Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор 10
1.1. Анализ современных и будущих источников энергии 10
1.1.1. Структура мирового производства и потребления энергии до
1.1.2. Нетрадиционные н возобновляемые источники энергии и их характеристики
1.1.2.1. Высокотемпературные концентраторы солнечной энергии 13
1.1.2.2. Низкотемпературные приемники солнечной энергии 19
1.1.2.3. Геотермальные источники 19
1.1.2.4. Тепловые отходы транспортного сектора 20
1.1.2.5. Высокотемпературные атомные реактора для теплоснабжения 21
1.2. Термохимическое запасание энергии (принцип и основы) 24
1.2.1. Физико-химические основы термохимического запасания энергии 24
1.2.2. Эффективность и энергонапряженность термохимического запасання энергии 27
1.2.3. Процессы, перспективные для термохимического запасания энергии 33
1.2.3.1. Высокотемпературные ТХ процессы 33
1.2.3.1.1. Эндотермические каталитические процессы 33
1.2.3.1.2. Разложение твердых тел 40
1.2.3.2. Низкотемпературные ТХ процессы 41
1.2.3.2.1. Плавление парафинов и гидратов солей 43
1.2.3.2.2. Сорбционные системы 44
1.2.3.2.3. Адсорбционное запасание (цеолиты, силикагели, угли, оксид алюминия) 46
1.3. Термохимическое запасание энергии (приложения) 53
1.3.1. Запасание энергии концентрированного солнечного света 53
1.3.1.1. ТХ преобразование энергии в химическом реакторе идеального смешения: сравнение каталитических процессов 55
1.3.1.2. Тепловое сопротивление на границе «стенка приемника катализатор» и слоя катализатора 63
1.3.2. ТК запасание энергии, выделяющейся в высокотемпературных ядерных реакторах 67
1.3.3. Химические и адсорбционные тепловые насосы 70
Заключение. 79
ГЛАВА 2. Описание методики экспериментов 81
2.1. Реактивы 81
2.2. Синтез урансодержащих носителей, катализаторов и композитных сорбентов «соль в пористой матрице» 82
2.2.1. Синтез оксидов урана 82
2.2.2. Синтез катализаторов на основе оксидов урана 82
2.2.3. Синтез оксидных пленок (АЬОз, MgO) на поверхности оксида 4 урана 83
2.2.4. Синтез сорбентов «соль в пористой матрице» 84
2.3. Исследование свойств синтезированных катализаторов и сорбентов 85
2.3.1. Исследование сорбционных свойств синтезированных композитов 85
2.3.2. Методика калориметрических измерений 86
2.3.3. Испытания активности катализаторов паровой конверсия метана 88
2.3.4. Исследование паровой конверсии метана и метанола, а также разложения аммиака в условиях прямого радиационного разогрева катализатора 89
2.3.5. Исследование паровой конверсии метана в условиях прямого нагрева катализатора концентрированным светом 91
23.6. Проверка целостности керамических покрытий на поверхности катализаторов 91
2.4. Методика исследования теплофизических свойств модельных приемников СЭ с прозрачной и непрозрачной стенками 93
2.5. Измерение теплопроводности синтезированных композитов... 93
2.5.1. Приготовление образцов 93
2.5.2. Измерение коэффициента теплопроводности 94
ГЛАВА 3. Термокаталитическое преобразование ядерной энергии 95
3.1. Новый метод ТК запасания ядерной энергии: ИКАР-процесс 96
3.2. Вариант 1: Исследование основных закономерностей ТК запасания энергии ускоренных электронов 99
3.2.1. Распределение температуры по длине каталитического реактора 99
3.2.2. Зависимость выхода водорода от мощности падающей дозы излучения 100
3.2.3. Зависимость энергонапряженности и эффективности ТК запасания энергии ИИ от мощности объемного энерговыделения 103
3.2.4. Влияние степени конверсии ключевого реагента 105
3.2.5. Влияние размеров каталитического реактора 107
3.2.6. Влияние состава исходной реакционной смеси 110
3.2.7. Влияние природы катализатора на основные характеристики процесса преобразования энергии излучения 113
3.2.7.1. Паровая конверсия метана 113
3.2.7.2. Паровая конверсия метанола 115
3.2.7.3. Разложение аммиака 116
3.2.8. Радиационный и термический каналы процесса 117
3.3. Вариант 2: Катализаторы паровой конверсии метана на основе оксидов урана и их свойства 121
3.3.1. Синтез и исследование пористых оксидов урана и катализаторовна их основе 121
3.3.2. Каталитическая активность синтезированных катализаторов 125
3.4. Математическое моделирование ТК запасания энергии при проведении реакции паровой конверсии метана в проточном реакторе с объемным тепловыделением 133
3.4.1. Описание модели 133
3.4.2. Оценка погрешностей, вносимых упрощениями модели 136
3.4.2.1. Условие применимости приближения равномерного распределения температур по радиусу каталитического реактора 136
3.4.2.2. Влияние внутридиффузнонных ограничений скорости реакции ПКМ 137
3.4.2.3. Отсутствие продольной и радиальной диффузии 139
3.4.2.4. Отсутствие гидродинамического сопротивления слоя 139
3.4.3. Анализ процесса ТК запасания энергии в реакторе с объемным тепловыделением: сравнение с экспериментом 140
3.4.3.1. Распределение температуры по длине каталитического реактора 141
3.4.3.2. Зависимость энергонапряженности запасания энергии ИИ от степени конверсии метана 141
3.4.3.3. Влияние размеров каталитического реактора 142
3.4.3.4. Зависимость энергонапряженности запасания от плотности объемного энерговыделения 143
3.4.3.5. Влияние температуры исходных реагентов 144
3.4.4. Анализ процесса ТК запасания энергии в реакторе с объемным тепловыделением: анализ возможных режимов и оптимизация процесса 146
3.4.4.1. Влияние распределения теплового потока по длине реактора . 147
3.4.4.2. ТК запасание энергии в каталитическом реакторе с равномерным тепловыделение по объему: анализ вариантов 1 и 2 149
3.4.4.3. ТК запасание энергии в изотермическом каталитическом реакторе с объемным тепловыделением: оптимальный реактор . 160
3.4.4.3.1. Распределение теплоподвода по длине реактора, обеспечивающее его изотермичность 160
3.4.4.3.2. Энергонапряженность процесса ТК запасания в изотермическом реакторе. Общая оценка 161
3.5 Заключение н приложения 168
ГЛАВА 4. Термокаталитическое преобразование энергии концентрированного света в реакторах с прозрачной стенкой 179
4.1. Теоретический анализ эффективности преобразования СЭ в тепло в идеальном ТХ приемнике 180
4.1.1. Модель идеального ТХ приемника/преобразователя СЭ 180
4.1.2. Передача тепла от приемника СЭ к катализатору и ее влияние на эффективность преобразования СЭ в реакторах с прозрачной и непрозрачной стенками приемника 187
4.2. Сравнительное исследование ТК запасания при прямом облучении катализатора через прозрачную стенку 190
4.2.1. Сравнительное исследование тешюфизических свойств модельных приемников СЭ с прозрачной и непрозрачной стенками 191
4.2.2. Сравнительное исследование ТК преобразования световой энергии при прямом облучении катализатора через прозрачную и непрозрачную стенки приемника 194
4.3. Математическое моделирование процесса ТК преобразования СЭ в проточном каталитическом реакторе с прозрачной стенкой 201
4.3.1. Зависимость энергонапряженности процесса ТК запасания солнечной энергии от степени конверсии метана 202
4.3.2. Влияние интенсивности теплоподвода в слой катализатора 203
4.4. Заключение 206
ГЛАВА 5. Композиты «соль в пористой матрице» для термохимического запасания низкотемпературного тепла 208
5.1. Общий подход 208
5.2. Сорбционные свойства композитов на основе галогенидов щелочных и щелочноземельных металлов 211
5.2.1. Хлорид кальция 211
5.2.1.1. «Хлорид кальция в силикагеле КСК» (ССВ-1 Л) 211
5.2.1.2. «Хлорид кальция в силикагеле КСМ» (ССВ-1М) 222
5.2.1.3. «Хлорид кальция в МСМ-41» (ССВ-1МСМ) 227
5.2.1.4. «Хлорид кальция в оксиде алюминия» (ССВ-1А) 228
5.2.1.5. «Хлорид кальция в пористом угле Сибунит» (ССВ-1У) 233
5.2.1.6. «Хлорид кальция в расширенном вермикулите» (ССВ-1В) 235
5.2.2. Бромид лития 239
5.2.2.1. «Бромид лития в силикагеле КСК» (ССВ-2Л) 240
5.2.2.2. «Бромид лития в расширенном графите» (ССВ-2РГ) 247
5.2.2.3. «Бромид лития в пористом угле Сибунит» (ССВ-2У) 249
5.2.2.4. «Бромид лития в оксиде алюминия» (ССВ-2А) 251
5.2.3. «Хлорид лития в силикагеле КСК» (ССВ-ЗЛ) 254
5.2.4. Энергоаккумулирующая способность композитов 258
5.2.5. Сравнение сорбционных свойств галогенидов в массивном и дисперсном состоянии 259
5.3. Теплопроводность композитов «соль в пористой матрице» 263
5.3.1. Влияние количества сорбированной воды 263
5.3.1.1. Теплопроводность композита ССВ-1Л 264
53.1.2. Теплопроводность композитов ССВ-2Л и ССВ-4Л 266
5.3.1.3. Расчет теплопроводности по модели Лыкова-Бьюрстрема 269
5.3.2. Влияние природы и количества соли 274
5.3.3. Влияние природы матрицы 275
5.4. Анализ практических приложений композитных сорбентов «соль в матрице» 276
5.4.1. Сорбцнонные тепловые насосы и бесфреоновые холодильники... 276
5.4.2. Запасание тепловой энергии в открытых системах 284
5.4.3. Осушка газов 288
5.4.4. Активная тепловая защита 299
5.5. Заключение и приложения
Выводы 349
Благодарности 352
Литература 353
