ტექნოლოგიური    პროექტი

​

 

ქვანახშირის   კომპლექსური   გადამუშავება

სინთეზურ  საწვავ   გაზად

​

​

შესავალი

​

 სინთეზური  საწვავი გაზის  წარმოების ისტორია  გასული საუკუნის 30-იანი წლებიდან იწყება,  როდესაც დასავლეთის ქვეყნებში  გავრცელება დაიწყო  ნახშირის გაზიფიკაციის  ტექნოლოგიებმა.  ნახშირიდან მიღებული  სინთეზური თხევადი საწვავისა  და  სხვა და სხვა  ქიმიური პროდუქტების წარმოების პარალელურად, ევროპასა და ამერიკაში  დაიწყო  ბუნებრივი გაზის შემცვლელი ე.წ.  SNG (synthetic   natural gas) სინთეზური გაზის მწარმოებელი ტექნოლოგიური პროცესების  დამუშავება და გამოცდა.

 

 პირველი  ტექნოლოგიები   მოიცავდა  ნახშირის გაზიფიკაციის, სინთეზ გაზის მიღების და ნახშირბადის ოქსიდის  კატალიზური  მეთანირების   პროცესებს.  გაზგენერატორებიდან მიღებული ტექნოლოგიური გაზის გასასუფთავებლად და სინთეზ გაზის მისაღებად გამოიყენებოდა  ენერგოტევადი  ქიმიური და  ფიზიკური ( მათ შორის  კრიოგენული)  პროცესები, რაც მნიშვნელოვნად აძვირებდა წარმოებული გაზის თვითღირებულებას, რის გამოც SNG  გაზის  წარმოებამ ვერ მოიპოვა  ფართო  მასშტაბები.

 

 SNG გაზის წარმოების სტანდარტული ტექნოლოგიური სქემის  პირველი ეტაპი ქვანახშირის, ან მურა ნახშირის გაზიფიკაციაა,  რის  შედეგადაც  მიიღება  ტექნოლოგიური გაზი, რომელიც  შედგება ძირითადად:   ნახშირბადის ოქსიდის ( CO ), წყალბადის(H2), ნახშირორჟანგის(CO2)  და  ისეთი მინარევებისაგან როგორებიცაა: აზოტისა და გოგირდის ჟანგეულები (NxOy ; SO2; SO3), გოგირდწყალბადი (H2S) ,  ნახშირბადის გოგირდნაერთები (COS; CS2),  წყალი (H2O) და სხვა.  გაზიფიკაციის ძირითადი ქიმიური რეაქციაა:

                                         

                                                                  C + H2O  =  CO + H2  +  119 (კჯ/მოლ)

 

იგი ძლიერ ენდოთერმული პროცესია, რომლის  განსახორციელებლადაც საჭირო ენერგიის მიღება ხდება ნახშირის ნაწილის სრული, ან ნაწილობრივ დაწვით:

   

                                      C + O2  =  CO2 -  406 (კჯ/მოლ)   და       2C + O2  =  2CO -  246 (კჯ/მოლ)

 

წვისათვის საჭირო ჟანგბადი მიიღება ცალკე დანადგარზე კრიოგენული ტექნოლოგიით და წყლის ორთქლთან  ერთად მიეწოდება გაზგენერატორს (ე.წ. „ავტოთერმული პროცესი“), ან  კიდევ,   ნახშირის წვა ხდება  ცალკე რეაქტორში ჰაერის გამოყენებით და ამ დროს გამოყოფილი სითბო  გამყოფი კედლით, ან სპეციალური გაზობრივი, ან მყარი   თბომატარებლით  გადაეცემა გაზგენერატორს (ე.წ. „ალოთერმული პროცესი“).  

 

 მეორე ეტაპზე,  გაზ გენერატორიდან მიღებული ტექნოლოგიური გაზიდან  ხდება მინარევების  მოცილება და მხოლოდ  ნახშირჟანგისა და  წყალბადის  ნარევის მიღება, რისთვისაც გამოიყენება  ადსორბციულ - დესორბციული პროცესები (მაგალითად, „რექტიზოლ - პროცესი“,  „სულფინოლ - პროცესი“  და სხვა),   სინთეზური და ბუნებრივი ცეოლიტები და  გაზების დაყოფის კრიოგენული მეთოდები.   

 

 მესამე ეტაპზე  სინთეზ გაზს  ატარებენ ნიკელის კატალიზატორზე და     ახორციელებენ  ე. წ.  „მეთანირებას“, რომელიც ეგზოთერმული პროცესია:

 

                           CO + 3H2  =  CH4 + H2O -  206 (კჯ/მოლ)   და    CO2 + 4H2   =  CH4 +  2H2O -  164 (კჯ/მოლ)

 

 SNG -ის  წარმოების ზემოთ  აღნიშნულ სამივე ეტაპზე,  ძირითადი რეაქციების გარდა, მიმდინარეობს უამრავი გვერდითი რეაქციაც და შესაბამისი გვერდითი პროდუქტების წარმოქმნა. სხვა და სხვა ტექნოლოგიური პროცესები ერთმანეთისაგან  განსხვავდება  ძირითადი რეაქციების წარმართვისა და  გვერდითი რეაქციების დათრგუნვის ფიზიკო-ქიმიური მეთოდებით და მათი განხორციელების აპარატურული გაფორმებით.

 

 ცხადია რომ,  მაქსიმალური ეკონომიკური ეფექტის მისაღებად (წარმოებული გაზის თვითღირებულების შესამცირებლად)  აუცილებელია  ტექნოლოგიური პროცესის ისე წარმართვა,  რომ შესაძლებელი  იყოს ეგზოთერმული რეაქციების დროს გამოყოფილი სითბოს მაქსიმალური გამოყენება ენდოთერმული რეაქციების უზრუნველსაყოფად.

SNG წარმოების ტექნოლოგიების ძირითად მახასიათებლად შეიძლება მივიღოთ ნახშირბადის  გამოყენების ეფექტურობა. კლასიკურ  ტექნოლოგიურ  პროცესებში,  როგორც გაზიფიკაციის ეტაპზე, ასევე  მეთანირების დროსაც, ნახშირორჟანგის სახით  იკარგება ნახშირში  შემავალი  ნახშირბადის მნიშვნელოვანი ნაწილი (ზოგიერთ შემთხვევაში თითქმის ნახევარიც კი).  SNG პროცესებში  ნახშირორჟანგი წარმოიქმნება ორი წყაროდან: გაზიფიკაციის ენერგო უზრუნველყოფისათვის ნახშირის  წვის პროცესში და მეთანირებისას.  მაშინ როდესაც,  ნახშირის ფასი საკმაოდ მაღალია,   გაზის თვითღირებულების შესამცირებლად  აუცილებელია ნახშირბადის დანაკარგების მინიმიზირება.  წვის პროცესში წარმოქმნილი ნახშირორჟანგის სახით ნახშირბადის  დანაკარგის  თავიდან აცილება ავტოთერმულ პროცესებში - როდესაც არ არსებობს მაღალპოტენციური სითბოს  გარეშე წყარო - შეუძლებელია.   რაც შეეხება  მეთანირებას,  ნახშირორჟანგის წარმოქმნა ხდება  ნახშირჟანგის წყლის ორთქლით კონვერსიის შედეგად:

                             

                                                                       CO + H2O = CO2  + H2  - 42 (კჯ/მოლ)

 

 რომლის კატალიზატორებიც მე-8 ჯგუფის ელემენტებია.  წყალბადის სიჭარბისას  და მაღალი ტემპერატურის დროს,  ნახშირჟანგის კონვერსიის სიჩქარე მცირეა და შესაბამისად მცირეა ნახშირორჟანგის სახით ნახშირბადის დანაკარგი.

ტექნოლოგიურ პროცესში წყალბადის მისაღებად გამოყენებულია წყლის დაშლის მაღალ სიხშირული რეზონანსული ელექტროლიზერი, რაც,  როგორც ქვევით დავინახავთ დაბალი თვითღირებულების მქონე SNG მიღების საშუალებას იძლევა.    რეზონანსული ელექტროლიზერით (რელ)  გამომუშავდება წყალბადის დეფიციტური ნაწილი,  რომელიც ემატება  ნახშირში შემავალ წყალბადს.

 

 ტექნოლოგიური პროექტი შექმნილია შპს „ქიმინვესტი“-ს ავტორთა ჯგუფის მიერ, რომელთაც  მრავალწლიანი   გამოცდილება აქვთ ამ დარგში და  რომელთა თეორიული და ექსპერიმენტული გამოკვლევების საფუძველზე  შეიქმნა არა ერთი საცდელი და საპილოტე დანადგარი.

​

 

1.  ტექნოლოგიური პროცესი

 

 პროექტში განხილული ტექნოლოგიური პროცესი  დაფუძნებულია  გაზიფიკაციისა და მეთანირების თანამედროვე მეთოდებზე  და მნიშვნელოვნად  განსხვავდება  SNG  წარმოების კლასიკური  პროცესებისაგან. მასში გამოყენებულია  წვრილ ფრაქციული ნახშირის მეთანირების პირდაპირი პროცესი, რომლისთვისაც  საჭირო წყალბადის რაოდენობა მინიმალურია.  ნახშირის პირდაპირი გაზიფიკაციის დროს 1 მოლი მეთანის  მისაღებად საჭიროა  მხოლოდ 2 მოლი  წყალბადი,  მაშინ როდესაც,    ნახშირჟანგისა და ნახშირორჟანგის მეთანირებისთვის საჭიროა შესაბამისად 3 მოლი და 4 მოლი  წყალბადი (იხილეთ ზემოთ მოტანილი რეაქციები)  და ცხრილი2.

 

 

 

    1.1.ტექნოლოგიური პროცესის სქემა

 

 ტექნოლოგიური პროცესის სქემა  მოცემულია ფიგ. 1-ზე.  ნედლეულად  გამოყენებული ნახშირი   საწარმოო უბანს  მიეწოდება  1 ტონიანი ტომრებით(  „ბიგ-ბეგებით“) და იყრება შნეკური (ან  სექციებიანი)  მკვებავის(2)  მიმღებ ბუნკერში, საიდანაც  მიეწოდება კატალიზური კრეკინგის რეაქტორს(1).

კატალიზური კრეკინგის რაქტორში (1),   სპეციალურ კატალიზატორზე, ნახშირი განიცდის პირველად გარდაქმნებს - მისგან გამოიყოფა აქროლადი ნაწილი,   ფოროვნდება  და   აქტიურდება.  აქროლადი ნაწილის  ორგანული მასა,   კატალიზატორის გავლენით კრეკირდება  - იშლება ცალკეულ მოლეკულურ ფრაგმენტებად,  მათ შორის წყალბადად.

  კატალიზური კრეკინგის რეაქტორიდან(1)  მიიღება ნახევრად კოქსი-აქროლადი ნაერთებისაგან თითქმის თავისუფალი ნახშირი და  აქროლადი ნაერთები. აქროლადი ნაერთები ცივდებიან წყლით გამციებელ კონდენსატორში (3) დაახლოებით 30°C-მდე.    გაციების შედეგად  გამოიყოფა კონდენსირებადი ფრაქცია, რომელიც გროვდება შემკრებში (4) და  პირველადი  გაზი.

 

 პირველადი გაზი შეიცავს:  დიდი რაოდენობით წყალბადს (მოცულობით  50%-მდე),  მეთანს (მოცულობით 30%-მდე), ნახშირჟანგს, ნახშირორჟანგს (ჯამურად მოცულობით 16%-მდე) და მცირე რაოდენობით გოგირდ და აზოტ ნაერთებს.  იგი გაივლის  ტუტიან სკრუბერს(5), რომელშიც ტუმბოთი (6)  ცირკულირებს ნატრიუმის  ტუტის  10%-იანი ხსნარი და თავისუფლდება მინარევების ძირითადი  ნაწილისაგან, ხოლო შემდეგ  მიეწოდება ორი პარალელურად ჩართული ცეოლიტიანი ადსორბერებიდან (7) ერთერთს, რომელიც  დროის იმ მომენტისთვის იმყოფება მუშა რეჟიმში (ამ დროს  მეორე  ადსორბერი რეგენერირდება).   ადსორბერებიდან (7)  გაზი გაიწოვება  კომპრესორის (8) საშუალებით  და  იჭირხნება მეთანირების რეაქტორის წნევაზე  დაახლოებით  2ატა -თი  მეტ    წნევამდე,  რათა შესაძლებელი გახდეს მისი მიწოდება მეთანირების რეაქტორში (9).

 

 თხევადი ფრაქცია წარმოადგენს  პიროგენეტიკური წყლისა  და ნახშირწყალბადების ნარევს.  შემკრებიდან (4)  იგი გაიწოვება   ტუმბოს (10) საშუალებით, რის შემდეგაც მისი ნაწილი მიეწოდება  კრეკინგის რეაქტორის  (1)  წვის კამერას,  ტექნოლოგიური პროცესის  ენერგო უზრუნველყოფისათვის, ხოლო დარჩენილი ნაწილი  კი,   ბრუნდება კრეკინგის რეაქტორში (1),  სადაც  იშლება  უფრო მარტივ  ორგანულ მოლეკულებად  და წყალბადად.

კატალიზური კრეკინგის რეაქტორიდან  მიღებული თხევადი და გაზობრივი ფრაქციების რაოდენობა დამოკიდებულია  ნედლეულად  გამოყენებული ნახშირის გვარობასა  და კატალიზური კრეკინგის რეაქტორიდან (1)  მიღებული ნახევრად კოქსი წყლის რეზერვუარიდან (ნახაზზე ნაჩვენები არ არის)  მიწოდებულ  სუფთა წყალთან ერთად, დახრილი ღარით (11)  მიეწოდება  დეზინტეგრატორს (12), რომელშიც  წარმოებს ნახევრად კოქსის სველი დაფქვა ისე, რომ  მარცვლების ზომა ნაკლები იყოს 5 მკმ-ზე.  დეზინტეგრატორიდან (12)  ნახშირისა და წყლის  ნარევი  ტუმბოთი (13) გადადის კლასიფიკატორში (14), სადაც  ხდება მსხვილი  - 5 მკმ  მსხვილი  ფრაქციის გამოყოფა და დეზინტეგრატორში (12)  დაბრუნება, ხოლო წვრილი ფრაქცია გადაედინება  ჰომოგენიზატორში (15)  რომელშიც,  ნახშირისა  და წყლის სუსპენზია  ცირკულირებს   მაღალი წნევის ტუმბოდან  (16)  მიწოდებული  უკუნაკადით.  კლასიფიკატორში (14),  სუსპენზიას  ბუნკერიდან(17)  ემატება    წვრილად - (1÷10) მკმ-მდე  დაფხვნილი  მეთანირების კატალიზატორი,   ისე რომ,   საბოლოო ნარევში კომპონენტების მასური თანაფარდობა შეადგენს:

                          

                                                        წყალი : ნახშირი : კატალიზატორი = 1 :  (0,5 ÷ 0,7) : 1

 

 ჰომოგენიზატორში (15)  მიღებული  ნახშირის სუსპენზიისა და კატალიზატორის ნარევი მაღალი წნევის ტუმბოთი (16), რომელიც ავითარებს   (10 ÷ 100) ატა წნევას მიეწოდება საშრობს (18), რომელიც ინტეგრირებულია მეთანირების რეაქტორის მკვებავთან (19).  საშრობში (18)  მთლიანად ორთქლდება წყალი,  რომელიც მეთანირების რეაქტორის წნევის ტოლი წნევის ორთქლის სახით  გამოიყოფა სისტემიდან,   ხოლო  ნახშირისა და რკინის ფხვნილის ნარევი მკვებავის (19) საშუალებით  იყრება  მეთანირების რეაქტორში (9). 

 

 მეთანირების რეაქტორი  წარმოადგენს მილოვანი კონსტრუქციის თბომცვლელს,   რომლის  მილებშიც ზევიდან ქვევით მიედინება  ნახშირისა და კატალიზატორის ნარევი, ხოლო შემხვედრად - ქვევიდან ზევით  წყალბადი.   მეთანირების პროცესი მიმდინარეობს (700 -750)°C  ტემპერატურაზე.  მეთანირების პროცესში გამოყოფილი  სითბო გადაეცემა მაღალტემპერატურულ   თბომატარებელს,  რომელიც  ცირკულირებს  მეთანირების რეაქტორის (9) მილებს შორის სივრცესა,  საშრობს (18) და  კატალიზური კრეკინგის რეაქტორის თბომცვლელს  შორის (აღნიშნული თბომცვლელი და შესაბამისი მილგაყვანილობა  ფიგურა 1-ზე ნაჩვენები არ არის)  და მეთანირების რეაქტორში(9)  გამოყოფილ სითბოს გადასცემს  მათ. 

 

 მეთანირების რეაქტორიდან (9)  გამოსული გაზი  ცივდება  ჯერ თბომცვლელში (20), ხოლო შემდეგ გადადის  ადსორბერში (21), რომლის გავლის შემდეგაც მიეწოდება მომხმარებელს.  

მეთანირების რეაქტორიდან (9)  რეაქციაში შეუსვლელი  კოქსი, ნაცარი და კატალიზატორი,   მკვებავის (22)  საშუალებით,  იყრება  სეპარატორში (23), რომელშიც    ისინი გრავიტაციული დაყოფის  გზით  ცალკევდება.  რეაქციაში შეუსვლელი ნახშირის  სუსპენზია ბრუნდება კლასფიკატორში (14),  კატალიზატორი ბრუნდება  ბუნკერში ( 17), ხოლო  ნაცარი იყრება ნაცარ საყრელზე,  საიდანაც პერიოდულად გაიზიდება და მიეწოდება მომხმარებელს. საშრობიდან (18)  გამოსული მაღალი წნევის წყლის ორთქლი კონდენსირდება  კონდენსატორით (24) და ჩაედინება  დისტილირებული წყლის შემკრებში (25), საიდანაც მიეწოდება  მაღალი სიხშირის რეზონანსულ ელექტროლიზერს (26). მაღალი სიხშირის რეზონანსული ელექტროლიზერიდან  მიღებული წყალბადი  უერთდება  შემკრებიდან (4)  გამოსულ პირველად გაზს და კომპრესორის (8) საუალებით მიეწოდება მეთანირების რეაქტორს (9).

   ტექნოლოგიური პროცესიდან ჰაერში გაიფრქვევა მხოლოდ კრეკინგის რეაქტორის(1) წვის კამერიდან გამოყოფილი ნამწვი გაზები.  აღნიშნულ წვის კამერას  ჰაერი მიეწოდება  ვენტილიატორით(27), რეგენერატორული თბომცვლელის  (28) ის გავლით. 

  რეგენერატორულ თბომცვლელში(28),  ნამწვი გაზები,  რომელთა ტემპერატურა 800°C აღწევს,  სითბოს გადასცემს  ვენტილიატორით (27)  დაჭირხნულ ჰაერს, ცივდება  150 - 200 °C -მდე და კვამლგამწოვის (29) და საკვამლე მილის (30)  საშუალებით გაიტყორცნება ატმოსფეროში.

ტექნოლოგიურ პროცესში, ენდოთერმული რეაქციების ენერგო უზრუნველყოფისათვის მაქსიმალურად გამოიყენება ეგზოთერმული რეაქციების დროს გამოყოფილი სითბო.  მაღალ ტემპერატურაზე მომუშავე   დანადგარები თბოიზოლირებულია ისე,  რომ სითბური დანაკარგები 5% არ აღემატება.

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

   1.2   ძირითადი ტექნოლოგიური გაანგარიშებები

 

ნახშირის შემადგენლობაში გამოყოფენ:

1. ორგანულ მასას (MOR),  რომელშიც  შედის:  ნახშირბადი (C ), წყალბადი ( H), ჟანგბადი (O ), აზოტი (N ), და ორგანული გოგირდი ( SOR).

2. წვად მასას (MCB), რომელშიც შედის ორგანული მასა (OR ) და კოლჩედანური გოგირდი(K).

3. მშრალ მასას(MD), რომელშიც შედის  წვადი მასა (CB ) და  არაორგანული ნაწილი (IR ).

ნახშირის მუშა მასა  წარმოადგენს  მშრალი მასისა და  გადამუშავების მომენტში მასში შემავალი წყლის მასის ჯამს, რომელიც წონასწორობაშია ატმოსფერულ ტენთან. ნახშირის გადამუშავების დროს   გარდაიქმნება  მისი მხოლოდ ორგანული ნაწილი, საიდანაც გამოიყოფა ორგანულ ნივთიერებებში შემავალი გოგირდი (რომელიც არ უნდა იყოს საბოლოო პროდუქტში).  ნახშირის ტექნოლოგიური ნაწილი, რომლიდანაც  მიიღება  პროდუქციული მეთანი ტოლია (0,8 0,9) mC.   მეთანის  მაქსიმალური გამოსავალი იქნება: 

შემადგენელი კომპონენტების მიხედვით შეიძლება განისაზღვროს ნახშირის წვის ქვედა სითბო მენდელეევის, ან ფონდრაჩეკის  ფორმულით.  მურა და ქვანახშირებისათვის უფრო ზუსტია ფონდრაჩეკის ფორმულა:

Q LOW = 4,18 {(89,1 + 0,062 CCB)C + 270 (H - 0,1O) + 25S - 6(W + 9H)}  (კჯ/კგ)           (1. 1)

ფონდრაჩეკის ფორმულაში სათანადო სიმბოლოებით აღნიშნულია შესაბამისი  კომპონენტების პროცენტული შემცველობა ნახშირის მუშა მასაში.  ამასთან,  W- აღნიშნავს წყლის პროცენტულ შემცველობას  ნახშირის მუშა მასაში,  ხოლო  CCB - ნახშირბადის შემცველობას წვად მასაში.

ნახშირის მუშა მასაში  კომპონენტების მასური კონცენტრაციები (კგ/კგ)  ავღნიშნოთ mi,  სადაც ინდექსი  „i“ აღნიშნავს შესაბამისი კომპონენტის სიმბოლოს. მაშინ,  ნახშირის მუშა მასის 1 კგ  შეიძლება წარმოვადგინოთ ფორმულით:

    mD + mW  =  mCB  +  mIR  + mW = mOR  + mSK + mIR + mW = 1                        (1. 2)        

    mC + mO +mH+ mN + mSO = mOR;                                                                                    ( 1. 3)

ბუნებრივი ქვანახშირებისა და მურა ნახშირებისათვის ფონდრაჩეკის ფორმულაში ფიგურული ფრჩხილების შიგა გამოსახულების  მე-2, მე-3  და მე-4  წევრების  წვლილი მცირეა პირველ წევრთან შედარებით  და არ აღემატება 10%. ამიტომ, კარგი სიზუსტით შეგვიძლია დავუშვათ რომ,   ნახშირის მუშა მასის   წვის ქვედა სითბო, მასში შემავალი ნახშირბადის მასური კონცენტრაციის პროპორციულია.

                                       Q LOW  ≈ 41000 mC    (კჯ/კგ) ,                                                    (1. 4)

ტექნოლოგიურ პროცესში  ნახშირბადი  გარდაიმქნება  მეთანად შემდეგი    რეაქციით (ცხრილი2. რეაქცია4):

                                      C  +  2H2   =   CH4   + 84    (კჯ/მოლ)                                         ( 1. 5 )

მეთანის მისაღებად საჭირო წყალბადის  და ტექნოლოგიური  პროცესისთვის  საჭირო სითბური  ენერგიის  მისაღებად  იხარჯება   ნახშირში შემავალი აქროლადი ნაერთების თხევადი ფრაქციის ნაწილი,  ანუ  ნახშირბადის  ნაწილი,  რომელიც შეადგენს დაახლოებით 20%.  აღნიშნულის გათვალისწინებით,  მეთანის მაქსიმალური გამოსავლისათვის მივიღებთ:

            mCH4 /mC = 1,06  (კგ/კგ) ,   ან   VCH4 /mC = 1640  ნმ3/კგ                                 (1. 6)

წყალბადის     რაოდენობა,  რომელიც  არ შედის ნედლეულ  ნახშირში  და რომლის გამომუშავებაც საჭირო იქნება თვითონ ტექნოლოგიურ პროცესში,  განისაზღვრება ფორმულიდან:

                                      ΔmH = 0,33mC - mH                                                               (1. 7)

სითბოს  რაოდენობა,  რომელიც გამოიყოფა  მეთანის სინთეზის რეაქტორში ტოლია:

                               QSCH4/ mCH4 = 5250 კჯ/კგ( CH4) = 3465 კჯ/ნმ3(CH4)                (1. 8)

ცხრილში 1,  მოცემულია ზოგიერთი საბადოს ნახშირის ტექნოლოგიური პარამეტრები. მონაცემები აღებულია  ლიტერატურიდან /1/ .

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

 ენერგეტიკული თვალსაზრისით მეთანის სინთეზის პროცესი წამგებიანია რადგან, 1 მოლი ნახშირბადისა და 2 მოლი წყალბადის ცალკ ცალკე დაწვის  შედეგად   უფრო მეტი სითბო გამოიყოფა, ვიდრე   მათგან სინთეზირებული მეთანის დაწვისას.  ენერგიების სხვაობა არის სწორედ  მეთანის წარმოქმნის სტანდარტული  ენტალპია - 84 კჯ/მოლ (ცხრილი2, რეაქცია 4).   ტექნოლოგიური პროცესის  ენერგეტიკული  მქკ-ის  (მარგი ქმედების კოეფიციენტი) თეორიული მნიშვნელობა (ანუ  შესაძლო მაქსიმალური) შეიძლება  განვსაზღვროთ როგორც ცხრილი 2-ის,  მე-11 რეაქციის ენერგეტიკული ეფექტის შეფარდება,  მე-7 და მე -10 რეაქციების ენერგეტიკული ეფექტების ჯამთან , რაც იძლევა 0,9 (90%).

​

 

  1.3.   ეკონომიკური ეფექტურობა

 

ტექნოლოგიური პროცესი  ეკონომიკურად მომგებიანია  იმ შემთხვევაში,  როდესაც დახარჯული მატერიალური ფასეულობების ჯამი ნაკლებია  პროდუქციის  ფასზე. მოგების ზუსტი განსაზღვრისათვის  გარდა მატერიალური  დანახარჯებისა, საჭიროა აგრეთვე ზედნადები ხარჯების  შეფასებაც  ( მუშა-მოსამსახურეთა ხელფასი, საოფისე, სარეკლამო, გადასახადები  და  ა.შ.) რაც  მრავალრიცხოვან ფაქტორებზეა დამოკიდებული, რომელთა შორის მთავარი ტექნოლოგიური პროცესის წარმადობაა.  ცნობილია რომ, რაც უფრო დიდია წარმადობა მით უფრო მცირეა  საერთო ხარჯებში  ზედნადები ხარჯების წილი.   ამ შემთხვევაში  ჩვენი ამოცანაა ზედნადები ხარჯების სიზუსტით განვსაზღვროთ ტექნოლოგიური პროცესის მომგებიანობა.  

 

1000 ნმ3 (ანუ 650 კგ) მეთანის მისაღებად იხარჯება :

 

1. ნახშირი  ---------  487,5/mC  (kg), რომლის ღირებულებაც იქნება ( )AC, სადაც  AC 1ტონა ნახშირის ფასია.

2. წყალბადი -------- ( 165,5  - 487,5   ) AH.   1კგ  წყალბადის ფასი AH , ძირითადად ელექტროენერგიის ფასია  რადგან,  წყლისა და სითბოს ფასი მცირეა ელექტროენერგიის ფასთან შედარებით.  AH = g AEL  . უკანასკნელ ტოლობაში  g,     1კგ წყალბადი მიღებაზე დახარჯული  ელექტროენერგიაა (კვტ-სთ), ხოლო AEL ,  1კვტ-სთ-ის ღირებულება.

1000 ნმ3  მეთანის თვითღირებულება  ზედნადები ხარჯების სიზუსტით ტოლი იქნება:

            

                                                  ACH4 =    AC + ( 165,5  - 487,5  )gAEL                           (1. 1)

 

მიღებული ფორმულიდან ცალსახად ჩანს რომ, რაც უფრო დიდია ნახშირბადის შემცველობა ნახშირში, მით უფრო ნაკლებია მეთანის თვითღირებულება. შეფასებისთვის გამოვიყენოთ რიცხვითი მნიშვნელობები:

 

                                          = 0,03 - 0,07;   g = 10 (კვტ-სთ);  AC = 100 ($/ტ);  AEL = 0,05 ($/კვტ-სთ);

 

შედეგი ასახულია ფიგ.2 გამოსახულ გრაფიკზე.    სადაც,  ჩანს ძლიერიდამოკიდებულება  ნახშირში  ნახშირბადის შემცველობაზე და სუსტი დამოკიდებულება   წყალბადის შემცველობაზე ( mH = 0,03 - 0,07)  დიაპაზონში.  ნახშირბადის შემცველობა 0,6 (კგ/კგ) და ზემოთ სავსებით  მისაღებია  საწარმოსათვის რადგან, წარმოებული  მეთანის თვითღირებულება ზედნადები ხარჯების გათვალისწინებითაც ,  1000 ნმ3 -თვის არ იქნება 150$-ზე მეტი.    

 

 

 

 

 

  2. ნედლეულის მომზადება

 

ნედლეულად ტექნოლოგიურ პროცესში ძირითადად გამოიყენება ნახშირი, თუმცა შესაძლებელია  ნახშირბად შემცველი სხვა  ნედლეულის  გამოყენებაც. ფიგ.1  გამოსახულ ტექნოლოგიური პროცესის სქემაზე  ნაჩვენები არ არის  წისქვილი, რომელიც ნედლეულს აქუცმაცებს  და საცერი, რომელიც  ნედლეულს  ახარისხებს იმ კონდიციამდე,   რომ შესაძლებელი გახდეს  მისი მიწოდება კატალიზური კრეკინგის რეაქტორში.  ნედლეულის  წისქვილში  გატარებით გამოირიცხება  ნედლეულის  დიდი ზომის გოროხების მოხვედრა   რეაქტორში.                    

მექანიკური დამუშავების შემდეგ, ნედლეულის მომზადება ხორციელდება  კატალიზური კრეკინგის რეაქტორში,  რომლიდანაც მიიღება  ნახევრად კოქსი (გააქტიურებული ნახშირბადი), თხევადი სა გაზობრივი ფრაქციები.  კატალიზური კრეკინგის რეაქტორის ჩართვა ტექნოლოგიურ პროცესში  აუცილებელია რადგან მასში წარმოიქმნება  წყალბადის ძირითადი ნაწილი და  ნახშირბადი, რომელთაგანაც სინთეზის რეაქტორში  მიიღება მეთანი.

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

  2.1 ნედლეულის მექანიკური დამუშავება

 

 დამქუცმაცებელ   მოწყობილობებს შორის,  ტექნოლოგიურ  პროცესში ისეთი  მოწყობილობის  გამოყენებაა შესაძლებელი,  რომელიც ნედლეულს  დააქუცმაცებს (1- 3) მმ -მდე  და არ დაიყვანს მას  მტვრის დონემდე.   ეს აუცილებელია აფეთქების გამოსარიცხად, რადგან ნედლეულის მომზადება  ტექნოლოგიურ პროცესში ხორციელდება ჰაერთან კონტაქტის პირობებში.  მოთხოვნილ  პირობებს  აკმაყოფილებს  დაბალი სიჩქარით  მბრუნავი  დანებიანი   შრედერი, რომელშიც შეიძლება როგორც ნახშირის დაქუცმაცება,  ასევე  სხვა ტიპის ნახშირბად  შემცველი მასალის დაქუცმაცებაც.  შრედერების  ტიპები  მომწოდებლების მითითებით მოცემულია დანართში 1.

 ნახშირის საწყობიდან  ბიგ-ბენებში მოთავსებული  ნახშირი,   ტრანსპორტიორის საშუალებით მიეწოდება  შრედერს  და  იყრება მის ბუნკერში. უშუალოდ შრედერის ქვეშ   მოთავსებულია  მექანიკური  საცერი,  საიდანაც   მსხვილი მარცვლები  ტრანსპორტიორის საშუალებით ბრუნდება დამქუცმაცებელ შრედერში, ხოლო წვრილი,  შნეკური მკვებავით მიეწოდება  კატალიზური კრეკინგის რეაქტორს. საცერების მომწოდებლები და არჩევანი მოცემულია  დანართში 1.

 

 

 

  2.2. კატალიზური კრეკინგის რეაქტორი (კკრ)

​

 კატალიზური კრეკინგის რეაქტორი,  რომელიც  გამოსახულია ფიგ 3 - ზე წარმოადგენს   მეტალის   მართკუთხა ფორმის  კორპუსს (1), რომელშიც დამონტაჟებულია მბრუნავი როტორი(2). როტორს აქვს  6 ჯიბე, რომლებითც იჭერს   კკრ-ში  მიწოდებულ ნედლეულს  და ძირავს მას  თხევად კატალიზატორში.  როტორის  ღერძი (13) ცივდება გამდინარე წყლით, რომელიც ცირკულირებს  წყლის გამფრქვევ მაცივარსა და  როტორის ღერძს შორის. კატალიზატორი ერთდროულად თბომატარებელსაც წარმოადგენს. მასში ჩაძირული  ნედლეული განიცდის მრავალმხრივ გარდაქმნებს  და იშლება შემადგენელ ნაწილებად .  მყარი ნარჩენი გროვდება  მიწოდების მოპირდაპირე მხარეს, საიდანაც  დახრილი ღარით(3) ხვდება   შნეკურ მკვებავში (4), ხოლო  მისი საშუალებით კი, წისქვილში,  სადაც იფქვება სველი წესით.

კკრ-ში  მოთავსებული თხევადი კატალიზატორის ცირკულაცია შესაძლებელია  ტუმბოთი (10), რომელსაც კატალიზატორი გადააქვს  „მილი მილში“  ტიპის თბომცვლელის შიგა მილში  და აბრუნებს მას ისევ   კკრ-ში.  თბომცვლელ (5)-ის  გარე მილში, კატალიზატორის  გადასახურებლად   შესაძლებელია  კკრ-ის  წვის კამერიდან წარმოქმნილი ნამწვი გაზების გატარება (როგორც ფიგ.1-ზეა ნაჩვენები)  და    სინთეზის რეაქტორიდან სითბოს ართმევის რეჟიმში გადართვაც (ფიგ.1-ზე ეს უკანასკნელი პროცესი ნაჩვენები არ არის). იმ რეჟიმში, როდესაც კატალიზატორის ცირკულაციური ტუმბოს  მუშაობა საჭირო არ არის,  მასში კატალიზატორის მიწოდება  იკეტება სპეციალური ჩამრაზით.  ტუმბოს სასტარტო რეჟიმში გახურება (გამყარებული კატალიზატორის გასადნობად)  ხორციელდება ელექტრო გამახურებლით.

კკრ-ში ნედლეულის მიწოდება ხდება  დახრილი ღარით (6), რომელზედაც  ფლანცური შეერთებით მაგრდება  შლუზური, დგუშებიანი, ან შნეკური მკვებავი.

 

 კკრ-ის გახურება სასტარტო რეჟიმში და  შემდეგ მუშაობის პროცესშიც, როდესაც  ტემპერატურა შემცირდება კკრ-ის შიგა მოცულობაში, ხორციელდება მასზე  დამონტაჟებული წვის კამერა(12)-დან ართმეული სითბოთი, რომელსაც ახურებს  მილყელზე (11)  დამაგრებული სანთურა. სანთურაში იწვის სასტარტო  რეჟიმში  გარედან მიწოდებული დიზელის საწვავი, ხოლო  კკრ-ის გახურების შემდეგ  კი, მასში წარმოქმნილი თხევადი ფრაქციის ნაწილი.  კკრ-ის წვის კამერაში მიწოდებული  საწვავის რაოდენობა რეგულირდება ავტომატურად -  წვის კამერის ტემპერატურის მიხედვით.

კკრ-ში წარმოქმნილი  გაზობრივი ფრაქცია და თხევადი ფრაქციის ორთქლი გამოდის მილყელიდან (8),  ან სათადარიგო  მილყელიდან (7) და მიეწოდება კონდენსატორს, რომელშიც კონდენსირდება თხევადი ფრაქცია. მილყელზე (9) მაგრდება დამცავი სარქველი.

კატალიზური კრეკინგის რეაქტორი მუშაობს შემდეგნაირად.  ელექტრული კვების მიწოდების შემდეგ, იმის გამო რომ, წვის კამერაში ტემპერატურა დაბალია,  ავტომატურად  ირთვება სანთურა, რომელსაც მიეწოდება  საწვავი დიზელის საწვავის ავზიდან, ან  თხევადი ფრაქციის ავზიდან (იმ შემთხვევაში თუ კკრ მუშაობდა, გაჩერდა და  ხელახლა  იწყებს მუშაობას, ისე რომ თხევადი ფრაქციის ავზში საწვავის მარაგი არის).

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

 თუ ტემპერატურა  წვის კამერაში აღწევს ნომინალურს, რომლის მნიშვნელობასაც  მართვის პულტიდან მიღებული  დავალების მიხედვით აყენებს ოპერატორი, ან კომპიუტერი,  სანთურა გამოირთვება და გადადის  მომლოდინე რეჟიმში, ანთია მხოლოდ  პატრუქი.

 

 როდესაც  კკრ-ის შიგა მოცულობაში  ჩამონტაჟებული  სენსორი დააფიქსირებს  ტექნოლოგიური რეგლამენტით გათვალისწინებულ ტემპერატურას,  ავტომატურად ირთვება როტორი, რომელიც იწყებს ბრუნვას,  რეგლამენტით გათვალისწინებული  ბრუნთა რიცხვით.   როტორის ამოძრავების შემდეგ,   კკრ მზადაა ნედლეულის მისაღებად. როტორის ჩართვა შეუძლებელია  კატალიზატორის დნობის ტემპერატურაზე უფრო დაბალ ტემპერატურაზე.

ნახევრად კოქსის გამომყრელი შნეკური მკვებავიდან,   კკრ-ში წარმოქმნილი გაზების  გაჟონვის თავიდან ასაცილებლად, სასტარტო რეჟიმში შნეკის ცხვირი იხურება სპეციალური დამხშობით,  როდესაც შნეკში დაგროვდება ნახევრად კოქსის საკმარისი რაოდენობა,  იგი მიაწვება დამხშობს  და  გამოაგდებს მას შნეკის მილიდან.   მუშა რეჟიმში  შნეკის  მილის  ჰერმეტულობას  უზრუნველყოფს  კოქსის  „საცობი“.

 

 კკრ-ში მიმდინარე  ძირითადი  ქიმიური რეაქციები მოცემულია ცხრილში 1.  პროცესის პარამეტრების: წნევის, ტემპერატურისა და  გარედან მიწოდებული წყლის ოერთქლის  რაოდენობის დარეგულირება უნდა მოხდეს ისე, რომ მაქსიმალური გამოსავალი  ჰქონდეს წყალბადის წარმომქმნელ რეაქციებს  და  მაქსიმალურად  იქნას   ათვისებული  ნედლეულში შემავალი ჟანგბადი, რომელიც (6), (7), (9), (10) და (11) რეაქციების  საფუძველზე  უზრუნველყოფს   (1), (5) და (8)  წყალბად წარმომქმნელი  ენდოთერმული რეაქციებისათვის საჭირო სითბოს ნაწილის მიღებას.  აღნიშნული მოთხოვნების რეალიზაციას  ხელს უწყობს წყლის ორთქლის  რაოდენობის გაზრდა  კკრ-ის  შიგა მოცულობაში  გარკვეულ ზღვრამდე და   პროცესის დაბალი წნევა.  550°C- დან დაწყებული, ძალიან დიდია ზემოთ ჩამოთვლილი ჟანგვის რეაქციების წონასწორობის მუდმივები (რაც იმას ნიშნავს რომ,   სარეაქციო მოცულობაში ჟანგბადის კონცენტრაცია თითქმის ნულის ტოლია).

 

 დანართში2  აღწერილია  კკრ-ში მიმდინარე პროცესების თვისობრივი ხასიათი და ნაჩვენებია რომ,  წყლის  ორთქლის კონცენტრაციის ზრდა რეაქტორში  ზრდის წყალბადის კონცენტრაციას მხოლოდ გარკვეულ ზღვრულ მნიშვნელობამდე და მუშა ტემპერატურებზე მნიშვნელოვნად ზრდის ნახშირჟანგისა და ნახშირორჟანგის კონცენტრაციებს. ამიტომ, ნედლეულის ტენიანობას  აქვს გადამწყვეტი მნიშვნელობა ტექნოლოგიური პროცესის ოპტიმალურ რეჟიმში წარმართვისათვის არა მარტო ენერგიის დანაკარგის (შესაბამისად ნახშირბადის დანაკარგის) თვალსაზრისით, არამედ, წყალბადის გამოსავლის მიხედვითაც.

​

ცხრილი1 .  გაზიფიკაციისა და მეთანირების რეაქციები, მათი ენერგეტიკული ეფექტი და  წონასწორობის კონსტანტების 

დამოკიდებულება  ტემპერატურაზე

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

 კკრ-ის დარეგულირება და ოპტიმალურ რეჟიმში გაყვანა  მოხდება თითოეული ნედლეულისათვისუშუალოდ საწარმოო პროცესში,   რეაქტორის პარამეტრების ვარირების გზით  მიღებული  ემპირიული მონაცემების საფუძველზე.

მიახლოებით შეიძლება შეფასდეს ის ენერგია და ნახშირბადის შესაბამისი დანაკარგი, რომელიც აუცილებელი იქნება  კკრ-ის მუშაობისათვის. წვად მასაში  შემავალი ჟანგბადი შეიძლება განვიხილოთ როგორც თავისუფალი,  რომელსაც შეუძლია  ჟანგვის პროცესებში მონაწილეობა. როგორც ცხრილი2-დან ჩანს,   ჟანგვის რეაქციების  ენერგეტიკული ეფექტი საშუალოდ (450  500) კჯ/მოლ(O2)- ის ტოლია.  ნახშირში შემავალი მთელი ჟანგბადის დაწვის შედეგად გამოყოფილი სითბური სიმძლავრე QRCO  (ვტ) მიახლოებით იქნება:

                               QRCO ≈ 1.5 × 106 mO GRC                                                 (2.1)

სითბური სიმძლავრე  QRCW (ვტ), რომელიც უნდა დაიხარჯოს ნედლეულში შემავალი წყლის ასაორთქლებლად ტოლია /წყლის ორთქლად ქცევის კუთრი სითბო იხ. 4/:

                                 QRCW ≈ 2.5× 106 mW GRC                                                      (2.2)

სითბური სიმძლავრე QRC  (ვტ), რომელიც საჭიროა CRC (ჯ/(კგ.გრად)) სითბოტევადობის მქონე ნედლეული ნახშირის გასახურებლად ატმოსფეროს T0 (°C) ტემპერატურიდან რეაქტორის ტემპერატურამდე TKR (°C) , შეიძლება განვსაზღვროთ ტოლობით:

                                    QRC  =  GRC CRC (TKR - T0)                                                  (2.3)

თხევადი ფრაქციის რეაქტორში დაბრუნებული ნაწილის GRV (კგ/წმ) კრეკინგისათვის დახარჯული სითბური სიმძლავრე QKR (ვტ)  იქნება: 

                                         QKR = qKR  GRV                                                                    (2.4)    

კრეკინგის კუთრი სითბოს qKR (ჯ/კგ) მიახლოებითი  მნიშვნელობა   ტოლია 800 კკალ/კგ = 3.3×106  (ჯ/კგ)  (იხ. მაგალითად /5/).      თხევადი ფრაქციის  ნაწილი ΔGRV  (კგ/წმ), რომელიც იწვება კკრ-ის ენერგო უზრუნველყოფისათვის, განისაზღვრება სითბური ბალანსის განტოლებიდან  (2. 1 - 2.4)  ფორმულების გამოყენებით.  დაშვებით რომ,  თხევადი ფრაქციის წვის კუთრი სითბო qRV = 35(მჯ/კგ) /1/,   მიიღება:

               ΔGRV/GRC  = 0,02 + 0,07mW +  0,09mV - 0,04mO                     (2.5)

კკრ-ში დროის ერთეულში გადამუშავებული ნახშირის რაოდენობა განისაზღვრება კატალიზატორთან კონტაქტის დროით, რომელსაც თავის მხრივ განსაზღვრავს  როტორის ბრუნთა რიცხვი.  თუ ნედლეულის სფერული მარცვლის რადიუსია rRC (მ), სიმკვრივე  ρRC (კგ/მ3) ,   T(°C) -ტემპერატურა დროის  ნებისმიერ  t (წმ)  მომენტში,  ხოლო სითბოგადაცემის კოეფიციენტი თხევად  კატალიზატორიდან  მარცვლის ზედაპირისათვის σRC (ვტ/(მ.გრად)), მაშინ სამართლიანია მიახლოებითი ტოლობა/6/:

                                                                                 (2.6)

(2.6)-გამოყვანისას იგულისხმება რომ,  სითბოს გადაცემის კოეფიციენტი კატალიზატორიდან  მარცვლისათვის გაცილებით მცირეა  ვიდრე  მარცვლის შიგნით  სითბოგადაცემის კოეფიციენტი. აღნიშნული ახლოსაა სინამდვილესთან იმის გათვალისწინებით რომ,   რეაქციის პროცესში მარცვლის გარშემო არსებობს გაზის   გარსი, რომელსაც ორი რიგით მცირე სითბოგამტარობა აქვს  ვიდრე მყარ სხეულს.      დრო რომლის გასვლის შემდეგაც  მარცვლის   ცენტრის ტემპერატურა  გაუთანაბრდება გარემომცველი კატალიზატორის ტემპერატურას  ტოლია:

                                                                                                     (2.7)   

დრო რომელსაც როტორი მოანდომებს კატალიზატორის  მოცულობის გავლას,   მეტი უნდა იყოს  (2.7) ფორმულით განსაზღვრულ დროზე, რაც ბრუნთა რიცხვის n (ბრ/წმ) საშუალებით გამოისახება ფორმულით:

                                                                                                     (2.8)

 (2.7) და (2.8) ფორმულებში   - ნახშირის სითბოგამტარობის კოეფიციენტია (ვტ/(მ.გრად)), ხოლო φ -კუთხე რომლითაც როტორის ჯიბეების შემომსაზღვრელი წრეწირის ფარგლებში,  კატალიზატორის ზედაპირი ჩანს როტორის ღერძის პერპენდიკულარულ სიბრტყეში  (რად).

კკრ-ის წარმადობა (კგ/წმ) განისაზღვრება ფორმულით:

                                CRC = ψKVL n ρRC                                                           (2.9)

სადაც:  ψ  ჯიბეების რიცხვია,  K≈0.5 ჯიბის შევსების კოეფიციენტი,  VL  ჯიბის მოცულობა (მ3)

​

​

ცხრილი 3.    კატალიზური კრეკინგის რეაქტორის გაანგარიშება 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  2.3  კატალიზური კრეკინგის რეაქტორის წვის კამერა    

     

 

 კკრ-ის მუშა ტემპერატურა  600 °C -ის ფარგლებშია. ცხადია, იმისათვის რომ მოხდეს წვის კამერიდან მისთვის სითბოს გადაცემა,  საჭიროა წვის კამერაში  ტემპერატურა იყოს  უფრო მაღალი. რაც უფრო მცირე იქნება ტემპერატურათა  სხვაობა  წვის კამერასა და კკრ-ს შორის,  მით უფრო დიდი სითბოგადაცემის ზედაპირი და მ.შ. გემეტრიული ზომები  უნდა ჰქონდეს  წვის კამერას. მეორეს მხრივ,  წვის კამერის მაღალი ტემპერატურის დროს,  მაღალია  წვის  კამერიდან  გამოსული ნამწვი გაზების ტემპერატურა და შესაბამისად მცირეა წვის კამერის  სითბური მარგი ქმედების კოეფიციენტი.  მქკ -ს გაზრდის მიზნით,   ტექნოლოგიურ სქემაში  გამოიყენება  რეგენერატორული  თბომცვლელი, რომელშიც  ნამწვი გაზები  სითბოს გადასცემენ  წვის კამერაში მიწოდებულ ჰაერს. იმის გამო რომ, რეგენერატორული თბომცვლელი მუშაობს მაღალ ტემპერატურაზე,  მისი კონსტრუქცია უნდა შეესაბამებოდეს  შესაბამის სტანდარტებს.  როგორც  ნამწვი გაზები, ასევე  ჰაერიც,  მაღალ ტემპერატურებზე საკმაოდ აგრესიული  ნივთიერებებია  ჩვეულებრივი  ფოლადების მიმართ. ამიტომ,  რეგენერატორული თბომცვლელი  უნდა დამზადდეს  ლეგირებული  თბომედეგი  ფოლადისაგან.

წვის კამერის სითბური სიმძლავრის  ცნობილი სიდიდის  მიხედვით, ჰაერის საჭირო ნაკადი განისაზღვრება ფორმულით: 

                                    GA  ≈                                                            (2.10)

( 2.10) ფორმულაში დაშვებულია რომ, ნამწვი გაზების  მასური სიჩქარე დაახლოებით ჰაერის მასური სიჩქარის ტოლია (იხ. დანართი3). მასში  GA  ჰაერის მასური სიჩქარეა (კგ/წმ),  - ჰაერის საშუალო სითბოტევადობა (ჯ/(კგ.გრად)) წვის კამერის  ტემპერატურასა    (°C) და  ნამწვი გაზების წვის კამერიდან გამოსვლის   (°C) ტემპერატურას შორის. კკრ -ის და  მისი წვის კამერის ტემპერატურები   მუშა მდგომარეობაში მუდმივია და თითქმის არ იცვლება -  კკრ ტემპერატურა TKR = 600(°C),  ხოლო წვის კამერის ტემპერატურა   = 1000(°C). სითბოგადაცემის კოეფიციენტის αKR  (ვტ/(მ2.გრად)) მიახლოებითი მნიშვნელობა შეიძლება ავიღოთ /7/ -დან :  αKR  = 240 (ვტ/(მ2.გრად)),  მაშინ კკრ-ის სითბოს მიმღები ზედაპირის ფართობისთვის  მიიღება:

                       4 (მ2)

ნამწვი გაზების  სითბოს  და წვის კამერაში შემავალი ჰაერის გასაცხელებლად გამოიყენება ორი პარალელურად ჩართული რეგენერატორი, რომლებიც წარმოადგენენ   ვერტიკალურ, წყობილით ამოვსებულ მოცულობებს. წვის  კამერიდან  გამოსული ნამწვი გაზები აცხელებენ   ერთერთი  რეგენერატორის წყობილს, ისე რომ  რეგენერატორის შესასვლელში  წყობილისტემპერატურა თითქმის უტოლდება  ნამწვი გაზების ტემპერატურას, ხოლო გამოსასვლელში ის ოდნავ მეტია შემავალი ჰაერის ტემპერატურაზე.  რეგენერატორის  შესასვლელიდან გამოსასვლელისკენ თანდათან ვრცელდება მაღალი ტემპერატურის ფრონტი და  იზრდება რეგენერატორის გამოსასვლელში მოთავსებული წყობილის ტემპერატურა და მ.შ.  რეგენერატორიდან  გამოსული ნამწვი გაზების  ტემპერატურაც. მით უფრო დიდია  რეგენერატორის მქკ რაც უფრო დიდია  ტემპერატურების სხვაობა რეგენერატორის  შესასვლელსა და გამოსასვლელს  შორის.  როდესაც ერთ  რეგენერატორში  აკუმულირდება  განსაზღვრული სითბოს რაოდენობა, მასში ნამწვი გაზების მიწოდება წყდება და გადაირთვება მეორე რეგენერატორზე,  რომელშიც  იწყება ნამწვი გაზების სითბოს აკუმულირება, პირველ რეგენერატორში ჩაირთვება  ჰაერის მიწოდება ნამწვი გაზების უკუმიმართულებით - გასასვლელიდან შესასვლელისაკენ. გამოსულ ჰაერს თითქმის იგივე ტემპერატურა ექნება  რაც ნამწვ გაზებს ჰქონდათ შესასვლელში. ამიტომ წვის კამერის მქკ  ახლოს იქნება 100%-თან.

რეგენერატორის გასაანგარიშებლად   აუცილებელია სითბოგადაცემის კოეფიციენტის ცოდნა  ნამწვ გაზებსა და წყობილს შორის, აგრეთვე ჰაერსა და წყობილს შორის. რადგან ნამწვ გაზებსა და  ჰაერს  თითქმის ერთნაირი ფიზიკური პარამეტრები აქვთ (იხ. დანართი 3), საკმარისია რეგენერატორის მხოლოდ ნახევარ პერიოდის გაანგარიშება, როდესაც  მასში ნამწვი გაზები გაედინებიან  „ფიქტიური“ ,  მთელი განიკვეთის ფართობზე გადაანგარიშებული სიჩქარით  v (მ/წმ)                                                 

                                               v =                                                     (2.11)

(2.11) ფორმულაში    (კგ/მ3) ნამწვი გაზების  სიმკვრივეა საშუალო ტემპერატურაზე: (TA1 + TA2)/2,    SR  =  πD2/4   რეგენერატორის განიკვეთის ფართობი. რეგენერატორში მოთავსებული  წყობილის ექვივალენტური დიამეტრი  ავღნიშნოთ dR (მ) , ხოლო   წყობილის ზედაპირის ფართობი მოცულობის ერთეულში βR  (მ2/მ3),  წყობილის ნაყარი სიმკვრივე  ρR    (კგ/მ3).                                             

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

წყობილისთვის ნამწვი გაზებიდან სითბოგადაცემის კოეფიციენტი   (ვტ/(მ2.გრად))  ანისაზღვრება ნუსელტის კრიტერიუმით Nu და რეინოლდსის რიცხვით    /8/: Nu       სადაც                               (2.12)

ნამწვი გაზების  სიბლანტე     (კგ/(მ.წმ))   და  სითბოგამტარობის კოეფიციენტი    (ვტ/(მ.გრად))   უნდა განისაზღვროს გაზის საშუალო ტემპერატურაზე. სითბური ბალანსის განტოლებიდან  მიიღება ტოლობა, რომელიც წყობილის მოცულობას აკავშირებს   ნამწვი გაზების  მასურ სიჩქარესთან:  (2.13)

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​