Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Состояние вопроса и перспективы использования термохимической регенерации тепла для повышения энергоэффективности ВТУ 10
1.1 Термическая регенерация 11
1.2 Использование термохимической регенерации теплоты на базе паровой конверсии природного газа 13
1.3 Перспективы использования термохимической регенерации теплоты за счет конверсии природного газа продуктами его полногосгорания 19
1.3.1 Энергоэффективное техническое решение термохимической регенерации теплоты через поверхность нагрева 20
1.3.2 Термохимическая регенерация теплоты при конверсии природного газа продуктами сгорания на нагретом катализаторе 22
1.3.3 Технологическое использование схемы термохимической регенерации теплоты с интегрированным мембранным реактором 25
1.4 Постановка целей и задач исследования 26
Выводы по главе 1 28
ГЛАВА II. Термодинамика термохимической регенерации теплоты 29
2.1 Механизм процесса 29
2.2 Балансовые уравнения 34
2.2.1 Уравнения материального баланса 35
2.2.2 Уравнения энергетического баланса 39
2.2.3 Состав конвертированного газа 41
2.3 Максимальная степень конверсии метана 47
2.4 Эффективные технологические параметры функционирования системы термохимической регенерации теплоты 54
Выводы по главе II 58
ГЛАВА III. Математическая модель термохимической регенерации теплоты отходящих дымовых газов 59
3.1 Математическое описание модели прямоточного реакционного элемента 60
3.2 Модель химического реагирования 62
3.3 Расчет массообменных процессов на элементарном участке 66
3.4 Теплообменные процессы на элементарном участке 67
3.5 Определение теплофизических свойств реакционной смеси 71
3.6 Описание алгоритма расчета 73
3.7 Ввод начальных данных 80
3.8 Результаты расчетов процессов тепломассообмена 81
3.8.1 Показатели массообмена 82
3.8.2 Результаты расчета теплообмена в реакционном элементе 83
Выводы по главе III 86
ГЛАВА IV. Перспективы использования термохимической регенерации теплоты дымовых газов на примере кузнечной печи 87
4.1 Схемное решение использования термохимической регенерации теплоты отходящих дымовых газов 87
4.1.1 Схема кузнечной печи с термохимической регенерацией теплоты отходящих дымовых газов 87
4.1.2 Термохимический реактор 90
4.2 Тепловой баланс в рабочей камере печи 92
4.3 Сравнительная оценка энергетической эффективности 95
4.4 Экологическая эффективность 104
4.5 Сравнительный анализ экономический эффективности 105
4.6 Расчет основных показателей экономической эффективности 108
Выводы по главе IV 116
Выводы 118
Список использованных источников 119
Приложение 1 130
- Использование термохимической регенерации теплоты на базе паровой конверсии природного газа
- Эффективные технологические параметры функционирования системы термохимической регенерации теплоты
- Результаты расчета теплообмена в реакционном элементе
- Схема кузнечной печи с термохимической регенерацией теплоты отходящих дымовых газов
Введение к работе
Актуальность темы
В российской энергетике проблема нерационального использования энергии стоит особенно остро. По подсчетам экспертов потенциал повышения энергоэффективности в России оценивается около 40%. Высокая удельная энергоемкость российской экономики обусловила появление государственных программ по энергосбережению и повышению энергоэффективности. В соответствии с Указом Президента Российской Федерации «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики»1: необходимо осуществить снижение к 2020 году энергоёмкость валового внутреннего продукта Российской Федерации не менее чем на 40% по сравнению с 2007 годом, а также обеспечить рациональное и ответственное использование энергии и ресурсов.
Проблема энергосбережения актуальна и для рассматриваемых в работе высокотемпературных теплотехнологических установок (ВТУ), для которых характерна высокая доля тепловых потерь с отходящими дымовыми газами (до 70%). В значительной мере повысить энергоэффективность этих установок можно за счет регенерации безвозвратно теряемого тепла. Среди известных способов регенерации тепла необходимо выделить термохимический как наиболее перспективный, т.к. он позволяет обеспечить практически полную регенерацию теплоты дымовых газов.
Патентно-информационный обзор по теме показал, что наиболее распространенным способом термохимической регенерации (ТХР) теплоты является ТХР за счет паровой конверсии метана. Однако крупным недостатком такого способа является повышенный, почти в 2 раза по сравнению со стехиометрическим, удельный расход пара. Достаточно указать, что даже при стехиометрическом расходе пара на конверсию метана энергетические затраты на его производство составляют 8-10% от располагаемого тепла в рабочей камере ВТУ, что соответственно снижает её КПД. В настоящей диссертационной работе произведено исследование термохимической регенерации теплоты отходящих дымовых газов за счет конверсии природного газа продуктами его полного сгорания. Этот принцип регенерации теплоты основан на использовании бросовых ресурсов - тепла дымовых газов и их компонентов (Н20 и СОг). Применение этого способа обуславливает появление больших резервов снижения удельной энергоемкости ВТУ.
Целью работы является изучение способа повышения энергетической эффективности ВТУ за счет термохимической регенерации теплоты отходящих дымовых газов путем конверсии природного газа продуктами его полного сгорания; оценка увеличения энергетической эффективности
1 Указ Президента Российской Федерации от 4 июня 2008 года №889 «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики».
вследствие применения изученного способа регенерации теплоты на примере кузнечной печи.
Для достижения поставленной цели был сформулирован ряд взаимосвязанных задач, в частности:
разработка энерготехнологических схем термохимической регенерации теплоты дымовых газов за счет конверсии природного газа продуктами его полного сгорания;
изучение механизма химических реакций, протекающих в термохимическом реакторе; определение наиболее вероятных реакций;
исследование термодинамики процесса ТХР - определение зависимости количества физической теплоты, трансформированной в химическую энергию, от технологических параметров: температуры, давления и состава реакционной смеси;
разработка математической модели химического реагирования и тепломассообменных процессов, протекающих в реакторе;
численное исследование распределения концентрации метана и температур по длине канала реакционного элемента термохимического реактора на основании разработанной математической модели;
применение полученных результатов исследования для определения энергетической эффективности и экономической целесообразности использования предложенных энергосберегающих мероприятий на примере кузнечной печи.
Научная новизна:
Произведена оценка повышения энергетической и экономической эффективности работы ВТУ в результате внедрения способа термохимической регенерации теплоты отходящих дымовых газов за счет конверсии природного газа продуктами его полного сгорания (на примере кузнечной печи).
Для процесса ТХР теплоты за счет конверсии природного газа продуктами его полного сгорания определена зависимость количества физической теплоты трансформированной в химическую энергию от технологических параметров: температуры, давления и состава реакционной смеси.
Впервые определен диапазон изменения технологических параметров для эффективного использования ТХР теплоты отходящих дымовых газов.
Разработан и запатентован способ термохимической регенерации теплоты отходящих дымовых газов за счет конверсии природного газа высокотемпературными продуктами его полного сгорания и устройство для его реализации.
Разработана математическая модель термохимического реактора; произведено численное исследование процессов, протекающих в термохимическом реакторе.
Достоверность результатов работы обеспечивается использованием современных теоретических и экспериментальных данных, высокоточных методов компьютерного моделирования; хорошей сходимостью численных исследований термодинамики процесса и результатов расчета по одномерной модели процессов, протекающих в термохимическом реакторе.
Практическая значимость работы определяется полученными результатами исследования, которые могут быть использованы при проектировании схем термохимической регенерации теплоты ВТУ. На международной выставке НТТМ-2010 и ESE-2010 за НИОКР по проекту «Термохимическая регенерация теплоты» автор был удостоен медали «За успехи в научно-техническом творчестве». Полученные результаты могут быть использованы в учебном процессе технических ВУЗов, ведущих подготовку специалистов по направлениям 140100 «Теплоэнергетика», 150100 «Металлургия». Результаты исследования являются основой НИР №510/10 «Исследование процесса термохимической регенерации теплоты продуктов сгорания углеводородных газовых смесей», которая была выполнена по заказу Министерства образования и науки РФ.
Основные положения, выносимые на защиту: энерготехнологи-ческие схемы использования термохимической регенерации теплоты отходящих дымовых газов; результаты термодинамического расчета процесса термохимической регенерации; математическая модель процессов, протекающих в термохимическом реакторе; результаты расчета энергетической и экономической эффективности использования термохимической регенерации теплоты на примере кузнечной печи.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Промышленная теплоэнергетика» ГОУ ВПО «Самарский государственный технический университет (Самара, 2008-2010гг.); Международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований» (Одесса, 2009); Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы теплоэнергетики» (Челябинск, 2009-2010); Всероссийской научно-практической конференции и выставки студентов, аспирантов и молодых ученых «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург, 2009); Международной научно-практической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2010-2011); Международной выставке «Научно техническое творчество молодежи 2010» и «Expo-Science Europe 2010» (Москва, 2010); Russian - Balkan Forum «Innovations in Education, Science and Technologies» (Serbia, Belgrade, 2010); Международной научной конференции «Современные научно-технические проблемы теплоэнергетики и пути их реше-
ния» (Саратов, 2010); МИЦ «Система-Саров» (РФЯЦ-ВНИИЭФ, г. Саров, 2010).
Публикации. Основное содержание работы изложено в 12 публикациях, в том числе 6 статей в журналах из перечня ВАК, в 1 патенте на полезную модель.
Объем и структура работы. Материал диссертации изложен на 142 страницах текста, содержащий 35 рисунков, 13 таблиц. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения в виде коротких выводов, списка использованной литературы из 101 наименования, 4 приложений.
Использование термохимической регенерации теплоты на базе паровой конверсии природного газа
Идея повышения энергетической эффективности установок, потребляющих углеводородное топливо, за счет термохимической регенерации обсуждалась еще в 70-е годы [49, 84]. В МЭИ была создана научная группа под руководством доцента И.И. Перелетова, которая занималась изучением процесса термохимической регенерации теплоты за счет паровой конверсии метана. На международном уровне вопросом химической регенерации в эти годы занимались Ольмстед и Гримес, которые предлагали использовать термохимическую регенерацию для повышения энергоэффективности газотурбинных установок [84]. В последние годы был опубликован целый ряд работ по термохимической регенерации [4, 15, 76, 81], выдано несколько патентов на изобретения [37, 86, 87, 89], а также были защищены несколько кандидатских диссертаций, к примеру, [18, 20]. Сущность термохимической регенерации (ТХР) тепла отходящих дымовых газов, как показал Н.А. Семененко [49], заключается в использовании их физической теплоты для предварительной эндотермической переработки исходного топлива, которое при этом получает больший запас химически связанного тепла и нагревается до высокой температуры. Это дополнительное химически связанное и физическое тепло топлива, а также тепло нагретого дутьевого воздуха реализуется в рабочей камере печи, что обеспечивает соответствующее повышение ее температурного уровня и снижение удельного расхода топлива.
В принципе возможна эндотермическая химическая переработка для указанных целей любого топлива, но наиболее очевидны ее преимущества и осуществимость при использовании углеводородных газов, в частности природного газа, состоящего на 90-95% из метана [49].
Одним из способов термохимической регенерации является применение паровой конверсии природного газа. Механизм паровой конверсии включает в себя ряд реакций, протекающих с поглощением и выделением теплоты. Как показали исследования химической кинетики [61, 90], наиболее вероятным является протекание следующих реакций: Реакцию, как правило, проводят при соотношении пара к метану близком 2:1 [7, 20]. Для осуществления паровой конверсии метана необходим внешний подвод теплоты с температурой не менее 750 С. Реакторы паровой конверсии для максимально полной степени конверсии метана активируют различными катализаторами [65, 68, 69, 79, 83]. Надо отметить, что каталитическая паровая конверсия углеводородов по тепловому эффекту и количеству получаемого водорода в несколько раз превосходит некаталитические эндотермические процессы типа пиролиза, крекинга и деполимеризации углеводородов [12]. Сложность состоит в создании развитой каталитической поверхности теплообмена и в поддержании ее свойств в течение всего времени эксплуатации изделия. Одним из вариантов использования термохимической регенерации тепла отходящих дымовых газов после ВТУ является принципиальная схема, предложенная Н.А. Семененко [49] показанная, на рис. 1.2. После ВТУ 1 отходящие дымовые газы а разделяют на два потока. Первый поток направляют в рекуперативный воздухоподогреватель 2, в котором происходит нагрев холодного воздуха Ъ до температуры горячего воздуха с. Второй поток подают в реактор паровой конверсии 3, в котором протекает окисление подведенного метана е водяным паром, в результате чего образуется конвертированный газ/ Рассматривая перспективы применения такой схемы регенерации теплоты отходящих газов, необходимо, прежде всего, отметить возможность достижения таким путем почти полной регенерации тепла высокотемпературных отходящих дымовых газов при сравнительно умеренной конечной температуре нагретых компонентов горения [49]. Это можно показать при рассмотрении следующего примера. Конверсия Імоль метана (Q„ = 802,3 К /моль) стехиометрическим количеством водяного пара (0,018кг/моль) при условии полного окисления метана дает конвертированный газ (синтез-газ) составом СО:Н2 = 1:3 с суммарной теплотой сгорания 1008,4 кДж. Определяемое этим повышение химически связанного тепла конвертированного газа равно: где Q СН4 - низшая теплота сгорания метана, кДж/моль; Q КГ - низшая теплота сгорания конвертированного газа, приведенная, на 1 моль CR», кДж/моль(сн4); AQXHM _ количество химически связанного физического тепла в конвертированном газе по отношению к энергии исходного топлива. AQXHM равно количеству регенерированной теплоты отходящих дымовых газов, которое с полученным топливом вводится в рабочую- камеру ВТУ для участия в организации рабочего цикла. При конечной температуре конвертированного газа 800С заметную долю его полного теплосодержания составляет физическая теплота, которая на 1м3 исходного метана равна:
Эффективные технологические параметры функционирования системы термохимической регенерации теплоты
Основным преимуществом данной конструкции термохимического реактора являются возможность достижения высокой степени конверсии метана за счет того, что по ходу движения реагирующей смеси располагают каталитические насадки с различными адсорбционными свойствами. Так в нижней части реактора располагают катализаторы преимущественно углекислотной конверсии метана, т.к. для протекания реакции (1.9) требуется больший температурный потенциал. Верхняя, часть реакционного пространства заполнена катализаторами преимущественно паровой конверсии. Это связано с тем, что для протекания реакции (1.8) требуется меньшая температура, по сравнению с реакцией (1.9). Использование термохимического реактора, показанного на рис. 1.8., возможно в ВТУ с термохимической регенерации теплоты отходящих дымовых газов, принципиальная схема которой показана на рис. 1.7.
Процессы паровой и углекислотной конверсии широко используются в химической технологии, производстве защитных атмосфер, водородной энергетике [2, 50, 63, 67, 86]. При осуществлении термохимической регенерации теплоты за счет конверсии природного газа продуктами его полного сгорания в конвертированном газе содержится на 1 м3 исходного метана 2,7 м3 водорода (при стехиометрическом соотношении). Водород -ценнейший энергетический и технологический продукт. Нами была разработана схема использования данного способа регенерации для производства водорода [39]. Для получения чистого водорода в системах термохимической регенерации теплоты отходящих дымовых газов предложено в принципиальной схеме, приведенной на рис. 1.6., заменить реактор конверсии на интегрированный мембранный реактор [65, 82, 85].
Замена реактора конверсии на интегрированный мембранный реактор позволяет получать на выходе чистый водород и конвертированный газ. Конвертированный газ используется далее как энергетическое топливо, а чистый водород используется для технологических операций.
Преимуществами описанного выше способа является то, что для протекания реакции паровой конверсии метана используется бросовое тепло отходящих дымовых газов. В результате, в полном топливном технологическом цикле имеются следующие положительные эффекты: практически полная регенерация теплоты дымовых газов, выработка чистого водорода, использование в качестве топлива конвертированного газа, сжигание которого улучшает экологические показатели работы ВТУ.
Перечисленные в п. 1.3 технологии термохимической регенерации теплоты позволяют осуществить эндотермическую термохимическую г переработку природного газа, используя в качестве источника тепловой; энергии теплоту отходящих дымовых газов, а содержащиеся в них водяной пар и углекислый газ, как необходимые реагенты. Это позволяет при утилизации тепла отходящих дымовых газов отказаться от громоздких и массивных теплообменных аппаратов применив компактные термохимические реакторы.
Проведенный литературный обзор показал, что способ термохимической регенерации теплоты отходящих дымовых газов обеспечивает высокую степень регенерации. Использование термохимической регенерации теплоты за счет конверсии природного газа продуктами его полного сгорания может значительно снизить потребление природного газа для большого количества высокотемпературных теплотехнологических установок. Исследование этого способа регенерации теплоты является весьма актуальным и перспективным. Целью данной диссертационной работы является изучение способа повышения энергетической эффективности ВТУ за счет термохимической регенерации теплоты отходящих дымовых газов путем конверсии природного газа продуктами его полного сгорания; оценка роста энергетической эффективности вследствие применения изученного способа регенерации теплоты на примере кузнечной печи.
Для достижения поставленной цели был сформулирован ряд взаимосвязанных задач, в частности: - разработка энерготехнологических схем термохимической регенерации теплоты дымовых газов за счет конверсии- природного газа продуктами его полного сгорания; изучение механизма химических реакций, протекающих в термохимическом реакторе; определение наиболее вероятностных реакций; исследование термодинамики процесса ТХР - определение зависимости количества физической теплоты трансформированной в химическую энергию от технологических параметров: температуры, давления и состава реакционной смеси; - разработка математической модели химического реагирования и тепломассообменных процессов, протекающих в термохимическом реакторе; параметрическая идентификация разработанной модели путем сравнения полученных с её помощью результатов расчета, с имеющимися экспериментальными данными и данными термодинамического анализа; - применение полученных результатов исследования для оценки энергетической эффективности и экономической целесообразности использования предложенных энергосберегающих мероприятий на примере кузнечной печи.
Результаты расчета теплообмена в реакционном элементе
Состав конвертированного газа, получаемого на выходе из реактора, как было сказано выше, зависит от технологических параметров, таких как температура, давление и состав реакционной смеси. Используя уравнения материального баланса и законы действующих масс для реакций (1.8)-(1.10) возможно определение состава конвертированного газа для каждого технологического случая. Термодинамический расчёт изобарного процесса термохимической регенерации теплоты отходящих газов [74], заключается в определении состава продуктов на выходе из реактора в зависимости от исходных технологических параметров, их термодинамических свойств, а также количества теплоты затраченной на протекание эндотермических реакций. Состав и термодинамические свойства конвертированного газа однозначно зависят от его элементарного состава, температуры и давления [3]. В дальнейших расчетах принимаем, что давление в реакторе при протекании процесса постоянно.
Существующие в настоящее время публикации по термодинамическому анализу процессов паровой и углекислотной конверсии, лежащих в основе процесса термохимической регенерации теплоты, в которых рассматриваются вопросы компонентного состава конвертированного газа [30, 70], не охватывают весь комплекс практически интересных случаев.
Для термодинамического расчёта процесса ТХР теплоты отходящих газов воспользуемся распространённой методикой, предложенной В.Ф.Копытовым [57] для процесса неполного горения природного газа, в основу которой положены следующие допущения: - равновесие реакций паровой и углекислотной конверсии соответствует равновесию реакции водяного газа; - в продуктах реакции не содержится свободного твёрдого углерода; - метан в продуктах горения считается химически нейтральным.
При учёте описанных допущений возможно проведение расчёта процесса ТХР теплоты отходящих газов для оценки состава получаемого конвертированного газа, максимальной (равновесной) степени конверсии исходного газообразного топлива и количества затраченной физической теплоты для осуществления процесса. Физическая теплота, поглощенная при химическом реагировании, сохраняется в топливе в виде его возросшей теплотворной способности в расчете на 1м3 исходного природного газа. В работах по исследованию процесса реформинга метана [90, 97] в качестве независимых уравнений, описывающих все возможные химические превращения в системе, принимаются уравнения полной диссоциации всех компонентов на элементы. Однако решение такой сложной системы является нерациональным для процессов, протекающих при температуре не превышающей 1600К. Здесь можно пренебречь диссоциацией продуктов реакции (2.1), которые содержат большое количество СО и Н2, смещающих равновесие диссоциации С02 и Н20 в сторону недиссоциированных молекул.
Для расчета количественного состава продуктов реакции (2.1) рассмотрим систему уравнений материального баланса и уравнений химического равновесия. Как известно, при термодинамических расчетах компонентного состава рассмотрение промежуточных стадий реакций не имеет смысла. Кроме того, можно предполагать, что при температуре процесса не превышающей 1600К молекулы простых веществ не подвергаются диссоциации на атомы, все газы являются идеальными, в-продуктах реакции не образуются более сложные углеводороды.
Известно, что реакция (1.10) протекает со значительно большей скоростью, чем реакции (1.8)-(1.9) [24]. Поэтому вполне обоснованным шагом будет введение в балансовые уравнения дополнительного условия о близком к равновесному соотношению концентраций участников этой реакции в каждом последовательном сечении реактора, в том числе и на выходе газового потока из реактора. Введение этого условия, позволяющего уменьшить число независимых переменных параметров при анализе процессов, тем более обосновано, что при высоких температурах равновесие экзотермической реакции (1.10) сдвинуто влево-[5], и поэтому вклад этой реакции в материальный и энергетический баланс системы невелик по сравнению с реакциями (1.8) и (1.9).
Для дальнейших расчетов считаем, что продукты химико-технологической системы, представленной на рис.2.2., определяются следующими компонентами: С02, СО, Н2, Н20, СЕЦ, N2. Постановка задачи определения состава конвертированного газа в зависимости от исходных технологических параметров, таких как 2 Т, Р2, Pj на первом этапе заключается в определении количества углекислого газа полученного в ходе протекания реакции водяного газа (1.10). Для решения этой задачи необходимо рассмотреть систему уравнений, включающую в себя уравнения материального баланса для общего случая паро-углекислотной конверсии метана (рис.2.2.), которые должны быть дополнены уравнением равновесия реакции (1.10). Уравнение равновесия применительно к задаче определения состава продуктов на выходе из реактора, переходя к мольным долям компонентов, запишем виде:
Схема кузнечной печи с термохимической регенерацией теплоты отходящих дымовых газов
Ясно, что для решения таких задач, как расчет требуемого для достижения конкретного значения 2 объема реакционного пространства, массы катализатора, времени контакта при заданных условиях, балансовых уравнений недостаточно. Для этих целей необходимо использование полноценной математической модели реактора в частных производных, включающей как кинетику химического превращения на катализаторе, так и кинетику переноса теплоты через стенки реактора. Эти вопросы рассматриваются в главе III настоящей диссертационной работы.
В предыдущем параграфе было показано, что с ростом температуры увеличивается степень конверсии метана, так при р=1,0 максимальная степень конверсии близкая к единице достигается уже при температуре около 1000К. Так же показано, что рост отношения (С02+Н20):СН4 в сырьевом потоке приводит к понижению содержания в конвертированном газе горючих компонентов. Так при соотношении р приблизительно 4:1 при Т=900К наблюдается практически полное отсутствие метана в конвертированном газе. Физическая теплота отходящих дымовых газов, поглощаемая при протекании химических эндотермических реакций, сохраняется в конвертированном газе в виде его возросшей теплотворной способности в расчете на 1м3 исходного газового топлива. Однако полное отсутствие метана в конвертированном газе не означает наиболее эффективного режима работы системы термохимической регенерации, т.к. рассматриваемая система должна обеспечивать эффективную регенерацию теплоты газовых отходов путем химического преобразования при достаточно высоких калориметрических свойствах полученного синтетического газового топлива. Следовательно, система термохимической регенерации теплоты. должна обеспечивать получение синтетического газового топлива максимальной теплотворной способности при наибольшем количестве трансформированной в химическую энергию физической теплоты. Для этого необходимо выбрать эффективное значение р при заданных условиях. Для решения этой задачи необходимо построить графическую зависимость низшей теплоты сгорания от р и химически связанной энергии AQX от р.
В табл. 2.4 приведены рассчитанные объемы каждого газового компонента на выходе из ТХР при содержании метана в сырьевом потоке 1м при Т=900К, р=1бар. Табл. 2.4 показывает количество трансформированной физической теплоты в химическую энергию AQX, низшую теплоту сгорания
Зависимость низшей теплоты сгорания конвертированного газа и количества химически связанной теплоты от температуры Из рис. 2.7. видно, что применение термохимической регенерации теплоты отходящих дымовых газов при Р=1, р=1бар высоко эффективно при температуре от 900 до 1000К, т.к. в этом случае конвертированный газ имеет достаточно высокую теплоту сгорания при значительном количестве химически связанной энергии.
На основании публикаций, в которых исследуются процессы паровой и углекислотной конверсии метана, был определен механизм реакций, протекающих в термохимическом реакторе. Химические реакции, протекающие в термохимическом реакторе, достаточно точно описываются реакциями паровой и углекислотной конверсии метана -основного компонента природного газа, а также реакцией водяного газа.
На основании уравнений материально баланса и закона действующих масс была разработана методика определения состава конвертированного газа в зависимости от исходных технологических параметров. Полученные уравнения в совокупности позволили, при некотором предположении о режиме протекания процесса термохимической регенерации, установить функциональную связь между количеством физической теплоты трансформированной в химическую энергию и технологическими параметрами: температурой, давлением процесса и исходной составом реакционной смеси. Показано, что степень конверсии метана определяет количество физической теплоты исходной реакционной смеси трансформированной в химическую энергию, которая выражается в виде возросшей теплоты сгорания конвертированного газа по сравнению с теплотой сгорания исходной смеси. Было установлено, что с ростом температуры и уменьшением концентрации метана в реакционной смеси, степень конверсии метана возрастает, а ростом общего давления в реакционном пространстве степень конверсии снижается. 4. На основании проведенного термодинамического анализа были определены возможные эффективные диапазоны изменения технологических параметров для использования ТХР теплоты отходящих дымовых газов: эффективное давление — располагаемое давление дымовых газов после рабочей камеры печи; эффективная температура при р=2,2 равна Тэф 900К; при Т=1200К, рэф 1,0.
