Оптимізація технологічних параметрів процесу три-риформінгу метану на основі феномену консервативно збуреної рівноваги

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorТріщ, В. Р.
dc.contributor.authorКовалюк, Д. О.
dc.date.accessioned2024-11-25T19:43:39Z
dc.date.available2024-11-25T19:43:39Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractРозглянуто процес три-риформінгу метану та його перебіг за умови феномену консервативно збуреної рівноваги (CPE). Показано, що екстремум виходу цільового компоненту відбувається в певний момент часу, після чого концентрація повертається до свого рівноважного значення. Проведено математичне моделювання процесу, досліджено вплив таких факторів як тиск та температура на положення точки «надрівноважної» концентрації. Виконано порівняння програмних засобів для моделювання процесу за різних початкових умов. Сформульовано задачу оптимізації початкового складу суміші для процесу тририформінгу метану з використанням CPE: визначено цільову функцію та обмеження, обрано метод розв’язання. Виконано програмну реалізацію задачі оптимізації на основі Optimization Toolbox Matlab. Результати досліджень свідчать про підвищення ефективності процесу (збільшення виходу цільового компоненту) та можливість реалізації оптимальних рішень у реальному часі, що відкриває перспективи для впровадження в існуючі системи керування та розробки систем прийняття рішень.
dc.description.abstractotherThe most common technologies for the production of synthesis gas from natural gas are analyzed. It is noted that the process of methane tri- reforming is quite promising, since it can directly use flue gases from fossil fuel power plants as a raw material without the need for additional carbon capture processes. It is noted that it is possible to increase the efficiency of chemical reactions, including the TRM process, using the phenomenon of conservative perturbed equilibrium. The condition for the occurrence of CPE is the appropriate input concentrations of the initial composition of the mixture for a given pressure and temperature. In the transient CPE regimes, a chemical system moves from an initial state in which some concentrations are equal to the equilibrium concentrations of the system to a final state in which all concentrations are equal to the equilibrium concentration (complete equilibrium). In these transitions, the system will inevitably pass through an extreme value. The process of methane tri-reforming and its course under the condition of the phenomenon of conservative perturbed equilibrium (CPE) are considered. It is shown that the onset of the CPE point - an extremum of the over-equilibrium concentration - occurs at a certain point in time. Therefore, one of the tasks of optimal control is to calculate the time of occurrence of this point and determine the effect of temperature and pressure on its position. The modeling of the TRM process is performed for an ideal displacement reactor. The DWSIM software product was used to model the TRM process. The kinetic equations were programmed in the form of scripts. The position of the over-equilibrium concentration point was also investigated depending on the initial composition of the mixture. According to the modeling results, it was concluded that the position of the CPE point for product H₂ is constant, and depends only on pressure and temperature and does not depend on the initial composition of the mixture. This allows us to conclude that the control can ensure that the product yield with the maximum concentration is achieved. The problem of optimizing the initial composition of the mixture for the methane tri-reforming process using CPE is formulated: the objective function and constraints are defined, and the solution method is chosen. The optimization problem is to maximize the target product of methane tri-reforming, H2. The solution to the problem is the composition of the mixture (concentrations of CH4, H2O, CO2). As for the constraints, the pressure and temperature are limited by the physicochemical properties of the process and the design features of the reactor, the elemental balance must be maintained, the key component at the input must have an equilibrium concentration at a given pressure and temperature, and the concentrations of other components must be deviated from their equilibrium values. A software implementation of the optimization problem based on the Optimization Toolbox Matlab was performed. The research results indicate an increase in the efficiency of the process (increase in the output of the target component) and the possibility of implementing optimal solutions in real time, which opens up prospects for implementation in existing control systems and development of decision-making systems.
dc.format.pagerangeС. 25-32
dc.identifier.citationТріщ, В. Р. Оптимізація технологічних параметрів процесу три-риформінгу метану на основі феномену консервативно збуреної рівноваги / Тріщ В. Р., Ковалюк Д. О. // Вісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження». – 2024. – № 2 (23). – С. 25-32. – Бібліогр.: 14 назви.
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2617-9741.2.2024.307354
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/70791
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.sourceВісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження»: збірник наукових праць, № 2 (23)
dc.subjectоптимізація
dc.subjectкомп’ютерне моделювання
dc.subjectоптимальне керування
dc.subjectтри-риформінг метану
dc.subjectMatlab Optimization Toolbox
dc.subjectресурсоефективність
dc.subjectекстремум
dc.subjectoptimization
dc.subjectcomputer modelling
dc.subjectoptimal control
dc.subjectmethane tri-reforming
dc.subjectresource efficiency
dc.subjectextremum
dc.subject.udc004.94
dc.titleОптимізація технологічних параметрів процесу три-риформінгу метану на основі феномену консервативно збуреної рівноваги
dc.title.alternativeOptimization of technological parameters of the methane tri-reforming process based on the phenomenon of conservatively perturbed equilibrium
dc.typeArticle

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
25-32.pdf
Розмір:
893.78 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження»: збірник наукових праць, № 2 (23)