Государственная корпорация по атомной энергии Росатом ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ

Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом» ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ– ФИЗИКО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени А. И. Лейпунского Результаты работ по комплексному проекту: РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ТОНКОЙ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ ОТ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ И ПОДГОТОВКА К ЕГО ПРОИЗВОДСТВУ Госконтракт № 02. 526. 11. 6001 от 16. 05. 07 (лот № 1) Шифр темы 2007 -6 -2. 6 -08 -01 -005 Головной исполнитель: ФГУП «ГНЦ РФ-ФЭИ» Соисполнители: ООО «ОЦНТ» , МЭИ, РНЦ КИ, ИАТЭ, ИФХЭ РАН, ЗАО «Фильтр» . Докладчик: Начальник лаборатории фильтрации жидкостей и газов Ягодкин Иван Васильевич 13. 11. 2008 г. , г. Москва

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КОМПЛЕКСНОГО ПРОЕКТА Подготовка производства: НИР • бессепараторных аэрозольных фильтров; • фильтров-адсорберов с выемным сорбционным модулем; • высокотемпературных сорбентов; • фильтроэлементов для очистки жидких и газовых сред; • систем очистки широкого класса технических жидкостей. • выполнение комплекса НИР по обоснованию методов очистки основанных на: - электрофизическом и фотокаталитическом воздействии на примеси очищаемой среды, - тангенциальном разделении дисперсной среды • разработка систем удаления водорода для высокотемпературных паротурбинных установок и технологических помещений ЦЕЛИ ОКР • создание мембранных фильтроэлементов, работоспособных в агрессивных средах, при повышенных температурах (до 600°С и выше); • разработка систем комплексной очистки газовых сред для ТЭС и АЭС. Индикаторы проекта: • участие в выполнении работ ведущих научных центров страны РНЦ «Курчатовский институт» , ИФХЭ РАН; высших учебных заведений МЭИ, ИАТЭ; профильных промышленных предприятий ЗАО «Фильтр» , ЗАО «Сорбент» , ФГУП «Красная звезда» , завод «Точмаш» и др. ; • участие молодежных коллективов (студенты, аспиранты, молодые ученые и специалисты); • введение пособий в учебные программы по результатам выполненных работ Госконтракта; • патенты, публикации, диссертации и др.

ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ФИЛЬТРАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ И ГАЗОВ 1. Аэрозольный фильтр Преимущества : - снижение себестоимости на 30%: -высокая химическая стойкость: -повышенный ресурс (более 2 лет); -низкое аэродинамические сопротивление (до 400 Па) ЗАО «Фильтр» 2. Фильтр-сорбер Преимущества: -работоспособность в условиях повышенной влажности (до 95%); -обеспечена ремонтопригодность за счет выемной секции ГНЦ ФР-ФЭИ 3. Сорбент Преимущества: 4. Фильтроэлемент • высокая термостойкость до 3000 С; • трудногорючесть; • возможность работы в условиях повышенной влажности (до 95% для гидрофобизированного угля); Преимущества: • высокая тонкость фильтрации (до 0, 1 мкм) • механическая прочность в широком интервале температур и давлений; • высокая износостойкость мембран; ГНЦ ФР-ФЭИ

Производство аэрозольных фильтров гибочный пресс для изготовления корпусов фильтров Линия сборки аэрозольных фильтров Испытательный стенд для контроля основных параметров аэрозольных фильтров

АЭРОЗОЛЬНЫЕ ФИЛЬТРЫ ФАС-В-3500 Промышленная партия Технические характеристики Наименование 1 Номинальная производительность фильтра по воздуху, м 3/ч 2 Эффективность очистки по наиболее проникающим частицам (0, 3 мкм), % 3 Сопротивление потоку воздуха при номинальной производительности, не более, Па 4 Устойчивость к максимально допустимым внешним воздействующим факторам (климатическим и механическим) с сохранением эффективности очистки, % 5 Ресурс, год, не менее 6 Габариты, мм 7 Масса фильтра кг, не более Величина по ТУ Результаты квалиф. испытаний 3 500± 50 3500 не менее 99, 95 99, 96 450 410 не менее 99, 95 99, 96 2 - 636× 610× 572 20 19, 5 Заключен договор на поставку 200 фильтров на Игналинскую АЭ

СТЕНД ГНЦ РФ-ФЭИ «СИАФ-1» ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ АЭРОЗОЛЬНЫХ ФИЛЬТРОВ И ФИЛЬТРОМАТЕРИАЛОВ

ЭТАПЫ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА В ГНЦ РФ-ФЭИ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Выбор площадки для подготовки производства. Проектно-сметная документация производственного участка на каждый вид продукции. Техпроцесс. Реконструкция и ремонт помещений производственных участков. Закупка оборудования. Монтаж, пуско-наладка. Изготовление установочной партии. Квалификационные испытания. Сертификация продукции.

Заводское оборудование по производству фильтров-адсорберов АУИ-1500 -ВМ Вибрационный станок Сварочный пост Карусельный станок Гибочный станок

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС СБОРКИ ФИЛЬТРА-АДСОРБЕРА АУИ-1500 ВМ Выемной модуль фильтра-адсорбера Установка выемного модуля с сорбентом в корпус фильтра Фильтр-адсорбер в сборе

ХАРАКТЕРИСТИКА ФИЛЬТРА-АДСОРБЕРА АУИ-1500 -ВМ Фильтр-адсорбер АУИ-1500 -ВМ № п/п Наименование параметра Величина 1. Номинальная производительность фильтра-адсорбера по воздуху, м 3 /ч 1500 2. Аэродинамическое сопротивление потоку воздуха, Па, не более 2700 Эффективность, % 3. Для очистки воздуха от радиоактивного йода - по молекулярному йоду 99, 9 - по органическим соединениям йода (проверяется по йодистому метилу) 99, 0 4. Температура рабочая очищаемого воздуха, ОС, не более + 90 5. Относительная влажность очищаемого воздуха, %, не более 90 6. Ресурс фильтра-адсорбера, лет, не менее 2 7. Сорбент - активированный уголь - 8. Высота слоя сорбента, мм 360 9. Масса сорбента, кг, не менее 155 10. Масса фильтра-адсорбера, кг, не более 430

СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОРБЕНТА Участок просеивания силикагеля и фракционирования сорбента 3600 Участок подготовки растворов Последовательность выполнения операций Просеивание и засыпка силикагеля в бак, емкостью 26 л. Участок сушки сорбента Подготовка растворов Пропитка и перемешивание Складирование готового сорбента Участок перемешивания Участок упаковки сорбента Изготовление Вход Фракционирование сорбентов Контроль Упаковка Складирование исходных материалов Складирование хим. реактивов Разработаны технологические режимы серийного производства сорбента при односменной работе - 20 т. в год. Разработана КД на установку

ПОМЕЩЕНИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СОРБЕНТА Помещение изготовления сорбента Сушка сорбента Виброоборудование сортировки сорбента Шкаф для подготовки модификации сорбента импрегнантами

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ СОРБЕНТЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ РАДИОАКТИВНОГО ЙОДА Силикагель (импрегнант Ag, Ni+Ag) Свойства: • высокая термостойкость - до 3000 С (не имеет аналогов); • трудногорючесть; • возможность работы в условиях повышенной влажности - до 95%; • эффективность очистки по йоду: молекулярная форма - 99, 9% метилиодид - 99, 0 %

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЦИКЛ ПРОИЗВОДСТВА ФИЛЬТРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ С НАНОСТРУКТУРНЫМИ МЕМБРАНАМИ Исходное сырье Склад сырья Приварка адаптеров Цикл нанесения мембран на пористые подложки Заполнение форм Торцевание подложек в размер Охлаждение и упаковка фильтроэлементов Спекание пористых подложек Выталкивание подложек из форм Складирование Потребителю

ОСВОЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА МЕМБРАННЫХ ФИЛЬТРОЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРИСТЫХ ПОДЛОЖЕК Выталкивание пористой подложки Загрузка формы Р Исходный порошок полиэтилена Спекание Т, t Р Для изготовления пористой подложки используется порошок сверхвысокомолекулярного полиэтилена.

ПРОИЗВОДСТВО ПОРИСТОЙ ПОДЛОЖКИ ДЛЯ ФИЛЬТРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ С НАНОСТРУКТУРНЫМИ МЕМБРАНАМИ Загрузка порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена в формы для спекания Пористые подложки готовые к нанесению наноструктурных мембран Спекание пористых подложек в сушильных шкафах, типа Binder Выталкивание пористой подложки из формы Присоединение адаптеров к пористой подложке

НАНЕСЕНИЕ НАНОСТРУКТУРНЫХ МЕМБРАН НА ПОРИСТУЮ ПОДЛОЖКУ Установка «Булат-6» , вакуумного нанесения наноструктурных мембран Установка «Булат-6» с загруженными подложками из спеченного полиэтилена Изготовлена установочная партия (200 шт. ) фильтрующих элементов МФЭ – 0. 1 наноструктурная мембрана – (Ti. N, Al. N) пористая подложка – спеченный сверхвысокомолекулярный полиэтилен низкого давления Заключены первые договора на поставку фильтрующих элементов МФЭ – 0. 1

АНАЛИЗ РЫНКА ФИЛЬТРАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ВЕНТСИСТЕМ ДЕЙСТВУЮЩИХ АЭС И РАДИОХИМИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ. ФАС-3500 (в год) блоков Шт. на 1 блок Цена, тыс. руб, (без НДС) Цена, $ Сумма, тыс. руб. Сумма, тыс. $ Россия (АЭС) 30 100 19, 5 722 58 500 2 166 Украина (АЭС) 15 100 19, 5 722 29 250 1 083 Восточная Европа (АЭС) 800 19, 5 722 15 600 577, 6 Радиохимия 500 19, 5 722 9 750 361 113 100 4 187, 6 ИТОГО АУИ-1500 ВМ (одноразования замена на всех блоках АЭС блоков Шт. Цена, тыс. руб, (без НДС) Цена, $ Сумма, тыс. руб. Сумма, тыс. $ Россия (АЭС) 30 100 300 11, 111 900 000 33 333 Украина (АЭС) 15 100 300 11, 111 450 000 16 666, 5 ИТОГО 1 350 000 49 999, 5 Замена угольного сорбента физхимином в выемном модуле АУИ-1500 ВМ (1 раз в 5 лет, 1/3 от общей загрузки угольного сорбента) блоков Число заменяемых выемных блоков в АУИ в год, ш. Цена выемного блока , тыс. руб, (без НДС) Цена, $ Сумма, тыс. руб. Сумма, тыс. $ Россия (АЭС) 30 120 130 4815 15 600 577, 777 Украина (АЭС) 15 60 130 4815 7 800 288, 888 2 600 96, 296 26 000 962, 961 Радиохимия 2000 кг/год ИТОГО

ОЦЕНКА РЫНКА СИСТЕМ ОЧИСТКИ ВОДЫ НА ОСНОВЕ ФИЛЬТРОЭЛЕМЕНТОВ Система очистки Цена Количество Сумма 1. Фильтроэлемент 1 000 руб. /шт. 100 000 шт. в год 100 млн. руб. /год 2. Фильтры бытовые 5 000 руб. /шт. 100 000 шт. в год 500 млн. руб. /год 3. Система безреагентной очистки для детских садов 100 т. руб. /шт. 13 000 шт. 1. 3 трлн. руб. 4. Система безреагентной очистки для школ и вузов 100 т. руб. /шт. 14 000 шт. 1. 4 трлн. руб. ИТОГО 600 млн. руб. /год 2. 7 трлн. руб.

Опытные образцы Государственные приемочные испытания

Опытный образец № 1 МЕМБРАННЫЙ САМООЧИЩАЮЩИЙСЯ ФИЛЬТР МСФ – 0. 1 Внешний вид фильтра Результаты приемочных испытаний Наименование Производительность Допустимый перепад давления Максимальная рабочая температура Масса без заполнения водой Фильтрующий элемент: – тонкость очистки; – эффективность очистки от взвесей; – объемная пористость мембраны; – материал мембраны Требования ТЗ Результат приемочных испытаний ~ 100 л/ч 110 л/ч 0, 2 – 0, 7 МПа ≤ 80º С 3, 5 кг 3, 4 кг МФЭ – 0. 1 0, 1 – 0, 25 мкм не менее 99, 95 % 10 – 13 об. % Al. N, Ti. N МФЭ – 0. 1 0, 2 мкм 99, 97 % 12 об. % Al. N, Ti. N Корпус фильтра выполнен из нержавеющей стали 1 Х 18 Н 10 Т Ресурс корпусных изделий фильтра – не менее 10 лет Конструкция фильтра позволяет проводить многократную регенерацию (очистку) фильтрующего элемента от загрязнений обратным гидроимпульсным ударом

Опытный образец № 2 МОДУЛЬ ИОННО-ФИЛЬТРОВАЛЬНОЙ ОЧИСТКИ Результаты приемочных испытаний № п/п 1 2 3 4 Наименование характеристики Номинальный расход фильтруемой среды ( приведенный к нормальным условиям Т=20°С, P=0, 1 МПа), м 3/ч Эффективность очистки от частиц диаметром 1. 0 мкм при номинальном расходе фильтруемой среды, %, не менее Перепад давления при номинальном расходе фильтруемой среды, Па, не более Максимальное напряжение подаваемое на секцию коронирующих электродов, к. В Требования по ТЗ Результаты испытаний 1500 1520 90, 0 91, 6 100 52 до 20, 0 16 5 Сопротивление изоляции цепей электропитания относительно корпуса, не менее, МОм 20 106 6 Потребляемая мощность при напряжении питании 220 В/ 50 Гц, к. Вт, не более, к. Вт Массогабаритные характеристики: -габаритные размеры, мм, не более -масса, кг, не более 1 0, 03 602 х636 х340 15 602 х636 х340 12 7

Опытный образец № 3 МОДУЛЬ СОРБЦИОННО-УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ОЧИСТКИ Результаты приемочных испытаний № п/п 1 2 3 4 5 Наименование характеристики Номинальный расход фильтруемой среды (приведенный к нормальным условиям Т=20°С, P=0, 1 МПа), м 3/ч Степень очистки при номинальном расходе фильтруемой среды, %, не менее *: -по молекулярному йоду -по органическим соединениям йода (йодистому метилу) Перепад давления при номинальном расходе фильтруемой среды, Па, не более Требования по ТЗ Результаты испытаний 1500 1520 99, 95 99, 9 250 110 Потребляемая мощность при напряжении питании 220 В/ 50 Гц, к. Вт, не более 1, 0 0, 6 Массогабаритные характеристики **: -габаритные размеры, мм, не более -масса, кг, не более 765 х1200 100 765 х1080 58 Примечания: - для секции сорбционной очистки и модуля сорбционно-ультрафиолетовой очистки в сборе; ** - массогабаритные характеристики модуля сорбционно-ультрафиолетовой очистки без корпусов.

Опытный образец № 4 ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ СОРБЕНТЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ РАДИОАКТИВНОГО ЙОДА Силикагель (импрегнант Ag) Свойства: • высокая термостойкость - до 3000 С (не имеет аналогов); • трудногорючесть; • возможность работы в условиях повышенной влажности - до 95%; • эффективность очистки по йоду: молекулярная форма - 99, 9% Силикагель (импрегнант Ni+Ag) метилиодид - 99, 0 %

НИР НА ПЕРСПЕКТИВУ И РАЗВИТИЕ

НОВЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ГАЗО-ВОЗДУШНЫХ СРЕД 1 Электрофизический метод 2 Каталитический метод дожигания водорода на основе ВПЯМ 3 Метод очистки с тангенциальным направлением потока Неочищенный поток (0, 85 -0, 9)G 0 Зависимость эффективности очистки от частиц d=0, 2 -0, 3 мкм от напряжения на электроде отсто йник очищенный поток

Наноструктурные мембраны и гранулированные сорбенты Подложка Применение Фильтрующие элементы Наноструктурный материал Толщина подложки 1– 30 мм Однослойный однокомпонентный Ti Керамика Zr Ni Sn Al Bi Переработка жидких радиоактивных отходов Очистка воды первого контура на АЭС Ti. O 2 Bi. O 2 Al. N Sn. N Ti. N Очистка спецпрачечных и трапных вод и др. Получение питьевой воды повышенного качества Высокотемпературная фильтрация паро-газовой смеси Однослойный многокомпонентный Ti, Zr Толщина мембраны 5 -15 мкм Ni. N, Al. N Ti. O 2, Sn. O 2, Al. O 2 Глубокая очистка технической воды Zr, Al Металлы и сплавы Ti. O 2, Bi. O 2 Ni. N, Al. N, Sn. N Очистка агрессивных жидкостей Al, Ni Bi. N, Ni. N и др. Многослойный Ti + Al Полимеры Ti. N, Al. N + Ni Cu, Ti + Zr Опреснение морской воды Очистка теплоносителей в бытовых системах Утилизация моющих растворов Очистка гальванических растворов Cu + Ti. O 2 , Al. O 2 Ti. N + Zr, Al + Cu, Ti Сорбенты Цеолиты, трепела, полимеры и др. Толщина подложки 1– 30 мм Ti + Zr + Ni. N, Al. N Ti + Ni. N + Ti. O 2 Очистка масел и топлив Bi. N, Ni. N + Ti. O 2 и др. Очистка жидких сред при высоких давлениях Очистка газов и др.

Области применения фильтрующих элементов и систем очистки на их основе Очистка гальванических растворов Очистка технических масел, топлива Очистка жидких металлов Очистка конденсатов в опреснителях Утилизация моющих растворов Очистка теплоносителей, в т. ч. в бытовых отопительных системах Опреснение морской воды Системы очистки Технические жидкости Пищевые жидкости Очистка газов Переработка жидких радиоактивных отходов Производство питьевой воды Другие применения

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ РАБОТ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ГОСКОНТРАКТА 1. Развитие производства фильтроэлементов и выход на проектную мощность 100 000 шт/год. - (необходимы дополнительные инвестиции). 2. Расширение области применения и номенклатуры изделий с использованием нового класса фильтрующих материалов и сорбентов: - разработка новой технологии и оборудования безреагентной очистки для получения воды высокого качества; - разработка технологии и получение термостойких наноструктурных фильтроэлементов и оборудования на их основе. 3. Развитие работ по созданию систем для очистки газовых сред от вредных органических и неорганических примесей на основе использования разработанных ионно-волокнистых и сорбционноультрафиолетовых модулей и освоение их серийного производства. 4. Развитие работ по созданию систем каталитического дожигания водорода для взрывоопасных производств, систем комплексной очистки газовых сред с использованием тангенциального метода.

План размещения оборудования производства фильтрующих элементов для развития производства и выхода на проектную мощность 100 000 шт. / год Чистка форм Инженерная комната Спекание пористых подложек Загрузка форм порошком полиэтилена Выталкивание пористых подложек Присоединение адаптеров Обрезка подложек в размер Подготовка форм Контроль качества фильтрующих элементов Нанесение наноструктурных мембран Раздевалка

Достижение заданных значений программных индикаторов выполнения работ Индикатор Кол-во, (требовани е ТЗ) Кол-во, (достигнут о) И 2. 6. 1. Планируемое число передовых технологий, внедряемых в экономику 5 5 И 2. 6. 3. Число патентов на результаты интеллектуальной деятельности, планируемое для защиты (в том числе международной) в рамках выполнения проектов 7 7 И 2. 6. 6. Планируемое число публикаций, содержащих результаты интеллектуальной деятельности, полученные в рамках выполнения проектов 25 25 И 2. 6. 5. Число диссертаций на соискание ученых степеней, защищенных в рамках выполнения комплексного проекта 4 4 И 2. 6. 4. Число молодых специалистов, привлеченных к проведению исследований комплексных проектов* 60 72

Награды, дипломы и патент Инновационный форум Росатома, Москва, 2007 г. Перспективные технологии XXI века, Роснаука, Москва, 2008 г. Патент на мембранный фильтрующий элемент МФЭ – 0. 1

Резюме: 1. В соответствии с техническим заданием и календарным планом Госконтракта освоено производство и получены сертификаты на следующие виды продукции: - высокоэффективный двухступенчатый бессепараторный фильтр; - фильтр-сорбер АУИ-1500; - сорбционный материал «Физхимин» ; - наноструктурный мембранный фильтроэлемент МФЭ. 2. Завершен НИОКР, изготовлены опытные образцы и проведены Государственные приемочные испытания: - мембранный фильтроэлемент 0, 1 м 3/ч; - ионно-фильтровальный модуль; - модуль сорбционно-ультрафиолетовой очистки. 3. Выполнен НИР на перспективу: - каталитический метод дожигания водорода на основе высокопористых ячеистых материалов; - электрофизический метод очистки; - метод очистки на основе тангенциального разделения потока. 4. Определены дальнейшие работы по результатам Госконтракта.

Благодарю за внимание