Ученые Росатома создали уникальный испытательный стенд для отработки технологии получения низкоуглеродного водорода из природного газа

Завершены автономные испытания, подтверждена готовность стенда к проведению исследований и начата реализация программы экспериментальных работ.

На площадке Протвинского филиала НИИ НПО «ЛУЧ» (входит в Научный дивизион госкорпорации «Росатом») завершено создание блочно-модульного испытательного стенда для отработки технологии производства низкоуглеродного водорода и водородсодержащих смесей с использованием тепла высокотемпературного газоохлаждаемого реактора (ВТГР). В разработке и создании стенда принимали участие специалисты ЦКБМ (входит в Машиностроительный дивизион Госкорпорации «Росатом») и сотрудники Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ, входит в Консорциум опорных вузов «Росатома»). Работы проводятся по заказу Электроэнергетического дивизиона «Росатома» в рамках инвестиционного проекта по созданию отечественных технологий для крупномасштабного производства и потребления водорода и водородсодержащих продуктов.

В составе стенда (производительностью по водороду 150 Нм³/ч с чистотой не менее 99,99 %) смонтированы отдельные блок-модули для отработки всех технологических стадий: подготовки компримированного природного газа, сероочистки, парового и парокислородного риформинга, среднетемпературной и низкотемпературной конверсии монооксида углерода, аминовой очистки и выделения водорода из водородсодержащей смеси. При создании стенда российские специалисты разработали уникальное оборудование, которое позволит проводить исследования нестационарных процессов, испытания катализаторов и сорбентов, изучать процессы теплообмена, газодинамики и горения.

Специалисты «Росатома» сформировали и начали реализацию программы экспериментальных работ на созданном стенде, рассчитанную на 2024–2025 гг. Результаты проводимых исследований будут использованы при валидации расчетных моделей, создании «цифровых двойников» и проектировании промышленных аппаратов химико-технологической части атомной энерготехнологической станции и крупнотоннажных установок получения синтез-газа, водорода, метанола и аммиака.

«Появление в России такого уникального стенда делает возможным не только отработку технических решений химико-технологической части атомной энерготехнологической станции с реактором ВТГР, но и позволяет организовать на его основе научно-испытательный центр для испытания в пилотном и опытно-промышленном масштабе и подтверждения показателей технологий переработки синтез-газа, выделения диоксида углерода, очистки и использования водорода. Наличие такого стенда существенно расширяет возможности «Росатома» по освоению соответствующих технологий, дает возможность разработчикам со всей страны на взаимовыгодной основе проводить испытания и отработку соответствующих процессов и катализаторов и служит обязательным условием для достижения технологической независимости нашей страны как в области водородных технологий, так и производства газохимической продукции с использованием низкоуглеродного атомного тепла», — подчеркнул научный руководитель по химико-технологической части АЭТС, научный консультант генерального директора АО «Концерн Росэнергоатом», член-корреспондент РАН Антон Максимов.

Разработанная специалистами Протвинского филиала АО «НИИ НПО «ЛУЧ» технологическая схема производства низкоуглеродного аммиака (как наиболее перспективного на мировом рынке водородсодержащего продукта) единичной производительностью технологической цепочки 2 500 тонн/сутки оптимизирована для использования в химико-технологической части (ХТЧ) высокопотенциального тепла, производимого высокотемпературным газоохлаждаемым реактором (единичной тепловой мощностью 200 МВт) в составе атомной энерготехнологической станции (АЭТС с ВТГР) или внешнего энергоисточника. Отличительной особенностью разработанной технологии производства низкоуглеродного аммиака с использованием тепла реактора ВТГР является применение современного оборудования (трубчатого конвективного риформера с реакционными трубами с рекуперацией тепла от автотермического риформинга, использование реакторов стабилизации и адиабатического риформинга), а также сниженные энергозатраты на выделение углекислоты и водорода.

Водородная энергетика — одно из приоритетных направлений научно-технологического развития «Росатома». Госкорпорация — один из технологических лидеров мировой экономики, поддерживает глобальную экологическую повестку перехода на низкоуглеродные технологии и реализует стратегическую программу по развитию водородной энергетики в России, которая включает развитие собственных технологических компетенций на всей цепочке поставок водорода и водородосодержащих продуктов, начиная от перспективных методов его производства, таких как электролиз, и заканчивая хранением и транспортировкой до локальных и зарубежных потребителей. Крупнейшие предприятия «Росатома» сегодня разрабатывают эффективные и конкурентоспособные на международном уровне решения в этой области, в том числе новые передовые электролизные системы.

Электроэнергетический дивизион Госкорпорации «Росатом» (АО «Концерн Росэнергоатом») с 2021 года реализует масштабный инвестиционный проект по разработке технологий водородной энергетики для крупномасштабного производства и потребления водорода и водородосодержащих продуктов. В рамках комплексного проекта ведется разработка технологических решений для создания атомной энерготехнологической станции (АЭТС) с высокотемпературным газоохлаждаемым реактором (ВТГР) и химико-технологической частью (ХТЧ) для производства водородсодержащих продуктов и аммиака (включая разработку технологии производства топлива ВТГР и технологии конверсии метана), разработка линейки высокоэффективных электролизных установок, топливных элементов, систем хранения и транспортировки водорода, а также проводятся исследования по системному обеспечению функционирования и безопасности водородной энергетики.

Работа Научного дивизиона Госкорпорации «Росатом» связана с инновационным развитием и технологическим лидерством Госкорпорации. Среди его основных задач до 2030 года — увеличение конкурентоспособности российской продукции и услуг на атомном энергетическом рынке и в сфере радиационных проектов за счет развития технологий и модернизации инфраструктуры, повышение эффективности проводимых исследований и разработок, активная коммерциализация научных результатов. Управляющая компания Научного дивизиона — АО «Росатом Наука» — координирует деятельность десяти научных институтов и центров, которые проводят исследования в области ядерной физики, физики плазмы и лазеров, водородной энергетики, ядерной медицины, новых материалов, адаптивной оптики, газо-, гидро- и термодинамики, радиохимии и многих других.

АО «НИИ НПО «ЛУЧ» (Акционерное общество «Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение «ЛУЧ») решает задачи по разработке и обеспечению атомной промышленности тепловыделяющими элементами и сборками для ядерных энергетических установок, а также создает топливные композиции для твэлов нового поколения. АО «НИИ НПО «ЛУЧ» является уникальным комплексом современных технологий на основе монокристаллических и высокотемпературных материалов. Ключевыми технологиями являются: изготовление плотного ядерного топлива, производство керамического ядерного топлива, электровакуумных приборов и источников тока, лазерной крупногабаритной оптики и адаптивных оптических систем; переработка необлученных ядерных материалов; создание контрольно-измерительных приборов для ядерных установок (термометров сопротивления, термопар, расходомеров, уровнемеров и др.); создание установок получения водорода для «зеленой» энергетики; создание топлива для перспективных реакторных установок (ВТГР, АСММ, ВВЭР-СКД).

Инновационные технологии Госкорпорации «Росатом» основаны на передовых достижениях российской атомной науки. Четкое взаимодействие промышленных предприятий с научно-исследовательскими институтами помогает укреплять технологический суверенитет страны, повышать конкурентоспособность отечественной атомной отрасли.

Центральное конструкторское бюро машиностроения (ЦКБМ) располагает многопрофильным конструкторским коллективом, собственной исследовательской, экспериментальной и производственной базой. Является разработчиком и изготовителем главных циркуляционных насосов для реакторов ВВЭР, проектирует и производит герметичные, консольные, питательные и аварийные насосы для атомных станций, а также широкий спектр дистанционно управляемого оборудования для работы с радиоактивными материалами, предлагает новые технологические решения в различных областях промышленности. Входит в Машиностроительный дивизион «Росатома».

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ) - один из лидеров инженерно-технического образования. Входит в Консорциум опорных вузов Госкорпорации «Росатом». В Институте машиностроения, материалов и транспорта университета действуют четыре высшие школы, за плечами которых многолетний опыт работы в области исследования и проектирования новых изделий, разработка технологий и создание новых образовательных программ. На сегодняшний день высшие школы располагают передовым оборудованием и хорошо оснащенными лабораториями, которые позволяют сделать подготовку будущих специалистов максимально эффективной.

Передовая инженерная школа Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого была создана для решения актуальных инженерных задач предприятий высокотехнологичной промышленности России и развития нового типа инженерной подготовки за счет цифровой трансформации образовательных подходов и технологий. При поддержке ЦКБМ в Передовой инженерной школе СПбПУ организована новая программа магистратуры «Цифровой инжиниринг основного технологического оборудования водородных технологий и энергетических систем нового поколения» и ведутся работы по созданию лаборатории по изучению химических технологий для проектов в области водородной энергетики с применением цифровых решений.