Генерация водорода гидрогетерогенными композициями на основе алюминия и щелочных металлов

18.03.2021 2021 - №01 Aтомные электростанции

С.Р. Асхадуллин В.К. Милинчук

https://doi.org/10.26583/npe.2021.1.05

Процесс образования водорода и связанный с ним риск горения и взрыва представляет собой сложную проблему водородной и радиационной безопасности ядерных реакторов. Гидроксиды лития, калия и натрия применяются в реакторах ВВЭР в качестве корректирующих добавок для поддержания водородного показателя водного теплоносителя с борной кислотой на контролируемом уровне рН = 5,8 – 10,3. При исследовании процесса взаимодействия водных растворов вышеперечисленных гидроксидов с алюминием химически наиболее активным является гидроксид лития; данная реакция протекает с образованием водорода с высокой скоростью при комнатной температуре (в экзотермическом режиме). Процессы генерации водорода в гидрогетерогенных композициях с гидроксидами калия и натрия протекают с приемлемой скоростью при нагревании до ~ 60°C. Кинетика генерации водорода сложным образом зависит от содержания борной кислоты, а именно, при низкой концентрации 0,01 – 0,05 г/л выход водорода на уровне ~ 1000 мл, а при концентрации 0,6 г/л образование водорода не происходит. Согласно нормам качества теплоносителя, в горячем состоянии энергоблока ВВЭР-1000 или в состоянии реактора на минимально контролируемом уровне мощности суммарная концентрация щелочных металлов составляет около 1 мг/дм3, т.е. на два – три порядка меньше, чем в исследуемых композициях. Обнаружение влияния гидроксидов щелочных металлов на образование водорода с участием конструкционных материалов на примере алюминия (модельного металла) позволяет предполагать, что присутствующие в теплоносителе в небольшом количестве гидроксиды этих металлов также могут принимать участие в гидрогетерогенном процессе образования небольших количеств водорода. Возможность генерации водорода по этому пути необходимо принимать во внимание при длительных сроках эксплуатации ядерных реакторов, авариях и инцидентах на АЭС.

Ссылки

1. ГОСТ 24693-81. Реакторы ядерные энергетические корпусные с водой под давлением. Общие требования к системе борного регулирования. – Введ. 1982-07-01. – М.: Издательство стандартов, 1981. – 5 с.
2. Техническое обоснование. Изменения и дополнения, вносимые в стандарт по ведению водно-химического режима первого контура энергоблоков АЭС с ВВЭР-1000 (с учетом замечаний Ростехнадзора) по теме: Пересмотр стандарта СТП ЭО 0004 – 00 «Водно-химический режим первого контура энергоблоков атомных электростанций с реактором ВВЭР-1000. Нормы качества теплоносителя и средства их обеспечения» 2011/4.1.1.1.1.1/46111 (Y025/2011//4600002685/00) этап 29. – М.: Ростехнадзор, 2016. – 71 с.
3. Авдеев Е.Ф., Баклушин Р.П., Гольба В.С. и др. Аварии и инциденты на атомных электростанциях: Учеб. пособие под общ. ред. д.ф.- м.н., проф. С.П. Соловьева. – Обнинск, ИАТЭ, 1992. – 300 с.
4. Рощектаев Б.М. Водно-химический режим АЭС с реакторами ВВЭР-1000 и РБМК-1000: Учеб. пособие. – М.: НИЯУ МИФИ, 2010. – 132 с.
5. Субботин В.И., Ивановский М.Н., Арнольдов М.Н. Физико-химические основы применения жидкометаллических теплоносителей. – М.: Атомиздат, 1970. – 295 с.
6. Клиншпонт Э.Р., Рощектаев Б.М., Милинчук В.К. Кинетика накопления водорода при химическом разложении воды в гетерогенных композициях. // Альтернативная энергетика и экология – ISJAEE. – 2012. – № 9. – С. 116-120.
7. Милинчук В.К., Белозеров В.И., Ананьева О.А, Ларичева Т.Е., Куницына Т.Е. Химическое разложение воды на водород в гетерогенных алюминий содержащих композициях. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2014. – № 4. – С. 32-40.
8. Милинчук В.К., Клиншпонт Э.Р., Белозеров В.И. Автономный генератор водорода на основе химического разложения воды алюминием. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2015. – № 2. – С. 49-59.
9. Школьников Е.И., Якушко С.А., Тарасова С.А. и др. Исследование работы алюмоводного микрогенератора водорода для компактных источников питания. // Электрохимическая энергетика. – 2008. – Т. 8. – № 2. – С.86-91.
10. Ефимов А.И., Белорукова Л.П., Василькова И.В., Чечев В.П. Свойства неорганических соединений.– Л.: Химия, 1983. – 392 с.
11. Тарасов Б.П., Лотоцкий М.В. Водород для производства энергии: Проблемы и перспективы. // Альтернативная энергетика и экология – ISJAEE. – 2006. – № 8. – С. 72-90.
12. Дмитриев А.Л., Прохоров Н.С. Перспективы применения водорода в качестве энергоносителя // Химическая промышленность. – 2003. – Т. 80. – № 10. – С. 27-29.
13. Легасов В.А. Методы получения водорода путем разложения воды. // Атомно-водородная энергетика и технология. – М.: Атомиздат, 1978. – Вып. 1. – С. 37-61.
14. Милинчук В.К., Шилина А.С., Ананьева О.А. и др. Исследование экологически безопасных, энергосберегающих способов получения водорода химическим разложением воды. // Альтернативная энергетика и экология – ISJAEE. – 2012. – № 4. – С. 49-54.
15. Милинчук В.К., Белозеров В.И., Шилина В.И. и др. Исследование генерации водорода при взаимодействии алюминия с водными растворами. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2013. – № 2. – С. 39-47.
16. Милинчук В.К., Рощектаев Б.М. Автономный генератор водорода. Патент на изобретение RU 2510876 C2, 10.04.2014. Заявка № 2012115818/05 от 19.04.2012.
17. Аминов Р.З., Байрамов А.Н. Комбинирование водородных энергетических циклов с атомными станциями. – М.: Наука, 2016. – С. 14-30.
18. Шейндлин А.Е, Жук А.З. Концепция алюмоводородной энергетики. // Российский химический журнал. – 2006. – T. L. – № 6. – С. 105-108.
19. Милинчук В.К., Клиншпонт Э.Р., Белозеров В.И. и др. Превращения покрытий оксида алюминия при имитации факторов ЯЭУ. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2016. – № 2. – С. 45-54.
20. Салахова А.А., Суворов В.А., Фирсова А.И. и др. Влияние борной кислоты на генерацию водорода алюминийсодержащими гидрокомпозициями с химическими активаторами. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2018. – № 3. – С. 171-179. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2018.3.15.

вода водород алюминий модельный металл оксид алюминия борная кислота гидроксид лития гидроксид калия гидроксид натрия гидрогетерогенная композиция водородная и радиационная безопасность ядерных реакторов

Ссылка для цитирования статьи: Асхадуллин С.Р., Милинчук В.К. Генерация водорода гидрогетерогенными композициями на основе алюминия и щелочных металлов. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2021. – № 1. – С. 49-59. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2021.1.05 .