Экспериментальные исследования модифицированного углеродного сорбента для регенерации и рецикла рабочих тел энергетических циклов

В рамках проекта проведены фундаментальные экспериментальные исследования свойств модифицированного углеродного сорбента для ряда перспективных фторсодержащих рабочих тел. Был проведен аналитический анализ данных о сорбентах, применяемых в процессах очистки, регенерации и рецикла рабочих тел энергетических циклов. Результатом анализа стал выбор наиболее эффективного и доступного, отечественного типа сорбентов – модифицированный углеродный сорбент класса СКТ. Также были проанализированы литературные источники и экспериментальные данные по наработке характерных примесей в фторсодержащих рабочих веществах (наиболее тщательно были исследованы примеси и продукты разложения элегаза, как наиболее распространенного и доступного фторсодержащего рабочего вещества). Методом масс-спектрометрии был определен наиболее удобный маркер начала разложения фторсодержащих веществ. На основании этих данных были созданы смеси-имитаторы загрязненных рабочих тел с контролем их состава методом масс-спектрометрии. Кроме того, был выполнен анализ методик изучения процессов сорбции-десорбции на основных сорбентах, на основании которого была разработана математическая модель поверхности модифицированного углеродного сорбента. На основе эскизного проекта лабораторного стенда по исследованию свойств выбранного сорбента были изготовлены детали стенда, смонтирован сам стенд и проверена его работоспособность на различных фторсодержащих рабочих веществах. Были проведены эксперименты по адсорбции (десорбции) фторсодержащих рабочих веществ на выбранном сорбенте, которые подтвердили применимость разработанной на первом этапе расчетной методики адсорбции (десорбции), реализованной в программном модуле SORB-MATHCAD. На основе полученных экспериментальных данных были определены сорбционная емкость выбранного сорбента на различных фторсодержащих веществах и скорость процессов адсорбции и десорбции. Обнаружен и исследован двустадийный характер поглощения фторсодержащих рабочих веществ, состоящий из полимолекулярной адсорбции в микропорах сорбента и капиллярной конденсации вещества в мезопорах. На основе полученных фундаментальных данных разработана и создана экспериментальная рабочая установка, предназначенная для регенерации и рецикла рабочих тел, возврата рабочих тел в энергетический цикл, а также проверки стойкости сорбента в условиях многократного повторения цикла сорбция-десорбция. Экспериментальная рабочая установка позволяет: получить данные о измененных свойствах рабочих тел методом масс-спектрометрического анализа, проверить соответствие предложенной технологической схемы международным природоохранным требованиям, а также нормам МЭК. Результаты работы дают основания для начала производства конкурентоспособного отечественного сорбционного оборудования, не требующего дефицитных и сложных комплектующих, используемого в высоковольтной, атомной, холодильной и низкопотенциальной энергетике.