ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СИСТЕМЫ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ ТЕПЛОТЫ НА БАЗЕ ПАРОВОЙ КОНВЕРСИИ МЕТАНА
Аннотация
Вопросы изучения процессов паровой конверсии метана являются важными, поскольку они могут применяться не только с целью получения водорода, но и при реализации принципов термохимической регенерации теплоты теплоэнергетических, теплотехнических и в принципе любых топливоиспользующих установок, поскольку они позволяют снижать затраты материальных и энергетических ресурсов в расчете на единицу получаемой продукции с одновременным улучшением экологических показателей. В последнее время для исследования систем, в которых происходит преобразование одних видов энергии в другие, применяется эксергетическая методология, позволяющая наиболее адекватно оценивать степень термодинамического совершенства. Такая методология ранее была применена к установкам по преобразованию химической энергии органического топлива в электрическую и тепловую энергию – электростанции, котельные, теплоэлектроцентрали; преобразованию электроэнергию в теплоту различного потенциала – холодильные установки и тепловые насосы и ряду других установок и систем. В рамках данной работы проведено исследование по определению эксергетического КПД процесса паровой конверсии метана. Установлено, что в условиях использования термохимической регенерации возможно достижение высокой степени регенерации тепла отходящих дымовых газов при умеренной температуре. Определен равновесный состав продуктов реакции паровой конверсии метана для различных параметров протекания процесса (температуры, давления, отношения водяного пара к метану 1 и 2). Выполнен термодинамический анализ процесса паровой конверсии метана для определения возможных диапазонов изменения технологических параметров реакционной смеси в зависимости от предназначения установки – обеспечение химических процессов сырьем, проведение регенерации теплоты или комбинированные энерго-химические комплексы с комплексным использованием потенциала органического топлива.
Для цитирования:
Мракин А.Н., Афанасьева О.В., Карпилов И.Д., Севергина Е.С. Эксергетический анализ системы термохимической регенерации теплоты на базе паровой конверсии метана. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 12. С. 124-131. DOI: 10.6060/ivkkt.20236612.6950.
Литература
Information and technical guide to the best available technologies. ITS 2-2019. Production of ammonia, mineral fertilizers and inorganic acids. M.: Byuro NDT. 2019. 825 p. (in Russian).
Kunin A.V., Ilyin A.A., Morozov L.N., Smirnov N.N., Nikiforova T.E., Prozorov D.A., Rumyantsev R.N., Af-ineevskiy A.V., Borisova O.A., Grishin I.S., Veres K.A., Kournikova A.A., Gabrin V.A., Gordina N.E. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 7. P. 132-150 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236607.6849j.
Rumyantsev R.N., Batanov A.A., Tsymbalist I.N., Ilyin A. A., Gabrin V.A., Grishin I.S. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 10. P. 56-64. DOI: 10.6060/ivkkt.20216410.6441.
Ivanova T.V., Ilyin A.A., Rumyantsev R.N., Kournikova A.A., Ilyin A.P. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 5. P. 50-56 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216405.6391.
Froment G.F. // J. Molec. Catal. A: Chem. 2000. N 32. Р. 54-61. DOI: 10.1016/S1381-1169(00)00407-6.
Pashchenko D. // Energy. 2018. V. 143. P. 478-487. DOI: 10.1016/j.energy.2017.11.012.
Pashchenko D. // Energy. 2022. V. 251. 123854. DOI: 10.1016/j.energy.2022.123854.
Garyaev A.B., Glazov V.S., Zhubrin S.V., Popov S.K. // Vestn. MEI. 2017. N 4. P. 15-22 (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2017-4-15-22.
Pashchenko D., Gnutikova M., Karpilov I. // Int. J. Hydrogen En. 2020. V. 45. N 7. P. 4174-4181. DOI: 10.1016/ j.ijhydene.2019.11.202.
Pashchenko D. // Int. J. Hydrogen En. 2020. V. 45. N 38. P. 18772-18781. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.04.279.
Pashchenko D. // En. Convers. Manag. 2018. V. 171.
P. 917-924. DOI: 10.1016/j.enconman.2018.06.057.
Mrakin A.N., Sotnikov D.G. Energy-chemical installations with destructive processing of hydrocarbon raw materials. Saratov: Amirit. 2019. 182 p. (in Russian).
Badami M., Mura M. // Energy. 2010. V. 35. N 6.
P. 2535-2543. DOI: 10.1016/j.energy.2010.02.053.
Liao C., Ertesvag I.S., Zhao J. // Energy. 2013. V. 57. P. 671-681. DOI: 10.1016/j.energy.2013.05.055.
Ozkan D., Kiziler O., Bilge D. // Eng. Technol. 2012. V. 61. P. 774-778.
Afanasyeva O.V., Mingaleeva G.R. // En. Efficiency. 2014. V. 8. N 2. P. 255-265. DOI: 10.1007/s12053-014-9290-6.
Afanas’yeva O.V., Mingaleeva G.R. // Solid Fuel Chem. 2009. V. 43. N 1. P. 55-59. DOI: 10.3103/S03615219 09010121.
Khlebalin Yu.M. // Vestn. SGTU. 2011. N 1(54). P. 14-17 (in Russian).
Mrakin A.N., Akimova G.A. // Solid Fuel Chem. 2015. V. 49. N 4. P. 261-265. DOI: 10.3103/S0361521915040072.
Mrakin A.N., Selivanov A.A. // Energetika Tatarstana. 2013. N 4(32). P. 33-38 (in Russian).
Klimenko A.V., Agababov V.S., Borisova P.N., Petin S.N. // Teplofizika Aeromekhanika. 2017. V. 24. N 6. P. 961-968 (in Russian). DOI: 10.1134/S0869864317060129.
Stepanov V.S., Stepanova T.B., Starikova N.V. Exergy analysis of energy generation, transport and consumption systems. Irkutsk: Izd. IRNITU. 2016. 276 p. (in Russian).
Verkhivker G., Kravchenko V. // Energy. 2004. V. 29. N 3. P. 379-388. DOI: 10.1016/j.energy.2003.10.010.
Vargaftik N.B. Handbook on thermophysical properties of gases and liquids. M.: Nauka. 1972. 700 p. (in Russian).
Pashchenko D. // Int. J. Energy Res. 2019. P. 1–10. DOI: 10.1002/er.4943.
Reference book of azotchik. Volume 1. M.: Khimiya. 1967. 492 p. (in Russian).
Pashchenko D. // Therm. Sci. Eng. Prog. 2022. V. 36. N 3. 101537. DOI: 10.1016/j.tsep.2022.101537.
Pashchenko D., Mustafin R., Karpilov I. // Energy. 2022. V. 252. N 1. 124081. DOI: 10.1016/j.energy.2022.124081.
Pashchenko D., Mustafin R., Karpilov I. // Appl. Therm. Eng. 2022. V. 212. N 2. 118578. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2022.118578.
