Teoretyczna analiza zatężania metanu w powietrzu wentylacyjnym kopalń w procesach adsorpcji zmiennociśnieniowej i membranowym

• Autorzy: Tańczyk M. , Jaschik M. , Warmuziński K. , Janusz-Cygan A. , Jaschik J. , Wojdyła A. , Sołtys E.

Warianty tytułu

EN

Theoretical analysis of the enrichment of methane in ventilation air by pressure swing adsorption and membrane separation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy było określenie, poprzez wielowariantowe obliczenia symulacyjne, możliwości zatężania metanu w mieszaninie z azotem w procesie adsorpcji zmiennociśnieniowej (PSA) i procesie membranowym. W przypadku procesu PSA, w którym adsorbentem był węgiel aktywny Takeda G2X7/12, określono zależność stężenia metanu w gazie wzbogaconym i sprawności odzysku CH4 od podstawowych parametrów ruchowych. Stwierdzono, że w symulowanym procesie można z bardzo dużą sprawnością odzysku (~90%) uzyskiwać strumień gazowy o stężeniu metanu wynoszącym około 1% obj., co umożliwia jego wykorzystanie w turbinach gazowych na paliwo ubogie. W przypadku procesu membranowego symulowano pracę modułu UBE CO-C05, określając zależność między stężeniem metanu, sprawnością jego odzysku, ciśnieniem po stronie zasilania i liczbą permeacji. Stwierdzono, że w module tym można uzyskać gaz wzbogacony o stężeniu metanu 0,5%, które jest wystarczające z punktu widzenia produkcji użytecznego ciepła w autotermicznym reaktorze rewersyjnym.

EN

In this study the enrichment of methane in ventilation air by pressure swing adsorption (PSA) and by membrane separation was investigated theoretically. In the case of the PSA process, which uses Takeda G2X7/12 activated carbon, the impact of various process parameters on the concentration of CH4 in the enriched gas and methane recovery was determined. It was found that the PSA process can provide a gaseous stream containing ~1 vol. % of CH4 with a high methane recovery (~90%). Such a stream may be used in lean-fuel turbines. In the case of the membrane process the UBE CO-C05 module was used and the relationship between the concentration of methane and its recovery, the pressure of feed gas and the permeation number was determined. It was found that in such a process the enriched stream containing ~0.5 vol. % of methane can be produced, which should ensure the recovery of heat when fed to a thermal reverse-flow reactor.

Słowa kluczowe

PL

adsorpcja zmiennociśnieniowa; separacja membranowa; metan z powietrza wentylacyjnego kopalń (VAM)

EN

pressure swing adsorption; membrane separation; ventilation air methane (VAM)

• Wydawca: Instytut Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk
• Czasopismo: Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 22
• Strony: 53--67
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Tańczyk M.

• Instytut Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk, Gliwice, ul. Bałtycka 5, 44-100 Gliwice

autor

Jaschik M.

• Instytut Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk, Gliwice, ul. Bałtycka 5, 44-100 Gliwice

autor

Warmuziński K.

• Instytut Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk, Gliwice, ul. Bałtycka 5, 44-100 Gliwice

autor

Janusz-Cygan A.

• Instytut Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk, Gliwice, ul. Bałtycka 5, 44-100 Gliwice

autor

Jaschik J.

• Instytut Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk, Gliwice, ul. Bałtycka 5, 44-100 Gliwice

autor

Wojdyła A.

• Instytut Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk, Gliwice, ul. Bałtycka 5, 44-100 Gliwice

autor

Sołtys E.

• Instytut Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk, Gliwice, ul. Bałtycka 5, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• [1] Nawrat S., Gatnar K., 2008. Ocena stanu i mozliwosci utylizacji metanu z powietrza wentylacyj- nego podziemnych kopaln wegla kamiennego, Polityka Energetyczna, 11 (Zeszyt 2), 69-83, https://min-pan.krakow.pl/Wydawnictwa/PE112/08-nawrat-gatnar.pdf.
• [2] Gosiewski K., Pawlaczyk A., Jaschik M., 2011. Spalanie metanu z powietrza wentylacyjnego kopaln w termicznym reaktorze rewersyjnym, Przem. Chem., 90/10, 1917-1923.
• [3] Gosiewski K., Pawlaczyk A., 2014. Catalytic or thermal reversed flow combustion of coal mine ventilation air methane: What is better choice and when? Chem. Eng. J., 238, 78-85, DOI: 10.1016/j.cej.2013.07.039
• [4] Gatnar K. 2006. Metan pokładów wegla jako paliwo alternatywne – przykłady rozwiazan w Ja- strzebskiej Spółce Weglowej S.A., Polityka Energetyczna, 9 (Zeszyt specjalny), 423-437, https://se.min-pan.krakow.pl/pelne_teksty20/k20_gatnar.pdf.
• [5] Warmuzinski K., Jaschik M., Tanczyk M., Wojdyła A., Janusz-Cygan A., Sołtys E., 2016. Bada- nia procesu rozdziału mieszaniny metan – azot w komercyjnych modułach membranowych, Prace Naukowe Instytutu Inzynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk, 20, 117-125, http://www.iich.gliwice.pl/download/prace-naukowe/Zeszyt-20-2016.pdf.
• [6] Jaschik M., Tanczyk M., Wojdyła A., Janusz-Cygan A., Warmuzinski K., Sołtys E., 2017. Zasto- sowanie separacji membranowej do zatezania metanu pochodzacego z powietrza wentylacyjnego kopaln, Prace Naukowe IICh PAN, 21, 5-14, http://www.iich.gliwice.pl/download/prace- naukowe/Zeszyt-21-2017.pdf.
• [7] Warmuzinski K., Tanczyk M., Jaschik M., 2015. Experimental study on the capture of CO2 from flue gas using adsorption combined with membrane separation, International Journal of Green- house Gas Control, 37, 182-190, DOI: 10.1016/j.ijggc.2015.03.009.
• [8] Tanczyk M., Jaschik M., Warmuzinski K., Wojdyła A., Piech D., Janusz-Cygan A., Sołtys E., 2015. Zatezanie niskostezonych zanieczyszczen gazowych w strumieniu powietrza w doswiad- czalnej instalacji do adsorpcji zmiennocisnieniowej, Prace Naukowe IICh PAN, 19, 49-59, http://www.iich.gliwice.pl/download/prace-naukowe/ Zeszyt-19-2015.pdf.
• [9] Ruthven D. M., 1984. Principles of Adsorption and Adsorption Processes, John Wiley & Sons, New York.
• [10] Tanczyk M., Warmuzinski K., Jaschik M., Wojdyła A., Giełzak K., 2010. Separation of carbon dioxide from flue gases by pressure swing adsorption, Chemical and Process Engineering, 31, 359-372.
• [11] Bałys M., Szczurkowski J., Czepirski L., 2016. Adsorption technology for ventilation air methane enrichment, in: Eds. Borowski M., Swolkien J., Selected issues related to mining and clean coal technology, AGH University of Science and Technology, 253-257.
• [12] Tanczyk M., Warmuzinski K., Janusz-Cygan A., Jaschik M., 2011. Investigation of membrane performance in the separation of carbon dioxide, Chem. Process Eng., 32, (4), 291-298. DOI: 10.2478/v10176-011-0023-5.