Был разработан аналитический обзор современной научно-технической литературы в области теоретических и экспериментальных исследований адсорбционного аккумулирования природного газа и других технических газов, а также тепло- и массообменных процессов в системах аккумулирования, осушки и очистки газов

Был подготовлен экспериментальный стенд для исследования тепло- и массообменных процессов в адсорбционной системе аккумулирования на базе существующего в МГТУ им. Н.Э. Баумана стенда заправки и выдачи газа. Экспериментальный стенд предназначен для исследования тепло- и массообменных процессов в адсорбционных системах аккумулирования при температурах от минус 40 до плюс 80 град. С, давлении до 6 МПа и динамическом диапазоне расходов не менее 1:10. Стенд подвергся большим модификациям, нежели планируемые на этапе заявки. Так был заменен блок циркуляции газа в силу неустраняемых в исходном блоке утечек, которые значительно бы повлияли на точность измерения. Новый блок циркуляции уменьшен в размере в соответствии с уменьшенным размером адсорбера.

2

1

В новом блоке циркуляции удалось отказаться от нагнетателя, поскольку расхода основного компрессора (номинальный расход 14 м3/ч, до 18 нм3/ч при небольшом повышении давления на входе) в исходном блоке подготовки газа достаточно для создания необходимого расхода циркуляционного потока газа (до 12-13 кг/ч). Номинальное давление нагнетания компрессора 25 МПа достаточно для обеспечения необходимого давления в эксперименте (до 6 МПа)

Охлаждение обеспечивается холодильной машиной (температура охлаждения до минус 60 град. С), также имеющейся в исходном экспериментальном заправочном стенде

Также был разработан новый адсорбер. Внутренний диаметр адсорбера составляет 80 мм и соответствует диаметру моноблоков адсорбента. В дальнейшем планируется вставка в адсорбер дополнительных элементов, изменяющих форму и размеры внутреннего пространства, что позволит проводить эксперименты на различных геометрических структурах адсорбционного материала. В одном из фланцев адсорбера предусмотрены 6 гермовводов, каждый с 9 контактами – для подключения по трехпроводной схеме 18 датчиков температуры, устанавливаемых непосредственно внутри адсорбента. Датчики могут устанавливаться произвольным образом. В первом опыте датчики устанавливаются в 3 сечениях адсорбента на 3 различных расстояниях от центрального отверстия. Датчики устанавливаются попарно для каждой точки, симметрично располагаясь относительно вертикальной плоскости симметрии адсорбера (чтобы уменьшить влияние естественной гравитационной составляющей конвекции): один датчик измеряет температуру адсорбента, другой – температуру газовой составляющей

Были разработаны несколько математических моделей терморегуляции адсорбционного аккумулятора.

3

Узнать более подробно

Во всех моделях закладываются экспериментальные данные по адсорбции, кинетике адсорбции и соответственно определенные по ним энтальпии и теплоты адсорбции без учета деформации адсорбента. Все модели учитывают неравновесность адсорбции, а одномерные и двумерные также и неравномерность теплообмена между газовой фазой и адсорбентом.

Одномерная модель – наиболее простая и быстрая с позиции скорости расчетов. Двумерные модели («конвективная» и «теплопроводная») уже учитывают геометрию каналов: одна координата вдоль оси; вторая координата – в глубину адсорбента. Трехмерная математическая модель разработана в программном пакете ANSYS.

Была доработана исходная компьютерная программа авторов, предназначенная для расчета адсорбционных и термодинамических (энтальпия адсорбата, энтальпия адсорбционной системы «адсорбент-адсорбат-газ», дифференциальная и интегральная изостерическая теплота адсорбции) свойств в равновесных условиях. Программа позволяет путем введения ряда базовых адсорбционных свойств адсорбентов, включая набор линейных изостер адсорбции (в координатах 1/T – ln (P)), собираемых из экспериментальных данных, автоматически и очень быстро просчитывать свойства адсорбата и адсорбционной системы в непрерывном пространстве параметров давления, температуры и адсорбции.

Все разработанные модели были собраны в отдельном расширяемом модуле Delphi для данной программы. Оригинальный подход авторов заключается в активном использовании функций состояния (энтальпии и внутренней энергии) для описания состояния «до» и «после» изменения, без выделения промежуточных подпроцессов вместо довольно распространенного в данной области подхода с использованием дифференциальных теплот адсорбции напрямую (в «явном» виде) и теплоемкостей (которые зависят от процесса, т.е. от изменения сразу трех параметров – давления, температуры и адсорбции). Теплоты адсорбции учитываются, но уже в скрытом виде: в энтальпии или внутренней энергии системы «адсорбент-адсорбат» или «адсорбент-адсорбат-газ», которые как раз рассчитываются ранее разработанной программой.

4