Abstract
Сучасна енергетика та промисловість, що генерують значні викиди парникових газів (зокрема СО2) унаслідок спалювання викопного палива та хімічних процесів, стикаються з проблемою глобального потепління та зміни клімату. Натомість стратегія низьковуглецевого розвитку передбачає зменшення викидів, перехід на відновлювані джерела енергії та використання технологій уловлювання та зберігання СО2.Ця стратегія передбачає відокремлення СО2 від промислових газів (хімічною абсорбцією, адсорбцією, мембранним поділом, кріогенним охолодженням) та його закачування у глибокі геологічні формації для стабільного довготривалого зберігання. Закачаний СО2 може також використовуватися для підвищення нафтовилучення шляхом збільшення тиску у пласті.Крім того, для вирішення проблеми високої вартості та складності існуючих методів уловлювання СО2 та інших парникових газів (як-от пари води), які відіграють найбільшу роль у парниковому ефекті, пропонується новий спосіб видалення води та шкідливих домішок з димових газів підприємств переробки мінеральної сировини. Цей метод ґрунтується на охолодженні димових газів за допомогою багатосоплового пристрою (який використовує сопла Лаваля для розгону потоку), конденсації водяної пари й уловлюванні конденсату сепараторами. Сопло Лаваля забезпечує інтенсивне охолодження газу за рахунок ефекту Джоуля-Томсона при розширенні.В роботі представлено тривимірну конструкцію багатосоплового пристрою, проведено її імітаційне моделювання (з урахуванням складу димового газу, що включає азот – 28 %; воду – 11 %; вуглекислий газ – 22 %; кисень – 9 %; повітря – 30 %, та оптимізацією сітки скінченних елементів) та експериментальні випробування на димовому газі підприємств переробки. Установка охолодження складається із соплового охолоджувача, буферної камери та сепараторів.Моделювання й експерименти підтвердили здатність пристрою знижувати температуру газового потоку (з 120 °С до 70 °С за моделюванням та з 115 °С до 72 °С за експериментами), демонструючи при цьому двоступеневе охолодження. Розбіжність між результатами моделювання й експериментами є незначною. Результати дослідження вказують на доцільність подальшої оптимізації конструкції для підвищення її ефективності, зокрема, для зменшення нагрівання газової суміші після першої стадії охолодження. Пропонований спосіб дозволяє мінімізувати енерговитрати, зменшити габарити та спростити конструкцію обладнання.