Высокие технологии в интересах
топливно-энергетического комплекса

Синтез нитридов урана из обедненного компактного металлического урана

В.В. Шаталов, Е.Н. Звонарев, Д.Ф. Колегов, С.Ф. Колегов, В.П. Маширев
ГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии»

Рассмотрение развития атомной энергетики в масштабе планеты до 2050 г.[1] определила приоритетные направления разработок реакторостроения и технологии введения компонентов ядерного оружия, таких как высокообогащенный уран и плутоний, в топливно-энергетический цикл реакторов АЭС.

Большая атомная энергетика немыслима без использования реакторов – бридеров на быстрых нейтронах[2], работающих в замкнутом топливном цикле.

В новом поколении реакторов на быстрых нейтронах предлагается использовать не только оксиды плутония и урана (мокс – топливо), но и нитридное топливо (UN–PuN). Смешанное уран – плутониевое нитридное топливо, по мнению специалистов, является наиболее перспективным для быстрых реакторов.

В настоящей работе представлены некоторые экспериментальные результаты по синтезу нитридов урана из компактных слитков обедненного металлического урана.

В основу процесса синтеза порошков нитридов урана из слитков металла положены следующие операции:

• 
  перевод металла в порошок через ряд циклов гидрирования и дегидрирования;
  
• 
  азотирование порошка урана и оставшегося гидрида газообразным азотом до получения UN_x.
  

Полученные порошки нитрида урана (UN_x ) содержали от 6,2 до 8,3 мас.% азота.

Площадь удельной поверхности находилась в пределах 0,40-0,67 м²/г, а насыпная плотность образцов - в пределах 2,5- 3,9 г/см³.

На основании полученных результатов разработана опытно – промышленная установка с производительностью 20 кг UN_x в сутки для одного реактора.

Ссылки

1. Р. Jelinek, N. Oi, Nuclear Fuel Cycle and Reactor Strategies: Adjusting to New Realities, XXII Annual International Symposium 1997.

2. G. Need, Development of the FBR/PU - Recycling Technology, XXII Annual International Symposium 1997.

Производство моторных топлив из бурых углей методом гидрогенизации с применением ядерных технологий

А.В. Зродников, В.М. Поплавский, Г.И. Сидоров, А.Н. Чебесков, Е.В. Лепендин
ГНЦ РФ-ФЭИ (г. Обнинск)

В.Г. Косушкин
Департамент образования и науки Калужской области

А.А. Кричко, А.С. Малолетнев
Институт горючих ископаемых (г. Москва)

В.В. Заманов
АО «Тулаинжнефтегаз» (г. Тула)

Постоянный рост потребности в жидком моторном топливе обусловлен, главным образом, развитием различных видов транспорта, для которых оно является технологически необходимым, и для него в ближайшем будущем, по всей видимости, не будет альтернативы. Вместе с тем, дальнейшее увеличение объёмов производства всех видов моторного топлива в значительной мере сдерживается относительной ограниченностью запасов традиционного сырья – нефти. В этой связи практическое значение приобретает проблема увеличения ресурсов жидкого топлива. Их можно увеличить на основе привлечения в переработку нетрадиционных источников сырья.

В условиях России наиболее перспективным сырьём для производства синтетического жидкого топлива (СЖТ) признаётся уголь, как широко распространённый вид твёрдых горючих ископаемых. В качестве первоочередной сырьевой базы рассматриваются бурые угли Канско-Ачинского бассейна, как наиболее полно отвечающие требованиям отечественной технологии переработки их в СЖТ. Большие запасы (600 млрд.т.) и относительно низкие затраты на их добычу обусловливают возможность организации крупномасштабного производства синтетического жидкого топлива с более благоприятными экономическими показателями по сравнению с углями других бассейнов.

Одной из важнейших проблем, возникающих при массовом производстве СЖТ, является сложность решения задачи обеспечения необходимой защиты окружающей среды от загрязняющих веществ, так как углеперерабатывающее производство относится к потенциально опасным источникам ряда вредных выбросов и отходов (твёрдых и газообразных).

Следует отметить, что сжигание 1т. угля на ТЭС даёт четыре тонны вредных отходов. Выбросы ТЭС содержат газы и пары CO₂, SO₂, NO_x, CO, углеводороды различного состава, в том числе наиболее ядовитые ароматические полициклические производные и мелкодисперсные твёрдые аэрозоли, включающие практически все элементы таблицы Менделеева, в том числе и естественные радиоактивные изотопы.

В настоящее время разрабатывается проект комбината по производству СЖТ, производительностью 500 000 т. моторных топлив в год, для энергообеспечения которого требуется реактор с жидкометаллическим теплоносителем тепловой мощностью ~500 МВт. Такой реактор может быть создан на базе 50-летнего опыта научных и экспериментальных исследований по проблеме быстрых реакторов, воплощающих современную концепцию реакторов нового поколения с внутренне присущими свойствами безопасности.

В основе этих свойств лежит:

• 
  саморегулирование мощности реактора за счёт устойчивых отрицательных обратных связей между физическими процессами и параметрами активной зоны;
  
• 
  малые величины запасов реактивности в активной зоне, отсутствие эффектов «отравления», характерных для реакторов других типов;
  
• 
  высокая стабильность нейтронных полей в активной зоне, невозможность образования локальных критмасс;
  
• 
  низкое давление теплоносителя в реакторе;
  
• 
  отличные теплофизические свойства жидкометаллического теплоносителя (высокая теплопроводность, большой запас до температуры кипения при атмосферном давлении, высокая теплоаккумулирующая способность);
  
• 
  отсутствие проблем коррозии конструкционных материалов;
  
• 
  способность теплоносителя связывать радионуклиды йода.
  

Радикальные преимущества использования ядерных реакторов для энергообеспечения производства СЖТ заключается в следующем:

а) сравнительный анализ общего ущерба здоровью населения от работы предприятий ядерного и угольного топливных циклов в расчёте на одинаковую энерговыработку в год даёт преимущество ядерному циклу, по меньшей мере, в 100 раз;

б) вдвое сокращаются затраты на угледобычу и площади отчуждаемых земель;

в) сокращаются затраты на ступенях гидрокрекинга средних и тяжёлых фракций, реформинга и сероочистки бензина, уменьшается металлоёмкость технологического оборудования за счёт интенсификации процесса ожижения гамма- излучением.

В России разработана экономически эффективная универсальная технология переработки угля методом гидрогенизации под невысоким давлением 6-10 МПа, вместо 20-30 МПа в зарубежных процессах, позволяющая рентабельно производить из бурых и низкосортных углей высококачественные бензин, дизельное топливо, фенолы, бензол и другие ценные продукты углехимии. Технология апробирована на Опытном заводе СТ-5 (г. Венёв Тульской обл.).

Повышение оперативности контроля качества нефтепродуктов

Е.И. Алаторцев, О.П. Наметкин, А.Н. Приваленко
25 ГосНИИ Министерства обороны РФ

В условиях нестабильности качества нефтепродуктов на потребительском рынке особенно актуальным становится оперативный контроль их качества при приеме от поставщиков на нефтебазах и на местах потребления (АЗС). Это объясняется тем, что стандартные методы испытания трудоёмки и продолжительны. На получение полной информации о качестве нефтепродукта требуется от 5 до 12 часов в условиях стационарной лаборатории.

Решить вопрос сокращения времени определения, используя стандартные методы испытаний, не предоставляется возможным, т.к. нельзя изменить условия проведения испытаний, положенных в основу метода (,t,P,m). Автоматизация процессов испытания дает возможность увеличить только количество одновременно анализируемых проб.

Реально ускорить информацию о качестве нефтепродукта можно за счет изменения принципов измерения (оценки) контролируемого показателя – за счёт созданных на этих принципах новых ускоренных экспресс-методов контроля.

Естественно такие методы не могут подменять стандартные методы (используемые в ГОСТ (ТУ) на нефтепродукты), но они могут давать информацию о том, что контролируемый продукт соответствует требованиям нормативного документа или имеет отклонения от этих требований и его необходимо испытать в лабораторных условиях. Для экспрессного контроля достаточно 5-15 минут, что в 30 и более раз сокращает время на принятие решения.

Очевидно, что экспресс-методы целесообразно разрабатывать на наиболее важные (информативные) показатели качества с тем, чтобы с их помощью в короткий срок можно было оценить возможность применения нефтепродукта в технике.

Учитывая это, 25 ГосНИИ Минобороны России обосновал перечень показателей качества, для оценки которых целесообразно разработать экспресс-методы, разработал требования, которым должны отвечать экспресс-методы. Он принял участие в разработке и испытании приборов экспрессного контроля и экспресс-методов для определения октанового числа, наличия ТЭС в бензинах, оценки низкотемпературных свойств ДТ и т.п.

Так разработан, прошёл испытания и рекомендован к использованию «Анализатор низкотемпературных свойств топлив». Анализатор топлив предназначен для измерения показателей температуры помутнения, кристаллизации и застывания нефтепродуктов.

Прибор выполнен в виде двух блоков – блока термоэлектрического холодильника и контроллера блока измерения и обработки данных.

Блок термоэлектрического холодильника обеспечивает охлаждение пробы, находящейся в кювете, измерение температуры пробы и её оптического пропускания.

Блок измерения и обработки данных принимает информацию, поступающую с датчиков состояния пробы, обрабатывает ее по разработанному алгоритму и полученные значения температур помутнения, застывания и кристаллизации и выводит на органы индикации.

Конструктивное исполнение анализатора позволяет использовать его как в составе стационарной, так и подвижной лаборатории. Не менее важную роль играет и экспресс-метод определения октанового числа автомобильных бензинов.

В основу разработки прибора положен принцип оценки октановых чисел бензинов по их диэлектрической проницаемости.

Сущность метода определения октанового числа заключается в измерении рабочей частоты тока генератора, проходящей через цилиндрический конденсатор, заполненный анализируемым бензином и определении октанового числа по определенным экспериментальным зависимостям Зильберштейна.

Расхождения между результатами, полученными с использованием стандартных методов и на приборе «Октанометр» не превышает величин, установленных по ГОСТ 511 и ГОСТ 8226, в то же время определение октановых чисел сокращается в 30 раз.

Для получения информации о соответствии нефтепродукта требованиям нормативных документов (НД) (определение марки и соответствие требованиям (ГОСТ, ТУ) 25 ГосНИИ МО разработана автоматизированная система идентификации и контроля качества горючего (АСИ ККГ).

В основе принципа действия АСИ ККГ лежит метод спектроскопии с применением преобразования Фурье.

Идентификация и контроль качества осуществляется с использованием данных спектрального анализа, на основе которых определяется зависимость между набором характеристических полос поглощения, образцов горючего и их физико-химическими свойствами.

Контрольная база данных системы содержит сведения об образцах горючих и их классификации, а также данные необходимые для быстрой идентификации и установления соответствия требованиям нормативных документов (вид горючего, группа горючего данного вида, марка горючего для данной группы, ГОСТ (ТУ), отправитель образца данной марки).

Идентификация основана на оценке степени близости спектральных характеристик образца к средним значениям на соответствующих характеристичных полосах поглощения. Для данного варианта на данном уровне определяется показатель степени близости, а затем выбирается тот вариант, у которого значения показателя наименьшие.

Образец считается кондиционным, если расчетные значения всех показателей качества (исключая те, для расчета которых нет данных) удовлетворяют требованиям нормативного документа.

следующая страница>