The object of research, development or design (in Russian) : композиционные водородопроницаемые мембраны на основе ниобия и тантала

The object of research, development or design (in Kazakh) : ниобий және тантал негізіндегі композициялық сутегіөткізгішті мембраналар

Aim of work (in Russian) : Создание конкурентоспособных композиционных водородопроницаемых мембран на основе ниобия и тантала, путем разработки разделительных слоев, обеспечивающих стабильность свойств каталитических, защитных покрытий на основе палладия, и схемы крепления мембраны к плоской подложке, способствующей равномерному распределению напряжений в мембране при дилатации

Aim of work (in Kazakh) : Мембрананың кеңейюі кезінде кернеулердің біркелкі таралуына ықпал ететін, палладий негізіндегі каталитикалық және қорғаныс жабындарының қасиеттерінің тұрақтылығын және мембрананы тегіс субстратқа бекіту сұлбасын қамтамасыз ететін бөлу қабаттарын жасау арқылы нобий мен тантал негізінде бәсекеге қабілетті композитті сутегі өткізгішті мембраналарды жасау

Методы исследования (на русском) : Получение композиционных мембран методом магнетронного напыления барьерных и каталитических слоев; измерение скорости потока водорода через мембрану с расчетом плотности потока и водородопроницаемости; исследование структуры и состава каталитических слоев методами растровой электронной микроскопии и микрозондового анализа.

Методы исследования (на казахском) : Тосқауыл және каталитикалық қабаттарды магнетронды шашырату арқылы композициялық мембраналарды алу; мембрана арқылы сутегі ағынының тығыздығы мен өткізгіштігін есептей отырып, жылдамдығын өлшеу; электронды микроскопия және микропробты талдау арқылы каталитикалық қабаттардың құрылымы мен құрамын зерттеу

Obtained results and novelty (in Russian) : Получены новые результаты о влиянии состава и толщины барьерных и каталитическтих слоев на водородопроницаемость и период работы мембран на основе ниобия и тантала. Изучена дилатация мембран

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Тосқауыл мен каталитикалық қабаттардың құрамы мен қалыңдығының сутегі өткізгіштігіне және ниобий мен тантал негізіндегі мембраналардың жұмыс істеу кезеңіне әсері бойынша жаңа нәтижелер алынды. Мембраналардың кеңеюі зерттелді

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Разработаны композиционные мембраны Ni/Ta/Ni, которые превосходят мембраны Pd/Ta/Pd по стабильности величины водородопроницаемости и по длительности работы при 550-580С при выделении водорода из газовых не агрессивных смесей. Разработан и собран многоячейковый мембранный модуль с двухкамерной конструкцией. Модуль построен на мембранах размером 120х120 мм. Детали модуля характеризуются простотой изготовления. Коэффициент использования площади мембран составляет 0,84. Мембранный модуль рассчитан на работу в инертной среде при температуре до 600С, а при замене алюминиевых уплотнительных шайб на медные температура эксплуатации может быть повышена до 800С, что позволит осуществлять паровую конверсию метана непосредственно на поверхности мембран. Предельное давление в камере высокого давления 500 кПа. Давление очищенного водорода на выходе 100 кПа. Cтоимость единичного и мелкосерийного изготовления мембранного модуля разработанной конструкции, собранного на базе мембран Ni 0,4 мкм/Ta 40мкм/Ni 0,4 мкм площадью 1,331 м2 составляет – 990 370 тг. Это ~20% дешевле мембран Pd 1,4 мкм/Ta 40мкм/Pd 1,4 мкм. Существенное снижение (до 40%) стоимости мембранного модуля может быть достигнуто в случае замены тантала на сплавы на основе ниобия, еще на ~25% возможно снижение стоимости в условиях серийного и крупносерийного производства.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : 550-580 °C кезінде агрессивті емес газ қоспаларынан босап шығатын сутектің өткізгіштігі мәнінің тұрақтылығы және жұмысының ұзақтығы Pd/Ta/Pd мембраналарынан жоғары болатын Ni/Ta/Ni композициялық мембраналары жасалды. Екі камералы конструкциялы, көп жасушалы мембраналық модуль жасалынып, құрастырылған. Модуль 120х120 мм өлшемді мембраналарға арналған. Модульдің бөлшектерін жасау оңайлығымен сипатталады. Мембрана аймағын пайдалану коэффициенті - 0,84. Мембраналық модуль инертті ортада 600С дейінгі температурада жұмыс істеуге арналған, ал алюминий тығыздағыш шайбаларды мыспен ауыстырған жағдайда, жұмыс температурасын 800С дейін арттыруға болады, бұл метан бу конверсияның мембрана бетіне тікелей айналуына мүмкіндік береді. Жоғары қысым камерасындағы шекті қысым 500 кПа құрайды. Шығымдағы тазартылған сутектің қысымы 100 кПа құрайды. Ni 0,4 мкм/Ta 40 мкм/Ni 0,4 мкм мембраналар негізінде құрастырылған, ауданы 1,331 м2 болатын бір даналы және кішігірім мембраналық модульдің өндіріс құны - 990 370 теңгені құрайды. Бұл Pd 1.4 мкм/Ta 40 мкм/Pd 1.4 мкм мембраналардан ~ 20% арзан. Танталды ниобий негізіндегі қорытпалармен алмастырған кезде мембраналық модульдің құнын айтарлықтай төмендетуге (40% дейін) қол жеткізуге болады, сериялық және ауқымды өндіріс жағдайында құнды тағы ~ 25% төмендеуі мүмкін.

Level of implementation (in Russian) : Опытная апробация. Проведены укрупненно-лабораторные испытания мембран Ni/Ta/Ni и мембранного модуля.

Level of implementation (in Kazakh) : Тәжірибелік апробация. Мембраналар мен мембраналық модульге арналған ауқымды- зертханалық сынақтар Ni/Ta/Ni өткізілді.

Efficiency (in Russian) : Полученные новые данные о влиянии различных факторов на характеристики композиционных мембран послужат созданию водородопроницаемых мембран, характеризующихся повышенным ресурсом эксплуатации и уменьшенным расходом драгоценного палладия для их производства.

Efficiency (in Kazakh) : Композициялық мембраналардың сипаттамаларына әр түрлі факторлардың әсері туралы алынған жаңа мәліметтер сутегі өткізгіш мембраналарды құруға қызмет етеді, олар қызмет ету мерзімінің жоғарылауымен және оларды өндіруге қымбат палладий шығынын төмендетумен сипатталады.

Field of application (in Russian) : Нефтехимическая промышленность, металлургические предприятия, термоядерный реактор, получение водорода для зеленой энергетики

Field of application (in Kazakh) : Мұнай-химия өнеркәсібі, металлургия кәсіпорындары, термоядролық реактор, жасыл энергияға арналған сутегі өндірісі