National Research And Development Institute For Cryogenic And Isotopic Technologies

PN 23 15 03 04

Dezvoltarea unei tehnologii de distilare criogenică pentru separarea speciilor izotopice ale hidrogenului și heliului – acronim CrioDH

 

Obiective

Obiective principale

  1. Dezvoltarea unei tehnologie complexă de distilare criogenică H2-HD-D2, cu posibilitatea de testare a unei cascade de coloane de distilare în regim dinamic și cu extracție de produs;
  • Realizarea unui stand de de testare și evaluare, în regim dinamic, a coloanelor de distilare criogenică a izotopilor hidrogenului, realizate și testate în cadrul Laboratoului de temperaturi joase (condensator, fierbător, umplutură ordonată, umplutură dezordonată, schimbător de tip MHE) utilizând ca sursa de frig un lichefiator de hidrogen lichid tip Stirling 60-80 W;
  • Proiectarea și realizarea unei instalații experimentale de testare în regim dinamic (cu extracție de produs) a coloanelor de distilare criogenică a speciilor hidrogenului, cu utilizarea instalației de heliu Linde HRLS 11;
  • Teste și experimentări pentru caracterizarea unei cascade de coloane de distilare în regim dinamic și cu extracție de produs pentru utilizarea în cadrul instalațiilor de separare a tritiului și deuteriului (ICSI-PESTD, Cernavodă Tritium Plant, ITER Tritium Plant, etc.) si elaborarea unor metodologii de evaluare a distilării criogenice a amestecurilor multi-componente;

  1. Dezvolta o tehnologie care se referă la recuperarea He3, izotopul ușor și stabil al heliului care este componenta principală și de neînlocuit a detectorilor de tip neutron scattering

  • Realizarea unui sistem de recuperare a heliului evaporat din echipamentele ce utilizează heliu lichid (RMN, etc.) prin utilizarea unei metode de filtrare/separare pentru amestecul izotopic He3(He4)-H2/D2 și He3-He4, prin condensare la temperaturi criogenice mai mici de 20 K
  • Elaborarea unei metodologii de creștere a concentrației de heliu din amestecul heliu-aer, in functie de raportul dintre componentele de convecție și de difuzie ale transferului de masă dintre heliu și aer în conductă;

Responsabil proiect: Dr. Ing. Sebastian Brad

Scop

Proiectul presupune realizarea a două obiective majore cu mai multe obiective specifice, pentru obținerea unor noi forme de gestionare a deșeurilor radioactive în moduri care să se protejeze sănătatea umană și să reducă la minimum impactul asupra mediului, deșeuri ce sunt folosite ca și combustibil al viitorului în producția de energie, prin fuziune nucleară.

Faze

FAZA 1 – Realizarea unui sistem de recuperare a heliului evaporat din echipamentele ce utilizează heliu lichid (RMN, etc.).

Termen de predare: 15 martie 2023

Obiective faza:

  • Realizare prototip sistem recuperare He;
  • Stand testare sistem de recuperare He;
  • Procedură experimentală ;
  • Depunere brevet inventie;
  • Raport de cercetare;

FAZA 2 – Proiectarea unui model conceptual pentru distilarea criogenică a izotopilor hidrogenului utilizând două coloane de distilare.

Termen de predare: 13 octombrie 2023

Obiective faza:

  • Proiect tehnic cold- box;
  • Proiectul conceptual al standului pentru distilare criogenica a izotopilor hidrogenului cu doua coloane de distilare;
  • Proiect de monitorizare/achizitie date SCADA;
  • Procedură experimentală;
  • Diseminare rezultate;
  • Raport de cercetare;

FAZA 3 – Realizarea standului experimental de distilare criogenică a izotopilor hidrogenului, în regim dinamic, cu utilizarea a două coloane de distilare si utilizând ca sursa de frig un lichefiator de hidrogen lichid tip Stirling 60-80 W și schimbătorul MHE realizat în Laboratorul de temperaturi joase.

Termen de predare: 31 decembrie 2023

Obiective faza:

  • Realizare cold-box de distilare criogenica;
  • Realizare stand de distilare cu doua coloane de distilare criogenica;
  • Montaj si punere in functiune lichefiator de hidrogen lichid tip Stirling 60-80 W;
  • Teste de etanseitate pentru standul de distilare criogenica cuplat la lichefiator de hidrogen;
  • Realizarea sistemului de monitorizare/achizitie date de tip SCADA.
  • Raport de cercetare;

FAZA 4 – Studiul metodelor de evaluare și proiectare a coloanelor pentru distilarea criogenică a amestecurilor multi-componente (ex. Lewis-Matheson, Underwood, Wang-Henke, etc.)

Termen de predare: 15 aprilie 2024

Obiective faza:

  • Model de calcul pentru dimensionarea coloanelor de distilare, pe baza performanțelor de separare a umpluturilor deja testate la reflux total (fără extracție de produs);
  • Model de calcul pentru dimensionarea coloanelor de distilare, pe baza performanțelor de separare a umpluturilor în regim dinamic (cu extracție de produs);
  • Verificarea modelelor de calcul in fuctie de parametrii tehnologici de operare și de performanțele separării măsurate, cu rezultatele măsurabile în cadrul experimentărilor.
  • Pproceduri de calcul și experimentare;
  • Baza de date;
  • Raport de cercetare;

FAZA 5 – Teste și experimentări utilizând standul experimental de distilare criogenică a izotopilor hidrogenului cu utilizarea a două coloane de distilare criogenică a izotopilor hidrogenului.

Termen de predare: 31.12.2024

Obiective faza:

  • Procedura de operare a standului experimental cu doua coloane de distilare la reflux total;
  • Teste si experimentari la reflux total, pentru standul de distilare criogenica;
  • Analiza rezultatelor si creeare unei baze de date pentru functionare la reflux total;
  • Referat doctorat
  • Diseminare rezultate;
  • Raport de cercetare;

FAZA 6 – Proiectarea unei instalații experimentale de testare în regim dinamic (cu extracție de produs) a coloanelor de distilare criogenică a speciilor hidrogenului, cu utilizarea instalației de heliu Linde HRLS 11 ca sursa rece.

Termen de predare: 15 aprilie 2025

Obiective faza:

  • Proiecte tehnice pentru două coloane de distilare cu diametrul de 50 mm, o coloană cu diametrul de 25 mm;
  • Proiect de modificare cold box si realizarea conexiunii cu instalației de heliu Linde HRLS 11.
  • Proiect conceptual a standului de distilare criogenica conectat la cu instalației de heliu Linde HRLS 11;
  • Proiect de monitorizare/achizitie date SCADA;
  • Diseminare rezultate;
  • Raport de cercetare;

FAZA 7 – Realizarea instalației experimentale de testare în regim dinamic (cu extracție de produs) a coloanelor de distilare criogenică a speciilor hidrogenului, cu sistem catalitic de conversie orto-para, cu echilibrator pentru HD și cu un schimbător de căldură de tip MHE(matrix heat exchanger) proiectat, realizat și patentat în Laboratorul de temperaturi joase

Termen de predare: 16 octombrie 2025

Obiective faza:

  • Procedura de operare a standului experimental in regim dinamic (cu extractie product);
  • Teste si experimentari in regim dinamic, pentru standul de distilare criogenica;
  • Analiza rezultatelor si creeare unei baze de date pentru functionare in regim dinamic;
  • Diseminare rezultate;
  • Raport de cercetare;

FAZA 8 – Proiectarea și realizarea unui sistem de filtrare/separare pentru amestecul izotopic He3- H2/D2 și He3-He4

Termen de predare: 31 decembrie 2025

Obiective faza:

  • Proiectarea sistemului de filtare/separare prin crio-condensare a amestecurilor izotopic He3- H2/D2 și He3-He4;
  • Realizare stand testare sistem filtare/separare prin crio-condensare a amestecurilor izotopic He3- H2/D2 și He3-He4;
  • Procedură experimentală ;
  • Teste si experimentari a sistem filtare/separare prin crio-condensare a amestecurilor izotopic He3- H2/D2 și He3-He4;
  • Depunere brevet inventie;
  • Diseminare rezultate;
  • Raport de cercetare;

FAZA 9 – Teste și experimentări de funcționalitate ale instalației experimentale de testare în regim dinamic (cu extracție de produs) a coloanelor de distilare criogenică a speciilor hidrogenului

Termen de predare: 29 mai 2026

Obiective faza:

  • Testele și experimentările de functionare a echipanentelor si a sitemului de vid, prin modificarea paramentrilor tehnologici (presiune, debit) si a condiitilor de operare;
  • Testare sistemului de monitorizare și control a datelor de tip SCADA la modificarea parametrilor tehnologoci si a conditiilor de operare;
  • Inregistrarea si verificarea parametrilor de funcționare in baza de date;
  • Discutarea rezultatelor măsurătorilor și concluziilor;
  • Diseminare rezultate;
  • Raport de cercetare;schimbarea parametrilor tehnologici (presiune, debit); se va testa sistemul de vid; se vor face analize termice pentru a decela modificările date de schimbare a parametrilor tehnologici și condițiilor de operare

FAZA 10 – Teste și experimentări pentru caracterizarea unei cascade de coloane de distilare în regim dinamic și cu extracție de produs pentru utilizarea în cadrul instalațiilor de separare a tritiului și deuteriului (ICSI-PESTD, Cernavodă Tritium Plant, ITER Tritium Plant, etc.).

Termen de predare: 31 decembrie 2026

Obiective faza:

  • Testele și experimentările realizate la parametrii tehnologici de operare diferiți (presiune/ debit) și la concentrații diferite de deuteriu și hidrogen pentru o cascada de coloane de distilare in regim dinamic;
  • Procedura finala de calcul si proiectare pentru o cascada de coloane de distilare in regim dinamic;
  • Bază de date SCADA integrata pentru sistemele de distilare dezvoltate in cadrul proiectului,
  • Referat doctorat;
  • Depunere brevet inventie;
  • Diseminare rezultate;
  • Raport de cercetare;

© 2023 I.C.S.I. Rm. Vâlcea 

Prin accesarea site-ului nostru sunteți de acord cu utilizarea cookie-urilor, ceea ce ne permite să analizăm preferințele și să vă propunem servicii personalizate adaptate nevoilor dumneavoastră.

Schimba setari