Дослідження теплоакумулювальних властивостей цеолітів після мікрохвильової регенерації
DOI:
https://doi.org/10.18524/0367-1631.2025.63.338084Ключові слова:
теплоакумулятори, термохімічне накопичення тепла, мікрохвильове нагрівання, експеримент, похибка, кінетика сушіння, міцність, теплота адсорбціїАнотація
В роботі проведено дослідження кінетики дегідратації щільного шару цеолітів 13X і 4A, які застосовуються для систем накопичення тепла на основі термохімічних процесів адсорбції та десорбції. Наведено результати аналітичного огляду літературних даних, на підставі якого отримано відомості про ефективність термохімічного накопичення теплоти цеолітами завдяки високій щільності акумулювання енергії, а також можливості тривалого зберігання без втрат енергії. Визначено, що при регенерації цеолітів раціонально застосування методу мікрохвильової дегідратації. Представлено схему експериментальної установки для проведення досліджень мікрохвильового сушіння та методику проведення експериментів. Наведено результати експериментів з дегідратації щільного шару цеолітів 13Х та 4А в умовах мікрохвильового нагріву при вихідній потужності магнетрону 800 Вт, початкова маса завантаження – 0,1 кг. Показані криві зміни вологовмісту та температури цеолітів при мікрохвильовому сушінні. Наведено аналіз характеру зміни вмісту вологи і температури для досліджуваних цеолітів. Проведено оцінку властивостей міцності цеолітів за результатами визначення якості зерен після семи циклів сорбції-десорбції. Наведено результати оцінки теплоакумулювальної здатності цеолітів після дегідратації в мікрохвильовому полі. Враховувалося, що теплота адсорбції, що виділяється після додавання води до шару цеолітів, йшла на нагрівання води, експериментальної комірки, шару цеоліту і випаровування вологи. Питома теплота адсорбції досліджуваних цеолітів змінюється в межах 155,5 кДж/кг – 216,4 кДж/кг, при цьому похибка не перевищувала 15,7 %. Отримано, що за характеристиками міцності і по теплоакумулювальної здатності переважним для систем термохімічного накопичення тепла є цеоліт 13Х, однак остаточний вибір визначається конкретними умовами застосування.
Посилання
Abedin A.H. A Critical Review of Thermochemical Energy Storage Systems / Ali H. Abedin // The Open Renewable Energy Journal. – 2011. – Vol. 4, №. 1. – P. 42–46. – Mode of access:https://doi.org/10.2174/1876387101004010042.
Вивчення перспектив застосування цеолітів для теплових акумуляторів / І. Л. Бошкова [та ін.] // Refrigeration Engineering and Technology. – 2021. – Т. 57, № 3. – С. 196-205. – Режим доступу: https://doi.org/10.15673/ret.v57i3.2171
Adsorption performance and thermodynamic analysis SAPO-34 silicone composite foams for adsorption heat pump applications / L. Calabrese [et al.] // Materials for Re-newable and Sustainable Energy. – 2018. – Vol. 7, no. 4. – Mode of access: https://doi.org/10.1007/s40243-018-0131-y.
Experimental and Numerical Assessment of Novel All-In-One Adsorption Thermal Storage with Zeolite for Thermal Solar Applications / Michelangelo Di Palo [et al.] // Applied Sciences. – 2020. – Vol. 10, №. 23. – P. 8517. – Mode of ac-cess:https://doi.org/10.3390/app10238517.
Erprobung thermochemischen ingredients Langzeitwärmespeichers auf Basis instru-ments Zeolith/Salz-Komposits / Thomas Nonnen [et al.] // Chemie Ingenieur Technik. – 2016. – Vol. 88, no. 3. – P. 363-371. – Mode of ac-cess:https://doi.org/10.1002/cite.201500136
Adsorption Heat Storage: State-of-the-Art і Future Perspectives / Salvatore Vasta [et al.] // Nanomaterials. – 2018. – Vol. 8, no. 7. – P. 522. – Mode of ac-cess:https://doi.org/10.3390/nano8070522.
Zeolite Heat Storage: Key Parameters з Experimental Results with Binder-Free NaY / Stefan Rönsch [et al.] // Chemical Engineering & Technology. – 2020. – Vol. 43, no. 12. – P. 2530-2537. – Mode of access: https://doi.org/10.1002/ceat.202000342.
Ojuva A. Processing and performance of zeolites for efficient carbon dioxide separa-tion [Electronic resource] : doctoral thesis / Ojuva Arto. – [S. l.], 2015. – Mode of ac-cess: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:su:diva-114160 .
Thermal energy storage – overview and specific inight in nitrate salts for sensible and latent heat storage / Nicole Pfleger [et al.] // Beilstein Journal of Nanotechnology. – 2015. – Vol. 6. – P. 1487-1497. – Mode of access: https://doi.org/10.3762/bjnano.6.154.
Kant K. Advances and opportunities in thermochemical heat storage systems for build-ings applications / K. Kant, R. Pitchumani // Applied Energy. – 2022. – Vol. 321. – P. 119299. – Mode of access: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2022.119299.
Analysis and optimization of closed-adsorption heat storage bed performance / K. Kant [et al.] // Journal of Energy Storage. – 2020. – Vol. 32. – P. 101896. – Mode of access: https://doi.org/10.1016/j.est.2020.101896.
Solar-thermal energy conversion prediction of building envelope using thermochemi-cal sorbent based on established reaction kinetics / Wei Li [et al.] // Energy Conver-sion and Management. – 2022. – Vol. 252. – P. 115117. – Mode of access: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.115117.
Sorption heat storage for long-term low-temperature applications: Review on the ad-vancements in material and prototype scale / Luca Scapino [et al.] // Applied Energy. – 2017. – Vol. 190. – P. 920-948. – Mode of access: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.12.148.
Advances in thermal energy storage materials and their applications towards zero en-ergy buildings: A critical review [Electronic resource] / Jesús Lizana [et al.] // Applied Energy. – 2017. – Vol. 203. – P. 219–239. – Mode of ac-cess: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.06.008 .
Use of Zeolites in the Capture and Storage of Thermal Energy by Water Desorption–Adsorption Cycles [Electronic resource] / Bruno de Gennaro [et al.] // Materials. – 2022. – Vol. 15, no. 16. – P. 5574. – Mode of ac-cess: https://doi.org/10.3390/ma15165574.
Adsorbents regeneration under microwave irradiation for dehydration and volatile or-ganic compounds gas treatment / Isabelle Polaert [et al.] // Chemical Engineering Journal. – 2010. – Vol. 162, no. 3. – P. 941-948. – Mode of ac-cess:https://doi.org/10.1016/j.cej.2010.06.047.
Adsorbents regeneration under microwave irradiation for dehydration and volatile or-ganic compounds gas treatment / Isabelle Polaert [et al.] // Chemical Engineering Journal. – 2010. – Vol. 162, no. 3. – P. 941-948. – Mode of ac-cess:https://doi.org/10.1016/j.cej.2010.06.047.
Mechanisms Responsible for Dielectric Properties of Fauasites and Linde Type A Zeo-lites в Microwave Frequency Range / Benoit Legras [et al.] // The Journal of Physical Chemistry C. – 2011. – Vol. 115, no. 7. – P. 3090-3098. – Mode of access: https://doi.org/10.1021/jp111423z.
Intensification of TSA processes using a microwave-assisted regeneration step / Eu-genio Meloni [et al.] // Chemical Engineering and Processing - Process Intensification. – 2021. – Vol. 160. – P. 108291. – Mode of access: https://doi.org/10.1016/j.cep.2020.108291.
MW-Assisted Regeneration of 13X Zeolites after N2O Adsorption from Concentrated Streams: A Process Intensification / Eugenio Meloni [et al.] // Energies. – 2022. – Vol. 15, no. 11. – P. 4119. – Mode of access:https://doi.org/10.3390/en15114119.
Cherbanski R. Calculation of Critical Efficiency Factors of Microwave Energy Con-version in Heat / R. Cherbanski // Chemical Engineering & Technology. – 2011. – Vol. 34, no. 12. – P. 2083-2090. – Mode of access:https://doi.org/10.1002/ceat.201100405.
Microwave Irradiation Effect in Water-vapor Desorption from Zeolites / Hongyu [et al.] // Microwave Heating. – [S. l.], 2011. – Mode of access: https://doi.org/10.5772/23264
Експериментальне дослідження сушіння цеоліту «4а» у мікрохвильовому полі / І. Л. Бошкова [та ін.] // Refrigeration Engineering and Technology. – 2023. – Т. 59, № 3. – С. 197-204. – Режим доступу:https://doi.org/10.15673/ret.v59i3.2658.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
