Methane recovery from gaseous mixtures using carbonaceous adsorbents

• Autorzy: Buczek B.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amsc-2016-0021

Warianty tytułu

PL

Pozyskiwanie metanu z mieszanin gazowych za pomocą adsorbentów węglowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Methane recovery from gaseous mixtures has both economical and ecological aspect. Methane from different waste gases like mine gases, nitrogenated natural gases and biogases can be treated as local source for production electric and heat energy. Also occurs the problem of atmosphere pollution with methane that shows over 20 times more harmful environmental effect in comparison to carbon dioxide. One of the ways utilisation such gases is enrichment of methane in the PSA technique, which requires appropriate adsorbents. Active carbons and carbon molecular sieve produced by industry and obtained in laboratory scale were examined as adsorbent for methane recuperation. Porous structure of adsorbents was investigated using densimetry measurements and adsorption of argon at 77.5K. On the basis of adsorption data, the Dubinin-Radushkevich equation parameters, micropore volume (Wo) and characteristics of energy adsorption (Eo) as well as area micropores (Smi) and BET area (SBET) were determined. The usability of adsorbents in enrichment of the methane was evaluated in the test, which simulate the basic stages of PSA process: a) adsorbent degassing, b) pressure raise in column by feed gas, c) cocurrent desorption with analysis of out flowing gas. The composition of gas phase was accepted as the criterion of the suitability of adsorbent for methane separation from gaseous mixtures. The relationship between methane recovery from gas mixture and texture parameters of adsorbents was found.

PL

Odzyskiwanie metanu z mieszanin gazowych posiada zarówno aspect ekonomiczny jak i ekologiczny. Metan pochodzący z gazów kopalnianych, gazów zaazotowanych oraz biogazów może być traktowany jako lokalne źródło do wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej. Jest także problemem zanieczyszczenie atmosfery metanem, który ma ponad dwudziestokrotnie większy wpływ na środowisko w porównaniu z ditlenkiem węgla. Jednym ze sposobów wykorzystania tego typu gazów jest wzbogacanie metanu techniką PSA, która wymaga odpowiednich adsorbentów. Węgle aktywne oraz węglowe sito molekularne wytwarzane przemysłowo i te otrzymane w laboratorium były oceniane jako adsorbenty do wzbogacania metanu. Porowata struktura adsorbentów była analizowana za pomocą pomiarów gęstości i adsorpcji argonu w temperaturze 77.5K. Z danych adsorpcyjnych wyznaczono, posługując się równaniem Dubinina i Raduszkiewicza parametry: Wo, Eo, Smi, a powierzchnię SBET z równania adsorpcji wielowarstwowej Brunauera, Emmetta i Tellera. Przydatność adsorbentów do wzbogacania metanu była oceniana w teście, który symulował podstawowe etapy procesu PSA; a) odgazowanie adsorbentu, b) podnoszenie ciśnienia w kolumnie gazem zasilającym, c) desorpcja współprądowa połączona z analizą gazu. Skład fazy gazowej przyjęto jako kryterium przydatności adsorbentów do wydzielania metanu z mieszanin gazowych. Stwierdzono zależność pomiędzy stężeniem metanu a porowatą strukturą przebadanych adsorbentów.

Słowa kluczowe

EN

carbonaceous adsorbents; densities and structural properties; PSA

PL

adsorbenty węglowe; właściwości densymetryczne i strukturalne; PSA

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 61, no. 2
• Strony: 285--292
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Buczek B.

• AGH University of Science and Technology, Faculty Energy and Fuels, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Baron G.V., 1994. Industrial Gas Separation using PSA. [In:] E.F. Vasant (ed) Separation Technology, Elsevier Science B.V. Amsterdam, 201-208.
• [2] Bałys M., Buczek B., Ziętkiewicz J., 2002. Structure and Separation Abilities of Carbon Molecular Sieves. Inżynieria i Ochrona Środowiska, t. 5, nr 2, 117-123 (In Polish).
• [3] Bałys M., Buczek B., Ziętkiewicz J., 2000. Modelowanie procesu i doświadczalna weryfikacja odzyskiwania metanutechniką zmiennociśnieniową. [W:] Układ węgiel kamienny-metan w aspekcie desorpcji i odzyskiwania metanu z gazów kopalnianych, red. M. Żyła, Nauka i technika górnicza, UWN-D, Kraków, 201-263.
• [4] Buczek B., 1993. Development of properties within particles of active carbons obtained by a steam activation process. Langmuir, 9, 2509-2512.
• [5] Buczek B., 1996. Methane recovery from coal mine gases using carbonaceous adsorbents. [In:] G. Yuguang, T.S. Golosinski (eds.) Mining Science and Technology, A.A. Balkema, Rotterdam, Brookfield, p. 19-22.
• [6] Czapliński A., Lasoń M., 1965. Sorpcja dwutlenku węgla przy wysokich ciśnieniach na witrytach o różnym stopniu uwęglenia. Arch. Górnictwa, 10, 53-59.
• [7] Dubinin M.M., 1987. Adsorption properties and microporous structures of carbonaceous adsorbents, Carbon, Vol. 25, No 5, 593-598.
• [8] Jankowska H., Świątkowski A., Choma J., 1991. Active Carbon. Ellis Horwood, New York.
• [9] Mc Enaney B., 1987. Estimation of the dimensions of micropores in active carbons using the Dubinin-Radushkevich equation. Carbon, Vol. 25, No 1, 69-75.
• [10] Morishige K., 2011. Adsorption and separation of CO2/CH4 on amorphous silica molecular sieve. Journal of Physical Chemistry C, Vol. 115, No 19, 9713-9718.
• [11] Olajossy A., 2012. Method of effective use of methane and nitrogen separated from natural gas. Arch. Min. Sci., Vol. 57, No 2, p. 443-450.
• [12] Olajossy A., 2007. Technical and economic possibilities of enriching natural gas with methane. Polityka Energetyczna, t. 10, z. 1, s. 119-130.
• [13] Rufford T.E., Watson G.C.Y., Saleman T.L., Hofman P.S., Jensen N.K., May E.F., 2013. Adsorption equilibria and kinetics of methane plus nitrogen mixtures on the activated carbon Norit RB3. Industrial & Engineering Chemistry Research., Vol. 52, No 39, 14270-14281.
• [14] Sheikh N.A., Hassan M.M., Loughlin K.F., 1996. Adsorption equlibria and rate parameters for nitrogen and methane on Maxsorb activated carbon. Gas Sep & Purif., 10, 161-168.
• [15] Suzuki M., 1990. Adsorption Engineering. Kodansha, Tokyo.
• [16] Velenzuela D.P., Myers A.L., 1989. Adsorption Equilibrium Data Handbook. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New York.
• [17] Yang H.W., Yin C.B., Jiang B., Zhang D.H., 2014. Optimalization and analysis of a VPSA process for N2/CH4 separation, Sep. & Purif. Tech., 134, 232-240.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę