Найпоширенішим пристроєм, яке використовується Людством, є холодильні машини. Їх кількість на планеті Земля суттєво уступає кількості гаджетів, але значно перевищує кількість не менш поширених автомобілів, головним пристроєм яких частіше за все є двигуни внутрішнього згоряння. Вони, виробляючи механічну/електричну енергію, забруднюють атмосферу Землі канцерогенними газами і теплотою, а холодильні установки, використовуючи цю енергію, забруднюють атмосферу теплотою. Ефективність як прямого (енергетичного) циклу, так і зворотного (холодильного) багато в чому залежить від термодинамічного циклу, на якому вони побудовані. Тому пропонується декілька удосконалень термодинамічного циклу одноступеневих холодильних машин: від самих простих до більш складних, відповідно, від менш до більш ефективних. Виконані порівняльні розрахунки показали, що перевищення головних показників ефективності холодильного циклу з обмеженим регенеративним теплообміном над показниками найпростішого базового циклу (без поверхневих переохолодження зрідженого холодоагенту і перегріву насиченої пари) не перевищують 6 %. Перевищення аналогічних показників циклу з максимальним (граничним) регенеративним ізобарним перегрівом пари і політропним процесом її стиснення над показниками циклу з обмеженим регенеративним теплообміном досягають десятки відсотків, а показники аналогічного циклу, але з ізохорним регенеративним перегрівом пари, досягають 100 %.

Перевезення, зберігання й використання зріджених газів зараз займають значну частку у світовому газовому господарстві й зберігають тенденцію до подальшого збільшення. Для економічно виправданого морського рефрижераторного перевезення гази в терміналах відвантаження скраплюються. Будучи доставленими до місця споживання для можливості подальшого використання вони перетворюються у звичайний газ низького тиску – регазифікуються. Зараз цей процес здійснюється у звичайних теплообмінних апаратах, що обігріваються природними джерелами теплоти або попередньо спеціально нагріваємими теплоносіями. Зріджені гази подібно стиснутій механічній пружині містять велику кількість потенційної енергії, накопиченої при скрапленні. У використовуваному зараз технологічному процесі регазифікації ця енергія не використовується. У роботі пропонується термодинамічний цикл регазифікації зріджених газів, у якому отримується механічна енергії. Використовуючи гідродинамічний метод перетворення рідини в насичену пару, розглянутий нами раніше, і ізохорний процес її перегріву в пропонуємому термодинамічному циклі регазифікації, пара багаторазово ізохорно перегрівається та ізоентропно розширюється в турбіні. У сукупності це дозволяє одержувати багато механічної роботи. Враховуючи низьку температуру рефрижераторного перевезення зріджених газів, у роботі розглянуто варіант використання комбінованого гарячого джерела теплоти: спочатку пара нагрівається за рахунок теплоти навколишнього середовища, а потім перегрівається до більш високої температури спеціально нагріваємою водою. Виконані теплові розрахунки пропонуємого термодинамічного циклу регазифікації ЗПГ (метану), який перевозиться при температурі мінус 161.28 °С і етилену – мінус 101.77 °С. Розрахунки, які виконані для метану, показали, що використання пропонуємого методу при його регазифікації на одному з найбільших в Європі регазифікаційних терміналі «Barcelona», продуктивність якого 17.1 млрд. нм3/рік, дозволить одержувати потужність гіпотетичної паротурбінної установки 262 737.90 кВт. Отже, річне виробництво енергії складе 2 295 278 302 кВт∙г. Для виробництва такої кількості електроенергії потрібно 573 820 тонн палива за умови, що питома витрата палива використовуємим дизель-генератором складає 0.25 кг/(кВт∙г).

У наш час виробництво електроенергії за рахунок теплоти згоряння палива здійснюється головним чином за допомогою паротурбінних установок, які працюють за термодинамічним циклом Ренкіна. В традиційному циклі Ренкіна пароутворення і перегрів пари здійснюється в ізобарному процесі, який програє ізохорному процесу тому, що частина теплоти, яка підводиться ізобарно, витрачається на передчасне розширення робочого тіла поза турбіною. Пропонується вдосконалити термодинамічний цикл Ренкіна, залишивши ізобарний процес утворення насиченої пари, а котловий і проміжні перегріви пари здійснювати в ізохорному процесі. В якості базового термодинамічного циклу для порівняння прийнято цикл суднової паротурбінної установки типу MST-14 потужністю 16200 кВт. Порівняння показників ефективності запропонованого термодинамічного циклу і циклу базової установки вказує на суттєві переваги запропонованого циклу, який дозволяє збільшити потужність установки до 29000 кВт за інших рівних умов. Вдосконалення циклу Ренкіна, що пропонується, ускладнить конструкцію паротурбінної установки і збільшить собівартість їх виготовлення, але це витрати будуть компенсовані зменшенням витрати палива і викидів карбон (IV) оксиду.

У сучасних паротурбінних установках пара перегрівається в ізобарному процесі. Як відомо з технічної термодинаміки, за нагрівання робочого тіла від заданого стану до однакової температури, теплота за ізобарного процесу більша, ніж за ізохорного. Крім того, розширення робочого тіла в ізобарному процесі підведення тепла є шкідливим, оскільки не виконується зовнішня робота і втрачається фізичне розширення з метою отримання зовнішньої механічної роботи. В ізохорному процесі пара, подібно до механічної пружини, накопичує більше механічної енергії за менших витрат теплоти. Тому в паротурбінних установках пропонується як первинний перегрів, так і подальші процеси перегріву пари здійснювати ізохорно. Порівняльні розрахунки характеристик паротурбінної установки, що працює за циклом Ренкіна з первинним перегрівом пари до тиску 6.0 МПа і температури 600 °C (тиск пари в конденсаторі 0.004 МПа) з характеристиками установки з ізохорним процесом перегріву пари за тих самих вихідних даних, показали значні енергетичні та економічні переваги останньої в порівнянні з базовою. Так, за менших витратах палива в модифікованій установці (на 10.1 %) її питома робота зросла на 3.9 %, а тепловий ККД – на 11.2 %. Ще суттєвіші енергетичні та економічні переваги має модифікована ПТУ з одним додатковим підігрівом пари: за меншої витраті палива на 15.9 % питома робота зросла на 6.8 %, а тепловий ККД – на 18.8 %. Завдяки меншим об'ємам пари в кінці розширення масогабаритні параметри турбін і конденсатора модифікованої установки зменшуються на 5.2 % порівняно з базовою установкою. Враховуючи наведені вище висновки та масштаби використання ПТУ на сучасних електростанціях, де використовується до десяти проміжних пароперегрівів, запропонована модернізація їх термодинамічних циклів гарантує ще більший енергетичний та економічний ефекти.

Until 2022, Ukraine was a major producer of pure neon gas. The crude neon product is obtained as a byproduct at large cryogenic air separation units (ASUs) that supply oxygen and nitrogen to steelmakers. After the stop of such industries in Ukraine, a global shortage of neon, which is necessary for the production of semiconductor microchips, appeared. The conceptually new technology for obtaining the crude neon product at ASUs, which is not adapted for the selection of a raw neon-helium mixture, is proposed. The enrichment of the neon-helium mixture taken from the ASU condenser-evaporator is carried out by the pressure swing adsorption method. Calculations of the adsorption enrichment processes of the neon-helium mixture were carried out using the wave method. The wave method is based on the physically accurate concept that the nonstationary flow of components occurs as a result of propagation concentration waves in the entire adsorption layer and inside the adsorbent grains. It is shown that the proposed technology makes it possible to obtain a crude neon-helium mixture with a total concentration of neon and helium of more than 90% at an extraction ratio of 40–50%.

Для перетворення рідини на пару використовують статичний і гідродинамічний методи. Гідродинамічний метод перетворення рідини на пару реалізується для невеликої кількості рідини, що стискається та ізобарно нагрівається до температури насичення. Далі її подають у розпиленому вигляді на вертикально розташовану поверхню, температура якої вища за температуру поданої рідини. Рідина миттєво перетворюється на насичену пару. Поверхня, що безперервно нагрівається, поміщена в замкнений об’єм, обладнаний клапанами регулювання моменту і кількості рідини, а також кінцевий тиск і температуру перегріву пари. Працездатність і ефективність пропонованого гідродинамічного методу пароутворення з ізохорним процесом її перегріву перевірено на прикладі термодинамічного циклу паротурбінної установки з проміжним перегрівом пари потужністю 20000 кВт. Вихідні пара-метри пари, що надходить на лопатки турбіни: тиск 10 МПа, температура 510 °С, температура проміжного перегріву пари 500 °С, тиск конденсації 0.005 МПа. Порівняльні розрахунки показали, що пропонований цикл за основними техніко-економічними показниками істотно перевершує класичний цикл паротурбінних установок. Усі числові, конструктивні та експлуатаційні показники свідчать на його користь. Так, у ньому відсутній паровий котел, який з точки зору конструкції складний, великогабаритний і масивний, та використовується ефективніший із термодинамічної точки зору ізохорний процес перегріву пари.

При створенні кріогенних гелієвих (КГУ) та водневих (КВУ) установок високої продуктивності доводиться вирішувати складну проблему компримування великих кількостей таких легких газів, як гелій та водень. Компресори таких кріогенних установок повинні забезпечувати значні ступені підвищення тиску, відрізнятися високою надійністю, малими габаритами та масою. Компресорні машини об'ємного принципу дії – поршневі та гвинтові компресори – з ряду причин не годяться для цього. Аналіз показує, що при сучасному стані компресоробудування неможливо створити відповідні для цього відцентрові турбокомпресори. Пояснюється це низькими густинами гелію та водню, високими швидкостями звуку в них, що призводить до малих ступенів їх стиснення в одному ступені турбокомпресора. У статті показано, що кількість ступенів стиснення можна істотно зменшити при переході до компримування сумішей водню та гелію з важкими низькотемпературними холодоагентами, наприклад, R12, R13, R14. Потрібно враховувати, що застосування холодоагентів у сумішах з воднем та гелієм призводить до зростання витрат потужності на стиснення у порівнянні з подібними процесами для чистих водню та гелію. Розглядаються два варіанти вирішення даної проблеми, які дозволяють роботу стиснення сумішей наблизити до роботи компримування чистих кріоагентів або навіть зробити її нижче. Один з варіантів заснований на організації стиснення кріоагенту в середовищі киплячого холодоагенту, а інший – на чергуванні процесів компримування та проміжного охолодження суміші киплячим холодоагентом. Крім того, для знаходження оптимальних проміжних параметрів суміші в установці отримано системи рівнянь, які можуть бути вирішені чисельними методами. Все це дає можливість розробляти високопродуктивні та ефективні КГУ та КВУ на основі машин динамічного принципу дії

Розглядається утилізаційна комбінована енергохолодильна установка, що включає енергетичний та холодильний цикли та має загальний конденсатор. Застосовуючи у якості гарячого джерела теплоти воду (tводи = 126 ºС), що охолоджує двигун SDR-8 фірми «Зульцер», потужністю Ne =1250 кВт, досліджено залежність ефективності теплоти гарячого джерела від процесу розширення пари в турбіні та її використання після розширення в ній. Особливість запропонованої установки полягає у гідродинамічному способі отримання пари та ізохорному процесі її перегріву. В енергетичному і холодильному циклах використовується одна й та сама робоча речовина – R134a. При розширенні пари до стану насичення, установка здатна виробляти 1136 кВт холоду, температура якого -26,4 ºС. При цьому холодильний коефіцієнт установки дорівнює 5,1, що перевищує коефіцієнт звичайної холодильної установки, яка працює в тому ж інтервалі температур (температура конденсації +40 ºС) на 94%. При розширенні пари в турбіні до гранично допустимої вологості (14 %) та використанні охолоджуючої здатності відпрацьованої пари турбіни установка виробляє 1582 кВт холоду. Підвищення холодопродуктивності при цьому варіанті побудови установки у порівнянні з першим варіантом становить 39 %, а збільшення зовні підведеної потужності – 54%. Холодильний коефіцієнт при другому варіанті побудови установки дорівнює 4,7, що також вище за холодильний коефіцієнт звичайної аналогічної одноступеневої холодильної машини на 79%. Механічна енергія, що виробляється в енергетичній частині установки, повністю застосовується у холодильній. Використання граничного переохолодження рідкого робочого тіла, граничного перегріву пари холодильної та енергетичної частини установки та ізотермічного/політропного процесу їх стиснення позитивно позначилося на підвищенні ефективності холодильної частини установки

Зараз використовується метод перетворення рідини на перегріту пару, який має багато не-доліків. Головними з них є необхідність попереднього нагрівання великої маси рідини при введенні установки в дію і ізобарний процес пароутворення. Початкова теплота нагрівання рідини втрачається при виведенні установки з експлуатації, а використання ізобарного процесу перетворення рідини в пару вимагає більше теплоти, ніж ізохорний. В ізобарному процесі має місце непродуктивне розширення пари у процесі її утворення в порівнянні з ізохорним процесом. Пропонований гідродинамічний спосіб перетворення рідини на перегріту пару передбачає одноразовий перехід у пару невеликої кількості рідини та використання ізохорного процесу її перегріву. В цьому способі дискретна кількість рідини, попередньо стиснутої та ізобарно нагрітої до стану насичення, розпорошується на вертикально розташовану поверхню, температура якої вища за температуру рідини. Кипляча рідина, розпорошена тонким шаром на такій поверхні, миттєво перетворюєтьсяв насичену пару. Поверхня, що постійно нагрівається гарячим джерелом теплоти, поміщена в замкнутий об'єм, обладнаний автоматичними клапанами. Клапани регулюють момент та кількість рідини, що впорскується, та кінцевий тиск (температуру) перегріву пари. Працездатність та ефективність запропонованого методу пароутворення та перегріву пари перевірена на прикладі термодинамічного циклу утилізаційної паротурбінної установки (УПТУ), гарячим джерелом теплоти якої є відпрацьовані гази двигуна SDR-8 фірми «Зульцер» потужністю Ne = 1250 кВт, температура яких 350 ºС. При наявності холодного джерела теплоти з температурою 30 ºС теоретична потужність такої УПТУ дорівнює228 кВт. Потужність аналогічної установки, що працює за класичним циклом Ренкіна в тому самому інтервалі температур, – 221 кВт, тобто менше на 3 %. Так само вище виявляється термічний ККД установки з гідро-динамічним способом пароутворення. Переваги запропонованого способу пароутворення над статичним, що використовується зараз, – очевидні. Відсутній великогабаритний, масивний та конструктивно-складний паровий котел. Використовується більш ефективний із термодинамічної точки зору ізохорний процес перегріву пари. Наявна велика маневреність як при проектуванні, так і при експлуатації паротурбінних установок з гідродинамічним способом перетворення рідини в перегріту пару

A new dimensional criterion is proposed for assessing the periodic processes of adsorption and desorption of gases, which represents the sorbate penetration depth into the adsorbent. Specific examples show the possibility of its application in preliminary calculations of pressure swing adsorption units for the adsorption drying of natural gas and for the production of oxygen.

Possible mechanisms of creation of both hyperheavy nuclei by electron-nuclear collapse and neutron matter by condensation of ultracold neutrons are discussed. The fundamental possibility of the existence of such objects was previously substantiated by A.B.Migdal, who suggested that the known set of proton-neutron nuclei with mass numbers from 0 to 300 and a maximum specific binding energy of about 8 MeV / nucleon at A≈60 corresponds to the first region, beyond which (starting from about the charge Z≈ ( hc/e2 )3/2 ≈1600 ) there is an additional region describing a possible state of nuclear matter, stabilized by a pion condensate. In this region, the maximum specific energy corresponds to ≈15 MeV / nucleon at A ≈ 100000. It is shown that neutron matter can be obtained under certain conditions, and its systematization can be realized as an addition to the Periodic Table. When solving such problems, it becomes quite real to study not only physical, but also chemical, and possibly engineering and technical properties. Analysis shows that the stability of neutron matter at the microlevel is ensured by the Tamm interaction and the Hund beta equilibrium. Such matter can be quite stable not only on the mega-level (neutron stars) due to gravitational interaction, as was a priori assumed earlier, but also on the scale of "ordinary" matter. The process of neutronization is possible not only with critical gravitational interaction, but also by other mechanisms (supercritical increase in the atomic number of elements due to electron-nuclear collapse and condensation of ultracold neutrons), which opens the way to the fundamental possibility of obtaining both neutron matter in laboratory conditions and superheavy nuclei. Based on the works of Migdal, Tamm and Hund, the possibility of the existence of stable neutron matter (with Z >> 175, N >> Z, A> 10 3 -10 5 and a size of 200-300 femtometers and more) is argued at the microlevel, and not only at the mega-level, as is now considered in astrophysics. A critical analysis of the well-established concept of the minimum possible mass of neutron stars is carried out. The following quantum technological approaches to the realization of UCN condensation are proposed: 1. Slow isothermal compression; 2. Refrigerator for dissolving helium-3 and helium-4; 3. Use of a conical concentrator for UCN focusing (Vysotskii cone); 4. Magnetic trap; 5. Additional UCN laser cooling. Neutron matter is considered as a potential cosmological candidate for dark matter. One should take into account the possibility of the formation of fragments of neutron matter as dark matter (neutral, femto-, pico- and nanoscale, the cooling of relics makes it difficult to detect them by now) already at the initial origin of the Universe, which is the dominant process. The observable part of the Universe is formed by the residual part of protons, and then by decayed single neutrons and unstable fragments of neutron matter (with Z> 175, N >> Z, but A <10 3 -10 5 ).

A novel technology for the production of high concentration neon-helium mixtures on different air separation units (including units without fraction separators) is presented. It is proposed to complete the ASU with pressure swing adsorption (PSA) devices for obtaining a neon-helium mixture. The PSA unit enriches the neon-helium mixture due to the energy of compressed gases taken from the ASU condenser-evaporator. The calculations of the PSA technology was performed using the wave approach. The implementation of this approach takes unsteady transient mass transfer processes into account both in the layers of the adsorbent and inside of the grains. It is shown that the proposed technique makes it possible to obtain an enriched neon-helium mixture with a total concentration of neon and helium to 90 and with a recovery ratio of 40–50 %.

Паротурбінні установки становлять основу теплоенергетики. Незважаючи на їх поширеність, вони потребують вдосконалення із залученням результатів новітніх досліджень. При цьому в першу чергу фахівці повинні звертати увагу на те, що максимальна температура пари в цих установках не перевищує 550 °С через низьку корозійну стійкість і недостатню міцність трубок котельних агрегатів, що працюють при високій різниці тисків (до 25 МПа) всередині та зовні трубок. У той же час у сучасних газотурбінних установках температура робочого тіла при вході в турбіну високого тиску становить 1400-1500 °С. Цього досягають тим, що лопатки турбін, які виготовлені із жароміцної сталі, здатні витримувати температуру, що істотно перевищує максимальну межу, встановлену в даний час для паротурбінних установок. Лопатки турбін, до того ж, не схильні до впливу такої великої різниці тисків, як трубки котельних агрегатів. Для підвищення ефективності паротурбінних установок запропоновано новий спосіб підвищення температури пари перед турбіною. В його основі лежить використання кисню та природного газу. Підвищення максимальної температури циклу від 540 до 800 °С дозволяє збільшити термічний ККД на 8,1 %, а ефективність – на 6,4 %. Описується нетрадиційний спосіб підвищення макси­мальної температури циклу паротурбінної установки К-1200-240 до 800 °С, що дозволяє суттєво підвищити її термічний та ефективний ККД. Сутність способу полягає у змішуванні перегрітої пари, що виходить з пароперегрівача котла, з продуктами згоряння вуглеводневого палива в кисні. Таке рішення дозволяє уникнути проблеми механічної міцності і корозійної стійкості трубок пароперегрівача при високих температурах. Одним із наслідків застосування способу є отримання значної кількості чистого діоксиду вуглецю (340 т/добу в установці потужністю 1200 МВт), який можна утилізувати або поховати з метою зниження викидів в атмосферу

Обмеженість викопних ресурсів, що витрачаються на теплових і атомних станціях, викликає тривогу. До того ж їх використання істотно погіршує екологічну ситуацію. Використання відновлюваних джерел енергії в якості первинного палива є виключно перспективним напрямком в технологіях виробництва електроенергії і тепла. В останні роки велика увага приділяється геотермії, тобто тепловим процесам, що відбуваються в надрах Землі, для виробництва не тільки тепла, але і електроенергії. Значний внесок у створення ефективних геотермальних установок такого типу вніс допитливий інженер і талановитий вчений Олександр Каліна. Ним створено цикл, що носить його ім'я, у якому в якості робочого тіла використовується водоаміачний розчин. Особливість установки, що реалізує цикл Каліни, полягає в тому, що в її основних елементах передбачені такі зміни концентрацій розчину, які обумовлюють істотне зростання термічного ККД. Розглянуто цикли і схеми установок, що використовують водоаміачний розчин. Підтверджена їх висока ефективність. Показано, що при переході від води до розчину вода-аміак може спостерігатися помітне збільшення питомої роботи. Відзначається, що на початковому етапі геотермальні станції споруджувалися в зонах високої вулканічної активності, гарячих джерел і гейзерів. Повідомляється, що можна при будівництві станцій з циклом Каліни орієнтуватися на технологію «Hot Dry Rock», що дозволяє розміщувати їх практично в будь-якому місці нашої планети. Відзначається, що пом'якшення вимог до температури верхнього джерела тепла в циклі Калини дозволяє розробляти підземні пласти, які раніше визнавалися неперспективними. Проаналізовано можливості більш ефективного вироблення електроенергії за допомогою циклу Каліни, який використовує природну різницю температур між нагрітою поверхнею океану і його студеними глибинами. Відмічається, що альтернативну енергетику, побудовану на геотермії, циклі Каліни і технології HDR, чекає успішне майбутнє

У статті розглядається газопаротурбінна установка із загальним газопароутворюючим пристроєм та незалежними паровою та газовою турбінами. Газопароутворюючий пристрій конструктивно являє собою два вертикально розташовані концентричні циліндри. Порожнина внутрішнього циліндра є камерою згоряння газової турбіни, а порожнина між концентричними циліндрами – пароутворюючим пристроєм. Вода, стиснута до високого тиску та регенеративно нагріта до стану насичення, розпорошується на нижню розжарену поверхню камери згоряння і перетворюється на пару. У верхній, незрошуваній частині поверхні камери згоряння, з самого по­чатку здійснюється перегрів пари, що утворюється при дроселюванні рідини. Після перетворення в насичену пару основної частини води, яка не перетворилася повністю на пару при дроселюванні, нижня основна частина поверхні камери згоряння включається в перегрів усієї пари. Використовуючи систему клапанів, реалізуються ізохорні процеси згоряння палива та перегріву пари. Це дозволяє регулювати температуру (тиск) газів, що утворюються в газопароутворюючому пристрої та надходять на лопатки газової турбіни, а також – кількість і параметри одержуваної перегрітої пари. Пропонуєма газопаротурбінна установка позбавлена численних недоліків, які властиві як газотурбінним, так і паротурбінним установкам,а головне, їй властиві простота та мобільність при користуванні. Виконані попередні розрахунки ідеалізованої установки (без урахування неминучих термодинамічних та механічних втрат) показали її високу ефективність. При витраті природного газу 1 кг/с, тиску р0 = 2,2 бар і температурі t0 = 30 °С, його об’єм, перерахований на нормальні умови, становить 1,4 нм3/с. Прийнявши співвідношення 1:10 між об’ємами газоподібного палива і повітря, останнє необхідно подавати в камеру згоряння в кількості 14 нм3/с повітря. За цих умов потужність газопаротурбінної установки перевищила 33 МВт при термічному ККД 0,66 та питомій витраті палива 0,1066 кг/(кВтгод)

У цій статті досліджується комплекс проблем, починаючи від отримання газоподібного діоксиду вуглецю з різних джерел постачання та завершуючи аналізом характеристик вуглекислотних установок. Удосконалення вуглекислотних установок безпосередньо пов'язано з підвищенням ефек­тивності застосовуваних в них процесів, способів і схем. Приділено увагу економічному отриманню СО2 з продуктів згорання природного газу. Пропонується заміна в абсорбційно-десорбційній установці абсорбенту МЕА на абсорбент МДЕА (метилдіетаноламін), що дозволить заощадити гріючий пар і зменшити кратність циркуляції розчину. Розглянуто два типи вуглекислотних стан­цій, що працюють на природному газі: традиційної технологічної побудови; і з новими схемами, в яких застосовуються процеси когенерації та тригенерації. В даний час вважається, що доцільніше виробляти один універсальний продукт – низькотемпературний рідкий діоксид вуглецю, який легко можна трансформувати в будь-який інший його вид і необхідний стан. Обґрунтовано зниження енергетичних витрат в установках традиційного типу. На їх основі можна проводити модернізацію і реконструкцію існуючих вуглекислотних станцій. Показано, що при використанні продуктів згорання від стороннього джерела, наприклад, котельні установки, вуглекислотна станція для виробництва тієї ж кількості низькотемпературного рідкого діоксиду вуглецю буде витрачати, як мінімум, на 30% менше природного газу. Включення когенераційної установки до складу вуглекислотної станції дозволить одночасно виробляти крім рідкого діоксиду вуглецю, також електроенергію і теплоту. Утилізація теплових потоків в такій вуглекислотній станції може здійснюватися в паротурбінній установці, яка генерує додатково до 40% електроенергії. Видалення кисню з димових газів і повне осушення і очищення викидного потоку з абсорбера дозволяє отримати чистий газоподібний азот як додатковий продукт. Ексергетичний ККД запропонованого енерготехнологічного комплексу досягає 40%, тобто в 10 разів перевищує його значення для традиційних вуглекислотних станцій

Carbon dioxide is used in large volumes to produce urea, a highly efficient nitrogen fertilizer. It is compressed in a multistage compressor to a pressure of 15 MPa and fed to the urea synthesis unit. The specific energy consumption for the compression of carbon dioxide by a compressor reaches 0.16 kWh/kg. It may be more profitable to use in the system of compressor-pumping and refrigeration units. They can be used to liquefy carbon dioxide and compress it to pressure 15 MPa before feeding it to the synthesis of urea. In the simplest scheme, an ammonia compression refrigeration machine (ACRM) is included in the system to improve efficiency. The specific energy consumption in such a system for the liquefaction and compression of CO2 is 0.118 kWh/kg. In case of replacement of the ACRM with an absorption refrigeration machine, unit costs can be reduced to 0.09 kWh/kg. These two systems can be used to increase urea production or to ensure stable operation of the units during the summer period of their operation. The analysis showed that further improvement of the technological scheme of the entire system will completely abandon the use of the compressor method of compression of CO2 to pressure 15 MPa before its supply to the urea synthesis unit. To do this, you need to include an additional absorption lithium bromide refrigeration machine in the system. In this scheme, the compressor-pumping unit will provide the simultaneous supply of liquid carbon dioxide and ammonia for the synthesis of urea with a pressure of 15 MPa. To increase the daily production of urea from 1400 to 2000 tons, it is necessary to increase the feed liquid CO2 in the amount of 62 t/hour and liquid NH3 — 47.5 t/hour. Bibl. 14, Fig. 3.

It is advantageous to use precooling in connected thermodynamic cycles of systems consisting of two vapor compression refrigeration machines (VRM), one of which with a low refrigeration power (VRMII) supercools a liquid refrigerant in the other larger refrigeration machine (VRMI) before its throttling. It is shown to what extent precooling improves the characteristics of the VRMI + VRMII system. The problem of optimization of the cooling systems that include two refrigeration machines is formulated and solved. The optimum temperatures of precooling of liquid refrigerants R717 and R290 in VRMI, alongside which use was made of an additional VRMII that operated with these refrigerants, were determined. The refrigeration output Qc and the coefficient of performance (COP) were found to increase in systems of machines of R717/R717 and R290/R290 types. The increase of Qc and COP was more significant (34% and 22.9%, respectively) in an R290/R290 type of machine, but the latter was somewhat inferior to R717/R717 type of machine in terms of values of parameters. It was noted that maximum COP values are achieved in the intermediate cooling temperature range of 5 to −10°C, although in the VRMI cold is produced at the −30°C level. The calculation results confirm the expediency of wide use of precooling in the referred systems of refrigeration machines.

A non-cryogenic technology has been developed for the extraction of helium from natural gas in a membrane installation operating in an unsteady mode. The separating membrane in this setup consists of microcapsules – cenospheres. The microscopic dimensions of the walls of such capsules provide a high diffusion rate of helium, unattainable in installations with a stationary mode of operation. A wave technique for calculating membrane installations with an unsteady mode of operation has been developed. The calculation is carried out by expanding the input concentration signal in a Fourier series according to the eigenfrequencies of this periodic process. Moreover, each of its concentration eigenwaves, independently of the others, passes through a layer of microcapsules. At the output, all solutions for individual eigenwaves are added up. Using a specific example of the extraction of helium from natural gas, the capabilities of the new technology are demonstrated. It is shown that the transmission of natural gas through an installation with three apparatuses 10 m long filled with cenospheres makes it possible to achieve a helium recovery coefficient of 33%.

Carbon dioxide, as well as ammonia, are widely used in large-scale chemistry for the production of urea. Currently, the most common technology for producing carmabide is according to which liquid NH3 is pumped into the synthesis column by a pump at a pressure of 15 MPa, and gaseous CO2 is supplied by a compressor with the same pressure as ammonia. Gaseous CO2 is compressed in a multi-stage compressor to a pressure of 15 MPa before it enters the urea synthesis unit, in which it reacts with ammonia. The specific energy consumption for compressing carbon dioxide in a compressor unit is 0.13 kWh/kg. Reducing energy for producing CO2 and also urea can be achieved when it is possible to supply carbon dioxide in liquid form under a pressure of 15 MPa to the urea synthesis column. The analysis showed that to solve this problem it is necessary to implement two processes: compression to 1.8–3.0 MPa, and then cooling and liquefaction of gaseous CO2 due to the cold of liquid ammonia. Liquefied CO2 can then be pumped to the urea column. In order to introduce carbamide into production, a new carbon dioxide compressor and pumping unit has been created. The installation scheme for compressing CO2 to a pressure of 15 MPa and its subsequent supply to the production of urea is given. A cold liquid ammonia stream with an initial temperature of –30 °C is used as a source of cold in the installation. The performance and power consumption of the compressor unit depend on the compression pressure of CO2. After the CO2 is compressed to 1.8 MPa, it is possible to cool 2.3 t/h of carbon dioxide with cold liquid ammonia and then direct it to the synthesis of urea using a pump under a pressure of 15 MPa. The specific energy consumption in the installation will be 0.1 kWh/kg. When CO2 is compressed up to 3 MPa, the plant capacity is 8.78 t/h, and the unit costs are 0,108 kWh/kg. Urea production in this case may increase from 1400 to 1680 t/day. Ref. 5, Fig. 3, Tab. 3.