В 1949 р. у системі Академії наук УРСР було створено Інститут використання газу в комунальному господарстві та промисловості, з 1963 р. він має назву Інститут газу АН УРСР, з 1994 р. — Інститут газу Національної академії наук України.
Протягом різних років інститут очолювали видатні вчені:
ПІДГОТОВКА, ПЕРЕРОБКА ТА ТРАНСПОРТ ВУГЛЕВОДНЕВИХ ГАЗІВ
ТЕОРЕТИЧНІ ЗАСАДИ ТА ТЕХНОЛОГІЇ ЕФЕКТИВНОГО ВИКОРИСТАННЯ ПРИРОДНОГО ГАЗУ В ПРОМИСЛОВОСТІ
ТЕОРЕТИЧНІ ЗАСАДИ ТА ОСНОВИ ТЕХНОЛОГІЙ ОБРОБКИ МАТЕРІАЛІВ У ПСЕВДОЗРІДЖЕНОМУ («КИПЛЯЧОМУ») ШАРІ
ТЕРМОГАЗОХІМІЧНІ ТЕХНОЛОГІЇ В МЕТАЛУРГІЇ
НОВІ НАПРЯМКИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА РОЗРОБОК
НАУКОВІ ОСНОВИ ТА ТЕХНОЛОГІЇ ЗАМІЩЕННЯ ПРИРОДНОГО ГАЗУ АЛЬТЕРНАТИВНИМИ ПАЛИВАМИ. УТИЛІЗАЦІЯ ВІДХОДІВ
ЗАГАЛЬНА ІНФОРМАЦІЯ
Створення Інституту обумовив значний розвиток у кінці 40-х років минулого століття газовидобувної промисловості, будівництва та експлуатації магістральних газопроводів, використання природного газу як палива та сировини у багатьох галузях народного господарства та необхідність у зв’язку з цим вирішення загальних проблем газозабезпечення та газовикористання. Протягом всієї діяльності Інститут поєднує фундаментальні дослідження з прикладними. Фундаментальні дослідження виконувалися у галузі термодинаміки вуглеводневих систем, термохімії, прикладної теорії горіння, теорії факела, теплообміну в печах, низько-температурного теплообміну, динаміки газотранспортних систем, техніки та технології процесів у псевдозрідженому шарі, каталізаторів конверсії вуглеводнів, а також в області екології. Фундаментальні дослідження Інституту, що виконувалися та виконуються у цей час мають цілеспрямований характер. Академік М.М. Доброхотов так визначив стиль його роботи: «Інститут академічний, і ми повинні дати теорію, застосовну для інженерів». Цей стиль є основою роботи Інституту та зберігається до цього часу. До основних досягнень у галузі фундаментальних досліджень у період становлення та розвитку Інституту слід віднести такі:
- — створення фундаментальних засад металургійної теплотехніки та технології, технології безкоксової металургії (акад. М.М. Доброхотов, 1940–1960 рр.);
- — розроблення процесів термічної обробки та швидкісного нагрівання сталей (акад. В.Ф. Копитов, 1950–1970 рр.);
- — розроблення термодинамічних циклів перетворення вуглеводнів та основ технології зрідження метану (проф. О.П. Клименко, 1950–1970 рр.);
- — розвиток теорії променистого теплообміну у факельних печах скловарного виробництва;
- — розроблення методів моделювання та розрахунку газотранспортних систем (д.т.н. М.О. Жидкова, 1960–1980 рр.);
- — дослідження механізму утворення оксидів азоту при спалюванні різних палив та розробка методів їх зменшення (проф. І.Я. Сігал, 1960–1980 рр.);
- — розроблення основ технології виробництва вуглецевих сорбентів парогазовою ак-тивацією вугілля у «киплячому» шарі (чл.-кор. К.Є. Махорін);
- — вивчення властивостей, розроблення методів генерації та створення основ техноло-гій використання плазми сумішей вуглеводневих газів з повітрям (акад. І.М. Карп, д.т.н. С.В. Петров, 1960–1990 рр.);
- — розроблення основ теорії та печей непрямого радіаційного нагрівання матеріалів (проф. А.Є. Єринов, проф. Б.С. Сорока, 1960–1990 рр.);
- — розроблення теорії взаємодії складних газових систем з оксидами і металами та засад технології виробництва спеціальних металевих порошків (акад. Б.І. Бондаренко, 1970–1990 рр.);
- — розвиток теорії теплообміну та гідродинаміки процесів у псевдозрідженому шарі (проф. Ю.І. Хвастухін);
- — розроблення діаграм стану багатофазних оксидних систем (проф. В.Я. Шурхал, 1960–1980 рр.).
На основі результатів цих досліджень у період становлення та розвитку Інститутом успішно вирішувалися завдання раціонального та ефективного використання природного газу в промисловості та комунальному господарстві та створювалися нові високоефективні технологічні процеси його використання. Прикладні розробки Інституту того часу зробили помітний внесок у вдосконалення технологічних процесів у багатьох галузях ви-робництва. Багато з них не втратили актуальності до наших часів. Під керівництвом акад. М.М. Доброхотова виконувалися роботи по використанню природного газу в сталеплавильному виробництві. Були розроблені наукові основи та методи переводу мартенівських печей з опалення сумішшю коксового та доменного газів на мазут та природний газ. Ці методи та обладнання були впроваджені на багатьох металургійних заводах країни: Магнітогорському та Макіївському металургійних комбінатах, заводах «Запоріжсталь», Таганрозькому та ім. Ілліча, заводах ім. Малишева та Ворошиловградському тепловозобудівному (І.М. Карп, К.О. Гребінь). У ці роки Інститут займав провідне положення в СРСР у галузі технології відновлення металів, зокрема, прямого отримання заліза. Перші в СРСР установки металізації в шахтній печі та в реакторі з киплячим шаром конструкції Інституту побудовані у 1960-х роках на комбінаті «Запоріжсталь» (К.Є. Махорін, В.Е. Гаспарян, Б.І. Бондаренко). Під керівництвом акад. В.Ф. Копитова виконано значний обсяг дослі-джень процесів нагріву та термохімічної обробки сталей. Створено технології обробки металів та матеріалів, у тому числі автолистової та електротехнічних сталей у спеціальних газових середовищах. Під керівництвом проф. О.О. Сігова були проведені дослідження та впроваджено технологію попереднього підігріву шихти у процесі агломерації залізних руд (В.Я. Шурхал). У галузі промислової теплотехніки на основі теорії теплообміну у факельних печах розроблялися та впроваджувалися нові методи інтенсифікації процесу виплавляння скла (проф. М.А. Захариков). Під керівництвом проф. О.П. Клименка отримали розвиток дослідження з вивчення теплофізичних властивостей вуглеводнів, очищення та розділення газових сумішей, зрідження метану. Запропонований О.П. Клименком однопоточний каскадний цикл у процесі зрідження метану визнаний спеціалістами у всьому світі та використовується у всіх установках зрідження. Розроблено та впроваджено ряд установок для промислової підготовки та сепарації вуглеводневих газів.
ПІДГОТОВКА, ПЕРЕРОБКА ТА ТРАНСПОРТ ВУГЛЕВОДНЕВИХ ГАЗІВ
Продуктивність установки у 2,5–3 рази вище ніж у вертикальних тарілчастих абсор-берів такого ж діаметра. При її застосуванні знижуються капітальні витрати, забезпечується можливість ефективної роботи при значних коливаннях навантажень. Встановлені на Більче-Волицькому та Богородчанському підземних сховищах газу (О.І. П’ятничко, Т.К. Крушневич).
Трубчаста колона для розділення вуглеводневих газів. Призначена для стабілізації газового конденсату та нафти на газоконденсатних та нафтових родовищах. Поєднує процеси масо- та теплопередачі. Дає можливість поряд зі стабільним конденсатом або га-зовим бензином отримувати пропан-бутанову та метанову фракції, спростити технологію стабілізації конденсату та нафти, знизити їх собівартість. Продуктивність 4–6 т/год неста-більного конденсату при тиску до 3,0 МПа. Впроваджено на Дружелюбівському газокон-денсатному родовищі ПАТ «Шебелинкагазпром» (О.І. П’ятничко, Т.К. Крушневич).
Програмна система моделювання технологій промислової підготовки та перероб-ки природного газу та нафти «ГазКондНафта». Система забезпечує розрахункове моделювання фазових рівноваг та теплофізичних властивостей вуглеводневих флюїдів у системах газ — рідина, газ — рідина — тверда фаза, у гетерогенних системах газ — конден-сат (нафта) — мінералізована вода — метанол — гликолі; матеріального балансу газоконденсатних родовищ на весь період розробки; процесів дво- та трифазного транспортування, сепарації, дроселювання, змішування, ежекції, компресії, детандування, теплообміну, ректифікації, абсорбції одно-, двох-, три- та чотирифазних сумішей (сушка, регенерація гліколей та метанолу, стабілізація, зрідження та фракціонування газів). Межі використання системи: 70 К < Т < 650 К; 0,005 МПа < Р < 100 МПа (О.В. Калашніков, Ю.В. Іванов, С.В. Будняк).
Використання вуглеводневих газів як моторного палива. Розроблено паливну апаратуру для переведення на стиснутий природний газ автотранспортних засобів. Апаратура пепредбачає легкі металеві балони з робочим тиском 20 МПа та питомою вагою 0,7 кг на 1 л об’єму. Спроектовано та виготовлено партію малогабаритних автомобільних газонаповнювальних компресорних станцій (МАГНКС). Встановлюються в автопарках та ко-лективних гаражах та забезпечують заправку до 45 автомобілів на добу стисненим природним або шахтним метаном. Привід компресора здійснюється від газового двигуна внутрішнього згоряння. Впроваджено на підприємствах вугільної промисловості та ряді автопарків. Постановою ЦК КПРС та Ради Міністрів СРСР у жовтні 1986 р. Інститут був визначений головним підприємством країни по проблемі використання стиснутого природного газу на автотранспорті. Комплекс робіт «Теоретичні основи та технології виробництва і використання на транспорті альтернативних моторних палив на базі мінеральних ресурсів України», удостоєний Державної премії України в галузі науки і техніки за 1995 р.
Розроблено системи конвертації дизельних енергоустановок на газодизельне з електронними та механічними регуляторами частоти обертання. При цьому за рахунок використання природного або супутного нафтового газу скорочується споживання дизельного палива на 80 %, підвищується моторесурс двигуна та знижується токсичність відпрацьо-ваних газів. По контракту з підприємством «В’єтсовпетро» на морських нафто- та газови-добувних платформах у В’єтнамі переобладнано з дизельного палива на супутний нафто-вий газ близько 50 дизельних генераторів ДГРА-500/500 та ДГ-72. На морських платфор-мах ПО «Чорноморнафтогаз» переобладнані та введені в експлуатацію 24 газодизельних генератора АСДА-100, АСДА-200 (О.І. П’ятничко, В.С. Вербовський, С.Б. Кубенко).
Зрідження природного газу. Розроблено термодинамічне обгрунтування та технологічні схеми регазифікації зрідженого природного газу з виробленням електроенергії на LNG-терміналі на основі циклу Ренкіна. Реалізація розробки на LNG-терміналі продуктивністю 10 млрд м3 природного газу на рік дасть можливість повністю забезпечувати власні потреби терміналу та поставляти зовнішньому споживачеві 700 ГВт∙год корисної електроенергії на рік без додаткових витрат палива. Проведено термодинамічний аналіз зрідження природного газу в дросельному циклі середнього тиску з етановим холодильним циклом. Отримано оптимальні параметри холодильного циклу та установки загалом, з точки зору мінімізації зведених енергетичних витрат. Установка може включатися в комплекс підготовки природного газу на окремих родовищах та локальних газових мережах. Розроблено наукове обґрунтування використання перепаду тиску на ГРС для виробництва зрідженого природного газу та подальшого використання його як універсального палива. Розроблено та розраховано принципові схеми зрідження природного газу на ГРС (О.І. П’ятничко, Г.В. Жук, Л.Р. Онопа, С.П. Крушневич).
Газогідрати. Вперше в Україні створено установку для дослідження утворення газових гідратів метану, а також їх візуальної та оптичної фіксації. Одержані штучні гідрати діоксиду вуглецю, метану та інших компонентів природного газу, а також попередні результати теплофізичних параметрів їх утворення та дисоціації. Вивчена можливість транспортування природного газу від малодебітних свердловин до споживача у вигляді газогідратів. Вперше досліджено вплив мікро- та нанопорошків оксидів металів як центрів гетерогенної кристалізації на параметри процесу утворення гідратів метану. Встановлено, що використання порошків оксиду танталу дозволяє підвищити температуру гідратоутворення, що дає можливість зменшити енерговитрати технологій перевезення та зберігання природного газу у вигляді гідратів.
Вперше в Україні проведено лабораторні дослідження кінетичного інгібітора гідратоутворення, визначено термодинамічні параметри утворення гідратів. Інгібітор INHIBEX 501 можна використовувати у газовидобувній та газотранспортній галузях України замість імпортованого токсичного метанолу (Г.В. Жук, О.І. Пятничко, Д.С. Федоренко, В.Т. Крушневич).
На протязі багатьох років дослідження та розробки у галузі переробки, транспортування природного газу та використання вуглеводнів як моторних палив виконувалися під керівництвом та з безпосередньою участю керівника робіт з переробки та транспортування газу — Заслуженого діяча науки і техніки України, лауреата Державної премії України в галузі науки і техніки, заступника директора Інституту з наукової роботи, к.т.н. О.І. П’ятничка.
ТЕОРЕТИЧНІ ЗАСАДИ ТА ТЕХНОЛОГІЇ ЕФЕКТИВНОГО ВИКОРИСТАННЯ ПРИРОДНОГО ГАЗУ В ПРОМИСЛОВОСТІ
На протязі багатьох років в Інституті розроблено та впроваджено масштабні технології та обладнання для ефективного використання газоподібних палив, насамперед природного газу, а також доменного, коксового газів та їх сумішей у металургійних агрегатах. Виконано теоретичні розробки в галузі складного теплообміну в печах та зонального методу його розрахунків. Виконано комплекс досліджень у галузі енергоекологічної оптимізації процесів спалювання органічного палива у теплотехнічних агрегатах, який включає методи CFD-моделювання, рішення складної системи рівнянь хімічної кінетики та газодинаміки. Комп’ютерне програмне забезпечення чисельного моделювання низькоемісій нихних пальників дає можливість оптимізувати їх режимні та конструктивні параметри з використанням принципів двостадійного спалювання та примусової внутрішньої рециркуляції продуктів згоряння. Обгрунтовано ефективність непрямого радіаційного нагріву металів з використанням плоскополум’яних пальників.
Створено комплексну розрахункову методологію визначення понад 20 параметрів газових палив довільного складу. Розрахунковим шляхом з використанням спеціальної комп’ютерної програми можна одержувати вичерпну інформацію щодо газового палива як товарного продукту без проведення експериментальних досліджень (вимірювань), у тому числі безпосередньо в умовах газових мереж з огляду на енергетичні, екологічні, кліматичні, безпекові властивості. Це дало змогу внести пропозиції для «Технічного регламенту на природний газ», створюваного Міненерговугілля — НАК Нафтогаз України (Б.С. Сорока).
До відомих прикладних робіт належать розробки оригінальних пальників для нагрівальних методичних та камерних печей, створення ефективних рекуперативних та регенеративних утилізаторів теплоти відхідних газів, стендів розігріву сталерозливних ковшів ємністю від одиниць до сотень тон сталі, оснащених рекуператорами, удосконалення систем спалювання газу у обертових печах.
Розроблені в Інституті рекуператори різних типів та призначення відрізняються підвищеною інтенсивністю теплопередачі, компактністю, зручністю монтажу, надійністю в експлуатації. Вони дають можливість скоротити витрату палива на 20–30 %.
Метод непрямого радіаційного нагрівання металу забезпечує економію 25 % палива, збільшення продуктивності печей. Його широко впроваджено на металургійних заводах України, країн СНД, а також в Угорщині, Болгарії, Алжирі (А.Є. Єринов, Б.С. Сорока).
Прохідна піч швидкісного нагрівання прутка кулепрокатного стану оснащена струмінними рекуператорами. Вперше в Україні випробувано використання кисню у прокатній печі (О.М. Зайвий).
ТЕХНОЛОГІЇ ЗАХИСТУ ПОВІТРЯНОГО БАСЕЙНУ ВІД ЗАБРУДНЕННЯ ПРИ СПАЛЮВАННІ ПАЛИВА НА ТЕС, ТЕЦ ТА КОТЕЛЬНИХ
Знешкодження газових викидів в енергетиці. З 1960-х рр. вперше у СРСР під керівництвом професора І.Я. Сігала досліджуються механізми утворення оксидів азоту в топкових процесах котлів. Розроблені та впроваджені технології зниження утворення NOX, зокрема рециркуляція, ступеневе поярусне спалювання та пальники двостадійного спалювання.
На більш як 100 котлах електростанцій (у тому числі на котлах енергоблоків 200 та 300 МВт) та більш ніж на 300 котлах потужних котелень впроваджені заходи щодо зниження утворення оксидів азоту на 40–50 % (в Україні, Росії, Литві, Латвії, Білорусії, Болгарії та ін.). Впроваджені понад 2200 пальників стадійного спалювання.
Розробляються та частково впроваджені технології зменшення утворення викидів NOX потужними котлами шляхом подачі баласту в зону горіння в суміші з паливом (І.Я. Сігал, О.М. Дубошій, А.В. Сміхула).
Знешкодження небезпечних забруднювачів. В Інституті ведуться роботи щодо виявлення та знешкодження особливо небезпечних забруднювачів, зокрема тих, що відносяться до Стокгольмської конвенції про стійкі органічні забруднювачі (В.В. Четвериков). Розробляються технології та обладнання, засновані на ефекті стабілізації полум’я в слабкоконусному каналі, наприклад, щодо визначення швидкості розповсюдження полум’я газових сумішей (М.О. Гуревич).
Термокаталітичні реактори (ТКР). Реактори призначені для очищення газових технологічних викидів, що містять токсичні органічні сполуки.
Продуктивність ТКР — 3, 5, 10, 25 та 50 тис. м3/год. При вмісті у викидах понад 6 г/м3 органічних домішок процес очищення може проходити автотермічно без витрат паливного газу. Ступінь очищення — 99 % (Г.С. Марченко, В.О. Макаренко).
Котли 4-10 МВт з двосвітними екранами та подовими щілинними пальниками типу ТВГ та КВГ.
Розроблено та впроваджено близько 8500 водогрійних котлів ТВГ та КВГ загальною тепловою потужністю більше 60 ГВт. Котли експлуатуються в Україні та на теренах колишнього СРСР понад 40 років завдяки високій надійності з відносно низькими викидами NOX (І.Я. Сігал, Є.М. Лавренцов, Е.П. Домбровська).
ТЕОРЕТИЧНІ ЗАСАДИ ТА ОСНОВИ ТЕХНОЛОГІЙ ОБРОБКИ МАТЕРІАЛІВ У ПСЕВДОЗРІДЖЕНОМУ («КИПЛЯЧОМУ») ШАРІ
Обробка дисперсних матеріалів. З використанням технологій та обладнання для реалізації процесів в псевдозрідженому («киплячому») шарі в Інституті здійснені розробки з обробки дисперсних матеріалів різного призначення.
Розроблені установки застосовуються при обробці мінеральних добрив, у виробництві точного сталевого лиття по виплавлюваних моделях, у виробництві спученого перліту, сорбентів та ін. Розроблено технологію виробництва вуглецевих сорбентів парогазовою активацією антрациту у «киплячому» шарі. За впровадження цієї розробки співробітники Інституту К.Є. Махорін та А.М. Глухоманюк у складі авторського колективу були відзначені премією Ради Міністрів СРСР «За розробку та промислове впровадження нової замкнутої ресурсозберігаючої системи виробничого водопостачання та переробки відходів Первомайського промислового вузла» (1986 р.).
Виробництво пористих заповнювачів та сухих будівельних сумішей. Розроблено та впроваджено енергозберігаючу технологію з апаратами псевдозрідженого шару для виробництва нового безвипалювального пористого матеріалу — сіопору (Ю.І. Хвастухін, В.В. Собченко). Створено технологію виробництва порожньотілих мікрокульок та вперше в Україні введено у дослідно-промислову експлуатацію лінію з їх виробництва потужністю 0,5 м3/год. у м. Миронівка Київської обл. на виробництві ТОВ «Євросвіт» (К.П. Костогриз, А.М. Цюпяшук). Розроблено енергозберігаючу технологію та апарати сушіння піску для сухих будівельних сумішей, яку за участю партнерської організації впроваджено на виробництвах ТОВ з ІІ «Хенкель Баутехнік (Україна)» (В.М. Орлик, С.М. Роман).
Занурене спалювання газу у мінеральних розплавах.
Широке застосування знайшли метод та обладнання для цього процесу. Розроблені конвертер та пальники не мають світових аналогів. Застосовані у мінераловатному виробництві в Україні, Білорусі, Росії, установці знешкодження небезпечних речовин (пестицидів), виробництві скла та цементу. Виготовлено плавильну барботажну установку потужністю 5 т/год на замовлення компанії «Saint — Gobain — Isover» (Франція) (В.М. Олабін, О.Б. Максимук).
ТЕРМОГАЗОХІМІЧНІ ТЕХНОЛОГІЇ В МЕТАЛУРГІЇ
Ці технології базуються на фундаментальних дослідженнях термодинаміки та кінетики гетерогенних процесів за участю складних газових систем типу C–H–O–[N]–MeO–Me (акад. Б.І. Бондаренко, к.т.н. В.К. Безуглий). Поєднання теоретичних та експериментальних досліджень дало змогу розробити низку нових технологій.
Вперше у СРСР було розроблено технологію та обладнання з виробництва електрохімічно активних залізних порошків з надвисокою здатністю до формування для промислового виготовлення безламелевих залізонікелевих акумуляторів (НПО «Источник», С.-Петербург; НПК «Імпульс», Великі Луки, РФ; ДАЗ, Джизак, Узбекистан) (акад. Б.І. Бондаренко, к.т.н. В.С. Стискін, М.Г. Криcов).
Впроваджено технологію одержання електрохімічно активних нікелевих порошків у киплячому шарі для електролізерів виробництва нікелю (НГМК, Норильськ, РФ) (к.т.н. В.Ф. Пекач, к.т.н. О.М. Святенко).
Удосконалено селективне відновлювання окислених нікелевих руд шляхом заміни продуктів конверсії нафти на продукт газифікації вугілля в реакторах з киплячим шаром Вінклера з вищою термодинамічною працездатністю (Нікелевий комбінат «Че Гевара», м. Моа Бей, Куба) (акад. Б.І. Бондаренко).
Розроблено принципово новий клас технологій — відновлення металів в термобаротермічно пульсуючих режимах. Побудовано 4 промислових печі відновлення заліза з вальцівної окалини та досягнуто 25 % підвищення продуктивності (БЗПМ, Бровари) (к.т.н. О.М. Святенко). Цей метод також використано при розробці технології відновлення заліза та титану з ільменіту (ВГМК, Вільногірськ) (к.т.н. І.І. Якубович).
Разом з КБ БЗПМ створено конвеєрні печі оксидування залізних виробів у змішаній атмосфері водяної пари та продуктів згоряння. Оксидуванню підлягають вироби, призначені для роботи в агресивних середовищах тваринницьких ферм, птахоферм і т.п. (к.т.н. О.М. Святенко, к.т.н. О.М. Кривенко).
На Новолипецькому металургійному заводі освоєно імпортне обладнання та вдосконалено технологію швидкісного відпалу електротехнічної листової сталі у баштових та прохідних печах (к.т.н. К.В. Дніпренко, В.С. Могильченко, Л.О. Іванова).
На замовлення Мінчормету СРСР було розроблено програму, згідно якої виконано великий обсяг теоретичних та експериментальних досліджень печей з крокуючими балками LOI. Доведено, що головною причиною неможливості досягнення контрактних показників було те, що печі з крокуючими балками працюють як реактори перемішування, а не як реактори витіснення, на що розраховували німецькі конструктори. Ця робота вимусила постачальника печей Манесманн Демаг виплатити Мінчормету СРСР контрактну неустойку 12 млн марок.
Створено перші у світі газощільні конвеєрні печі СКН-8 та СКЗ-6, які дали можливість скоротити питомі витрати водню та/або захисних атмосфер у 2–2,5 рази порівняно з відомими закордонними печами (Ямазака Денкі, Еліно). Печі впроваджено на Броварському заводі порошкової металургії, ПАО «Северсталь» (Череповець), Сулінському металургій-ному заводі, на заводі «Сібелектро-сталь» (Красноярськ, РФ), Алавердському мідному комбінаті (Вірменія), у ХОПМ (Софія, Болгарія) (акад. Б.І. Бондаренко, к.т.н. В.Ф. Пекач, к.т.н. М.П. Курганський).
Розроблено технологію та обладнання для виробництва залізних порошків високої якості для АвтоВАЗу, КамАЗу та Міноборонпрому. Це дало можливість освоїти виробни-цтво спечених виробів найвищої (сьомої) категорії складності, відмовитися від імпорту якісних порошків із Швеції з економефектом 65 млн дол. США (акад. Б.І. Бондаренко, к.т.н. В.Ф. Пекач, к.т.н. М.П. Курганський).
ІНШІ ВПРОВАДЖЕНІ ТЕХНОЛОГІЇ
Розроблено інсинератор — піч для знешкодження лікарняних відходів на місці, біля закладів. Відмінною характеристикою інсинераторів є повне знезараження шкідливих речовин та їх висока енергетична ефективність завдяки підвищенню температури процесу та використанню вторинної теплоти (В.В. Алексєєнко, О.Б. Сезоненко)
Системи опалення промислових печей з регенеративними пальниками
Регенеративні пальники забезпечують глибоку утилізацію теплоти продуктів згоряння підігріванням повітря горіння в малогабаритному вбудованому регенераторі. Нагрівання повітря обмежено тільки вогнетривкістю матеріалів насадок. Система опалення на базі регенеративних пальників дає можливість досягти 60-відсоткову економію палива. Вони впроваджені на печах вторинної плавки алюмінію та можуть бути застосовані на інших типах промислових печей (В.В. Алексєєнко, О.Б. Сезоненко, В.Ю. Нікітін).
Ефективні малотоннажні печі обпалу керамічної цегли.
Розроблена та впроваджена малоінерційна модульна малогабаритна тунельна піч довжиною 24 м для випалювання керамічних виробів, яка може використана при спорудженні цегляних мінізаводів продуктивністю від 1,5 до 6,0 млн. шт. умовної цегли на рік (Р.А. Пилипенко).
Створено принципово нові високоточні прилади для вимірювання точки роси при-родних та промислових газів. Прилади пройшли випробовування на підприємствах газової промисловості України, Росії, Казахстану та увійшли в реєстр цих приладів (В.Т. Крушнєвич). Створена та впроваджена на Ставищанській компресорній станції газотранспортної системи України газотурбінна установка за технологією «Водолій» потужністю 16 МВт. Робота удостоєна Державної премії України в галузі науки і техніки (проф. М.О. Дикий, к.т.н. Т.К. Крушневич та ін.)
НОВІ НАПРЯМКИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА РОЗРОБОК
У 1990-ті роки відбулися зміни у діяльності Інституту. Більше ніж у 3 рази скоротила-ся чисельність співробітників. Внаслідок падіння промислового виробництва зменшилася кількість замовлень на наукову продукцію. На базі Інституту виникли малі підприємства, через які в основному відбувалося впровадження розробок. Відбулися зміни і у спрямуванні розробок відповідно до змін у паливній кон’юнктурі та у структурі суспільного виробництва. Основним стрижнем залишилося розроблення енергозберігаючих технологій використання енергоресурсів, в той же час тематика поповнилася новими напрямками: дослідженнями у галузі енергетичного матеріалознавства, нанотехнологій, розширення ресурсної бази енергетики, автономного виробництва електроенергії, заміщення природ-ного газу альтернативними паливами, вивчення газогідратів, знешкодження небезпечних відходів та їх енергетичне використання.
Нанотехнології та наноматеріали. Інститутом розроблено нанотехнології одержання вуглецевих наноматеріалів на основі використання складних газових систем типу продуктів екзотермічної конверсії вуглеводнів. Створено напівпромислову ділянку з виробництва терморозширеного графіту (ТРГ), пілотну установку з виробництва вуглецевих нанотрубок, розроблено технології одержання нанорідин для енергетики на основі вуглецевих наноматералів та алюмосилікатів українського походження.
Виробництво та застосування терморозширеного графіту. Розроблено та випробувано технологію виробництва терморозширеного графіту високої якості, яка досягається за рахунок патентованої технології розщеплення графіту в ядрі полум’яного факелу. ТРГ може бути використаний як ефективний поглинач органічних речовин, у першу чергу, нафти та нафтопродуктів. Поглинаюча здатність ТРГ щодо нафти досягає 70 кг нафти на 1кг ТРГ. Терморозширений графіт поки що є одним з ефективних поглиначів бензину, який затримує його просочення в грунт. Ємність по бензину досягає 30–40 кг на 1 кг ТРГ. В Інституті розроблено технології вилучення поглинутих нафтопродуктів та технології регенерації і багаторазового використання адсорбенту. Отриманий в Інституті газу ТРГ також є сировиною для одержання графену (FLG-Few Layers Graphene). Насипна щільність ТРГ становить 3–5 г/дм3, продуктивність напівпромислової установки — 35 кг/год (О.П. Кожан, Є.В. Стратівнов, О.І. Ховавко).
Одержання високочистого графіту. Створено найбільшу в Європі пілотну установку з електротермічним псевдозрідженим шаром для одержання високотемпературного водню та нанесення піровуглецевих та пірографітових покриттів для потреб спецметалургії та атомної енергетики. На основі досвіду експлуатації цієї установки вперше в світі створено унікальну дослідну установку з електротермічним киплячим шаром (ЕТКШ), на якій було досягнуто температуру обробки графіту 3000 0С.
Доведено принципову можливість одержання високочистого графіту шляхом високотемпературної обробки в ЕТКШ. Ця технологія знаходиться у процесі передачі підприємству, що поставляє український графіт на експорт (О.П. Кожан, В.М. Дмітрієв, К.В. Сімейко).
Ущільнення для ядерних ректорів з терморозширеного графіту та з нанотрубками. Розроблено науково-технологічні засади створення суперстійких пружних графітових ущільнень, армованих вуглецевими нанотрубками, для ядерних реакторів. Ущільнення призначено для заміни існуючих аварійно небезпечних кільцевих нікелевих ущільнень, використання яких призвело до аварій на Ново-Воронезькій та Хмельницькій АЕС. Потрібно було також заміщення імпортних російських графітових ущільнень. За рахунок армування вуглецевими нанотрубками власного виробництва ущільнення, які розроблено в Інституті газу НАН України, майже на 30% міцніші за імпортні. Цю технологію запатентовано. Результати розробок передані ДП НАЕК «Енергоатом» на комерційній основі (О.П. Кожан, В.М. Дмітрієв, О.М. Святенко).
Нанорідини. На основі використання вуглецевих наноматеріалів власного виробництва та алюмосілікатних наноматеріалів з української сировини вперше в Україні створено наукові засади одержання та використання нанорідин, головним чином для застосування в енергетиці. Розроблено наукові основи дослідження нанорідін та створено комп’ютерізовані установки для дослідження теплофізичних характеристик нанорідин, у першу чергу, критичних теплових потоків. Такі дослідження мають велике значення для розробки технологій охолодження перегрітого і енергетично перевантаженого обладнання, у першу чергу, корпусів ядерних реакторів. Цікаві результати одержано також при використанні нанорідин у термосифонах для охолодження звичайної та силової електроніки (В.Н. Морару, С.В. Сидоренко, Д.В. Комиш).
Енергоефективні технології створення нових матеріалів. Розроблено технологію одержання магнітом’яких залізних порошків з індійських суперконцентратів «блакитний пил». Технологія базується на використанні електролітичного водню, який не має навіть слідів вуглецьвміщуючих газів. Забезпечено повну регенерацію та рециркуляцію водню. Виробництво побудовано Інститутом газу по контракту «під ключ» з National Mineral Development Corp. (NMDC), Hyderabad, India, із залученням індійського партнера Fluidterm Technology, Chennai (Б.І. Бондаренко, Є.П. Покотило, Д.М. Федоров).
НАУКОВІ ОСНОВИ ТА ТЕХНОЛОГІЇ ЗАМІЩЕННЯ ПРИРОДНОГО ГАЗУ АЛЬТЕРНАТИВНИМИ ПАЛИВАМИ. УТИЛІЗАЦІЯ ВІДХОДІВ
Газифікація конденсованих палив. Створено термодинамічні засади взаємозаміщення палив довільного складу з використанням 2-го початку термодинаміки. На цій основі оцінюються можливості економії або перевитрат потрібної енергії при використанні вибраних палив, питомі витрати палива, питомі викиди NOX та СО2 на одиницю корисно використаної теплоти.
Теоретично та експериментально вивчено термодинамічні та термохімічні особливості гетерогенних процесів газифікації широкого спектру конденсованих палив та визначено оптимальні режими газифікації. Розраховано склад та основні паливно-енергетичні характеристики генераторного газу, що виробляється у процесі газифікації біопалива. На цій основі визначені можливості розширення ресурсної бази енергетики за рахунок покладів місцевих палив (лігніту) та відходів.
Встановлено принципи вибору технології газифікації вуглецевмісних палив залежно від рівня їх метаморфізму. Результати використані при створенні демонстраційних об’єктів «газогенератор — водогрійний котел» та «газогенератор — ковальська піч» на підприємствах України: заводі «Центроліт» (Суми), Машинобудівному заводі ім. Лепсе (Золотоноша).
Вперше в Україні розроблено технологію газифікації біопалива з використанням процесу оберненої хвилі. Створені газогенератори періодичної дії розраховані на газифікацію біопалива, бурого вугілля, відходів. Працюючий комплекс встановленою потужності 2 МВт забезпечує часткове заміщення природного газу на котлі ДЕ-25/14 ПАТ «Малинська паперова фабрика Вайдманн».
Обладнання знаходиться в експлуатації з 2013 року. Досягнуто зниження витрат газу на 500 тис. м3/рік (К.Є. П’яних).
Використання газу звалищ твердих побутових відходів. Розроблено в Інституті газу НАН України та впроваджено в США технологію вилучення метану та діоксиду вуглецю з біогазу міських смітників. Отримано патент США.
Розроблено та впроваджено технології видобутку та утилізації біогазу на сміттєвих полігонах у Києві, Борисполі, Броварах, Миколаєві, Житомирі з виробництвом електричної енергії з загальною потужністю 6,5 МВт. Вироблено більше 70 млн кВт·год електроенергії, економія природного газу склала 22 млн м3. Окупність проектів — 2 роки. Розроблено проект утилізації звалищного газу полігону ТПВ м. Кам’янець-Подільський.
Реалізація проекту дасть можливість зменшити викиди шкідливих речовин до атмосфери та генерувати близько 600 кВт електроенергії. Проектом передбачено створення виробництва біометану з біогазу методом амінової абсорбції, системи пожежної безпеки на основі діоксиду вуглецю та тепличного господарства на основі тепла когенерації (О.І. П’ятничко, Г.В. Жук, С.Б. Кубенко, В.С. Вербовський, С.П. Крушневич).
Спалювання біопалива у потужних обертових печах випалу неорганічних матеріалів та металевих окатишів. Вперше у світі теоретично із застосуванням математичного та фізичного моделювання вивчено процеси горіння біопалива залежно від його фракційного складу та вологості. Результати досліджень використано при створенні та впровадженні систем опалення біопаливом потуж-них обертових печей випалу неорганічних матеріалів та металевих окатишів з метою заміщення природного газу. Впроваджено на 7 обертових печах на Ватутінському та Запорізькому комбінатах вогнетривів, заводах «Арселор Міттал Кривий Ріг», Полтавському ГЗК та ін. Сумарний обсяг заміщення природного газу на біопаливо становить 70 млн м3/рік (І.М. Карп, К.Є. П’яних).
Спалювання біогазу. Розроблені та впроваджені системи підготовки та спалювання біогазу в промислових котлах, пальникові пристрої для роздільного та сумісного спалювання біогазу потужністю до 12 МВт, факельні установки для утилізації біогазу під час ремонтів газовикористовуючого обладнання (І.Я. Сігал, В.О. Колчев, О.В. Марасін).
ПЛАЗМОВІ ПРОЦЕСИ
Спільно з Інститутом електрозварювання ім. Є.О. Патона організоване серійне виробництво установок на Бійському апаратурно-механічному заводі. Установки впроваджені на таких підприємствах: «Уралмаш», Горлівський завод гірничого обладнання, завод по емалюванню труб теплотрас та багатьох інших. Розроблено ряд плазмогенераторів, у тому числі надзвукових (І.М. Карп, С.В. Петров).
Розроблено та виготовлено високоефективний генератор газової висококонцентрованої вакуумної плазми, до складу якого входять плазмове джерело електронів, анодний вузол та блок живлення плазмогенератора.
Установку іонно-вакуумного напилювання, розроблену в Інституті газу НАН України, передано за контрактом підприємству Machine Tools Aids & Reconditioning, Індія (В.Г. Назаренко).
Виконано термодинамічний аналіз процесів газифікації вуглецевмісної сировини з використанням плазмових технологій.
Створюється дослідний зразок установки переробки небезпечних відходів з використанням парової плазми (В.А. Жовтянський, В.М. Орлик, Ю.І. Лелюх, М.В. Якимович).
МУНІЦИПАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА
Запропоновано нове вирішення науково-прикладної проблеми підвищення енергетичної ефективності систем централізованого теплопостачання шляхом удосконалення системи показників їх поточного стану, обґрунтування заміщення традиційних газових котлів більш енергоефективними тепловими джерелами, застосування комплексної паралельної модернізації теплових джерел, теплових мереж та підключених до них теплових споживачів. На цій основі розроблено енергоефективні схеми централізованого теплопостачання міст Кривий Ріг, Кропивницький, Світловодськ, Бурштин, Луганськ, Алчевськ та інших (Є.Є. Нікітін).
ЗАКЛЮЧНА ЧАСТИНА
На теперішній час в Інституті працює 190 співробітників (з яких 99 науковців), що працюють у 8 наукових відділах:
- — термохімічних процесів та нанотехнологій;
- — технологій альтернативних палив;
- — газових технологій;
- — плазмових процесів та технологій;
- — захисту атмосферного повітря від забруднення;
- — високотемпературного тепломасообміну;
- — термічних гетерогенних процесів;
- — проблем промислової теплотехніки.
Діяльність Інституту на протязі останніх років здійснювалася відповідно до пріоритетних напрямків наукових досліджень, затверджених Президією НАН України:
- — розробка наукових засад підвищення ефективності використання природного газу та альтернативних теплоносіїв як основи для створення нових енерго- та ресурсозберігаючих технологій;
- — дослідження у галузі прикладної теорії горіння, термодинаміки, міжфазного тепло- і масообміну та розробка на цій основі нових теплотехнологічних процесів та обладнання;
- — дослідження з охорони довкілля з метою створення науково-технологічних засад захисту атмосферного повітря від забруднень, термічного знешкодження твердих побутових відходів та особливо небезпечних речовин та відходів.
Інститут видає науково-технічний журнал «Енерготехнології та Ресурсозбережения», який має такі розділи: паливо та енергетика; енергозберігаючі технології; теплофізичні основи енергетичних процесів; переробка сировини та ресурсозбереження; очищення та переробка відходів; охорона навколишнього середовища; прилади та обладнання.
В Інституті функціонують Центр колективного користування приладами «Газова та газорідинна хроматографія», науково-організаційний відділ, дослідно-виробничий відділ, науково-технічна бібліотека, науково-технічний архів та ін.
В Інституті працює спеціалізована вчена рада Д.26.225.01 по захисту докторських дисертацій за спеціальністю 05.14.06 «Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика».
Сьогодні Інститут працює на повну потужність, пройшов атестацію згідно з новою методикою оцінювання ефективності діяльності наукових установ НАН України. Шість з восьми відділів були атестовані на найвищу категорію А.
За результатами Державної атестації наукових установ згідно наказу Міністерства освіти і науки України від 17.06.2020 № 817 інститут віднесено до І кваліфікаційної групи.
Майбутній розвиток діяльності Інституту базується на проведенні цілеспрямованих фундаментальних та прикладних досліджень та розробок з подальшим їх впровадженням у промисловість.