Analiza możliwości badań procesu separacji wodoru z gazu ziemnego z zastosowaniem separacji membranowej

• Autorzy: Szykowska Kamila , Kotowicz Janusz , Wiciak Grzegorz

Warianty tytułu

EN

Analysis of the testing process of hydrogen separation from natural gas with the application of membrane separation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wstępne badania nad membranową separacją gazów oraz celowość kierunku podjętych badań. Badania nastawione są na testy możliwości aplikacji separacji membranowej, gdzie zasadniczym celem jest określenie możliwości separacji wodoru z metanu np. z sieci gazu ziemnego i innych gazów procesowych. Technologia membranowej separacji gazów jest obecnie popularna i szeroko badana ze względu na jej potencjalną skuteczność w separacji wodoru, bezpieczeństwo i prostotę obsługi, niskie zużycie energii oraz przyjazność dla środowiska. W artykule przedstawiono symulację procesu separacji wodoru z metanu bazując na modelu membrany UBE UMS-A2. W ramach analiz pod uwagę brano wpływ powierzchni membrany na wartość wskaźnika selektywności oraz wskaźnika odzysku wodoru. Najwyższą wartość wskaźnika odzysku wodoru 95,08 % osiągnięto dla strumienia nadawy 1 kmol/h i powierzchni modułu równej 1000 m2 . Im większa powierzchnia membrany i mniejszy strumień, tym wyższa jest wartość wskaźnika odzysku wodoru, co jest szczególnie istotne, gdyż głównym celem separacji membranowej jest jak najwyższy stopień odzysku wodoru z sieci gazu ziemnego oraz wysoka czystość odseparowanego gazu.

EN

The paper presents preliminary research on membrane gas separation and the purposefulness of the direction of the new research undertaken. The research is focused on testing the possibility of applying membrane separation, where the main goal is to determine the possibility of separating hydrogen from methane, e.g. from the natural gas grid and other process gases. Membrane gas separation technology is now popular and widely researched for its potential efficiency in hydrogen separation, safety and ease of use, low energy consumption and environmental friendliness. The article presents a simulation of the hydrogen separation process from methane based on the UBE UMS-A2 membrane model. As part of the analyses, the influence of the membrane surface on the value of the selectivity index and the recovery index was considered. The highest value of the hydrogen recovery index 95.08% was achieved for the feed stream 1 kmol/h and the module surface area equal to 1000 m2 . The larger the membrane area and the smaller the flux, the higher the value of the hydrogen recovery index R, which is particularly important, since the main goal of membrane separation is the highest possible degree of recovery of hydrogen from the natural gas network and high purity of the separated gas.

Słowa kluczowe

PL

separacja membranowa; wodór; metan

EN

membrane separation; hydrogen; methane

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2022
• Tom: Nr 1
• Strony: 34--41
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Szykowska Kamila

• doktorantka Katedry Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechniki Śląskiej w Gliwicach

autor

Kotowicz Janusz

• Katedra Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechniki Śląskiej w Gliwicach

autor

Wiciak Grzegorz

• Katedra Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechniki Śląskiej w Gliwicach

Bibliografia

• [1] Árnason B., Sigfússon T.: Iceland - a future hydrogen economy., Int. J. Hydrogen Energy, vol. 25, no. 5, pp. 389-394, 2000, doi: 10.1016/S0360-3199(99)00077-4.
• [2] Asad A., Sameoto D., Sadrzadeh M.: Overview of membrane technology, Nanocomposite Membranes for Water and Gas Separation, Elsevier, 2019, pp. 1-28.
• [3] David O., Gorri D., Urtiaga A. i in: Mixed gas separation study for the hydrogen recovery from H2/CO/N2/CO2 post combustion mixtures using a Matrimid membrane., Journal of Membrane Science, Volume 378, Issues 1-2, 2011, p. 359-368, https://doi.org/10.1016/j.memsci.2011.05.029
• [4] Deczyński, J., Żółtowski, B.: Wodór jako paliwo alternatywne do zasilania silników ze spalaniem wewnętrznym., Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management, nr 69/2014
• [5] Grainger D., Hagg M.: Evaluation of cellulose-derived carbon molecular sieve membranes for hydrogen separation from light hydrocarbons., Journal of Membrane Science 306,2007,307-317, doi:10.1016/j.memsci.2007.09.005
• [6] Hu G., Chen C., Lu H i in.: A review of technical advances, barriers and solutions in the Power to Hydrogen(P2H) roadmap., Engineering v.6, 2020, p.1364-1380, https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.04.016
• [7] Javaid A.: Membranes for solubility-based gas separation applications., Chem. Eng. J., vol. 112, pp. 219-226, 2005, doi: 10.1016/J.CEJ.2005.07.010.
• [8] Liemberger W., Gro M., Miltner M., i in.:Experimental analysis of membrane and pressure swing adsorption(PSA) for the hydrogen separation from natural gas., Journal of Cleaner Production 167(2017),p. 896-907, https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.08.012
• [9] Lu H., Li W., Miandoab E. i in.: The opportunity of membrane technology for hydrogen purification in the power to hydrogen(P2H) roadmap: a review., Front. Chem. Sci. Eng. 2021, 15(3), 464-482, https://doi.org/10.1007/s11705-020-1983-0
• [10] Melaina MW., Antonia O., Penev M.: Blending hydrogen into natural gas pipeline networks. Rev Key Issues 2013. https:// doi.org/10.2172/1219920.
• [11] Nordio M., Wassie S., Annaland M. i in..: Techno-economic evaluation on a hybrid technology for low hydrogen concentration separation and purification from natural gas grid, International Journal of Hydrogen Energy 46 (45), 2020, DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.05.009
• [12] Reddy C., Reddy K., Shetti N. i in.: Hetero-nanostructured metal oxide-based hybrid photocatalysts for enhanced photoelectrochemical water splitting – a review. International Journal of Hydrogen Energy 45, 2019, 18331-18347. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.02.109.
• [13] Saini N., Awasthi K.: Insights into the progress of polymeric nano-composite membranes for hydrogen separation and purification in the direction of sustainable energy resources., Separation and Purification Technology, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2021.120029
• [14] Salleh W., Ismail AF., Matsuura T. i in.: Precursor selection and process conditions in the preparation of carbon membrane for gas separation: a review. Separ Purif Rev 2011, 261-311. https://doi.org/10.1080/ 15422119.2011.555648.
• [15] Scholes C.: Hydrogen cyanide recovery by membrane gas separation, Chem. Eng. J., vol. 386, p. 124049, 2020, doi: 10.1016/J.CEJ.2020.124049
• [16] Swaidan R., Ma X., Litwiller E. i in.: High pressure pure and mixed-gas separation of CO2/CH4 by thermally rearranged and carbon molecular sieve membranes derived from a polyimide of intrinsic microporosity. J Membr Sci 447, 2013,387-394. https://doi.org/10.1016/ j.memsci.2013.07.057.
• [17] Tayebi M., Lee B.: Recent advances in BiVO 4 semiconductor materials for hydrogen production using photoelectrochemical water splitting. Renewable Sustainable Energy Review 111, 2019, 332-343. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.05.030
• [18] Wiącek D.: Wodór jako paliwo przyszłości., Autobusy: technika, eksploatacja, systemy transportowe,10/2011,446-452
• [19] Wiciak G., Kotowicz J.: Experimental stand for CO2 membrane separation. „Journal of Power Technologies” 91(4)/2011, pp. 171-178., Paper presented at the 10th International Conference on Research & Development in Power Engineering 2011, Warsaw, Poland
• [20] Zornoza B., Casado C., Navajas A.: Advances in hydrogen separation and purification with membrane technology., Chapter in: Gandia L. M., Arzamendi G., Dieguez P. M., Renewable Hydrogen Technology, 2013, p. 245-268, https://doi.org/10.1016/B978-0-444-56352-1.00011-8