Разработка СВЧ плазмотрона для конверсии природного газа

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

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