Разработка СВЧ плазмотрона для конверсии природного газа

Аникин, Алексей Викторович Отделение контроля и диагностики (ОКД)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Целью данной работы является разработка СВЧ плазмотрона для конверсии природного газа и исследованиe его потенциальных возможностей. Проанализированы схемы плазмотронов, разработана конструкция СВЧ плазмотрона.
Oпределены основные параметры конверсии природного газа в плазме СВЧ-разряда и разработана имитационная модель системы контроля технологических параметров конверсии природного газа.

Введение ……………………………………………………………………………………………………… 12
1. Обзор литературы…………………………………………………………………………………….. 14
2. Конверсия метана …………………………………………………………………………………….. 15
2.1 Методы конверсии природного газа ……………………………………………………. 15
2.2 Плазмотрон. ……………………………………………………………………………………….. 18
2.3 Типы плазмотронов…………………………………………………………………………….. 20
2.3.1 Высокочастотные плазмотроны ……………………………………………………….. 23
2.3.1.1 Высокочастотный факельный плазмотрон ……………………………………… 24
2.3.1.2 Высокочастотные индукционные (ВЧИ) плазмотрон. ……………………. 27
2.3.1.3 Высокочастотные ёмкостные (ВЧЕ) плазмотроны. ……………………….. 29
2.4 Сверхвысокочастотный плазмотрон. …………………………………………………… 31
2.5 Волноводный СВЧ плазмотрон для конверсии природного газа в
водород и углерод ……………………………………………………………………………………….. 33
2.5.1 Плазмотрон с пассивным инициированием СВЧ-разряда ………………….. 33
2.5.2. Плазмотрон с активным инициированием СВЧ-разряда …………………… 35
2.5.3 Плазмотрон с радиальным инициированием СВЧ-разряда ………………… 37
3. Расчет параметров волноводного СВЧ плазмотрона ……………………………….. 42
4. Разработка имитационной модели в National Instruments LabVIEW …………… 48
4.1 Порядок работы установки по получению метана водородного топлива. 49
4.2 Контроль технологических параметров процесса конверсии природного
газа. …………………………………………………………………………………………………………….. 53
4.2.1 ПРОГРАММНЫЙ КОД ……………………………………………………………………. 55
4.3. Продукты конверсии метана и сферы их применения …………………………. 61
4.3.1 Углеродный наноматериал………………………………………………………………. 61
4.3.2 Водород ………………………………………………………………………………………….. 64
5.Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение… 69
5.1 Потенциальные потребители результатов исследования ……………………… 69
5.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения……………………………………………….. 69
5.3 Технология QuaD ……………………………………………………………………………….. 70
5.4 SWOT – анализ ………………………………………………………………………………….. 72
5.5 Определение возможных альтернатив проведения научных исследований
……………………………………………………………………………………………………………………. 73
5.6 Планирование научно-исследовательских работ………………………………….. 75
5.6.1 Структура работ в рамках научного исследования …………………………. 75
5.6.2 Определение трудоёмкости выполнения работ …………………………………. 76
5.6.3 Бюджет научного исследования ……………………………………………………….. 79
5.7. Расчет материальных затрат ………………………………………………………………. 80
Расчет материальных затрат осуществляется по следующей формуле: ……. 80
5.7.1 Расчет затрат на специальное оборудование для научных
(экспериментальных) работ …………………………………………………………………………. 81
5.7.2 Основная заработная плата исполнителей темы ……………………………….. 82
5.7.3 Дополнительная заработная плата исполнителей темы……………………… 83
5.7.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) …………. 84
5.7.5 Накладные расходы …………………………………………………………………………. 85
5.8 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования …………………………. 86
Интегральный показатель ресурсоэффективности разработки: …………………. 86
6. Социальная ответственность ……………………………………………………………….. 89
6.1. Анализ выявленных вредных факторов при разработке и эксплуатации
проектируемого решения. ……………………………………………………………………………. 89
6.2. Анализ выявленных опасных факторов при разработке и эксплуатации
проектируемого решения. ……………………………………………………………………………. 93
6.3 Экологическая безопасность……………………………………………………………….. 95
6.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях……………………………………………. 95
6.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности. …….. 96
Заключение …………………………………………………………………………………………………. 99
Список публикаций ……………………………………………………………………………………. 101
Список используемых источников ……………………………………………………………… 102

В настоящее время доля использования газа, добываемого вместе с
нефтью на месторождениях не достигает показателей, определенных на
законодательном уровне. По официальным данным полезно используется не
более 80% добываемого попутно газа (нормативное значение – 95%). Сжигание
попутных нефтяных газов сопровождается расходованием кислорода и
выделением избыточного тепла. Это губительно сказывается на экологии
Земли, способствует усилению парникового эффекта. Перспективным способом
переработки природного газа является его конверсия в такие ценные продукты
как водород и углерод на основе использования плазмохимических процессов.
В связи с вступившим в действие постановление правительства РФ, от
01.01.2012 устанавливающее требование об утилизации 95% добываемого
попутного нефтяного газа, ограничивающее объем его сжигания в факелах на
месторождениях и повышающее платежи за сверхлимитное сжигание газа.
Природный газ это самое чистое по составу продуктов сгорания
ископаемое топливо, намного чище угля, и может использоваться в ряде
технологий генерации энергии, таких как паровые турбины, поршневые
двигатели и установки смешанного цикла. Целый ряд характеристик делает газ
идеальным дополнением для возобновляемых источников энергии. Последнее
время цены на газ меняются очень непредсказуемо и в достаточно большом
диапазоне, но недавние усовершенствования технологий бурения открыли
доступ к ранее недоступным месторождениям, благодаря чему многие
поверили в начало эпохи надёжного и недорогого природного газа.
В представленной работе для глубокой переработки углеводородного
газа на углерод и водород был выбран плазмохимический метод на основе
СВЧ – разряда. Данный метод определялся тем, что плазма имеет высокую
степень чистоты, простота получения плазмы с малыми удельными
энерговкладами и т.д.
Преимущества предлагаемой технологии открывает новые возможности
для переработки различного углеводородного сырья в ценные продукты с
высоким экономическим эффектом.
Целью данной выпускной квалифицированной работы является
исследование потенциальных возможностей СВЧ плазмотронов для конверсии
природного газа.
Объектом исследования выпускной работы – глубокая переработка
углеводородного газа с использованием плазмы.
Предмет исследования – волноводный СВЧ плазмотрон.
1. Обзор литературы

1. Природный газ является одним из ключевых энергоносителей в
мировой глобальной энергетике XXI века, роль которого с каждым годом
увеличивается, благодаря его эксплуатационным особенностям.
2. В дальнейшей перспективе на смену природному газу должно прийти
водородное топливо. Водород – самое эффективное и экологически чистое
топливо.
3. В России разработана технология адиабатической конверсии метана ,
производящая метано-водородное топливо (МВС) с содержанием водорода до
48%.
Данная технология существенно упрощает промышленный процесс
получения водорода, в отсутствии кислорода при атмосферном давлении

4. Проведенные эксперименты показали, что повышение содержания
водорода в МВС:

– расширяет пределы его горения;

– делает горение смеси устойчивым и при нормальном давлении;

– смесь сгорает при значительном содержании водяных паров (20-30%);

– позволяет при относительно небольшом снижении индекса Воббе
существенно уменьшить эмиссию СО2 за счет вывода углекислоты в процессе .

5. Интеграция технологий утилизации теплоты уходящих газов и
низкотемпературной адиабатической конверсии метана позволит создать
газотурбинную установку нового типа с высокими энергетическими и
экологическими показателями (технология «Тандем»).
Увеличение мощности газотурбинной установки по сравнению с
базовой ГТУ может составить до 70-80%, снижение расхода топлива – до 35-
40% при одновременном резком снижении эмиссии NOx (в 4-8 раз).
мобильные в труднодоступных райнов сибири и севера малотонажные
варианты
Список публикаций

1 Аникин А.В. , Шиян В. П. «СВЧ плазмотрон как средство глубокой
переработки углеводородных газов» V Всероссийская научно техническая
конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Неразрушающий
контроль: электронное приборостроение, технологии, безопасность», Томск,
23-28 Мая 2016. – Томск: ТПУ,2016

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Дмитрий М. БГАТУ 2001, электрификации, выпускник
    4.8 (17 отзывов)
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал стать... Читать все
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал статьи, патенты, кандидатскую диссертацию, преподавал. Занимаюсь этим с 2003.
    #Кандидатские #Магистерские
    19 Выполненных работ
    Олег Н. Томский политехнический университет 2000, Инженерно-эконо...
    4.7 (96 отзывов)
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Явл... Читать все
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Являюсь действующим преподавателем одного из ВУЗов.
    #Кандидатские #Магистерские
    177 Выполненных работ
    Катерина М. кандидат наук, доцент
    4.9 (522 отзыва)
    Кандидат технических наук. Специализируюсь на выполнении работ по метрологии и стандартизации
    Кандидат технических наук. Специализируюсь на выполнении работ по метрологии и стандартизации
    #Кандидатские #Магистерские
    836 Выполненных работ
    Елена С. Таганрогский институт управления и экономики Таганрогский...
    4.4 (93 отзыва)
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на напис... Читать все
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на написании курсовых и дипломных работ, а также диссертационных исследований.
    #Кандидатские #Магистерские
    158 Выполненных работ
    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ
    Дарья П. кандидат наук, доцент
    4.9 (20 отзывов)
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных... Читать все
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных исследований, связанных с журналистикой, филологией и литературой
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Сергей Н.
    4.8 (40 отзывов)
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных с... Читать все
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных статей в области экономики.
    #Кандидатские #Магистерские
    56 Выполненных работ
    Александр О. Спб государственный университет 1972, мат - мех, преподав...
    4.9 (66 отзывов)
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальн... Читать все
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальных уравнений. Умею быстро и четко выполнять сложные вычислительные работ
    #Кандидатские #Магистерские
    117 Выполненных работ
    Юлия К. ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск 2017, Институт естественных и т...
    5 (49 отзывов)
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - ин... Читать все
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - институт естественных и точных наук, защита диплома бакалавра по направлению элементоорганической химии; СПХФУ (СПХФА), 2020 г. - кафедра химической технологии, регулирование обращения лекарственных средств на фармацевтическом рынке, защита магистерской диссертации. При выполнении заказов на связи, отвечаю на все вопросы. Индивидуальный подход к каждому. Напишите - и мы договоримся!
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Разработка системы контроля параметров газоподачи в процессе добычи нефтепродуктов
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Магнитный контроль параметров ферромагнитных объектов методом высших гармоник
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Разработка проекта лаборатории технической томографии
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Дифракционный метод контроля диаметра протяженных изделий
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Моментный двигатель с ленточной намоткой
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Разработка системы цифровой радиографии проводов для воздушных линий электропередач
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Разработка метрологического обеспечения измерения эффективного атомного номера
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)