Выбор низкокипящего рабочего тела по экологическим показателям для использования в различных технологических системах

В настоящее время низкокипящие рабочие тела применяются в различных технологических системах, такие как холодильные установки, системы кондиционирования, тепловые насосы для теплоснабжения и различные тепловые двигатели. Главным достоинством низкокипящих рабочих тел (НРТ) является возможность их адаптации к различным источникам тепловой энергии. За счет варьирования рабочего тела его можно использовать в широком диапазоне температур и давлений [1].

В соответствии с современными экологическими требованиями нельзя применять ряд хорошо изученных НРТ, например, фреоны или фторхлоруглероды, обладающие высоким потенциалом глобального потепления. В связи с этим необходимо определить основные критерии выбора оптимального НРТ для использования в низкотемпературных средах.

Можно выделить следующие основные критерии, которым должны соответствовать НРТ [2]:

• 1)    НРТ должно соответствовать требованиям обеспечения пожаро- и взрывобезопасности, быть нетоксичным для достижения безопасных условий труда работающего персонала;

• 2)    НРТ не должно оказывать влияния на экологию и прежде всего не вызывать разрушения озонового слоя Земли, и не приводить к возникновению парникового эффекта.

Основным фактором влияния на глобальное потепление является эмиссия парниковых газов, в первую очередь углекислого газа (СО2). Именно по этой причине СО2 был выбран в качестве базисного газа при расчётах потенциала глобального потепления, который принимается равным

• 1.    Соответственно степень влияния на глобальное потепление прочих парниковых газов сравнивается с воздействием СО 2 .

Рассмотрим основные физиологические и экологические свойства наиболее перспективных низкокипящих рабочих тел на примере СО 2 и C 3 H 8 (табл. 1), которые все больше находят применения в холодильных установках, тепловых насосах и тепловых двигателях [3].

Таблица 1

Сравнение физиологических и экологических свойств НРТ

Оптимальным вариантом будет экологически безопасное и негорючее НРТ – диоксид углерода CO 2 .

Основным преимуществом применения CO 2 в качестве НРТ в различных технологических системах является его доступность и дешевизна. Наиболее распространенным сырьем для производства двуокиси углерода являются дымовые газы, а природный газ считается оптимальным источником сырья. При сжигании природного газа в дыме отсутствуют соединения серы и механические примеси. Извлечение углекислого газа, как правило, производится, абсорбционно-десорбционным способом с использованием в качестве абсорбента водного раствора моноэтаноламина. Количество углекислого газа СО 2 , которое можно получить из дымовых газов зависит от вида сжигаемого топлива (табл. 2) [4].

Таблица 2

Примерные показатели извлечения СО 2 из дымовых газов

Поэтому улавливание СО2 из дымовых газов промышленных предприятий и непосредственное его использование на самих предприятиях в качестве рабочего тела для различных тепловых машин – является одним из экономически выгодных решений для снижения выбросов СО2 в атмосферу и повышения топливной экономичности самих предприятий [5].

Уникальность термодинамических и теплофизических свойств СО2 позволяют его использование в различных температурных режимах и термодинамических циклах (Ренкина, Брайтона, Лоренца), что в будущем должно обеспечить большие объемы использования СО2 в контурах циркуляции различных технологических решений.