авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 12 |

«КАТАЛОГ ИННОВАЦИОННЫХ РАЗРАБОТОК ПО ПРИОРИТЕТНОМУ НАПРАВЛЕНИЮ «РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ» ВЫПУСК 6 Москва, 2012 ...»

-- [ Страница 3 ] --

– ректификация растворителя для его повторного использования в техпроцессе;

– ректификация легких фракций нефти;

– фракционная перегонка тяжелых фракций нефти в вакуумной колонне с получением вакуумного газойля и гудрона;

– компаундирование полученных легких фракций нефти и вакуумного газойля;

– оживлением бакпрепарата и наращивание его объемов в ферментере, используя при этом оборотную воду;

– введение раствора бакпрепарата в твердую фазу (мехпримеси) с получением биоактивного грунта.

В результате выполнения НИР получены следующие результаты:

– Разработан лабораторный технологический процесс (ЛТП) утилизации нефтесодержащих грунтов (почв), переработки нефтешлама с использованием физико химических и биологических методов.

– Разработаны рекомендации по обеспечению безопасной и безотходной переработки нефтешлама с использованием физико химических и биологических методов.

– Разработана эскизная конструкторская документация на макет установки, реализующей ЛТП утилизации, для оценки физико химических и биологических методов переработки нефтешлама.

– Изготовлен макет Установки для переработки нефтешлама.

– Исследованы физико химические и биологические методы переработки нефтешлама.

– Созданы экспериментальные образцы продуктов переработанного нефтешлама.

– Разработаны методики по применению физико химических и биологических методов переработки нефтяных шламов.

– Разработан антикоррозионный и антисептический составы, разработан биопрепарат на основе бактериального штамма Arthrobacter oxydans.

– Разработан проект ТУ антикоррозионного и антисептического составов и биопрепарата – Разработан проект Технического задания на ОКР.

5. Описание созданных объектов интеллектуальной собственности, их основные особенности и конкретные конкурентные преимущества (патентная защищенность, сравнение с имеющимися аналогами) Подана заявка на патент на изобретение «Установка для утилизации нефтезагрязненных грунтов».

Данное техническое решение относится к области переработки и утилизации нефтешламов, представ ляющих собой старые нефтезагрязненные грунты с высоким содержанием смол, асфатенов и парабенов.

Установка для утилизации нефтезагрязненных грунтов характеризуется тем, что содержит блок предварительной подготовки и блок термического разложения, выполненных в виде ректификационной колонны, дополненной печью пиролиза, вход, которой соединен с блоком предварительной подготовки, а выход через испаритель с указанной ректификационной колонной, которая при этом через охладители соединена с емкостями для легкой и тяжелой фракций, выходы которых соединены со смесителем.

Обеспечивается повышение эффективности утилизации, получение выходной углеводородной смеси с заданными параметрами.

6. Описание области применения полученных результатов (области науки и техники, отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция) Сектор нефтегазовой промышленности, предприятия которого являются источниками образования нефтезагрязненных отходов.

В настоящее время только в Тюменской области накоплено более 10 млн. тонн опасных отходов подлежащих переработке. Дальнейшая разработка распределенного фонда запасов обеспечит ежегодное образование не менее 200 тыс. тонн опасных отходов подлежащих переработке. Кроме того, в нефтегазовой отрасли активно внедряются технологии повышения нефтеотдачи (гидравлический разрыв пласта, зарезка горизонтальных стволов, направленное бурение), которые значительно увеличивают образование промышленных отходов.

При этом экономические условия требуют разработки способов обращения с отходами без создания специальных временных накопителей и чрезвычайно дорогих полигонов. В современной практике каждый вид отходов перерабатывается отдельно, что сильно повышает затраты. Кроме того, переработка отходов сводится к снижению класса их опасности (обезвреживанию). При этом даже при снижении опасности, отход остается в том же объеме, а не редко его объем увеличивается за счет разбавления.

7. Предполагаемые пути коммерциализации инновационной разработки (продажа продукции и/или услуг, заключение лицензионных договоров, создание предприятия, необходимый объем инвестиций (финансирования) и т.п.) Поскольку конечный продукт представляет собой установку по переработке отходов, имеющую свойства значительно превосходящие аналоги, предполагается продажа услуг по переработке нефтезагрязненных отходов с применением данной установки.

Услуги может оказывать как университет, имея лицензию на осуществление деятельности по сбору, использованию, обезвреживанию, транспортировке, размещению отходов I IV классов опасности, так и малое инновационное предприятие, созданное по 217 ФЗ, путем аренды установки и заключения лицензионного соглашения на передачу полученных результатов интеллектуальной деятельности, при условии получения лицензии на осуществление деятельности.

8. Имеющиеся результаты (объемы продаж и т.п. – указать конкретных потребителей) Нет.

Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский нефтяной научно исследовательский геологоразведочный институт»

(ФГУП «ВНИГРИ») Адрес: 191114, г. Санкт Петербург, пр. Литейный, д. Телефон: +7 (812) 273 43 Факс: +7 (812) 275 57 Е mail: ins@vnigri.ru 1. Номер государственного контракта № 16.515.11.5042.

2. Наименование темы контракта Создание серии опытных образцов биопре парата и разработка инновационной технологии их использования для очистки почвы от загрязнения нефтью и нефтепродуктами.

3. Критическая технология Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения.

4. Описание исследований или разработок, оценка достигнутых результатов постав ленным целям темы Разработаны и изготовлены опытные образца биопрепарата серии НАФТОКС на основе природ ных активных штаммов УОМ. Образцы прошли лабораторные испытания по очистке почвы загряз ненной нефтью и нефтепродуктами и показали высокую эффективность очистки. За период прове дения очистки в лабораторных условиях утилизация нефтяного загрязнения согласно ГОСТ 17.1.4.01 составила 70,9 90,3 % от исходного содержания, что значительно превышает плановые цифры – 60 80%.

В результате выполнения НИР разработаны:

– лабораторный регламент создания опытных образцов биопрепарата;

– программа и методики испытаний опытных образцов в лабораторных условиях на спец иально созданном испытательном стенде;

– проект Технического задания на опытно технологические работы.

Получены инновационные решения создания, испытания и контроля эффективности опытных образцов биопрепарата на основе живых активных штаммов УОМ, выделенных путем селекции из зон многолетних антропогенных загрязнений нефтью и нефтепродуктами.

5. Описание созданных объектов интел лектуальной собственности, их основные особенности и конкретные конкурентные преимущества (патентная защищенность, сравнение с имеющимися аналогами) Конкурентными преимуществами созданной серии опытных образцов биопрепарата являются:

– жидкая форма биопрепарата, сохраняющая живые активные штаммы углеводородокисля ющих микроорганизмов в питательной среде;

– высокий титр микроорганизмов, находящихся в рабочем состоянии;

– снижение затрат и времени на подготовительные работы перед очисткой загрязненных терри торий;

– уникальная, не имеющая аналогов в отечественной практике методика оценки эффективности утилизации нефтяного загрязнения с применением комплексного детального химико битуминологического анализа, позволяющего оценить эффективность очистки нефтяного загрязнения в целом, и отдельных, входящих в его состав фракций;

6. Описание области применения полученных результатов (области науки и техники, отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция) Предприятия и организации, у которых могут возникнуть (или уже имеются) ситуации загряз нения окружающей среды нефтью и нефтепродуктами. Малый и средний бизнес, специализирующийся в области экологии и охраны окружающей среды.

7. Предполагаемые пути коммерциализации инновационной разработки (продажа продукции и/или услуг, заключение лицензионных договоров, создание предприятия, необходимый объем инвестиций (финансирования) и т.п.) Результаты проведенной НИР могут быть использованы для восстановления загрязненных нефтью и нефтепродуктами почв и применяться потенциальными потребителями разработанной инновационной технологии очистки (нефте5экологическая концепция).

8. Имеющиеся результаты (объемы продаж и т.п. – указать конкретных потребителей) Нет.

Изменение качественного состава насыщенных углеводородов метано нафтеновой фракции нефтяного загрязнения почвы в процессе очистки в лабораторных условиях Принципиальная схема методики проведения опытов по деградации нефти и нефтепродуктов углеводородокисляющими микроорганизмами Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский (Приволжский) федеральный университет»

(ФГАОУ ВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет») Адрес: 420008, Республика Татарстан, г. Казань, ул. Кремлёвская, д. Телефон: +7 (843) 233 71 Факс: +7 (843) 292 44 Е mail: public.mail@ksu.ru Web: www.kpfu.ru 1. Номер государственного контракта № 16.515.11.5043.

2. Наименование темы контракта Разработка научно технических основ получения почвогрунта на основе нефтешлама и создание экспериментального образца почвогрунта на основе нефтешлама.

3. Критическая технология Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения.

4. Описание исследований или разработок, оценка соответствия достигнутых результатов поставленным целям темы Выполнены экспериментальные исследования переработки нефтешламов, нефтесодержащих грунтов (почв) в соответствии с разработанным методом, получены экспериментальные образцы продуктов переработки. Для выполнения экспериментальных исследований и получения продуктов переработки разработан и создан экспериментальный стенд.

Из нефтешлама, представляющего собой уникальную антропогенную эконишу с высоким уровнем загрязнения и токсичности, выделен штамм бактерии Pseudomonas stutzeri, обладающий комплексом биотехнологически ценных свойств. Обнаруженный штамм обладает способностью к стимуляции роста растений и способен утилизировать углеводороды как алифатические, так и ароматические.

Экспериментально продемонстрировано, что внесение выделенного штамма Pseudomonas stutzeri (путём бактеризации семян растений фитомелиорантов) ускоряет восстановление почвы, загрязнённой нефтяными углеводородами. Получен экспериментальный образец биопрепарата (рисунок 1).

Выделенный микроорганизм задепонирован во всероссийской коллекции, проводится его патентование.

Рисунок 1. Экспериментальный образец биопрепарата Разработан и экспериментально исследован новый путь переработки нефтешлама и нефте содержащей почвы (грунта), получены экспериментальные образцы продуктов переработки:

почвогрунта, нефтепродукта, антикоррозионного и антисептического состава. На первом этапе переработки нефтешлам путём обработки деэмульгатором и центрифугирования разделяется на фазы:

водную, нефтепродуктовую и фазу механических примесей. Недостатком данного пути переработки является повышенное содержание асфальто смолистых компонентов, характерное для нефтешламов.

Использование деасфальтизации улучшает характеристики нефтепродукта, получаемого на основе нефтешлама, но удорожает переработку. В данной работе впервые на основе асфальто смолистых компонентов, выделенных из нефтепродуктовой фазы нефтешлама, получен антикоррозийный состав.

Процесс получения антикоррозийного состава основан на сополимеризации асфальто смолистых компонентов с кубовыми остатками синтеза изопрена и модификации получающейся вязкой массы.

Таким образом, продемонстрирована возможность улучшения экономических показателей переработки нефтешлама за счёт получения дополнительного продукта (антикоррозийного состава) и вовлечения в процесс переработки дополнительного отхода (кубовых остатков). Получены экспериментальные образцы нефтепродукта (рисунок 2) и антикоррозийного состава (рисунок 3).

Рисунок 2. Экспериментальный образец нефтепродукта Рисунок 3. Экспериментальный образец антикоррозийного состава Исследована возможность утилизации механических примесей нефтешлама, содержащих остаточное загрязнение, с получением почвогрунта. Успешно осуществлена переработка смеси механических примесей нефтешлама с почвой методом фиторемедиации (культивирования растений фитомелиорантов) с использованием биопрепарата на основе ранее выделенного штамма бактерии Pseudomonas stutzeri (рисунок 4). Продукт переработки характеризуется высокой способностью к поддержанию роста растений и может быть использован в качестве почвогрунта. Получен экспериментальный образец почвогрунта (рисунок5).

Рисунок 4. Переработка смеси механических примесей нефтешлама и почвы.

Рисунок 5. Экспериментальный образец почвогрунта.

На основе проведённых исследований разработан лабораторный технологический регламент переработки нефтешлама, нефтесодержащих грунтов (почв) с получением комплекса продуктов (нефтепродукта, почвогрунта, биопрепарата, антикоррозийного состава, антисептического состава).

Разработан комплект документов, необходимых для реализации результатов НИР в реальных проектах, в том числе: разработаны проекты технических заданий на проведение ОКР и ОТР, проект технических условий на почвогрунт на основе нефтешлама. Проведена технико экономическая оценка результатов НИР. Идентифицированы и оценены экологические аспекты процесса получения нефтепродукта в соответствии с требованиями стандарта ISO 14001 (ГОСТ Р ИСО14001 2007).

5. Описание созданных объектов интеллектуальной собственности, их основные особенности и кон кретные конкурентные преимущества (патентная защищенность, сравнение с имеющимися ана логами) Подана заявка № 2012139285 на патентование выделен ного в ходе работ штамма микроорганизма Pseudomonas stutzeri. Основной особенностью штамма является сочетание способности к поддержанию роста растений и утилизации и алифатических углеводородов, и ароматических. Способность к утилизации углеводородов обоих классов обнаруживается лишь у немногих микроорганизмов, что является преиму ществом патентуемого штамма, по сравнению с аналогами.

6. Описание области применения полученных результатов (области науки и техники, отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция) Проведение опытно технологических и опытно конструк торских работ и разработка технологического решения по переработке нефтешламов и нефтесодержащих почв с полу чением комплекса полезных продуктов. Рекомендации по использованию результатов НИР могут быть использованы также в учебном процессе.

7. Предполагаемые пути коммерциализации инно вационной разработки (продажа продукции и/или услуг, заключение лицензионных договоров, создание предприятия, необходимый объем ин вестиций (финансирования) и т.п.) Заключение лицензионных договоров на право исполь зования технологии. Необходимый объём инвестиций (капи тальных затрат) при создании комплекса по переработке нефтешлама и нефтесодержащей почвы (грунта) мощностью 1 тыс. т. перерабатываемого нефтешлама в год, состав которого обеспечит возможность получения максимального спектра продуктов, составляет 5,4 млн руб. Срок окупаемости капи тальных затрат при переработке в год 1 тыс. т. нефтешлама (III класса опасности с содержанием нефти не менее 30%) составит от 1 года до 2 лет, в зависимости от размера коэф фициента на выплаты за размещение отходов в конкретном регионе.

8. Имеющиеся результаты (объемы продаж и т.п. – указать конкретных потребителей) Нет.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский химико технологический университет имени Д.И. Менделеева»

(РХТУ им. Д.И. Менделеева) Адрес: 125047, г. Москва, Миусская площадь, д. Телефон: +7 (495) 495 21 Факс: +7 (495) 495 21 Е mail: kolts@muctr.ru 1. Номер государственного контракта № 16.515.11.5044.

2. Наименование темы контракта Направленный синтез высокопористых и высокопроницаемых каталитических систем ячеистой структуры для процессов каталитической очистки сбросных газов химических и металлургических производств от СО, СН и NOx.

3. Критическая технология Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения 4. Описание исследований или разработок, оценка достигнутых результатов постав ленным целям темы Задачей выполнения НИР является: разработка технологических основ новых физико химических методов очистки отходящих газов промышленных металлургических и химических агрегатов от токсичных компонентов – СО, СН и NOx – с обеспечением международных нормативов по выбросам, обеспечением экологической безопасности городов и населённых пунктов, предупреж дением негативных последствий для здоровья человека.

Конкретная же цель в рамках проблемы, на решение которой направлен проект следующая:

разработка метода направленного синтеза каталитических систем на основе высокопористых высокопроницаемых ячеистых материалов (ВПЯМ), создание образца высокопористого высоко проницаемого ячеистого катализатора, создание каталитического реактора для процессов каталитической очистки отходящих газов химических и металлургических предприятий, содержащих СО, оксиды азота и сажу, и глубокого окисления углеводородов.

В результате выполнения второго года НИР получены следующие результаты.

Проведены экспериментальные исследования объекта НИР:

а) исследования прочностных свойств ВПЯН;

б) исследования адгезионных свойств компонентов катализаторов к поверхности ВПЯН.

Проведены лабораторные исследования высокопористого и высокопроницаемого катализатора ячеистой структуры для процессов каталитической очистки сбросных газов химических и металлургических производств от СО, СН и NOx на лабораторной проточной установке.

Проведен вычислительный эксперимент по исследованию структуры потока (на основе разработанной математической модели газодинамики) во внешней и внутренней частях высоко пористого и высокопроницаемого катализатора ячеистой структуры.

Разработана эскизная техническая документация на конструкцию каталитического реактора со стационарным слоем высокопористого и высокопроницаемого катализатора ячеистой структуры для очистки сбросных газов от СО, СН и NOx.

Разработан лабораторный технологический регламент получения высокопористого и высокопроницаемого катализатора ячеистой структуры для очистки сбросных газов химических и металлургических производств от СО, СН и NOx.

Проведены экспериментальные исследования гидродинамических свойств ВПЯН на гидро динамическом стенде – исследование гидравлического сопротивления и характера распределения потока газа на входе и выходе из носителя.

Проведен вычислительный эксперимент по исследованию каталитических и химических превра щений (с учетом гидродинамических явлений) в сбросных газах химических и металлургических производств.

Разработана конструкция каталитического реактора со стационарным слоем высокопористого и высокопроницаемого катализатора ячеистой структуры для очистки сбросных газов от СО, СН и NOx.

Разработан проект технического задания на проведение ОТР по теме «Разработка технологи ческого процесса создания высокопористого и высокопроницаемого катализатора ячеистой струк туры для очистки сбросных газов химических и металлургических производств от СО, СН и NOx».

Проведена оптимизация состава каталитичес кой системы на основе экспериментальных исследо ваний катализатора для процессов каталитической очистки сбросных газов химических и металлурги Рисунок 1. Принцип работы оборудования ческих производств от СО, СН и NOx и результатов математического моделирования.

Принцип работы оборудования схематически представлен на рисунке 1.

1. Модуль фильтрации отвечает за удаление механических, несгоревших частиц, в том числе сажи. Параллельно выступает как адсорбент для поглощения вредных выбросов. Убирается дымность.

2. Каталитические модули отвечают за дожиг и нейтрализацию СО, NОx, СН.

* При необходимости наше оборудование доукомплектовывается каталитическим модулем нейтрализации сернистых газов.

На рисунке 2 представлены образцы ВПЯМ различных форм, конфигураций и размеров.

Рисунок 2. Различные конфигурации ВПЯМ 5. Описание созданных объектов интеллектуальной собственности, их основные особенности и конкретные конкурентные преимущества (патентная защищенность, сравнение с имеющимися аналогами) Подана заявка на регистрацию программы ЭВМ «Параллельное программное обеспечение для подбора параметров детальных кинетических механизмов».

6. Описание области применения полученных результатов (области науки и техники, отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция) Результаты проведенной НИР могут быть использованы для проведения опытно технологических работ, направленных на создание катализаторов различной формы и размеров в химической, металлургической, автомобильной, нефтеперебатывающей промышленностях.

В дальнейшем могут выполняться ОТР по созданию переносных установок для нейтрализации и детоксикации отходящих и сбросных газов, а также при скоплении природного газа.

Разрабатываемые авторами проекта каталитические системы могут использоваться для каталитического окисления горючих и токсичных компонентов в сбросных газах химических и металлургических производств, а также для окисления отходящих газов двигателей внутреннего сгорания. Результаты работ приведут к уменьшению отрицательного техногенного воздействия на окружающую среду.

7. Предполагаемые пути коммерциализации инновационной разработки (продажа продукции и/или услуг, заключение лицензионных договоров, создание предприятия, необходимый объем инвестиций (финансирования) и т.п.) В рамках данного государственного контракта возможна любой путь коммерциализации инновационной разработки.

8. Имеющиеся результаты (объемы продаж и т.п. – указать конкретных потребителей) Нет.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина»

(РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина) Адрес: 119991, г.Москва, Ленинский проспект, д. 65, корпус Телефон: +7 (499) 233 92 Факс: +7 (499) 135 88 Е mail: com@gubkin.ru, ivanov166@list.ru, semyonovanton@mail.ru Web: www.gubkin.ru 1. Номер государственного контракта № 16.515.11.5045.

2. Наименование темы контракта Разработка газогидратного метода очистки отходящих газов химических и нефтехимических производств от газообразных углеводородов.

3. Критическая технология Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения.

4. Описание исследований или разработок, оценка достигнутых результатов постав ленным целям темы Проведен анализ исследуемой проблемы с использованием современных научно информа ционных источников. В результате проведения аналитического обзора информационных источников в области методов очистки отходящих газов химических и нефтехимических производств от газообразных углеводородов показано, что проблема загрязнения атмосферы выбросами нефте перерабатывающих и нефтехимических предприятий весьма актуальна. В РФ процессы переработки углеводородных систем являются одним из основных источников выбросов вредных веществ в атмосферу (1500 тыс. т/год). Из них основную часть (78 %) составляют углеводороды.

В нефтепереработке и нефтехимии для очистки отходящих газов от газообразных углеводородов главным образом применяются адсорбционный, термический и каталитический методы. Недостатками данных методов являются: применимость только при низком содержании газообразных углеводородов в очищаемых газах 1 %;

высокие энергетические и финансовые затраты для периодической регенерации адсорбента при повышенной температуре и его замены;

необходимость сжигания топлива для создания повышенной температуры, выброс в атмосферу продуктов сгорания: парникового СО2, оксидов азота и твердых продуктов сгорания;

высокая стоимость катализаторов, ограниченный ресурс их эксплуатации.

Представляет интерес разработка метода очистки отходящих газов от газообразных угле водородов, который не имел бы недостатков присущих вышеуказанным методам. Такой метод может быть основан на использовании процесса образования газообразными углеводородами соединений включения с водой. Потенциальными преимуществами такого метода являются умеренные температуры и давления проведения процесса 273 288К, 1 10 атм, простота аппаратурного оформления, нетоксичность и низкая стоимость основного используемого агента воды, возможность многократного циклического использования воды.

Выполнены основные подготовительные работы необходимые для проведения эксперимен тальных исследований, а именно разработаны экспериментальные методики и создана лабораторная установка для исследования газогидратной очистки газовых смесей, моделирующих отходящие газы химических и нефтехимических производств, от газообразных углеводородов. Схема установки показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Лабораторная установка для исследования газогидратной очистки газовых смесей, моделирующих отходящие газы химических и нефтехимических производств, от газообразных углеводородов;

А1 автоклав;

А2 сепаратор;

А3 регулятор давления;

ВР1 датчик давления;

Е1 Е4 штуцер;

Е5 Е11 вентиль шаровой;

ЕК1 термостат;

Р1,Р2 манометр В соответствии с требованиями ТЗ откорректирована Программа и методики испытаний, на основании которой проведены исследовательские испытания разработанной лабораторной установки.

Установка был признана выдержавшей испытания и соответствующей требованиям Технического задания.

На основании теоретических и предварительных экспериментальных исследований разработан газогидратный метод очистки отходящих газов химических и нефтехимических производств от газообразных углеводородов. Главной особенностью метода является использование вспомогательных клатратообразующих веществ (тетрагидрофуран, фуран), позволяющих проводить газогидратное извлечение углеводородов при более мягких условиях (при более низких давлениях и более высоких температурах).

На рисунке 2 представлены результаты экспериментов, иллюстрирующие влияние тетрагидро фурана при концентрации в водном растворе 10 % мол. на равновесные термобарические усло вия диссоциации гидратов, полученных при использовании модельной газовой смеси предель ных углеводородов С1 С4.

Из полученных экспериментальных результа тов можно сделать вывод, что с увеличением кон центрации ТГФ в водном растворе от 0 до 5 % мол.

стабильность смешанных гидратов возрастает, так как равновесные кривые смешаются в область более высоких температур и более низких давлений. С увеличением содержания ТГФ в растворе до 10 % мол. дальнейшее возрастание стабильности гидрата Рисунок 2. Зависимость равновесного давления не происходит, имеет место даже небольшой об диссоциации гидратов от температуры ратный эффект по сравнению с 5 %.

Проведено экспериментальное изучение влияния температурных условий на степень газогидратной очистки газовых смесей, моделирующих отходящие газы химических и нефте химических производств, от газообразных углеводородов. Влияние температуры изучали на примере газовой смеси полученной путем десятикратного разбавления модельной смеси 78,9 %СН4, 12,3 % С2Н6, 7,4 % С3Н8, 0,9 % i С4Н10, 0,5 % н С4Н10 инертным газом, в качестве которого использовался азот газообразный особой чистоты На рисунке 3 показаны фотографии содержимого автоклава для начальной и конечной стадии эксперимента при начальном давлении 10 атм, температуре 5 °С.

(а) (б) Рисунок 3. Фотографии содержимого ячейки для эксперимента при начальном давлении 10 атм, температуре 5 °С, а – начало эксперимента, видна граница раздела газовой и жидкой фаз;

б – окончание эксперимента, на внутренней стороне смотрового окна автоклава произошла кристаллизация смешанного гидрата ТГФ и углеводородов.

Максимальная степень извлечения метана, равная 89% наблюдается при температуре 5 °С.

Уменьшение температуры приводит к образованию большего количества гидратной фазы, и как следствие, это должно обеспечивать повышение степени извлечения, однако в случае метана наблюдается обратный эффект (степень извлечения падает до 72 % при 1°С) с уменьшением температуры термостатирования от 5 до 1 °С. Для этана и пропана близкие результаты по степени газогидратной очистки получены при температурах 1 и 5 °С. Степень извлечения этана составляет 30 %, пропана – 50 %. С учетом точности приборов, использовавшихся для измерения температуры, давления и состава газовой фазы не зафиксировано протекание газогидратной очистки смеси от бутанов.

Исследовано влияние парциального давления газообразных углеводородов на степени газогидратной очистки газовых смесей, моделирующих отходящие газы химических и нефтехимических производств.

Эксперименты проведены с использованием газовой смеси С1 С4 и смеси полученной ее десятикратным разбавлением азотом высокой чистоты. Диапазон давлений составил 1 10 атм при температуре 3 °С.

Экспериментально подтверждена возможность газогидратного извлечения углеводородов С1 С4 из модельных газовых смесей с помощью образования смешанных гидратов с тетрагидрофураном при сравнительно мягких условиях (давление 5 10 атм, температура 3 0С). Для метана максимальное значение составило 87,1 %, для этана – 50 %, пропана – 70,6 %, для i С4Н10 – 75,1%, по n С4Н10 – 56 %. При уменьшении парциального давления с учетом наличия гидрата полнота очистки смеси от метана уменьшается не так существенно по сравнению с углеводородами С2 С4.

Проведено экспериментальное изучение интенсификации образования гидратов углеводородных газов с помощью анионогенного ПАВ додецилсульфата натрия в системах модельная газовая смесь С1 С4 + дистиллированная вода и модельная газовая смесь С1 С4 + ТГФ + дистиллированная вода.

На рисунке 4 показана хроматограмма газовой фазы и фотография содержимого автоклава по окончании одного из опытов.

Обнаружено, что додецилсульфат натрия при концентрации 0,01 %масс. не влияет на кинетику связывания газообразных углеводородов в смешанные гидраты с ТГФ. Найдено, что NaDS при концентрации 0,01 % увеличивает скорость перехода компонентов С1 С4 в гидрат в 2,8 4,3 раза для системы модельная газовая смесь С1 С4 + дистиллированная вода.

Таким образом, проведенные экспериментальные исследования подтвердили возможность использования вспомогательных клатратообразующих веществ для извлечения из газовых смесей углеводородов при умеренных температурах и атмосферном давлении. Вышеописанные экспери ментальные результаты получены впервые.

Перед НИР была поставлена основная задача – разработать газогидратный метод очистки газовых смесей от газообразных углеводородов. Данная задача выполнена в полном объеме. Получено (а) (б) Рисунок 4. Хроматограмма газовой фазы автоклава на конечной стадии одного из опытов – (а);

фотография содержимого автоклава на завершающей стадии данного эксперимента (б), в жидкой фазе видны агломераты смешанного гидрата экспериментальное подтверждение возможности использования данного метода для извлечения из газовых смесей газообразных углеводородов при сравнительно мягких условиях (температура 280 К, давление 1 10 атм).

5. Описание созданных объектов интеллектуальной собственности, их основные особенности и конкретные конкурентные преимущества (патентная защищенность, сравнение с имеющимися аналогами) Патентные исследования, проведенные на первом этапе, показали, что проверяемый объект «способ очистки отходящих газов от газообразных углеводородов» обладает патентной чистотой в отношении России. Подготовлена заявка на изобретение «способ очистки отходящих газов от газообразных углеводородов». Особенностью предполагаемого изобретения является использование водных растворов вспомогательных клатратообразующих веществ, способных образовывать смешанные гидраты с газообразными углеводородами при давлениях 1 10 атм. Аналоги данного изобретения (патенты №2270917, 2288774, 2336932) имеют существенные отличия по техническим решениям. Основным их недостатком является невозможность проведения процесса гидрато образования в указанном диапазоне пониженных давлений.

6. Описание области применения полученных результатов (области науки и техники, отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция) Разработанный газогидратный метод очистки отходящих газов от газообразных углеводородов предназначен для использования на химических и нефтехимических предприятиях. Кроме того, полу ченные результаты могут быть использованы при создании различных газогидратных технологий, в том числе при разделении компонентов природного газа, их хранении и транспортировке в гидратном виде.

7. Предполагаемые пути коммерциализации инновационной разработки (продажа продукции и/или услуг, заключение лицензионных договоров, создание предприятия, необходимый объем инвестиций (финансирования) и т.п.) Предполагаемый путь коммерциализации инновационной разработки – заключение лицензион ных договоров.

8. Имеющиеся результаты (объемы продаж и т.п. – указать конкретных потребителей) Нет.

Государственное учебно научное учреждение «Факультет наук о материалах Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова»

(ФНМ МГУ) Адрес: 119992, г. Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В.Ломоносова, Факультет наук о материалах Телефон: +7 (495) 939 20 Факс: +7 (495) 939 09 Е mail: head@hsms.msu.ru Web: www.hsms.msu.ru, www.nanometer.ru 1. Номер государственного контракта № 16.515.11.5050.

2. Наименование темы контракта Разработка способов переработки и утилизации жидких и газообразных отходов производства наноструктурированных материалов с использованием мезопористых керамических мембран.

3. Критическая технология Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения.

4. Описание исследований или разработок, оценка достигнутых результатов постав ленным целям темы Работы по проекту направлены на разработку способов эффективного удаления взвешенных наночастиц из технологических жидкостей и газов, используемых в производстве нанострукту рированных материалов и утилизации отходов нанотехнологических производств, с целью обеспечения их экологической безопасности с помощью мезопористых керамических мембран.

В рамках работ разработана лабораторная технология формирования мезопористых керамических мембран для проведения процессов переработки жидких и газообразных отходов производства наноструктурированных материалов. Для решения проблем очистки и утилизации отходов производства наноструктурированных материалов предлагается использование мезопористых керамических мембран с диаметрами пор от 5 до 200 нм. Проведен синтез и оптимизация метода формирования мезопористых керамических мембран с узким распределением пор по размерам и заданным диаметром пор. Показано, что в процессе синтеза можно осуществлять контроль параметров микроструктуры пленок анодного оксида алюминия, контролируя плотность тока и заряд протекший при анодировании. Установлено, что для формирования пленки толщиной 1 мкм на площади 1 см требуется заряд 1,25 1,40 Кл.

Установлено, что мезопористые керамические мембраны устойчивы в жидких средах с диапазоном pH 3 9, при этом устойчивость мембран по отношению к кислым средам гораздо выше, чем к щелочным.

Для увеличения химической стабильности мембран в работе предложен способ кристаллизации аморфного оксида алюминия с использованием которого удается увеличить устойчивость образцов в кислой среде более, чем в 10 раз. Проведено исследование прочностных характеристик мезопористых керамических мембран, установлено, что прочность мембран позволяет проводить процессы разделения вплоть до перепадов давления в 9 бар. Показано, что мезопористые керамические мембраны обладают довольно высокой жидкостной проницаемостью до 180 л/(м2·атм·час) и высокой газовой проницаемостью до 260 м 3 /(м 2·атм·час) по азоту при комнатной температуре, что позволяет использовать данные мембраны для очистки жидких и газовых сред от отходов производства наноструктурированных материалов.

Изучен процесс мембранной очистки (ультра и микрофильтрации) жидких и газовых сред с использованием мезопористых керамических мембран c различной структурой пор на примере тестовых образцов отходов производства наноструктурированных материалов (аэрозолей фуллеренов, золей углеродных нанотрубок, монодисперсных наночастиц CdSe, SiO2, нанопорошков TiO2, растворов белковых молекул). Получены кривые отсечения в баромембранных процессах (рис. 2). Практически полное отсечение наблюдается для глобулина, обладающего молекулярной массой 150 кДа. На основании полученных данных разработаны мембранные фильтры на основе мезопористых керамических мембран и лабораторные методики переработки жидких отходов производства наноструктурированных материалов, содержащих взвешенные наночастицы диаметром от 5 нм до 2 мкм с их использованием.

Cтепень очистки газовых сред от взвешенных наночастиц диаметром 5 50 нм составила более 99 %, а от частиц с диаметром более 50 нм более 99,99%, при проницаемости мембраны до 200 м3/ (м2·атм·час). Степень очистки жидких сред на мезопористых керамических мембранах от взвешенных наночастиц диаметром 5 50 нм составила более 99 %, а от частиц с диаметром более 50 нм более 99,99%, при проницаемости мембраны по воде до 100 л/(м2·атм·час).

Кроме того, проведены работы по технико экономической оценке полученных результатов и разработан проект ТЗ на ОКР.

5. Описание созданных объектов интеллектуальной собственности, их основные особенности и конкретные конкурентные преимущества (патентная защищенность, сравнение с имеющимися аналогами) Основным результатом интеллектуальной деятельности по итогам выполнения проекта является заявка на патент «Мембранный фильтр и способ его изготовления». Данный фильтр обладает следующими конкурентными преимуществами:

– достижение степени очистки газовых сред от взвешенных наночастиц диаметром 5 50 нм более 99 %, а от частиц с диаметром более 50 нм – более 99,99%, при проницаемости мембраны до 200 м3/(м2·атм·час);

Рисунок 1. Фотография мембранного фильтра на основе анодного оксида алюминия Рисунок 2. Кривая отсечения для мезопористых керамических мембран на основе анодного оксида алюминия – достижение степени очистки жидких сред на мезопористых керамических мембранах от взвешенных наночастиц диаметром 5 50 нм более 99 %, а от частиц с диаметром более 50 нм – более 99,99%, при проницаемости мембраны по воде до 100 л/(м2·атм·час).

– увеличение проницаемости и селективности более чем в 2 раза при стоимости производства не превышающей таковую для существующих аналогов (Whatman Nuclepore™ и Whatman Anodisc™, а также фильтрами HEPA, классов U15 U17) 6. Описание области применения полученных результатов (области науки и техники, отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция) Применение мембранных методов очистки и утилизации отходов производства нанострук турированных материалов позволит значительно повысить экологическую безопасность производства, так или иначе, связанных с наноматериалами и исключить их влияние на атмосферу, гидросферу и биосферу. Кроме того, разработанные в рамках выполнения данного проекта мембраны, могут быть использованы для проведения процессов мембранного эмульгирования.

7. Предполагаемые пути коммерциализации инновационной разработки (продажа продукции и/или услуг, заключение лицензионных договоров, создание предприятия, необходимый объем инвестиций (финансирования) и т.п.) Для дальнейшей коммерциализации результатов НИР необходимо масштабирование технологии и постановка ОКР по тебе проекта.

Дальнейшая коммерциализация разработки планируется на базе ООО ФНМ с привлечением внебюджетного финансирования от потенциальными потребителей результата (компаний специализирующиеся на производстве наноструктур и наноматериалов, оборудования для медицины и мембранных материалов):

– Предприятия государственной корпорации Ростехнологии, специализирующиеся на производстве высокоточного вооружения ФГУП «КБ Точного машиностроения им. А. Э. Нудельмана»

производство высокоточного вооружения, ОАО «Энергоатоммаш» – производство оборудования для атомной и тепловой энергетики.

– НИИ медицинского приборостроения РАМН, МТ и ТНП ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, НПК «Зенит», производство медицинского оборудования.

– Компании, специализирующиеся на производстве мембран и фильтрационных элементов: ЗАО «Мембраны», ОАО «Владипор», НТЦ «Бакор».

8. Имеющиеся результаты (объемы продаж и т.п. – указать конкретных потребителей) Потребителем результата в ходе выполнения НИР являлся Химический факультет МГУ им.

М.В. Ломоносова в рамках некоммерческого использования мембранных элементов для очистки и эмульгирования белков.

Общество с ограниченной ответственностью «Систем Про»

(ООО «Систем Про») Адрес: 170028, г. Тверь, ул. Орджоникидзе, д. 43, корп. 1.

Телефон: +7 (909) 907 10 Е mail: topaz3otd@yandex.ru 1. Номер государственного контракта № 16.515.11.5051.

2. Наименование темы контракта Разработка технологии утилизации отходов производства наноструктурированных материалов на основе их гидроэлектрохимической переработки с получением редких тугоплавких металлов.

3. Критическая технология Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения.

4. Описание исследований или разработок, оценка достигнутых результатов постав ленным целям темы.

Проведен выбор направления исследований в области утилизации и переработки отходов производства наноструктурированных материалов, разработаны возможные направления иссле дований, возможных решений отдельных исследовательских задач, обоснован выбор оптимального варианта направления исследований.

Осуществлены теоретические исследования гидроэлектрохимических процессов, на основе которых строится технология утилизации и переработки карбидных отходов производства наноструктуированных материалов, а также теоретические исследования особенностей вы сокоэффективной переработки карбидных отходов производства наноструктуированных материалов.

Разработана теория функционирования объекта НИР и прототипы технических решений по реализации результатов теоретических исследований.

Осуществлена экспериментальная реализация прототипов технических решений, разработаны лабораторные технологические регламенты на гидроэлектрохимическую переработку металлических наноотходов W, Mo, Re и карбидных отходов, созданы программы и методики экспериментальных исследований по гидроэлектрохимической переработке отходов.

Проведены экспериментальные исследования по переработке отходов производства нанострук туированных материалов, содержащих редкие тугоплавкие металлы и их карбиды, изготовлены и испытаны опытные лабораторные образцы продуктов технологий.

Опытные лабораторные образцы продукции, полученные в соответствии с ТЗ и КП в количестве 10 15 г, (а именно – перренат аммония NH4ReO4;

соединения вольфрама (паравольфрамат аммония (NH4)5[HW6O21] · 4H2O, вольфрамовая кислота H2WO4);

молибдат аммония (NH4)2MoO4 тантало ниобиевый концентрат: 15 30% Ta2O5, ~5% Nb2O5;

оксид кобальта Со3О4;

оксид титана TiO2) испытаны в соответствии с Программой и методиками испытаний. Установлено, что образцы соответствуют требуемым параметрам стандартов качества.

Обобщены результаты исследований по утилизации отходов производства наноструктури рованных материалов на основе их гидроэлектрохимической переработки с получением соединений редких тугоплавких металлов. Проведена оценка эффективности полученных результатов.

Разработаны рекомендации по использованию результатов проведенных НИР в реальном секторе экономики, а также в дальнейших исследованиях и разработках.

5. Описание созданных объектов интеллектуальной собственности, их основные особенности и конкретные конкурентные преимущества (патентная защищенность, сравнение с имеющимися аналогами) Подана заявка на патент РФ «Способ электрохимической переработки карбидных отходов твёрдых сплавов». Дата поступления заявки в ФИПС 24.05.2012, вх. № 032291, рег. № 2012121386.

6. Описание области применения полученных результатов (области науки и техники, отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция) Результаты НИР могут использоваться на предприятиях цветной металлургии и редкометал лической промышленности.

7. Предполагаемые пути коммерциализации инновационной разработки (продажа продукции и/или услуг, заключение лицензионных договоров, создание предприятия, необходимый объем инвестиций (финансирования) и т.п.) Разработанные технологии могут быть внедрены на предприятиях цветной металлургии и редкометаллической промышленности, и в частности на заводе «Победит» (г.Владикавказ), на гидрометаллургическом заводе г.Скопин, Рязанская обл.,на ООО «Молирен» (г.Рошаль, Московская область).

8. Имеющиеся результаты (объемы продаж и т.п. – указать конкретных потребителей) Нет.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Петрозаводский государственный университет»

(ПетрГУ) Адрес: 185910, Республика Карелия, г. Петрозаводск, пр. Ленина, д. Телефон: +7 (8142) 71 32 Факс: +7 (8142) 71 32 Е mail: shegelman@onego.ru Web: www.petrsu.ru 1. Номер государственного контракта № 16.515.11.5052.

2. Наименование темы контракта Проведение проблемно ориентированных прикладных исследований и формирование научно технического задела для создания инновационной системы и методов использования и воспро изводства лесных ресурсов на базе новых технологий интенсивного лесопользования, обеспечивающих условия для рационального природопользования без нарушения устойчивости лесных экосистем с ориентацией на малозатратные и ресурсосберегающие технологии.

3. Критическая технология Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения.

4. Описание исследований или разработок, оценка достигнутых результатов постав ленным целям темы В рамках исследований сформированы и обоснованы научно технические и методические решения для создания инновационной системы и методов использования и воспроизводства лесных ресурсов на базе новых технологий, обеспечивающих рациональное экономически эффективное и экологически безопасное интенсивное лесопользование.

Сформирован научно технический задел и осуществлена разработка первичной документации технических решений, в том числе техническое задание на опытно конструкторскую работу для создания опытного образца валочно трелевочно процессорной машины Доказана эффективность оригинального функционально технологического анализа и синтеза патентоспособных технических решений в лесном комплексе.

Разработана методология мониторинга и контроля за освоением лесных ресурсов на территориально распределенных участках лесного фонда. Установлены новые зависимости и параметры, характеризующие условия работы машин на лесосеке при заготовке деловой и энергетической древесины на лесных участках в различных природно производственных условиях.

Проведенные маркетинговые исследования показали перспективность коммерциализации разрабатываемых научно технических решений.

Реализация исследований позволила сформировать и обосновать новые научно технические решения в области заготовки вторичных ресурсов лесосечных работ.

5. Описание созданных объектов интеллектуальной собственности, их основные особенности и конкретные конкурентные преимущества (патентная защищенность, сравнение с имеющимися аналогами) В процессе осуществления проекта была осуществлена оценка возможностей дополнительного использования лесосечных отходов после их использования в качестве укрепления волоков для движения лесных машин по лесосеке. Это позволило сформулировать способ переработки лесосечных отходов на щепу, который предусматривает их предварительную очистку путем создания вибрационных колебаний. Дата поступления заявки в Роспатент – 12 марта 2012 г. Регистрационный номер 2012109295. Заявитель – ФГБОУ ВПО «Петрозаводский государственный университет».

Также в процессе реализации проекта была сформирована и направлена в Роспатент заявка на регистрацию не имеющей аналогов программу для ЭВМ «Имитация работы мобильной рубительной машины на лесосеке при реальных условиях среды» (№ 2012617582 от 10.09.2012), которая позволяют осуществлять оценку эффективности работы мобильной рубительной машины в различных природно производственных условиях.

6. Описание области применения полученных результатов (области науки и техники, отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция) Лесной сектор Российской Федерации.


Создание конкурентоспособной отечественной лесозаготовительной техники на отечественных машиностроительных предприятиях позволит на этой основе сформировать новые производственные мощности и дополнительные рабочие места, и дополнительно задействует отечественные предприятия поставщиков комплектующего оборудования (резино технические изделия, двигатели, системы управления и др.), что также будет способствовать их развитию.

В целом результаты проекта позволят в дальнейшем интенсифицировать НИОКР, проводимых в Петрозаводском государственном университете по направлению «Рациональное природо пользование», а также направленных на решение проблем развития лесного сектора Российской Федерации и, прежде всего, лесного машиностроения. В частности, разработанный проект технического задания для проведения ОКР на разработку новой машины (ВТПМ) позволяет перейти к вопросу проектирования и изготовления опытного образца.

Общий вид запатентованной ВТПМ Запатентованная схема разработки на базе колесного трактора лесосеки с использованием ВТПМ 1 базовая машина, 2 харвестерная головка, 3 манипулятор, 4 зажимной коник.

1 лесовозный ус, 2 граница пасек, 3 размеченный волок, 4 полупасека до рубки, 5 подрост, 6 ВТПМ, 7 разработанный волок, 8 пень, 9 поваленное дерево, 10 разработанная пасека, 11 щеповоз, 12 погрузчик, 13 куча щепы, 14 штабеля деревьев, 15 автопоезд лесовоз, 16 штабеля сортиментов, 17 сучья вершины, 18 рубительная машина 7. Предполагаемые пути коммерциализации инновационной разработки (продажа продукции и/или услуг, заключение лицензионных договоров, создание предприятия, необходимый объем инвестиций (финансирования) и т.п.) Реальные перспективы коммерциализации результатов работ заключаются в том, что они позволяют в дальнейшем за сжатые сроки провести опытно конструкторские работы по разработке экспериментального образца машины для эффективной заготовки деловой древесины и подготовки вторичных ресурсов лесосечных работ для комплексного использования, а также позволят осуществить изготовление её экспериментального образца и провести экспериментальную апробацию техноло гического процесса в реальных природно производственных условиях.

Производством опытного образца разработанной машины заинтересовался ряд машино строительных предприятий, в том числе Онежский тракторный завод.

Разработанные РИДы могут быть коммерчески реализованы посредством продажи лицензии на производство новой техники.

8. Имеющиеся результаты (объемы продаж и т.п. – указать конкретных потребителей) Нет.

Патент «Валочно трелевочно Патент «Способ выполнения лесосечных процессорная машина» № 94111 работ агрегатной машиной» № Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Поволжский государственный технологический университет»

(ФГБОУ ВПО «ПГТУ») Адрес: 424000, г. Йошкар Ола, пл. Ленина, д. Телефон: +7 (8362) 68 68 Факс: +7 (8362) 68 68 Е mail: onuchinem@volgatech.net Web: www.volgatech.net 1. Номер государственного контракта № 16.515.11.5053.

2. Наименование темы контракта Разработка инновационной системы эффективного устойчивого лесопользования и лесовос становления на ландшафтно типологической основе с использованием адаптивно модульных образцов техники и инфотелекоммуникационных методов экомониторинга.

3. Критическая технология Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения.

4. Описание исследований или разработок, оценка достигнутых результатов постав ленным целям темы В процессе выполнения НИР был выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований направленных на обоснование структуры и параметров инновационной системы эффективного устойчивого лесопользования и лесовосстановления, её технологических составляющих и технических средств, необходимых для её реализации.

Термин «система лесопользования» в настоящее время имеет несколько значений и его понимание в значительной степени зависит от общего контекста его использования. Анализ использования этого термина в научно технической и публицистической литературе показывает, что наиболее часто он употребляется в двух значениях узком и широком. В узком смысле под системой лесопользования понимается некоторая комбинация рубок леса (сплошных или несплошных, главного или промежуточного пользования), обеспечивающая максимальный выход товарной древесины с единицы лесной площади, при соблюдении определенных лесоводственно экологических ограничений. В широком смысле в систему лесопользования дополнительно включают и комплекс мер по лесозащите и лесовосстановлению, а также машинно технологическое обеспечение выполнения лесохозяйст венных и лесозаготовительных работ.

Опираясь на понятие леса как географического объекта наиболее целесообразным является подход к лесопользованию, как к максимально широкому кругу взаимосвязанных проблем, включающих и лесоводственно экологические и технико технологические, а также социально экономические составляющие процесса функционирования лесной территории. Использование такого подхода позволило не только более полно и комплексно выявить и оценить качественные взаимосвязи между отдельными составляющими процесса лесопользования, но и сделало возможным на базе определения количественных закономерностей оптимизацию конструктивно технологических параметров отдельных подсистем по единым критериям эффективности функционирования всей системы.

Качественно новым явлением в лесопользовании должен стать индивидуальный подход к каждому отдельному участку лесного фонда, выраженный не только в его полном (точном и достоверном) таксационно лесоведческом описании, но и постоянном (а не периодичном, что реализуется в настоящее время) отслеживании его динамики и назначении с использованием методов прогнозирования индивидуальных технологических воздействий на лесную экосистему данного участка лесного фонда, оптимизированных с точки зрения достижения желаемых показателей эффективности лесопользования на данном участке.

В процессе разработки такой сложной многоуров невой и многосвязной системы как система эффектив ного устойчивого лесопользования и лесовосстановления широко использовался междисциплинарный подход, основанный на взаимодействии, взаимопроникновении и синтезе многих фундаментальных и прикладных дисциплин, касающихся биологии, лесоведения и лесоводства, лесовосстановления, технологических процессов лесохозяйственных и лесозаготовительных работ, механики, автоматики, технической кибернетики Рисунок 1. Составляющие инновационной и многих других.

системы эффективного устойчивого Использование такого подхода позволило отойти лесопользования и лесовосстановления от широко распространенной сегодня параметрической оптимизации отдельных частных компонент, в совокуп ности составляющих лесного комплекс (методов и способов лесоводства и лесоустройства, технологий и отдельный технических средств для лесозащиты, лесовосстановления, лесозаготовок и первичной переработки лесных ресурсов), к исследованию этих составляющих в рамках одной единой системы и оптимизации параметров такой системы по обобщённым критериям эффективности.

Таким образом, разработанная система лесопользования включает в себя (рис. 1):

– подсистему мониторинга и прогнозирования развития лесных экосистем, включая еще одну подсистему более низкого уровня – подсистему программно аппаратных и технических средств;

– подсистему способов, технологий и технических средств для лесовосстановления;

– подсистему способов, технологий и технических средств для лесоводства и лесозащиты;

– подсистему способов, технологий и технических средств для лесозаготовок и первичной переработки лесных ресурсов;

– подсистему конструкций технологического оборудования (рабочих органов) для выполнения технологических операций, связанных с обработкой предмета труда при выполнении лесохозяйственных и лесозаготовительных работ;

– подсистему шасси лесных машин и приводов технологического оборудования.

Общая схема функционирования разра батываемой системы представлена на рис. 2.

Состояние лесных экосистем отслеживается с определённой степенью достоверности и точности, необходимыми и достаточными для принятия адекватных решений по управлению лесами, при помощи системы мониторинга, основанной на современных инфотелекоммуникационных мето дах. Данные, полученные с помощью системы мониторинга поступают в математическую модель, представляющую собой основную часть системы прогнозирования продуктивности и устойчивости лесных экосистем. При помощи данной матема тической модели на основе данных системы мониторинга текущего состояния лесных эко Рисунок 2. Схема функционирования систем, путём оптимизации целевых критериев инновационной системы эффективного эффективности лесопользования (ресурсных, устойчивого лесопользования и лесоводственно экологических, социально эконо лесовосстановления мических или других) вырабатываются рекомен дации по проведению целесообразных технологических (своего рода управляющих) воздействий на лесные экосистемы.

При этом главной особенностью модели, является то, что в процессе выработки технологических воздействий на лесные экосистемы параллельно происходит процесс оптимизации как структуры так количественных параметров и технологического процесса и конструктивных параметров адаптивно модульных технических средств для его выполнения.

Комплекс имитационных и математических моделей, отражающий основные процессы функционирования инновационной системы эффективного устойчивого лесопользования и лесовосстановления включает в себя следующие компоненты:


– модель участка лесного фонда;

– имитационные модели типовых технологических воздействий на лесные экосистемы (рубки леса, основные операции искусственного лесовосстановления, лесозащитные операции, имитационные модели работы технологических машин в лесной экосистеме, модели лесосечных работ, взаимосогласованной работы технологических комплектов машин);

– модели хода роста древостоев;

– модели рельефа, освещённости и водного баланса;

– модели подлеска и живого напочвенного покрова;

– модель естественного лесовозобновления;

– модели возникновения и развития фитопатогенных процессов в лесной экосистеме;

– имитационная модель возникновения лесного пожара;

– модели ветровалов и снеголомов;

– имитационные модели адаптивно модульных технико технологических средств.

Модель участка лесного фонда отражает рельеф поверхности участка, почвогрунтовые, условия, пространственное распределение деревьев на данном участке, природно климатические воздействия (температура и влажность воздуха, количество осадков).

Имитационные модели типовых технологических воздействий на лесные экосистемы отражают процессы изменения основных параметров лесных экосистем в ходе технологических воздействия на них.

Модели хода роста древостоев отражают изменение основных таксационных характеристик каждого дерева в моделируемом насаждении в зависимости от сгенерированных условий роста (почвенных, влажностно температурных и др.).

Модели рельефа, освещённости и водного баланса отражают изменение освещ?нности и влажности почвы в отдельных точках моделируемого участка лесного фонда в зависимости от количества осадков, таксационных характеристик древостоев, рельефа, температуры и влажности воздуха.

Модели подлеска и живого напочвенного покрова отражают изменение в зависимости от типа лесорастительных условий, влажности и освещённости подлеска и живого напочвенного покрова.

Имитационная модель естественного лесовозобновления отображает процессы самосева и развития подроста в лесной экосистеме, увязывая эти процессы с моделируемыми условиями произрастания.

Модели возникновения и развития фитопатогенных процессов в лесной экосистеме отражают данные процессы в зависимости от условий роста насаждений.

Имитационная модель возникновения лесного пожара моделирует возникновение лесных пожаров в лесных экосистемах.

Модели ветровалов и снеголомов отражают процессы повреждения деревьев в насаждении в результате случайных воздействий ветра и снега.

Имитационные модели адаптивно модульных технико технологических средств отражают процессы, протекающие при функционировании лесных машин в ходе выполнения технологических операций в лесных экосистемах. При этом определяются силовые и энергетические нагрузки на технологическое оборудование и приводы машин, а также отображаются процессы обеспечивающие адаптивные свойства машинно технологических комплексов.

Таким образом математические и имитационные модели системы эффективного устойчивого лесопользования и лесовосстановления представляют собой целостный комплекс, имеют четкие связи и позволяют по критериям эффективности инновационной системы эффективного устойчивого лесопользования и лесовосстановления выполнить оптимизацию её основных параметров.

Разработанный комплекс математических и имитационных моделей является теоретической базой для разработки машинно технологических комплексов, обеспечивающих как комплексную машинизацию и автоматизацию лесохозяйственных и лесозаготовительных работ, так и энергетическую эффективность их выполнения. В частности резуль таты математического моделирования являлись основанием для разработки технических средств, представленных на рисунках 3 7. Разработанные технические средства обладают качественно улучшенными эксплуатационными свойствами за счёт реализации в их конструкции принципов Рисунок 3. Валочно пакетирующая машина с адаптивности, эксплуатационной модульности и автоматизированным ЗСУ на задней навеске комплексной автоматизации рабочих процессов.

Рисунок 4. Структурная схема автоматизированной системы управления Базовые теоретические выводы, полученные в процессе математического моделирования как лесоводственно экологических процессов, проте кающих в лесной среде, так и технологических процессов, связанных с выполнением лесохозяй ственных и лесозаготовительных работ в лесу, а также процессов функционирования технических Рисунок 5. Общая компоновка агрегата для клумбовой основной обработки почвы Рисунок 6. Автоматизированное захватно на вырубках срезающее устройство средств были проверены на практике в процессе полевых, полигонных и про изводственных экспериментальных исследований. Для проведения полигонных экспериментальных исследований были созданы экспериментальные образцы адаптивно модульных технических средств для инновационной системы эффективного устойчивого лесопользования и лесовосстановления, представленные на рис. 8 11.

Таким образом, в процессе выполнения НИР был решён комплекс научно технических задач, обеспечивающий достижение цели работы – создание научно технического задела в области использования и воспроизводства лесных ресурсов, новых технологий интенсивного лесополь зования и лесовосстановления, обеспечение условий для рационального природопользования без наруше ния устойчивости лесных экосистем с ориентацией на малозатратные и ресурсосберегающие технологии.

Полученные научно технические результаты позволили достичь следующих технико эконо мических показателей:

1) снижение затрат на проведение мони Рисунок 7. Схема трелёвочной машины торинга лесных экосистем;

2) повышение точности количественной оценки основных видов ресурсов леса;

3) увеличение прогностического горизонта в части прогнозирования устойчивости и продуктивности лесных экосистем.

4) сокращение сроков достижения лесными культурами возраста технической спелости на 7 лет;

5) повышение выхода товарной древесины на 0,2 м3/(га год).

6) повышение продуктивности экосистем равнинных Рисунок 8. Адаптивно модульный технологический комплекс для хвойно широколиственных лесов европейской части выращивания элитного России на 12 м3/га;

посадочного материала 7) снижение энергоёмкости выполнения комплекса лесосечно лесовосстановительных работ в зоне хвойно широколиственных лесов европейской части России на 0,7 МДж/м3;

8) повышение уровня механизации и автоматизации лесосечно лесовосстановительных работ до показателя 85% для лесосечных и 70% для лесохозяйственных работ.

Разработанный научно технический задел в области инно вационных использования и воспроизводства лесных ресурсов является конкурентоспособен по сравнению с существующими отечественными и зарубежными аналогами, в частности:

– в части точности количественной оценки основных видов ресурсов леса, а также дальности, точности и достоверности прогнозов устойчивости и продуктивности лесных экосистем;

– в части сокращения сроков достижения лесными куль турами возраста технической спелости и повышения выхода Рисунок 9. Экспериментальный товарной древесины.

образец адаптивно модульный В ходе выполнения НИР проведена технико экономическая агрегата для клумбовой оценка рыночного потенциала полученных результатов. подготовки почвы на вырубках 5. Описание созданных объектов интеллектуальной собственности, их основные особенности и конкретные конкурентные преимущества (патентная защищенность, сравнение с имеющимися аналогами) В рамках НИР поданы заявки на изобретения и полезные модели на следующие ключевые компоненты разработанной системы эффективного устойчивого лесопользования и лесовосстановления.

1) Валочно пакетирующий робот. Авторы: Онучин Е. М., Крюков С. Ю., Федоров Д. В.

2) Лесопитомнический комплекс с автономным энерго снабжением. Авторы: Романов Е. М., Онучин Е. М., Медяков А. А., Зубарев А. О.

3) Модульная машина для клумбовой подготовки почвы на вырубках. Авторы: Онучин Е. М., Крюков Я. В., Федоров Д. В.

4) Адаптивно модульный агрегат для клумбовой вспашки. Авторы: Онучин Е. М., Алексеев А. Э., Перетягин П. А.

5) Адаптивно модульная лесопосадочная машина.

Рисунок 10. Экспериментальный Авторы: Ефремцев А. В., Онучин Е. М. образец адаптивно модульной 6) Способ совместного выращивания дубово хвойных лесной машины для рубок ухода в молодняках и средневозрастных пород с качественной древесиной. Авторы: Алексеев насаждениях И. А., Алексеев А. В., Мухортов Д. И., Краснов В. Г., Нуреева Т. В., Гусева О. Н., Черных В. Л., Рублев С. И.

7) Модульный агрегат для обработки почвы круго выми площадками. Авторы: Онучин Е. М., Алексеев А. Э., Перетягин П. А.

8) Модульная лесопосадочная машина. Авторы:

Ефремцев А. В., Онучин Е. М.

Новизна и конкурентоспособность данных технических решений основана на использовании принципов адаптив ности, эксплуатационной модульности и комплексной Рисунок 11. Экспериментальный автоматизации рабочих процессов. образец адаптивно модульной лесотранспортной машины для 6. Описание области применения полученных рубок главного пользования результатов (области науки и техники, отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция) Полученные научно технические результаты существенно расширяют и дополняют теоретические и прикладные знания в области лесоведения и лесоводства, технологических процессов лесохозяй ственных и лесозаготовительных работ, конструирования лесных машин и оборудования и востребованы в лесном комплексе (лесное хозяйство, лесная промышленности и лесное машино строение) при разработке новых и модернизации существующих технико технологических средств для интенсивного устойчивого лесопользования.

7. Предполагаемые пути коммерциализации инновационной разработки (продажа продукции и/или услуг, заключение лицензионных договоров, создание предприятия, необходимый объем инвестиций (финансирования) и т.п.) Основные пути коммерциализации полученных научно технических результатов создание малых инновационных предприятий, оказывающих научно технические услуги предприятиям лесного комплекса по внедрению на них элементов инновационной системы эффективного устойчивого лесопользования и лесовосстановления, а также заключение лицензионных договоров.

8. Имеющиеся результаты (объемы продаж и т.п. – указать конкретных потребителей) Элементы инновационной системы эффективного устойчивого лесопользования и лесовосста новления внедрены в Учебно опытном лесхозе Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Поволжский государственный технологический университет», Обществе с ограниченной ответственностью «Пайн» (г. Йошкар Ола), разработанными техническими средствами заинтересовались Открытое акционерное общество «ЧЕТРА Форест» (г. Москва) и Общество с ограниченной ответственностью «ЮТЕК» (г. Нижний Новгород).

Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научный центр лесопромышленного комплекса»

(ФГУП «ГНЦ ЛПК») Адрес: 105120, г. Москва, ул. Нижняя Сыромятническая, д.5, стр. 3а Телефон: +7 (495) 916 06 Факс: +7 (495) 917 12 20, +7 (495) 916 05 Е mail: gnclpk@mail.ru Web: www.fgnclpk.ru 1. Номер государственного контракта № 16.515.11.5054.

2. Наименование темы контракта Исследование и технико экономическое обоснование технологий, рациональных схем организации лесосечных работ с применением новых способов и системы машин.

3. Критическая технология Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения.

4. Описание исследований или разработок, оценка достигнутых результатов постав ленным целям темы В процессе выполнения НИР получены следующие результаты:

– Выполнен анализ и проведены исследования применения различных технологий и систем машин для заготовки и обработки древесины с расчетом технико экономических показателей.

– Проведен анализ технико экономических показателей машин и технологий отечественных и зарубежных производителей. Исследована возможность применения системы учета работы машин с использованием ГЛОНАСС.

– Проведено исследование функционирования системы машин с применением компьютерных моделей и программного обеспечения.

– Рассмотрены технологии и системы машин, входящие в гусеничные лесозаготовительные комплексы.

– Приведен обзор современной гусеничной лесозаготовительной техники.

– Проведено исследование функционирования системы машин с применением компьютерных моделей и программного обеспечения.

– Даны технические предложения по разработке следующих машин:

• универсальная лесозаготовительная машина ЛЗ 4 (лесной комбайн заготовки хлыстов);

• погрузочно транспортная машина ЛЗ 5 (форвардер);

• валочно трелёвочная машина ЛЗ 4 01;

• бесчокерная трелёвочная машина ЛЗ 5 01;

• универсальная лесозаготовительная машина ЛЗ 5 01 (лесной комбайн заготовки сортиментов) – форвестер;

• машина сбора лесосечных отходов ЛЗ 5 02 со сменным оборудованием пожаротушения.

– Выполнен анализ научно информационных источников и результатов теоретических и экспериментальных исследований по предлагаемым системам машин.

– Проведены экспериментальные исследования технологий и систем машин в соответствие с разработанной программой и методикой экспериментальных исследований.

– Проведено исследование функционирования системы машин с применением компьютерных моделей и программного обеспечения.

– Разработана концепция создания модельного Предлагаемые для разработки лесного кластера, объединяющего лесозагото лесозаготовительные машины вительные и перерабатывающие предприятия и научный центр, работающие на один конечный результат – выпуск продукции с высокой добав ленной стоимостью.

– Дана оценка эффективности полученных резуль татов в сравнении с современным техническим уровнем.

– Проведена технико экономическая оценка рыноч ного потенциала полученных результатов.

– Приведена оценка спроса машин, входящих в систему машин в различных регионах России.

– Разработаны рекомендации по применению дири Лесной комбайн заготовки хлыстов ЛЗ жаблей различной грузоподъемности по основным (Валочно сучкорезно трелёвочная машина) функциональным и технико экономическим харак теристикам и областям применения при транс портировке леса и в лесном хозяйстве при уходе за лесом, мониторинге обнаружения и тушения пожаров.

– Разработаны рекомендации и предложения по использованию результатов проведенных НИР в реальном секторе экономики, лесозаготовительных предприятиях различных мощностей, климати Погрузочно транспортная машина ЛЗ ческих условий и породного состава леса;

разра (форвардер) ботаны предложения по использованию системы машин на лесозаготовках в рамках модельного лесного кластера.

– Разработаны проекты ТЗ для проведения после дующих ОКР на универсальную лесозагото вительную и погрузочно транспортную машины – Дана оценка полноты решения задач и достижения поставленных перед НИР целей.

Применение прототипов ЛЗМ при заготовке древесины Валочно трелёвочная машина ЛЗ 4 Бесчокерная трелёвочная машина ЛЗ 5 а) б) Лесной комбай заготовки сортиментов (форвестер) ЛЗ 4 02:

а – с продольной загрузкой сортиментов длиной 6м;

б – с поперечной загрузкой сортиментов длиной 4м а) б) Вспомогательная машина лесосечных работ ЛЗ 5 02:

а – с оборудованием сбора лесосечных отходов;

б – с оборудованием пожаротушения Сравнительные технико экономические показатели систем машин Применение электромеханической трансмиссии Применение в качестве привода электромеханических трансмиссий обеспечит:

– широкий диапазон бесступенчатого регулирования рабочих и транспортных скоростей;

– повышение производительности тракторных агрегатов путем оптимизации технологических и действительных скоростей;

– снижение удельного расхода топлива за счет работы дизеля в экономичном режиме ресурсосбережение;

– повышение ресурса дизеля из за отсутствия жесткой связи с ходовой системой, так как не передаются – динамические нагрузки от гусениц к двигателю, чего нельзя обеспечить при применении гидромеханических трансмиссий как полнопоточных, так и многопоточных;

– снижение динамических нагрузок при изменении скорости машины;

– исключение влияния неравномерности крутящего момента дизеля на ходовую систему трактора и, как следствие, снижение вибрации;

– снижение уровня вредных выбросов дизеля за счет работы в ограниченном частотном диапазоне с минимальным расходом топлива;

– повышение тягового КПД за счет меньшего числа кинематических элементов в приводе гусениц при отсутствии переменных нагрузок со стороны дизеля;

– более высокую надежность и долговечность электрических машин в сравнении с механическими передачами;

– возможность использования электроприводов агрегатов машины с активным приводом вместо механических или гидравлических механизмов;

– уменьшение физических нагрузок оператора при управлении машиной;

– создание более приспособленной системы для автоматизации управления машиной;

– исключение стартера для запуска дизеля и генератора для питания бортовой сети машины;

– обеспечение электропитания внешних потребителей при работе в режиме передвижной электростанции;

– более свободную компоновку узлов трактора.

Блок схема электромеханической трансмиссии гусеничной лесозаготовительной машины Эффекты от внедрения результатов Годовой экономический эффект от внедрения лесозаготовительных машин нового поколения и технологий лесосечных работ с их использованием составит не менее:

– лесного комбайна заготовки хлыстов (харвестера) ЛЗ 4 – 2 189 тыс. рублей;

– погрузочно транспортной машины (форвардера) ЛЗ 5 – 2 814,9 тыс. рублей;

– бесчокерной трелёвочной машины ЛЗ 5 01 – 3 484 тыс. рублей;

– валочно трелёвочной машины ЛЗ 4 01 – 2 497 тыс. рублей;

– лесного комбайна заготовки сортиментов (форвестера) ЛЗ 4 02 – 2 901 тыс. рублей.

Исследование применения системы ГЛОНАСС Основные задачи решаемые с применением системы ГЛОНАСС – учет показателей работы лесозаготовительной машины:

– Объем заготовленной древесины(куб.м) – Расход топлива (л) – Время работы машины (час) – Перемещения машины (км) Общая схема процессов и потоков данных системы ГЛОНАСС Элементы системы ГЛОНАСС Проверка действия системы ГЛОНАСС и системы учета работы, расхода топлива, Структурная схема технических средств объема заготовленной древесины системы ГЛОНАСС в эксплуатационных условиях Основной экран в офисе предприятия. Видны: окно графиков и окно дампа данных Теоретические исследования функционирования систем машин с помощью компьютерного моделирования Схема имитационного моделирования гусеничной лесозаготовительной машины при помощи компьютерного программного обеспечения Компьютерная модель лесозаготовительной машины Расчет коников ЛЗМ Расчет проводился методом конечных элементов с помощью программного комплекса ANSYS Расчет продольной устойчивости ЛЗМ Расчет продольной устойчивости проводился с помощью программного комплекса MSC Visual Nastran Desktop 4D Экспериментальные исследования Экспериментальные исследования проводились на имитационной модели новой базовой машины.

В ходе исследований были произведены замеры ряда силовых и кинематических параметров, характе ризующих динамические показатели в движении с учетом неровностей поверхности, по которой дви жется машина.

Проведены следующие основные и вспомо гательные эксперименты (испытания): равновесие, натяжение гусеницы, расчет начальных скоростей, вертикальная прокачка, движение по прямой, управ ление без обратной связи, испытания с оператором.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 12 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.