Obiective
Obiectivul principal al proiectului îl constituie dezvoltarea unei tehnologii inovative și a unui model de recombinator (arzător catalitic), pentru recombinare catalitică în siguranță, la temperatură joasă a amestecurilor stoichiometrice de hidrogen (H, D, T) – oxigen, utilizând noi tipuri de catalizatori cu proprietăți hidrofobe ridicate, înalt eficienți și stabili în timp.
Pentru atingerea obiectivului general se are în vedere realizarea graduală a următoarelor obiective specifice:
• Identificarea, testarea și selectarea unor noi sisteme cu proprietăți catalice (altele decât cele din categoria metalelor nobile, foarte costisitoare), potențial active în recombinarea catalitică a izotopilor hidrogenului cu oxigen;
• Evaluarea efectului sinergic al promotării (dopării) și/sau al co-catalizei sistemelor catalitice investigate;
• Selectarea și prepararea unor noi materiale, (de natură anorganică, necombustibile) cu proprietăți înalt hidrofobe în scopul utilizării drept suport catalitic și a unor metode noi de depunere a metalului activ catalitic pe suporturile catalitice selectate;
• Proiectarea și execuția unor modele de recombinator catalitic pentru arderea în siguranță a amestecurilor stoichiometrice de hidrogen-oxigen;
• Dezvoltarea unor noi elemente de contact în variate structuri și geometrii care să asigure contactul intim agent răcire – tabletă catalitică;
• Teste de performanță și anduranță a sistemului catalitic dezvoltat și a recombinatorului catalitic;
• Realizarea unui sistem semiautomat de manufacturare cu randament ridicat a catalizatorilor hidrofobi;
• Demonstrarea potențialului aplicarii noilor tipuri de catalizatori hidrofobi în industria chimică și/sau în energetica nucleară (ex: producerea apei oxigenate de concentrație înaltă prin sinteza catalitică direct din hidrogen; îndepartarea compușilor organici clorurați persistent din efluenți lichizi);
• Elaborare procedeelor de regenerare a catalizatorilor hidrofobi și de recuperare a metalelor;
• Brevetarea produselor și tehnologiilor noi inovative elaborate și diseminarea rezultatelor.
Scop
Scopul proiectului îl reprezintă dezvoltarea unei tehnologii avansate și eficiente privind recombinarea catalitică, la temperatură joasă a amestecurilor stoichiometrice de izotopi ai hidrogenului cu oxigenul ( in care hidrogenul este prezent in concentratie variabila de la urme la zeci de procente) și realizarea modelului experimental de recombinator catalitic aferent acestei tehnologii, cu variate aplicații în energetica nucleară dar și în industria chimică.
Faze
Faza 1 – Evaluarea și selectarea materialelor hidrofobe și a sistemelor catalitice inovatoare specifice recombinării cu oxigen a izotopilor hidrogenului și a tipului de recombinator catalitic aferent
Termen de predare: 15.05.2023
Obiective faza:
• realizarea bazei de date privind cele mai noi direcții de cercetare existente pe plan mondial, privind noi materiale superhidrofobe, tipurile de catalizatori hidrofobi aflate în diferite stadii de cercetare/experimentare și principalele tipuri și geometrii de recombinatoare catalitice;
• selectarea tipului de material anorganic hidrofob, necombustibil (silicati, carbură de siliciu, etc.), potențial suport pentru metalul activ catalitic;
• evaluarea teoretică a compatibilității materialelor hidrofobe (selectate ca potențial suport catalitic), cu mediu radioactiv specific aplicațiilor/utilizării în domeniul nuclear;
• selectarea metodei de preparare a suportului catalitic selectat/ definitivarea condițiilor optime și a parametrilor de lucru;
• analiza critică comparativă a efectului sinergic – „promotare versus co-activare „ a catalizatorilor convenționali;
• reducerea conținutului de metal platinic sau înlocuirea metalului activ din catalizatorul de Pt/C/PTFE cu alte nenobile și/sau promotarea platinei cu alte metale (tranziționale);
• studiul depunerii metalului activ pe noile suporturi hidrofobe (alegerea precursorului, impregnarea în regim dinamic, uscarea rapidă, influența agentului reducător);
• Alegerea tipului și geometriei / structurii interne a recombinatorului (structură monolit / structură multitubulară / structură fagure), cel mai adecvat recombinării în siguranță, precum și alegerea modalității de alimentare a reactanților și configurația distribuitoarelor de alimentare.
Faza 2 – Prepararea și caracterizarea fizico-structurală completă a sistemelor catalitice hidrofobe, selectate pentru recombinarea izotopilor hidrogenului cu oxigen în amestecuri stoichiometrice
Termen de predare: 15.11.2023
Obiective:
• selectarea, prepararea și caracterizarea materialui anorganic, necombustibil hidrofob potențial suport catalitic;
• sinteza pe cale umedă prin metoda sol-gel a sistemului catalitic de tip perovskite ABO3;
• peletizarea și hidrofobizarea șarjelor de perovskite;
• proiectarea și execuția sistemului de determinare a rezistenței mecanice la compresie a granulelor catalitice;
• caracterizarea fizico-structurală a șarjelor de perovskite preparate, verificarea reproductibilității și omogenității acestora;
• determinarea hidrofobicității și a proprietăților texturale a materialelor nou preparate;
• prepararea unor microșarje de catalizator hidrofob pe baza metalui activ, promotat sau co-activat pe suport anorganic necombustibil și hidrofobizat;
• verificarea omogenității și reproductibilității șarjelor preparate de catalizatori co-activați și tip perovskite;
• definitivarea și validarea procedurii de preparare a catalizatorilor hidrofobi astfel preparați;
• prepararea noilor sisteme catalitice în cantitatatea necesară efectuării testelor de performanță în procesul recombinării H2-O2.
Faza 3 – Proiectarea și execuția unui minirecombinator catalitic și a instalației de testare pentru arderea amestecurile stoichiometrice de hidrogen-oxigen. Teste preliminare de funcționalitate și elaborarea procedurilor de operare
Termen de predare: 15.06.2024
Obiective:
• definitivarea schemei de ansamblu a instalației de testare a performanțelor sistemelor catalitice preparate;
• proiectarea și testarea distribuitoarelor de gaz ce vor echipa recombinatorul catalitic;
• proiectarea și execuția unui minirecombinator catalitic cu structura internă și geometria selectate în cadrul primei etape;
• proiectarea, execuția și testarea individuală a funcționalității elementelor componente ale instalației de testare;
• asamblarea / montajul componentelor și sistemelor de siguranță la explozie și a AMC-urilor aferente;
• configurarea sistemelor de siguranță pentru lucrul cu gaze explozibile;
• realizarea unei interfețe de monitorizare-control a instalației de recombinare catalitică;
• elaborarea documentației cu privire la set-up-ul experimental și proceduri de punere în funcțiune;
• teste preliminare de alimentare și funcționalitate a întregii instalații;
• elaborarea procedurii de operare a instalației de recombinare catalitică și de evaluare a perfomanțelor și compoziției apei ca produs de reacție;
• cuplarea întregii instalații la sistemul de analiză (gaz-cromatograf) și la cel de achiziție date (măsurarea și înregistrarea parametrilor de lucru);
Faza 4 – Testarea comparativă a performanțelor sistemelor catalitice preparate în procesul recombinării cu oxigen a izotopilor hidrogenului
Termen de predare: 10.12.2024
Obiective:
• testarea performanțelor catalizatorului co-activat / promotat, nou preparat în procesul arderii amestecurilor hidrogen-aer în afara limitelor de inflamabilitate;
• testarea performanțelor catalizatorului co-activat/ promotat nou preparat în procesul arderii amestecurilor 20% hidrogen în aer (în interorul limitelor de inflamabilitate);
• testarea performanțelor celor 3 sisteme catalitice nou preparate (perovskite; metal activ / suport hidrofob anorganic; metal activ co-activat / promotat) în procesul arderii amestecurilor stoichiometrice de hidrogen-oxigen;
• evaluarea comparativă a performanțelor celor 3 sisteme catalitice testate și selectarea sistemului catalitic declarat performant;
• testarea performanțelor sistemului catalitic selectat în procesul arderii amestecurilor stoichiometrice de deuteriu-oxigen;
• caracterizarea fizico-structurală a sarjei de catalizator după utilizare și a compoziției apei de proces după operarea timp mai îndelungat;
• selectarea celor mai performante tipuri de catalizator din fiecare categorie pentru următoarele teste și definitivarea condițiilor optime de exploatare;
Faza 5 – Realizarea și testarea unor umpluturi catalitice mixte performante, adecvate procesului de recombinare catalitică a izotopilor. Selectarea umpluturii mixte catalitice optime și a geometriei interne a recombinatorului catalitic
Termen de predare: 15.05.2025
Obiective:
• analiza / evaluarea critică a umpluturilor mixte dezordonate versus umpluturi ordonate variate în structură / compoziție / geometrie;
• selecatarea / definitivarea structurii / geometriei interne a recombinatorului și a umpluturii catalitice mixt;
• realizarea pe baza sistemului catalitic selectat a unei umpluturi mixte dezordonată și a unei umpluturi ordonate de tipul doi într-unul;
• studiul distribuției omogene a apei de răcire pe întreaga suprafață externă a granulei sistemului catalitic în întreg volumul de umplutură catalitică mixtă;
• testarea celor două tipuri de umpluturi catalitice mixte în procesul recombinării catalitice hidrogen-oxigen;
• studiul privind tehnicile de inserare a catalizatorilor fasonați în interiorul umpluturii hidrofile pentru realizarea umpluturii ordonate compacte;
• selectarea umpluturii celei mai performante si stabilirea carcateristicilor finale și condițiilor optime de exploatare în procesele specifice a noilor tipuri de umpluturi;
• proiectarea și realizarea a unui sistem inovativ de manufacturare a catalizatorilor pentru umpluturi catalitice mixte.
Faza 6 – Preparare și caracterizare catalizatori hidrofobi specifici sintezei directe din hidrogen a apei oxigenate de concentrație înaltă
Termen de predare: 15.09.2025
Obiective:
• evaluarea rolului hidrofobicității în promovarea procesului de sinteză a apei oxigenate;
• selectarea și prepararea a 2 tipuri de catalizator hidrofob (diferiți de catalizatorul de Pt/C/PTFE) adecvat utilizarii în sinteza directă din hidrogen a apei oxigenate;
• caracterizarea fizico-structurală a tipurilor de catalizator preparat;
• proiectarea microreactorului și a instalație experimentale aferente;
• definitivarea metodei și prepararea șarjelor de catalizatori în mărimea necesară testării;
• selectarea condițiilor de experimentare și a tipului de minireactor;
• execuția minireactorului și a instalației de experimentare;
Faza 7 – Studii și teste experimentale privind otrăvirea, regenerarea și recuperarea metalelor active din sistemele catalitice selectate pentru procesul oxidării izotopilor hidrogenului. Proiectarea modelului experimental de recombinator catalitic
Termen de predare: 10.12.2025
Obiective:
• studiul influenței impurităților din reactanți (specifici aplicațiilor recombinării izotopilor hidrogenului) asupra activității catalitice a sistemului catalitic selectat;
• testarea capacității de regenerare a catalizatorilor selectați pentru procesele în care aceștia sunt expuși contactului direct cu apa lichidă;
• elaborarea metodelor de regenerare a catalizatorilor, specifice fiecărui proces de aplicare a acestora;
• laborare metodei de recuperare a metalului activ din sistemul catalitic potențial uzat;
• proiectarea și testarea distribuitoarelor de gaz ce vor echipa recombinatorul catalitic;
• determinarea, selectarea și testarea echipamenteleor de siguranță ce vor echipa instalația de recombinare catalitică (supape de siguranță, senzoristică, debitmetre, robineți automați, etc);
• configurarea sistemelor de siguranță pentru lucrul cu gaze explozibile;
• proiectarea modelului experimental de recombinator catalitic;
• realizarea unei interfețe de monitorizare-control a instalației de recombinare catalitică;
• elaborarea documentației cu privire la set-up-ul experimental și a procedurii de punere în funcțiune și operare;
Faza 8 – Teste experimentale privind performanțele sistemului catalitic selectat la sinteza din hidrogen a apei oxigenate
Termen de predare: 15.06.2026
Obiective:
• teste de etanșeitate și funcționare în siguranță a instalației de sinteză din hidrogen a apei oxigenate;
• elaborarea procedurii de operare în siguranță a instalației de sinteză;
• elaborarea procedurii privind determinarea compoziției mediului de reactie;
• testarea performanțelor catalizatorului de Pd în procesul sintezei directe din hidrogen a apei oxigenate;
• testarea performanțelor catalizatorului de Pt/C/PTFE în procesul sintezei directe din hidrogen a apei oxigenate;
• evaluarea rezultatelor și propunere a metodei de sinteză a apei oxigenate pe baza catalizatorilor hidrofobi;
• elaborarea documentației privind brevetarea metodei / catalizator de obținere prin sinteză directă a apei oxigenate din hidrogen
Faza 9 – Execuția modelului experimental de recombinator catalitic. Validarea tehnologiei recombinării cu oxigen la temperatură joasă a izotopilor hidrogenului și a modelului recombinatorului catalitic aferent
Termen de predare: 10.12.2026
Obiective:
• execuția modelului experimental de recombinator catalitic;
• efectuarea modificărilor și conexiunilor recombinator – instalație experimentală;
• manufacturarea umpluturii mixte catalitice în compoziția și geometria selectată;
• teste îndelungate de anduranță privind stabilitatea, siguranța și performanțele recombinării amestecurilor stoichiometrice de hidrogen-oxigen;
• elaborarea documentației suport de validare a tehnologiei de recombinare catalitica H2-O2;
• elaborarea documentației de transfer tehnologic;
• elaborarea documentației de brevetare tehnologie și recombinator catalitic.
© 2023 I.C.S.I. Rm. Vâlcea
|
