| |
|
|
|
| |
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
Лаборатория физико-химической гидродинамики |
|
|
| |
Основная цель работы лаборатории – исследование тепломассообмена энергосберегающих процессов и геотехнологий извлечения ценных компонентов их гидротермальных растворов.
Направления работ
1. Исследование гидродинамики и тепломассообмена аппаратов с активными гидродинамическими режимами для создания эффективных технологических устройств с целью обогащения гидротермальных флюидов и дисперсных систем для комплексного использования их ресурсов.
2. Исследование процессов деструкции силикатных каркасов природного сырья с целью повышения степени извлечения ценных компонентов и комплексности использования ресурсов.
3. Разработка технико-технологических методов защиты окружающей среды при освоении природных ресурсов в условиях Курило-Камчатского региона.
Лаборатория существует с июля 1991 года. За время существования сотрудниками лаборатории опубликовано 10 монографий, 2 учебных пособия, более 140 статей в журналах и сборниках, получено 14 патентов и авторских свидетельства на изобретения. Под научным руководством и консультантством сотрудников лаборатории защищены 6 кандидатских и одна докторская диссертация. Результаты работ внедрены в промышленность: очистка жидких радиоактивных отходов на заводе «Горняк» в 1997 г., и вихревой сепаратор ВСЛ-41/05 для разделения пароводяной смеси с целью повышения эффективности работы Мутновской геотермальной электростанции в 2005 г.
|
|
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ ЛАБОРАТОРИИ ФХГД
1. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРИ КОНДЕНСАЦИОННЫХ МЕТОДАХ ОБОГАЩЕНИЯ
По химическому составу многие геотермальные флюиды являются носителями ценных химических соединений, в частности, ультракислые геотермальные растворы и конденсаты вулканических газов могут использоваться в качестве готовых реагентов в гидрометаллургических технологиях. Определенные типы высокотемпературных геотермальных теплоносителей содержат до нескольких граммов серной кислоты на литр конденсата и до нескольких миллиграммов плавиковой. Например, конденсаты вулканического геотермального теплоносителя вулкана Мутновский представляют концентрат следующего состава, кг/м3: Zп - 7,5; Сd 0,75; Вi- 0,05; В-0,012; Au - 0,0025; НF - 28; НСl - 344; H2SO4 550.
Существующие химические и сорбционные методики извлечения химических соединений из геотермальных флюидов труднореализуемы даже в лабораторных условиях в связи с высоким расходом флюидов, их значительной начальной температурой (до 300 °С и более) и высокой минерализацией (более 30 г/кг). Поэтому, учитывая преобладающую растворимость химических соединений в жидкой фазе потока, оптимальным методом их извлечения является частичная конденсация. При этом химические соединения накапливаются в образующемся конденсате в виде концентрата, а энтальпия основной части потока сохраняется для получения электроэнергии.
При работе с высокотемпературными геотермальными флюидами процессы частичной конденсации могут рассматриваться как процессы полифункционального обогащения, как в плане получения очищенного, высококачественного теплоносителя, так и получения объединенного концентрата химических соединений. Получение аналогичных концентратов традиционными методами на несколько порядков дороже при учете затрат на добычу минерального сырья, его измельчение, обогащение и применение гидрохимических процессов. С целью разработки технико-технологических основ процессов частичной конденсации создан стенд, схема которого представлена на рис. 1.
Она состоит из следующих основных блоков: паровой и водяной систем, циклона (вихревой камеры) и приборной доски 13. Циклон состоит из двух сопловых обойм с тангенциальными вводами 1 и 2, четырех рабочих секций А-D, представляющих собой цилиндрические обоймы с рубашками охлаждения и встроенными термопарами, и приемного бака с трубопроводами дренажа жидкости и пара 3. Паровая система включает: автоклав-парогенератор 4; сепаратор пара циклонного типа 5; систему догревания пара, состоящую из догревателя 6 и терморегулятора 7. Водяная система охлаждения является оборотной и состоит из верхнего напорного 8 и нижнего приемного 9 баков; насоснорегулирующей станции 10; радиатора 11; бака.
|
|
|
|
|
|
Рис. 1. Схема экспериментальной вихревой установки |
Рис. 2. Внешний вид установки |
|
|
Сравнение эффективности теплоотдачи при конденсации в различных аппаратах показало: при малых расходах рабочей среды вихревой конденсатор менее эффективен, чем прямоточный; при больших расходах (когда в процесс конденсации вовлекается вся теплообменная поверхность) их эффективность сравнивается; на критических режимах (при конденсации с заметным количеством избыточного пара, что соответствует процессу частичной конденсации при полифункциональном обогащении геотермальных флюидов или при малом температурном напоре хладоносителя) вихревые устройства превосходят традиционные прямоточные аппараты. При этом аппараты ВЗПп наиболее эффективны, коэффициент теплоотдачи в них может достигать максимально возможных для пленочной конденсации значений (до 20000 Вт/(м2·°С) и более).
|
2. ВИХРЕВЫЕ СПЕКТРАЛЬНЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
Разработаны и испытаны в лабораторных и полупромышленных условиях вихревые спектральные аппараты, позволяющие вести процессы обогащения и классификации дисперсных материалов фракционным составом 0,03мм. (Рис.3а,б). Вихревой спектральный аппарат для разделения минеральной смеси зерен с различным удельным весом в узком диапазоне изменения фракционного состава представляет собой следующую конструкцию: нижняя часть корпуса имеет четыре тангенциальных ввода (7), через которые осуществляется подача пульпы в нижнюю вихревую камеру (6), где она приобретает вращательное движение и выбрасывается через сопло в пространство кожуха, где кольцевой разделительной шайбой (3) делится на два потока. Поток с более тяжёлой дисперсной фазой уходит в подмембранное пространство и поступает в объём конусообразного сборника (4), откуда через патрубок (8) выводится из аппарата. Избыток воды по патрубку (2) выводится из аппарата, при малых расходах потока патрубок (2) перекрывается и разгрузка осуществляется только через патрубки (5) и (8). Поток с более лёгкой дисперсной фазой уходит в надмембранное пространство и через патрубок (5) выводится из аппарата. В ходе экспериментов варьировались высота цилиндрического сопла по отношению к плоскости мембраны благодаря набору шайб различной толщины, соответствующих диаметру сопла и внутренний диаметр отверстий кольцевых мембран.
При помощи крепления обечаек с тангенциальными вводами (9) к аппаратам можно было организовать структуру потока в них на принципе взаимодействия закрученных потоков (ВЗП) (см. рис. 3б).
Для проведения экспериментов модели использовали схему изображенную на рис. 4.
Установка подключается к водопроводной сети. После заполнения бака (5), вода насосом (6) через магистраль (13) подается в напорный бак (14), откуда через патрубок (15) и ротаметр (7) поступает в смеситель (8). Расход воды регулируется краном исходя из показаний ротаметра (7). В смеситель (8) дисперсный материал подаётся через патрубок (9), где смешивается с водой и подается через четыре патрубка в вихревой аппарат (1), где за счет тангенциальной подачи приобретается вращательное движение и происходит разделение смеси. Надмембранный поток собирается в ёмкости (3) откуда через патрубок (11) по трубопроводу (12) поступает в ёмкость (5). Подмембранный поток через патрубок (2) по трубопроводу поступает в ёмкость (4).
В ёмкостях (4,5) происходит оседание дисперсных материалов, а вода собирается в баке (5) откуда насосом (6) подаётся в бак (14) для дальнейшего ведения сепарационного процесса. Избыток воды отводится из аппарата по магистраль (16). При расходах менее 0,12м3/час магистраль (16) блокируется, и расход осуществляется через только патрубки вывода дисперсного материала.
Использование комплекса спектрально-вихревых аппаратов на сливах эфелей одной из драг Херпучинского прииска дало возможность получить концентраты с содержанием золота до 690г/т. |
|
|
|
|
Рис. 3. Схемы спектральных вихревых аппаратов для процессов сепарации (а - мембранный вихревой аппарат; б - мембранный аппарат ВЗП)
1 - корпус аппарата; 2 - патрубок вывода воды; 3 - кольцевая мембрана; 4 - конусообразный сборник; 5 - патрубок вывода лёгкой фракции; 6 - нижняя вихревая камера; 7 - нижний тангенциальный патрубок; 8 - патрубок вывода тяжёлой фракции; 9 - тангенциальный шлиц ввода вторичного потока;10 - патрубок вторичного потока |
Рис. 4. Принципиальная технологическая схема стенда спектральных аппаратов для ведения процессов сепарации
1 - вихревой аппарат; 2 - патрубок вывода под мембранного потока; 3 - ёмкость сбора над мембранного потока; 4 - ёмкость сбора пол мембранного потока; 5 - коллекторная ёмкость; 6 - циркуляционный насос; 7 - ротаметр; 8 - смеситель; 9 - патрубок подвода дисперсного материала; 10 - патрубки тангенциального ввода воды; 11 - патрубок вывода над мембранного потока; 12 - трубопровод отвода над мембранного потока; 13 - рециркуляционная магистраль; 14 - напорный бак; 15 - питательный патрубок; 16 - линия отвода воды |
|
|
Сепаратор пароводяной смеси ВСЛ-41/05 установлен в рабочую магистраль Мутновской геотермальной электростанции. На основании расчётов и рабочих эскизов, представленных заместителем директора Научно-исследовательского геотехнологического центра ДВО РАН, д.т.н., профессором Латкиным А.С., ОАО «Геотерм» изготовил, смонтировал и установил на Мутновской ГеоЭС вихревой вертикальный сепаратор ВСЛ-41/05 (вихревой сепаратор Латкина). В ноябре 2005 года сепаратор введён в работу ВСЛ-41/05. Запуск сепаратора позволил сократить степень водонасыщение пароводяной смеси в трубопроводе к сепаратору №2 I ступени Мутновской геотермальной электрической станции и уменьшить его водную нагрузку на 20%.
|
|
|
Вихревой сепаратор Латкина |
Лабораторная электродиализная установка для извлечения кремнезёма из сепарата Мутновской геотермальной электростанции. На основании проведённых экспериментов сотрудниками ЛФХГ НИГТЦ ДВО РАН в период 2004-2006гг. в настоящее время на Мутновской ГеоЭС изготавливается укрупнённая промышленная установка |
|
| Экспериментальная установка для изучения теплообмена геотермального конденсата при движении в плёнке. Проводимые на ней эксперименты сотрудниками лаборатории ФХГД предназначены для разработки устройств для повышения эффективности работы Мутновской ГеоЭС |
|
| |
| |
| |
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ СОТРУДНИКА ЛАБОРАТОРИИ ФХГД ТАРАНОВА С.Р.
1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕЙЗЕРИТА В КАЧЕСТВЕ НОСИТЕЛЯ КАТАЛИЗАТОРА
Исследована возможность использования природной и техногенной форм гейзерита в качестве носителя катализатора. Был получен патент на изобретение (Патент РФ №2254921 Носитель для катализатора. 27.06.2005). Разработка была удостоена серебряной медали VI Московского международного салона инноваций и инвестиций. |
|
|
Кальдера вулкана Карымский - крупнейшее в мире месторождение природного гейзерита |
Верхне-Мутновская ГеоЭС - пример функционирующего источника техногенного гейзерита |
|
|
Природный гейзерит |
Техногенный гейзерит |
2. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОНДЕНСАТОВ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ ФЛЮИДОВ ПРИ РАЗРУШЕНИИ ГОРНЫХ ПОРОД
В лаборатории ФХГД исследуются перспективы использования конденсатов высокотемпературных геотермальных флюидов при разрушении горных пород с целью извлечения ценных компонентов из бедных и труднообогатимых видов рудного сырья. |
|
|
Гранит - разрушение гранитной породы при воздействии модельного раствора |
Технологическая схема переработки природного сырья на основе предложенной технологии |
|
| |
|
|
|
| Сотрудники лаборатории |
| заведующий лабораторией |
старший научный сотрудник |
младший научный сотрудник |
 |
 |
 |
| д.т.н., профессор Алекcандр Сергеевич Латкин |
к.г.-м.н. Азиз Азизович Алискеров |
Сергей Рудольфович Таранов |
| |
|
|
| младший научный сотрудник |
аспирант |
|
 |
 |
|
| Светлана Юрьевна Лифановская |
Павел Валерьевич Муратов |
|
| |
|
|
|
наверх |
|
|
