Науковий вісник НГУ

Аналітичне обґрунтування термохімічної взаємодії реагентів дуття та вуглецевмісних продуктів під дією магнітних полів

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №5 2024

Останнє оновлення: 29 жовтня 2024

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 438

Authors:

В. Г. Лозинський*, orcid.org/0000-0002-9657-0635, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

В. С. Фальштинський, orcid.org/0000-0002-3104-1089, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна

* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2024, (5): 030 - 036

https://doi.org/10.33271/nvngu/2024-5/030

Abstract:

Мета. Обґрунтування й розробка моделі, що описує вплив намагнічування реагентів дуття та вуглецевмісних продуктів на процес газифікації для прогнозування інтенсифікації газоутворення.

Методика. Дослідження включає теоретичне моделювання на основі експериментальних даних для вивчення впливу магнітних полів на процес підземної газифікації вугілля та когазифікації вугілля й вуглецевмісних продуктів. При моделюванні термохімічних взаємодій у дослідженні було використано рівняння Арреніуса для оцінки констант швидкості реакцій газифікації в діапазоні температур 800–1000 °C. Вплив магнітного поля було враховано шляхом коригування енергії активації (E_a). Обробку результатів аналітичних та експериментальних досліджень проведено з використанням методів комп’ютерного й математичного моделювання.

Результати. Отримані результати показують, що застосування магнітних полів суттєво інтенсифікує процес газифікації вуглецевмісних продуктів. Підвищення реакційної здатності реагентів дуття, зокрема води й кисню, призводить до збільшення загального виходу горючих газів. Застосування магнітних полів у процесі газифікації значно збільшує швидкість реакції (k), що є результатом зниження енергії активації (E_a), покращуючи загальну ефективність газифікації.

Наукова новизна. Уперше розроблена аналітична модель впливу намагнічування реагентів дуття й вуглецевмісних продуктів на процес газифікації в діапазоні температур 800–1000 °C. Отримані значення швидкості реакцій, що змінюються за експоненціальною закономірністю. Встановлена й кореляційно підтверджена закономірність зв’язку зміни коефіцієнту апроксимації (F) зі зміною дольової участі вуглецю (С, %) при магнітній обробці компонентів дуття в діапазоні зазначених температур.

Практична значимість. Результати дослідження можуть бути застосовані для підвищення ефективності промислових процесів газифікації, зокрема підземної газифікації та когазифікації вугілля й вуглецевмісних продуктів.

Ключові слова: магнітне поле, газифікація, підземна газифікація вугілля, когазифікація, термохімічна взаємодія, синтез-газ, інтенсифікація

References.

1. Gajdzik, B., Wolniak, R., Nagaj, R., Žuromskaitė-Nagaj, B., & Grebski, W. W. (2024). The influence of the global energy crisis on energy efficiency: A comprehensive analysis. Energies, 17(4), 947. https://doi.org/10.3390/en17040947.

2. Farghali, M., Osman, A. I., Mohamed, I. M., Chen, Z., Chen, L., Ihara, I., & Rooney, D. W. (2023). Strategies to save energy in the context of the energy crisis: a review. Environmental Chemistry Letters, 21(4), 2003-2039. https://doi.org/10.1007/s10311-023-01591-5.

3. Salieiev, I. (2024). Organization of processes for complex mining and processing of mineral raw materials from coal mines in the context of the concept of sustainable development. Mining of Mineral Deposits, 18(1), 54-66. https://doi.org/10.33271/mining18.01.054.

4. Bissengaliyeva, А. М., Dyussegalieva, К. О., & Kydyrbek, R. Y. (2021). Influence of radioactive emissions on the environmental situation of the western region. Engineering Journal of Satbayev University, 143(6), 26-33. https://doi.org/10.51301/vest.su.2021.i6.04.

5. Sai, K. S., Petlovanyi, M. V., & Malashkevych, D. S. (2023). A new approach to producing a prospective energy resource based on coalmine methane. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1254(1), 012068. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1254/1/012068.

6. Takyi, S. A., Zhang, Y., Si, M., Zeng, F., Li, Y., & Tontiwachwuthikul, P. (2023). Current status and technology development in implementing low carbon emission energy on underground coal gasification (UCG). Frontiers in Energy Research, 10, 1051417. https://doi.org/10.3389/fenrg.2022.1051417.

7. Su, F. Q., He, X. L., Dai, M. J., Yang, J. N., Hamanaka, A., Yu, Y. H., & Li, J. Y. (2023). Estimation of the cavity volume in the gasification zone for underground coal gasification under different oxygen flow conditions. Energy, 285, 129309.

8. Smith, E. K., Barakat, S. M., Akande, O., Ogbaga, C. C., Okoye,  P. U., & Okolie, J. A. (2023). Subsurface combustion and gasification for hydrogen production: Reaction mechanism, techno-economic and lifecycle assessment. Chemical Engineering Journal, 148095. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.148095.

9. Lozynskyi, V., Falshtynskyi, V., Kozhantov, A., Kieush, L., & Saik, P. (2024). Increasing the underground coal gasification efficiency using preliminary electromagnetic coal mass heating. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1348(1), 012045. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1348/1/012045.

10. Lozynskyi, V., Falshtynskyi, V., Saik, P., Dychkovskyi, R., Zhautikov, B., & Cabana, E. (2022). Use of magnetic fields for intensification of coal gasification process. Rudarsko-geološko-Naftni Zbornik, 37(5), 61-74. https://doi.org/10.17794/rgn.2022.5.6.

11. Otto, C., & Kempka, T. (2020). Synthesis gas composition prediction for underground coal gasification using a thermochemical equilibrium modeling approach. Energies, 13(5), 1171. https://doi.org/10.3390/en13051171.

12. Lozynskyi, V. (2023). Critical review of methods for intensifying the gas generation process in the reaction channel during underground coal gasification (UCG). Mining of Mineral Deposits, 17(3), 67-85. https://doi.org/10.33271/mining17.03.067.

13. Khan, H., Adeyemi, I., & Janajreh, I. (2024). Synergistic Effects of the Co-gasification of Solid Recovered Fuel and Coal Blend Using Entrained Flow Technology. Waste Biomass Valor, 2024. https://doi.org/10.1007/s12649-024-02588-z.

14. Kipriyanov, A. A. Jr., & Purtov, P. A. (2012). Prediction of a Strong Effect of a Wek Magnetic Field on Diffusion Assisted Reactions in Non Equilibrium Conditions. Bulletin of the Korean Chemical Society, 33(3), 1009-1014. https://doi.org/10.5012/bkcs.2012.33.3.1009.

15. Hu, L., Xia, G., & Chen, Q. (2019). Magnetochemistry and chemical synthesis. Chinese Physics B, 28(3), 037102. https://doi.org/10.1088/1674-1056/28/3/037102.

16. Westsson, E., Picken, S., & Koper, G. (2020). The Effect of Magnetic Field on Catalytic Properties in Core-Shell Type Particles. Frontiers in Chemistry, (8), 163. https://doi.org/10.3389/fchem.2020.00163.

17. Barmina, I., Zake, M., Krishko, V., & Gedrovics, M. (2010). Modification of Wood Pellets and Propane Co-firing in a Magnetic Field. Scientific Journal of Riga Technical University. Environmental and Climate Technologies, 4(1). https://doi.org/10.2478/v10145-010-0012-9.

18. Barmina, I., Zake, M., Strautins, U., & Marinaki, M. (2017). Effects of gradient magnetic field on swirling flame dynamics. Engineering for Rural Development, 148-154. https://doi.org/10.22616/erdev2017.16.n025.

19. Otto, C., & Kempka, T. (2020). Synthesis gas composition prediction for underground coal gasification using a thermochemical equilibrium modeling approach. Energies, 13(5), 1171. https://doi.org/10.3390/en13051171.

20. Wiatowski, M., Basa, W., Pankiewicz-Sperka, M., Szyja, M., Thomas, H. R., Zagorscak, R., & Kapusta, K. (2024). Experimental study on tar formation during underground coal gasification: Effect of coal rank and gasification pressure on tar yield and chemical composition. Fuel, 357, 130034. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.130034.

21. Saik, P., & Berdnyk, M. (2022). Mathematical model and methods for solving heat-transfer problem during underground coal gasification. Mining of Mineral Deposits, 16(2), 87-94. https://doi.org/10.33271/mining16.02.087.

22. Yesmakhanova, L. N., Tulenbayev, M. S., Chernyavskaya, N. P., Beglerova, S. T., Kabanbayev, A. B., Abildayev, A. A., & Maussymbayeva, A. D. (2021). Simulating the coal dust combustion process with the use of the real process parameters. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 16(22), 2395-2407.

23. Bazaluk, O., Lozynskyi, V., Falshtynskyi, V., Saik, P., Dychkovskyi, R., & Cabana, E. (2021). Experimental Studies of the Effect of Design and Technological Solutions on the Intensification of an Underground Coal Gasification Process. Energies, 14(14), 4369. https://doi.org/10.3390/en14144369.

24. Kačur, J., Laciak, M., Durdán, M., Flegner, P., & Frančáková, R. (2023). A review of research on advanced control methods for underground coal gasification processes. Energies, 16(8), 3458. https://doi.org/10.3390/en16083458.

25. Meetham, G. W. (2018). Requirements for and factors affecting high temperature capability: Part A of ‘The Requirements for the Limitations of Materials at High Temperatures’. Materials & Design, 9(5), 244-252. https://doi.org/10.1016/0261-3069(88)90001-5.

26. Giliberti, M., & Lovisetti, L. (2024). Pauli Exclusion Principle. In Old Quantum Theory and Early Quantum Mechanics: A Historical Perspective Commented for the Inquiring Reader, 353-393. Cham: Springer Nature Switzerland.

27. Sztenkiel, D. (2023). Spin orbital reorientation transitions induced by magnetic field. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 572, 170644. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2023.170644.

28. Wang, Y., Mehmood, N., Hou, Z., Mi, W., Zhou, G., Gao, X., & Liu, J. (2022). Electric Field-Driven Rotation of Magnetic Vortex Originating from Magnetic Anisotropy Reorientation. Advanced Electronic Materials, 8(6), 2100561. https://doi.org/10.1002/aelm.202100561.

29. Li, P., Jiang, Y., Hu, Y., Men, Y., Liu, Y., Cai, W., & Chen, S. (2022). Hydrogen bond network connectivity in the electric double layer dominates the kinetic pH effect in hydrogen electrocatalysis on Pt. Nature Catalysis, 5(10), 900-911. https://doi.org/10.1038/s41929-022-00846-8.

30. Luo, S., Elouarzaki, K., & Xu, Z.J. (2022). Electrochemistry in magnetic fields. Angewandte Chemie International Edition, 61(27), e202203564. https://doi.org/10.1002/anie.202203564.

31. Fang, H., Li, S., Ge, T., Liu, Y., Yu, Y., Liu, Y., & Li, L. (2024). Effects of the steam-to-oxygen ratio and the equivalence ratio on underground coal gasification. Combustion Science and Technology, 196(15), 3514-3526. https://doi.org/10.1080/00102202.2023.2177509.

32. Huang, W. G., Wang, Z. T., Duan, T. H., & Xin, L. (2021). Effect of oxygen and steam on gasification and power generation in industrial tests of underground coal gasification. Fuel, 289, 119855. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119855.

• < Попередня
• Наступна >