования высокопотенциалыюго тепла атомного
* Yu.LAnstov, Yu.Yu.Tanashev, S.I.Prokopiev, L.G.Gordeeva, V.N.Paimon. IntJ. of Hydrogen Energy (1993), v.18, n.l, pp.45-62.
реактора, а также синтезу новых сорбционных материалов, так называемых селективных сорбентов воды или СВС (аббревиатура от Selective Water Sorbents), на основе различных пористых матриц, импрегнированных шгроскошгческими солями для термохимігческого преобразовашш тепла ншкопотенциальньгх источников, детальноьгу исследованию их сорбционных свойств, изучеіпио влияния природы соли и матрицы на закономерности ігх сорбционного равновесия с парами воды. Результаты этого исследования составляют физико-химігческий базис для анализа практического использоваїшя синтезированных катализаторов и сорбентов.
Научная новизна. Синтезированы оксиды урана, обладающие при температурах 600—800С развитой поверхностью. На их основе синтезированы высокоактивные катализаторы паровой конверсии метана, специализированные для термохимігческого преобразовашш атомной энергии в энергию химических топлив.
Синтезированы селективные сорбенты воды на основе различных пористых матриц (силикагель КСК, оксид алюминия ИК-02-200, синтетические углеродные материалы "расширенный графит" и "Сибунпт") и гигроскопических солей (LiBr, LiCl, MgCy. Изучены сорбциошше свойства синтезированных сорбентов, а также композитных CaCb-SiC>2 сорбентов, полученных по золь-гель технологии в Институте химической технологии (Гливице, Польша). Исследовано влияние природы соли и матрицы-хозяина, а также пористой структуры последней на закономерности сорбционного равновесия СВС с парами воды. Показано, что независимо от химической природы пористой матрицы и гигроскопической соли основные закономерности сорбционного равновесия имеют общие черты, которые определяются, в основном, дисперсным характером соли и пористой структурой матрицы.
Практическая ценность. Разработанные катализаторы паровой конверсии метана обладают высокой активностью и в ИКАР-процессе позволяют эффективно проводить преобразование тепловой энергии, выделяющейся в активной зоне атомного реактора в энергию химических топлив.
Синтезированные композитные сорбенгы обладают повышенными сорбционными и энергоаккумулируюшими свойствами, что делает trx перспективными для запасания нпзкопотенциалыюго тепла и улупиешш характеристик таких как сорбционных тепловых насосов, систем кондиционирования воздуха и устройств получения воды из атмосферы.
Апробация работы и публикации. Результаты диссертационной работы были доложены на конкурсах научно-исследовательских работ Института катализа СО РАН (Новосибирск, 1988 и 1995), на 3 Всесоюзной конференции по атомно-водородной энергетике (Москва, 1989), на 1 Международном симпозиуме по энергетике и окружающей среде "Ist TIEES-96" (Турция, 1996), на Международных конгрессах по химическим процессам и технологиям "CHISA96" и "CHISA'98" (Чехия, 1996, 1998), на Международном конгрессе по восстановлешпо, утилизации и реинтеграции "R'97" (Швейцария, 1997).
По результатам работы опубликовано 7 печатных работ в рецензируемых журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 161 странице, включая 45 рисунков, 12 таблиц и список литературы из 151 наименования.