عایقهای حرارتی نانو برای محفظه های احتراق

[Just Mechanic 27854]

در يك نيروگاه فسيلي حداكثر حرارت توليدي در محفظه احتراق بايد صرف توليد انرژي شده و از اتلاف آن جلوگيري كرد. جهت جلوگيري از اتلاف حرارت از مواد عايق در اطراف محفظه احتراق و لوله‌هاي انتقال حرارت استفاده مي‌شود.

نانوكامپوزيت‌هاي آيروژل خواص اصلي آيروژل‌ها را داشته و در عين حال خواص مكانيكي و پايداري شيميايي لازم براي مصارف خاص صنعتي را نيز دارا هستند. اين كامپوزيت‌ها عايق‌هاي بسيار خوب حرارت هستند. اين مواد نانوساختار به خاطر مناسب بودن آن‌ها براي كاربرد در پانل‌هاي عايق و بلوك‌هاي نسوز در نيروگاه در محفظه احتراق و ساير قسمت‌هايي كه نياز به جلوگيري از اتلاف حرارت دارند قابل استفاده است. همچنين مواد نسوزي كه از ذرات نانومتري توليد مي‌شوند مي‌توانند خاصيت ضد آتش بودن را به ميزان بالاتر و توأم با استحكام مكانيكي داشته باشند.

شركت آمريكايي GE‌از نانوكامپوزيت‌هاي فوق در ساخت قطعات توربين گازي استفاده كرده است.

 

* افزايش راندمان واكنش ها با استفاده از نانوكاتاليست‌ها در صنعت نفت و پتروشيمي

 

كاتاليست‌ها كاربردهاي فراواني در صنايع پالايش نفت و پتروشيمي دارند. توليد بسياري از محصولات در طي فرآيندهاي شيميايي صورت مي‌گيرد و در اين ميان كاتاليست‌ها از اهميت زيادي برخوردارند چون نسبت به مواد اوليه، داراي وزن كمي هستند ولي قلب بسياري از واكنش‌ها محسوب مي‌شوند و حتي بسياري از فرآيندهاي شيميايي بدون آن اقتصادي نيست. كاتاليست‌ها با افزودن سرعت انجام واكنش‌ها موجب تسهيل انجام آنها مي‌شوند، و در اين ميان فعاليت كاتاليست‌هاي فلزي پايه‌دار شديداً به اندازه و شكل ذرات بستگي دارد.

نانوكاتاليست‌ها نسل جديدي از كاتاليست‌ها هستند كه با به كار بردن روش‌هاي توليد مواد نانوساختار به وجود آمده‌اند

 

كاتاليست‌هاي نانوساختار با زياد كردن قابليت دسترسي به ذرات فلزي، فعاليت كاتاليستي را به نحو چشمگيري بالا مي‌برند. روش مرسوم آماده‌سازي كاتاليست‌ها، شامل هم‌رسوبي و پر كردن پايه با محلول آبي حاوي ذرات فلزي مي‌باشد. در اين روش اندازه و شكل ذرات كاتاليست را به سختي مي‌توان كنترل كرد. اما سنتز نانوساختارهاي اكسيد فلز مركب با مورفولوژي‌هاي مختلف كره، سيم، طناب و لوله و قلم مو امكان دارد كه مي‌توانند بدون محلول يا با وجود آن، صورت بگيرد.

در قالب طرحي مشترك بين شركت Degussa‌ در آلمان و Headwaters/Inc در آمريكا، يك واحد براي توليد مستقيم پروكسيدهيدروژن مورد استفاده در ساخت اكسيد پروپيلن با استفاده از تكنولوژي شركت Degussa- Uhde- technology احداث شده است. از نوعي نانوكاتاليست‌ ويژه در اين فرآيند استفاده مي‌شود.

شركت آمريكايي Hheadwaters nanokinetix inc‌با تكنولوژي NxCat توانايي توليد انواع نانوكاتاليست از جمله نانو كاتاليست‌هاي اكسيد روي را دارا بوده و نيز صاحب روش‌هاي ويژه‌اي براي توليد نانوذرات با قطر 2 نانومتر است.

 

* پوشش‌هاي مايع نانوساختار به عنوان عايق حرارت و ضد خوردگي

 

پوشش‌هاي با بهره‌گيري از فناوري نانو، انقلابي در صنعت عايق‌كاري و محافظت از خوردگي در سطح جهاني پديد آورده و با خواص منحصر به فرد خود، از اتلاف انرژي و منابع مالي جلوگيري مي‌كند و با هزينه مناسب مي‌تواند جايگزين عايق‌هاي سرد و گرم موجود و پوشش‌هاي ضد خوردگي فعلي باشد.

عايق حرارتي نانو، ماده جديدي است كه محافظ و عايق حرارتي مناسبي در مقابل هر 3 نوع انتقال گرما شامل تشعش، جابجايي و همرفتي است. خصوصيت ويژه اين محصول، مايع بودن آن است كه امكان استفاده از آن را بر روي سطوح فلزي و غير فلزي توسط پيستوله، برس و رول‌هاي نقاشي فراهم مي‌كند. همچنين نانويي بودن ذرات اين پوشش‌ها باعث مي‌شود كه بيشترين نفوذ در حفره‌هاي سطحي، كه عمليات پوشش‌دهي بر روي آن انجام مي‌شوند، را ايجاد كنند و چون ابعاد ذرات اين پوشش‌ها در حد ميلي ميكرون است، هم از فضا و هم از مواد به ميزان صحيحي استفاده مي‌شود. علاوه بر اين، تراكم اين لايه‌هاي نازك به حدي است كه ميزان تخلخل در آن بسيار كم بوده و عواملي كه سبب خوردگي مي‌شوند، نيز نمي‌توانند در اين لايه‌ها نفوذ كنند. ضمناً چسبندگي اين نوع پوشش به ماده هدف بسيار مناسب بوده و استحكام پوشش بسيار بالا است و همچنين به دليل توزيع يكنواخت پوشش، پراكنش لايه نازك اختلاف پتانسيل را از بين برده و نيروي محركه براي شروع خوردگي را از بين مي‌برد.

شركت آمريكايي Industrial‌ Nano Tech,inc كه شركتي علمي - صنعتي است و در زمينه‌هاي گوناگون نانوتكنولوژي كار مي‌كند محصولي به نام Nansulate‌(نام تجاري) توليد كرده است. اين ماده يك رده صنعتي از عايق‌هاي مايع است كه به عنوان پوشش روي سطوح مختلف استفاده مي‌شود. ادعا مي‌شود كه اين ماده هدايت حرارتي بسيار كمتري از ديگر مواد عايقي كه در مراكز معتبري چون آزمايشگاه ملي لارنس ليورمور ايالات متحده، آزمايشگاه ملي سنديا و دانشگاه فلوريدا توليد شده است، دارد. اين ماده همچنين داراي خاصيت ضد خوردگي نيز مي‌باشد و قادر به صرفه‌جويي زيادي در مصرف انرژي است. محدوده كاربرد اين عايق در صنايع نفت و گاز، پتروشيمي، دريايي، كاغذ، اتومبيل، دارويي ، ماشين‌سازي صنعتي، ساختمان، ساخت كشتي، نيروگاهي و خانگي است.

شركت‌ آلماني Degussa‌ رده جديدي از رنگ‌هاي آكريليكي بر پايه نانوذرات را توليد كرده است. اين رنگ‌ها كه سازگار با محيط زيست هستند عاري از حلال، ضد خراس و مقاوم به سايش بوده و قابليت كاربرد روي مواد مختلف ( از جمله فلزات و پلاستيك)‌ را دارند. خاصيت ضد سايش اين رنگ‌ها ده برابر رنگهاي آكريليكي متداول است. اين رنگ‌ها در جلوگيري از خوردگي تجهيزات فلزي و لوله‌ها در نيروگاه‌ها بسيار موثر واقع خواهند شد.

شركت آمريكايي Inframat Coroporation يك روكش سراميكي متخلخل عايق حرارتي به صورت اسپري حرارتي از جنس زيركونيوم پايدار شده با ايتريوم را براي موتورهاي توربين گازي صنعتي و هواپيماها توليد مي‌كند تا قطعات فلزي داغ را از گاز داغ جدا كند.

شركت آمريكايي Mascoat Products، از سراميك‌هاي در ابعاد ميكرو براي توليد عايق‌هاي حرارتي و ضدخوردگي كه اسپري مي‌شوند، استفاده مي‌كند.

 

* قطعات متحرك بادوام‌تر در توربين و ژنراتور

 

قطعات زيادي در نيروگاه تحت تنش‌هاي بالا است، استفاده از موادي با استحكام بالا مي‌تواند هزينه‌هاي توليد و نگه‌داري و در نتيجه هزينه‌هاي توليد انرژي را كاهش دهد. از جمله اين قطعات، قطعات متحرك توربين‌ و ژنراتور، محورهاي دوران است.

در مورد مواد فلزي، فناوري نانو با استفاده از نانو ساختار كردن فلزات حجيم توانسته است مواد فلزي جديد با خواص بهينه‌تر توليد كند. از جمله اين موارد استفاده از روش نانو ساختار كردن فلزات به وسيله تغيير شكل پلاستيكي شديد و عمليات حرارتي بعد از آن مي‌باشد كه منجر به بالا رفتن شديد استحكام مي‌شود.

از ديگر كاربردها، استفاده از نانوكامپوزيت‌هاي زمينه فلزي است كه جهت نيل به استحكام بالا و يا خواص حرارتي خوب ساخته مي‌شود. از جمله اين موارد پره توربين است.

شركت Metallicum اولين شركت در دنياست كه روي توسعه و تجاري‌سازي آلياژها و فولادهاي نانو ساختار متمركز شده است. ديدگاه شركت اين است كه كاركردي فوق‌العاده از فلزات نرم و آلياژ‌هايي كه تحت فرآيند مورد استفاده اين شركت قرار مي‌گيرند و به مواد فلزي پلي كريستال نانوساختاري (با اندازه دانه‌هاي بسيار ريز) تبديل مي‌شوند را ارائه دهد.

شركت NanoSteels ‌در آمريكا نيز شركت ديگري است كه در توليد فولادهاي نانو ساختار فعاليت دارد. عمده فعاليت اين شركت، توليد محصولاتي فلزي با ساختار نانومتري است كه قابل استفاده به صورت تجاري باشند. اين شركت ورقه‌هاي فولادي مختلف با ساختار نانو تهيه مي‌كند. همچنين در زمينه پوشش‌هاي نانو ساختار بر روي اين فولادها ديگر محصولات فلزي فعاليت دارد. علاوه بر اين، اين شركت موفق به ساخت آلياژي موسوم به Super Hard Steel شده است كه تفاوت چشم‌گيري از لحاظ خواص استحكامي و مقاومت فيزيكي با آلياژهاي مرسوم دارد.

Nanomat نيز نام مجموعه‌اي آلماني از انستيتوهاي تحقيقاتي است كه روي سنتز و توليد سراميك‌ها و فلزات نانوساختار فعاليت مي‌كند. مؤسساتي كه با هم در قالب اين نام همكاري دارند كاملا علمي بوده و از لحاظ فناوري در سطح بالايي قرار دارند. اين مسئله با جايزه‌هاي زيادي (از جمله نوبل) كه دريافت كرده‌اند قابل اثبات است.

ANI و SIIT دو مركز در زمينه نانو فناوري آلياژ آلومينيوم جديدي را با استفاده از نانو تيوب‌هاي كربني توسعه داده‌اند كه هدايت حرارتي 5-4 برابر بيشتر از هدايت حرارتي آلومينيوم (بدون CNT) دارد. SIIT‌يك سازمان در زمينه نانوتكنولوژي است كه توسط دولت ژاپن به طور كامل حمايت مي‌شود.