Analiza przydatności materiałów membranowych do procesu zatężania metanu z powietrza wentylacyjnego kopalń

• Autorzy: Janusz-Cygan Aleksandra , Tańczyk Marek , Jaschik Manfred , Jaschik Jolanta , Wojdyła Artur , Sołtys Elżbieta

Warianty tytułu

EN

The analysis of the suitability of membrane materials for the enrichment of methane from ventilation air

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przeprowadzono analizę możliwości wykorzystania istniejących materiałów membranowych na potrzeby separacji metanu zawartego w mieszaninach gazowych. Wytypowano grupę materiałów, które potencjalnie można zastosować do procesów zatężania metanu z powietrza wentylacyjnego kopalń. Przeprowadzono także obliczenia symulacyjne procesu permeacji dla jednej wytypowanej membrany. Stwierdzono, że w procesie membranowym, wykorzystującym taką membranę, można uzyskać gaz wzbogacony o stężeniu metanu co najmniej 0,5%, które jest wystarczające z punktu widzenia produkcji użytecznego ciepła w autotermicznym reaktorze rewersyjnym.

EN

An analysis of the possibilities of using existing membrane materials for the separation of methane contained gas mixtures was carried out. A group of materials was selected that could potentially be used for the recovery of methane from mine ventilation air. Simulation of the permeation process for the selected membrane were also carried out. It was found that in such a process the enriched stream containing at least 0.5 vol% of methane can be produced, which should ensure the heat recovery when fed to a thermal reverse-flow reactor.

Słowa kluczowe

PL

metan z powietrza wentylacyjnego kopalń (VAM); separacja membranowa; membrany polimerowe; membrany nieorganiczne; membrany MMMs

EN

ventilation air methane (VAM); membrane separation; polymeric membranes; inorganic membranes; MMMs membranes

• Wydawca: Instytut Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk
• Czasopismo: Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 23
• Strony: 7--22
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Janusz-Cygan Aleksandra

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

autor

Tańczyk Marek

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

autor

Jaschik Manfred

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

autor

Jaschik Jolanta

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

autor

Wojdyła Artur

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

autor

Sołtys Elżbieta

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

Bibliografia

• [1] Nawrat S., Gatnar K., 2008. Ocena stanu i możliwości utylizacji metanu z powietrza wentylacyjnego podziemnych kopalń węgla kamiennego. Polityka Energetyczna, 11 (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 kopalń w termicznym reaktorze rewersyjnym. Przem. Chem., 90 (10), 1917-1923.
• [3] Nawrat S., Napieraj S., 2018. Stan i perspektywy gospodarczego wykorzystania metanu pokładów węgla w Polsce. III konferencja METAN KOPALNIANY Energia-Ekologia-Ekonomia. 15.2.2018 r. Katowice http://metankopalniany.pl/wp-content/uploads/2018/02/Nawrat- Stanisław_AGH.pdf, dostęp: 28.10.2019 r.
• [4] Nawrat S., Kuczera Z., Łuczak R., Życzkowski P., Napieraj S., Gatnar K., 2009. Utylizacja metanu z pokładów węgla w polskich kopalniach podziemnych. AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków.
• [5] Kucharczyk B., Tylus W., 2010. Usuwanie metanu z powietrza wentylacyjnego kopalń przez utlenianie na monolitycznych katalizatorach palladowych. Przem. Chem., 89 (4), 448-452.
• [6] Kowalik S., Gajdowska M., 2010. Utylizacja metanu z kopalń węgla kamiennego redukcja zagro żeń dla środowiska naturalnego. Górnictwo i Geologia 5 (2), 105-113.
• [7] Stasińska B., 2014. Katalityczne utlenianie metanu z powietrza wentylacyjnego kopalń. Towarzystwo Wydawnictw Naukowych Libropolis, Lublin.
• [8] https://www.unece.org/fileadmin/DAM/energy/cmm/docs/BPG_2017.pdf, dostęp: 28.10.2019 r.
• [9] https://www.globalmethane.org/documents/partners_cmm_tech_db_2018apr_eng.pdf, dostęp: 28.10.2019 r.
• [10] 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.
• [11] Gatnar K., 2006. Metan pokładów węgla jako paliwo alternatywne – przykłady rozwiązań w Jastrzębskiej Spółce Węglowej S.A.. Polityka Energetyczna, 9 (zeszyt specjalny), 423-437, https://se.min-pan.krakow.pl/pelne_teksty20/k20_gatnar.pdf.
• [12] Warmuziński K., Tańczyk M., Jaschik M., 2015. Experimental study on the capture of CO2 from flue gas using adsorption combined with membrane separation. Int. J. Greenh. Gas Control, 37, 182-190, DOI: 10.1016/j.ijggc.2015.03.009.
• [13] Tańczyk M., Jaschik M., Warmuziński K., Wojdyła A., Piech D., Janusz-Cygan A., Sołtys E., 2015. Zatężanie niskostężonych zanieczyszczeń gazowych w strumieniu powietrza w doświadczalnej instalacji do adsorpcji zmiennociśnieniowej. Prace Naukowe IICh PAN, 19, 49-59, http://www.iich.gliwice.pl/download/pracenaukowe/Zeszyt-19-2015.pdf.
• [14] Yampolski Y., Freeman B., 2010. Membrane gas separation, John Wiley & Sons, Ltd.
• [15] Bernardo P., Drioli E., Golemme G., 2009. Membrane gas separation: a review/state of the art. Ind. Eng. Chem. Res., 48, 4638-4663.
• [16] Baker R., Low B., 2014. Gas separation membrane materials: a perspective. Macromolecules, 47, 6999-7013. DOI: 10.1021/ma501488s.
• [17] Ning X., Koros W., 2014. Carbon molecular sieve membranes derived from Matrimid polyimide for nitrogen/methane separation. Carbon, 66, 511-522. DOI: 10.1016/j.carbon.2013.09.028.
• [18] Carreon M., 2018. Molecular sieve membranes for N2/CH4 separation. J. Mater. Res., 33 (1), 32- 43. DOI: 10.1557/jmr.2017.297.
• [19] Carreon M., 2018. Membranes for gas separations. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd.
• [20] Sanyal O., Zhang C., Wenz G., Fu S., Bhuwania N., Xu L., Rungta M., Koros W., 2018. Next generation membranes – using tailored carbon. Carbon, 127, 688-698. DOI: 10.1016/j.carbon.2017.11.031.
• [21] Zong Z., Feng X., Huang Y., Song Z., Zhou R., Zhou S., Carreon M., Yu M., Li S., 2016. Highly permeable N2/CH4 separation SAPO-34 membranes synthesized by diluted gels and increased crystallization temperature. Micropor. Mesopor. Mat., 224, 36-42. DOI: 10.1016/j.micromeso.2015.11.014.
• [22] Lokhandwala K., Pinnau I., He Z., Amo K., DaCosta A., Wijmans J., Baker R., 2010. Membrane separation of nitrogen from natural gas: a case study from membrane synthesis to commercial deployment. J. Membrane Sci., 346, 270-279. DOI: 10.1016/j.memsci.2009.09.046.
• [23] Hosseini S., Chung T., 2009. Carbon membranes from blends of PBI and polyimides for N2/CH4 and CO2/CH4 separation and hydrogen purification. J. Membrane Sci., 328, 174-185. DOI: 10.1016/j.memsci.2008.12.005.
• [24] Giel V., Moravkova Z., Peter J., Trchova M., 2017. Thermally treated polyaniline/polybenzimidazole blend membranes: structural changes and gas transport properties. J. Membrane Sci., 537, 315-322. DOI: 10.1016/j.memsci.2017.04.062.
• [25] Wu T., Diaz M., Zheng Y., Zhou R., Funke H., Falconer J., Noble R, 2015. Influence of propane on CO2/CH4 and N2/CH4 separations in CHA zeolite membranes. J. Membrane Sci., 473, 201- 209. DOI: 10.1016/j.memsci.2014.09.021.
• [26] Zong Z., Carreon M., 2017. Thin SAPO-34 membranes synthesized in stainless steel autoclaves for N2/CH4 separation. J. Membrane Sci., 524, 117-123. DOI: 10.1016/j.memsci.2016.11.011.
• [27] Chang N., Tang H., Bai L., Zhang Y., Zeng G., 2018. Optimized rapid thermal processing for the template removal of SAPO-34 zeolite membranes. J. Membrane Sci., 552, 13-21. DOI: 10.1016/j.memsci.2018.01.066.
• [28] Rungta M., Wenz G., Zhang C., Xu L., Qiu W., Adams J., Koros W., 2017. Carbon molecular sieve structure development and membrane performance relationships. Carbon 115, 237-248. DOI: 10.1016/j.carbon.2017.01.015.
• [29] Zhang J., Xin Q., Li X., Yun M., Xu R., Wang S., Li Y., Lin L., Ding X., Ye H., Zhang Y, 2019. Mixed matrix membranes comprising aminosilane-functionalized grapheme oxide for enhanced CO2 separation. J. Membrane Sci., 570-571, 343-354. DOI: 10.1016/j.memsci.2018.10.075.
• [30] Sengupta A., Sirkar K.K.,1984. Multicomponent gas separation by an asymmetric permeator containing two different membranes. J. Membrane Sci. 21, 73-109.
• [31] Sengupta A., Sirkar K.K.,1987. Ternary gas mixture separation in two-membrane permeators. AIChE Journal 33(4), 529-539.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).