Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Możliwości zastosowania procesów adsorpcyjnych i membranowych do zatężania metanu pochodzącego z powietrza wentylacyjnego kopalń

Tańczyk Marek, Janusz-Cygan Aleksandra, Pawlaczyk-Kurek Anna, Jaschik Jolanta, Wojdyła Artur, Sołtys Elżbieta

Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk

|

2022

|

nr 26

17--36

PL

Przeprowadzono analizę metod adsorpcyjnych i membranowych pod kątem zatężania metanu w powietrzu wentylacyjnym kopalń (VAM). Stwierdzono, że możliwe jest zwiększenie stężenia VAM z 0,2-0,3% obj. do co najmniej 1% obj. przy wykorzystaniu obu technik separacyjnych, co powinno ułatwić jego utylizację w reaktorach rewersyjnych lub silnikach na paliwo ubogie.

EN

Technologies for thermal utilization of ventilation air methane (VAM) require stabilization and/or increasing its concentration. This paper summarizes the results of research conducted at the IICh PAS in the area of adsorption and membrane processes for VAM enrichment. First of all adsorbents and membrane materials were selected and investigated for such processes. They were assessed in terms of CH4/N2 selectivity, as defined by Eqs 1 and 2, as well as adsorption capacity (adsorbents) and permeability (membranes). The properties of activated carbons and ZMS 5A investigated were presented in Table 1 and Fig. 1. In the case of membranes polyimide membranes, used in commercial UMS-A5 and CO-C05 UBE modules, as well as the Matrimid 5218/CMS composite membrane, were selected for membrane VAM enrichment process. The pressure swing adsorption process in two-bed (Fig. 2) and four-bed (Fig. 4) installations for VAM enrichment was also investigated. The process performance was presented in Fig. 3 and Figs 5-6, respectively. It has been found that in the case of the four-bed process with activated carbon G2X7/12 Takeda VAM can be enriched from 0.2 to over 1.2 vol.% with a recovery of at least 80%. The results of membrane VAM enrichment processes were summarized in Table 2. It was found that in the case of commercially available UBE modules UMS-A5 and CO-C05 the concentration of methane in VAM can be increased from 0.3 to 0.43 vol.% with moderate CH4 recovery (50-60%). Higher enrichment (up to 1,8 vol.% in a three-stage system) can be obtained in the case of the hybrid Matrimid 5218/CMS. For an assessment of the energy efficiency of the PSA and membrane enrichment processes two factors were defined: the unit power necessary to generate the pressure ratio pW/pN in the separation process (Eq. 3) and the unit heat output of the ventilation air (Eq. 4). These factors were presented in Fig. 7 along with unit thermal power of the enriched gas for the membrane (triangles) and adsorption (diamonds) VAM enrichment processes. It was found that regardless of the separation method and process parameters, the potential energy gain from the utilization of enriched VAM is much lower than the energy expenditure related to the implementation of the enrichment process, which is primarily due to the low unit thermal power of the ventilation air.

2

Biogaz jako źródło biometanu – badania procesu rozdziału biogazu metodą adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA

Więcław–Solny Lucyna, Krótki Aleksander, Spietz Tomasz

Energetyka

|

2022

|

nr 10

514--520

PL

W artykule przedstawiono zagadnienia związane z możliwością pozyskania biometanu z biogazu. Przedstawiono charakterystykę sektora biogazowniczego, z uwzględnieniem potencjału produkcyjnego krajowych biogazowni. Przedstawiono wstępne wyniki procesu separacji biometanu metodą adsorpcji zmiennociśnieniowej (z ang. Pressure Swing Adsorption – PSA).

EN

The article presents issues related to the possibility of obtaining biomethane from biogas. The characteristics of the biogas sector are presented, taking into account the production of potential of domestic biogas plants. The paper presents preliminary results of the biomethane separation process using the Pressure Swing Adsorption (PSA) method.

3

Production of Hydrogen from Coke Oven Gas in JSW Group

Szeszko Tomasz

New Trends in Production Engineering

|

2020

|

Vol. 3, Iss. 1

9--20

EN

The publication analyses the possibility of separating hydrogen from coke oven gas for further use in the transport sector in the FCEV segment (fuel cell electric vehicles). The construction of the separation installation using the PSA (pressure swing adsorption) method guaranteeing high purity of hydrogen was assumed, according to the requirements of ISO 14678-2:2012 and SAE J-2719 standards. The PSA technology is widely used in industrial gas separation processes, however, due to the composition of coal gas, which apart from hydrogen and methane consists of impurities in the form of hydrocarbons, sulphur compounds, chlorine, etc., it needs to be adapted to the needs of separation of hydrogen from coke oven gas. The study shows the total possible hydrogen production potential and then, in agreement with the JSW Group’s Coking Plants, limits were set for hydrogen production in PSA technology at Przyjaźń, Jadwiga and Radlin Coking Plants, without the negative impact of the separation installation on technological processes associated with coke oven battery firing, operation of existing power units, gas compression systems and taking into account securing the needs of external customers for coke oven gas. Additionally, in order to determine the Polish market demand for high-purity hydrogen, an analysis was carried out which indicates that in 2030 the share of FCEVs will be 2%, so the demand for hydrogen in this segment would be negligible compared to the supply of hydrogen produced in a large-scale installation. Due to the need to build such a market and adapt the parameters of the installation to the variable parameters of coke oven gas, the pilot scale of the installation and the target location of the installation at the Przyjaźń Coking Plant were indicated as the most optimal.

4

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

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

Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk

|

2018

|

nr 22

53--67

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.

5

Impact of the heat capacity of adsorbed phase on process performance in the capture of CO2 from flue gas using pressure swing adsorption

Tańczyk M., Jaschik M., Warmuziński K.

Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk

|

2016

|

nr 20

7--17

EN

The present study aims at demonstrating how important it is to include the substantial increase in CO2 heat capacity around the critical temperature in the modelling of relevant PSA separations. It is shown that this parameter may considerably alter simulation results, especially in the cases when the adsorbed phase concentration is high, regeneration pressure is moderate and CO2 content in the enriched stream is large.

PL

Celem tej pracy jest zwrócenie uwagi na konieczność uwzględniania bardzo dużego wzrostu ciepła właściwego zaadsorbowanego ditlenku węgla w pobliżu temperatury krytycznej przy modelowaniu procesów wydzielania CO2 ze spalin metodą adsorpcji zmiennociśnieniowej. Wykazano, że przyjmowana w obliczeniach symulacyjnych takich procesów wartość ciepła właściwego fazy zaadsorbowanej wpływa znacząco na wyniki symulacji w sytuacji, gdy na złożu utrzymuje się duże stężenie ditlenku węgla, stosowane są umiarkowane ciśnienia regeneracji oraz otrzymuje się duże stężenie CO2 w gazie wzbogaconym.

6

Adsorpcyjne usuwanie CO2 ze spalin kotłowych

Nowak W., Majchrzak-Kucęba I., Wawrzyńczak D., Bieniek J., Srokosz K., Błeszyński L., Zajączkowska J.

Energetyka

|

2014

|

nr 1

15--19

PL

Omówiono doświadczenia uzyskane podczas badań pilotowych średniego stężenia dwutlenku węgla w produkcie wzbogaconym w CO2 oraz sprawności procesu separacji dwutlenku węgla z gazów pochodzących z konwencjonalnego spalania węgla w TAURON Wytwarzanie S.A. – Oddział Elektrownia Łagisza (wydzielania CO2 z gazu zasilającego), w jakim zastosowano technikę adsorpcji zmiennociśnieniowej z podwójnym płukaniem złoża składnikiem lekkim i ciężkim – DR-VPSA (z ang. Dual-Reflux Vacuum-Pressure Swing Adsorption). Technika ta nie była dotychczas stosowana w badaniach w skali pilotowej na świecie. Przeprowadzone badania pozwoliły na uzyskanie stężenia CO2 we wzbogaconym gazie na poziomie około 60% przy wysokiej sprawności procesu. Stwierdzono również duży wpływ stężenia dwutlenku węgla w gazie zasilającym na stężenie CO2 w gazie wzbogaconym. Dlatego też w dalszych pracach, oprócz testowania różnych wartości ciśnień w poszczególnych fazach procesu przy różnych czasach i wartościach przepływu, prowadzone będą analizy innych recept procesu. Na podstawie otrzymanych wyników szczególnie istotne wydaje się zastosowanie dwóch sekcji adsorbera, w których jedna pozwala na wzbogacenie gazu, zaś druga na jego dalsze oczyszczenie i uzyskanie wysokiego stężenia CO2.

EN

Discussed is an experience gained during pilot research of an average CO2 concentration in a CO2 enriched product as well as the efficiency of separation process of carbon dioxide coming from conventional coal-fired boilers in TAURON Wytwarzanie S.A. – Oddział Elektrownia Łagisza (separation of CO2 from feed gas) in which the so-called DR-VPSA (Dual-Reflux Vacuum-Pressure Swing Adsorption) technology was used. This technology has not been used in pilot studies anywhere in the world so far. The carried out research allowed to achieve 60% CO2 concentration in the enriched gas with the high efficiency of the process. Ascertained was also a big influence of carbon dioxide concentration in the feed gas on CO2 concentration in the enriched gas. That is why in further examinations, apart from testing various pressure values in successive process stages with different time and flow values, some other process formulas will be analysed. It seems that, on the basis of the obtained results, particularly essential is the application of two adsorber sections from which the first one enables the gas enrichment while the second its further cleaning and achieving a high CO2 concentration.

7

Równowaga adsorpcji pary wodnej na adsorbentach zeolitowych stosowanych w procesach wydzielania ditlenku węgla ze strumieni spalin

Tańczyk M., Jaschik M., Warmuziński K., Janusz-Cygan A.

Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk

|

2013

|

nr 17

5--15

PL

Przedstawiono wyniki badań równowagi adsorpcji pary wodnej na zeolitowych sitach molekularnych 13X (Molsiv i Grace), które mogą być stosowane w adsorpcyjnych procesach wydzielania CO2 ze strumieni spalin. Stwierdzono, że para wodna jest najsilniej adsorbującym się gazem, spośród głównych składników spalin. Stwierdzono także, że izotermy pary wodnej są silnie nieliniowe, co oznacza, że nawet niewielka jej ilość w rozdzielanym strumieniu spalin może znacząco ograniczać pojemność adsorpcyjną obu sorbentów dla ditlenku węgla.

EN

Experimental results are presented of the adsorption equilibria of water vapour over zeolite molecular sieves 13X (Molsiv and Grace) which may be used in the separation of CO2 from flue gas streams. It is found that water vapour is the strongest adsorbing species among the main components of the flue gas. It is also concluded that the H2O isotherms are strongly non-linear, so that even very small amounts of water vapour in a separated flue gas stream may significantly reduce CO2 sorption capacity of the two adsorbents studied.

8

Hybrydowy proces wydzielania CO2 ze spalin

Tańczyk M., Warmuziński K., Jaschik M., Janusz-Cygan A.

Przemysł Chemiczny

|

2012

|

T. 91, nr 7

1439-1441

PL

Przedstawiono wyniki symulacji numerycznych wydzielania CO₂ z mieszaniny CO₂/N₂/O₂ w hybrydowym procesie łączącym adsorpcję zmiennociśnieniową z separacją membranową. Stwierdzono, że można odzyskać cały doprowadzony do procesu ditlenek węgla. Wykazano możliwość zwiększenia stężenia CO₂ w mieszaninie CO₂/N₂/O₂ z ok. 13% do ponad 97%, a więc do poziomu odpowiedniego na potrzeby jego transportu i składowania.

EN

Recovery of CO₂ from flue gas in a 2-step process (pressure swing adsorption and membrane sepn.) was simulated numerically to maximize the process yield (up to 100%) and purity of the final product (up to over 97%) at the plant processing capacity 7.5 m³/h.

9

Separacja składników gazu syntezowego przy użyciu membran polimerowych i metalicznych

Chmielewski A. G., Wawryniuk K., Antczak J.

Instal

|

2012

|

nr 10

26-28

PL

W celu wydzielenia wodoru z gazu syntezowego (mieszanina CO, H2, CO2 i CH4) wykorzystuje się na skalę przemysłową system dwuetapowy. W pierwszym etapie stosowany jest reforming wodny - WGS (Water Gas Shift) w celu zwiększenia udziału wodoru w mieszaninie gazowej. W drugim etapie można zastosować adsorpcję zmiennociśnieniową - PSA (Pressure Swing Adsorption), destylację kriogeniczną lub techniki membranowe. W wyniku membranowej separacji gazu syntezowego uzyskuje się strumień permeatu (wzbogacony w wodór) i strumień retentatu [3]. Istnieje wiele typów membran używanych do separacji wodoru. W poniższej pracy rozważane są membrany polimerowe i metaliczne np. typu palladowego. Wykorzystywane w badaniach w Instytucie Chemii i Techniki Jądrowej membrany poliimidowe charakteryzują się możliwością pracy przy wysokim ciśnieniu, wysoką odpornością termiczną, chemiczną i mechaniczną oraz wysoką selektywnością rozdziału H2-CO [1]. Jednocześnie, są wrażliwe na niektóre związki chemiczne, takie jak: kwas chlorowodorowy, tlenki siarki i dwutlenek węgla. Przy wykorzystaniu membran czysto palladowych lub zbudowanych ze stopów palladowych możliwe jest osiągnięcie wysokiej czystości wodoru (do 99,99 %). Membrany metaliczne do separacji wodoru to najczęściej: czyste metale (Pd), dwuskładnikowe stopy (Pd-Ag, Pd-Au, Pd-Cu,), wieloskładnikowe stopy (Pd-In-Ru) [2].

EN

Two-stage system is used on an industrial scale for separation of hydrogen from synthesis gas (a mixture of CO, H2, CO2 and CH4). In the first stage Water Gas Shift (WGS) reaction is used for increase concentration of hydrogen in the gas mixture. In the second stage can be used: Pressure Swing Adsorption (PSA), cryogenic distillation and membrane technology. Permeate stream (enriched in hydrogen) and retentate stream (depleted in hydrogen) are obtained as a result of the synthesis gas membrane separation. There are many types of membranes used for purification of hydrogen. The following paper includes hydrogen separation using polymeric and metallic membranes. In the Institute of Nuclear Chemistry and Technology polyimide membranes are using in research. These membranes are characterized by the ability to operate at high pressures, high thermal, chemical and mechanical resistance, and high separation selectivity of H2-CO. At the same time, they are sensitive to some chemicals such as hydrochloric acid, sulfur oxides and carbon dioxide. High purity of hydrogen (up to 99,99%) can be obtained by using membranes made of pure palladium or palladium alloys. The most prevalent metallic membranes for hydrogen separation are: pure metals (Pd), binary alloys (Pd-Ag, Pd, Au, Pd-Cu), multicomponent alloys (Pd-In-Ru).

10

Usuwanie i odzyskiwanie lotnych związków organicznych na wielowarstwowym złożu adsorbentów w cyklicznym procesie adsorpcji zmiennotemperaturowej i zmiennociśnieniowej : studia literaturowe

Nastaj J., Aleksandrzak T.

Przemysł Chemiczny

|

2011

|

T. 90, nr 3

407-411

11

Koncepcja wydzielania ditlenku węgla ze spalin w procesie hybrydowym

Warmuziński K., Tańczyk M., Jaschik M., Janusz-Cygan A.

Polityka Energetyczna

|

2011

|

T. 14, z. 2

427-439

PL

Jedną z dróg ograniczania emisji ditlenku węgla jest usuwanie go ze strumieni gazów odlotowych. W niniejszej pracy przedstawiono koncepcję wydzielania CO2 ze spalin w procesie hybrydowym, łączącym adsorpcję zmiennociśnieniową (PSA) i separację membranową. W szczególności omówiono podstawowe założenia obu węzłów separacji, sformułowane na podstawie analizy literatury przedmiotu oraz wyników własnych badań doświadczalnych i symulacji numerycznych. Stwierdzono, że w proponowanym układzie możliwy będzie prawie 100% odzysk ditlenku węgla w strumieniu gazu o stężeniu CO2 wynoszącym powyżej 95% z mieszaniny zawierającej 13,3 % CO2 i 86,7 % N2. Na podstawie przedstawionej w tej pracy koncepcji wydzielania ditlenku węgla ze spalin budowana jest w Instytucie Inżynierii Chemicznej PAN w Gliwicach instalacja demonstracyjna oraz opracowywany jest symulator numeryczny procesu hybrydowego.

EN

Directive 2009/31/WE concerning geological storage of carbon dioxide (the so-called CSS Directive) is yet another step taken by the EU in limiting CO2 emissions. Since free emission quotas are going to be phased out, our energy sector will be compelled to implement the various CO2 abatement options or, alternatively, buy emission permits. The present study describes a technique for the removal of CO2 from flue gases via a hybrid process which combines pressure swing adsorption (PSA) and membrane separation. The scheme of the process is shown in Fig. 1. The procedure for selecting an appropriate adsorbent for the PSA unit is discussed. In Fig. 2 experimental CO2 adsorption isotherms are shown for a temperature of 20C. In Fig. 3 a dependence is presented of the CO2/N2 selectivity coefficient on pressure (Eq. 1) for both zeolite molecular sieves (ZMS) 13X and activated carbons. It is found that, from the standpoint of CO2 separation efficiency, ZMS 13X perform better than the activated carbons studied. In Table 1 the proposed PSA cycle is shown. Based on extensive simulations the efficiency of the PSA unit is assessed. As can be seen from Fig 4, at feed flow rates below 7.5 mn 3/h it is possible to obtain an enriched product that contains over 70 vol. % of CO2, with an almost complete recovery. In addition, experiments were carried out for the separation of a mixture containing 70% of CO2 and 30% of N2, using commercial membrane modules. Figs. 5, 6 and 7 shows, respectively, permeate and retentate CO2 concentrations and the cut ratio as functions of the pressure difference between the feed side and the permeate side of the module (p). It is concluded that the membrane unit can increase the concentration of carbon dioxide from 70% to over 95%, which is quite sufficient in terms of transport and storage. Based on the technique proposed in this study a demonstration installation is currently under construction in the Institute of Chemical Engineering, Polish Academy of Sciences. Also, a versatile numerical simulator for the hybrid CO2 separation is being developed.

12

Zmiany temperatury w złożu adsorbentu w początkowych cyklach procesu adsorpcyjno-desorpcyjnego

Kupiec K., Rakoczy J., Gwadera M.

Inżynieria i Aparatura Chemiczna

|

2011

|

Nr 5

64-65

PL

Wyznaczono maksymalne wartości temperatur, jakie mogą wystąpić w złożu adsorbentu w początkowych cyklach adsorpcyjno-desorpcyjnych zmien-nociśnieniowych. Rozważono proces rozdzielania parowej mieszaniny cta-nol-woda na zeolitach. Temperatury złoża wyznaczano eksperymentalnie oraz na podstawie obliczeń opartych na modelu matematycznym procesu. Zgodność wartości doświadczalnych i obliczeniowych jest zadowalająca.

EN

The maximum temperatures that can occur in the adsorbent bed in the initial pressure swing adsorption-desorption cyclcs have been determined. The process of adsorption separation of ethanol-water vapour mixture on zeolites has been considered. The bed temperatures have been determined experimentally and by calculations based on the mathematical model of the process. Good agreement exists between the experimental data and the results of simulations.

13

Wyznaczanie właściwości separacyjnych adsorbentów do procesów wydzielania ditlenku węgla ze strumieni spalin

Tańczyk M., Jaschik M., Warmuziński K., Janusz-Cygan A., Jaschik J.

Inżynieria i Aparatura Chemiczna

|

2010

|

Nr 4

82-83

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości separacyjnych adsorbentów do procesu wydzielania CO2 ze strumieni spalin. Stwierdzono, że ZSM 13X są w tym przypadku bardziej odpowiednimi adsorbentami niż węgle aktywne. Najwyższe współczynniki selektywności oraz największe pojemności adsorpcyjne zaobserwowano w przypadku ZSM 13X Grace. Stwierdzono także, że publikowane w literaturze trójparametryczne równania izoterm adsorpcji z podobną, dobrą dokładnością opisują dane doświadczalne.

EN

Results are presented on the separation properties of adsorbents for the removal of CO2 from flue gas streams. It is found that ZMS 13X is, for this particular task, more suitable than activated carbons. The highest selectivity and adsorption capacity were found for ZMS 13X Grace. It is also concluded that the three-parameter isotherms proposed in the relevant literature describe the experimental data with satisfactory and comparable accuracy.

14

Separation of carbon dioxide from flue gases by pressure swing adsorption

Tańczyk M.

Chemical and Process Engineering

|

2010

|

Vol. 31, z. 3

359-372

EN

A mathematical model is derived of the PSA separation of carbon dioxide from flue gases and its verification is carried out based on experiments in a two-column laboratory PSA installation. The results of simulation are presented concerning the effect of gas flow rates during purge and vacuum regeneration on CO2 content in the enriched gas. It is found that a three-column system can yield a product containing over 80% of CO2, with a full recovery of this species.

PL

Przedstawiono model matematyczny procesu PSA do wydzielania CO2 ze strumieni spalin oraz wyniki jego weryfikacji opartej na danych doświadczalnych z dwukolumnowej instalacji laboratoryjnej. Przedstawiono także wyniki obliczeń symulacyjnych dotyczących wpływu natężenia przepływu gazu w krokach płukania i próżniowej regeneracji złoża adsorbentu na stężenie CO2 w gazie wzbogaconym. Stwierdzono, że w trójkolumnowej instalacji PSA można uzyskać gaz wzbogacony, zawierający ponad 80% obj. CO2 w warunkach 100% sprawności odzysku tego składnika.

15

Badania separacji CO2 na wybranych sorbentach metodą adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA

Wawrzyńczak D., Majchrzak-Kucęba I., Nowak W.

Budownictwo i Inżynieria Środowiska

|

2010

|

Vol. 1, no. 1

85-89

PL

Przedstawiono rezultaty badań nad zastosowaniem wybranych sorbentów komercyjnych i syntezowanych z popiołów lotnych w adsorpcyjnej metodzie separacji dwutlenku węgla z gazów pochodzących ze spalania węgla w atmosferze wzbogaconej tlenem, jako jednej z metod wychwytywania CO2 po procesie spalania. Jako gaz surowy zastosowano symulowaną mieszaninę gazów spalinowych zawierających CO2, N2, O2, która podlegała rozdziałowi w dwukolumnowej instalacji adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA. Proces prowadzono przy różnym ciśnieniu i przepływach gazu zasilającego oraz różnych udziałach strumienia gazu płuczącego. Dla wybranej konfiguracji procesu przedstawiono wyniki w postaci średniego stężenia dwutlenku węgla w produkcie niskociśnieniowym i odzysku CO2 z gazu surowego.

EN

The paper presents the research results of applying selected commercial sorbents and synthesized from fly ash ones in adsorption method applying for carbon dioxide separation from flue gases emitted during coal burning, in oxygen-enriched atmosphere, as the one of the post-combustion CO2 capture methods. The feed gas is a simulated flue gas mixture containing: CO2, N2, O2 separated in two-bed pressure swing adsorption (PSA) installation. The process was carried out under different pressures and velocity of feed gas as well as different purge ratios. The results of average concentration of CO2 in low- pressure product and average recovery of CO2 from feed gas were presented for specific configuration of conducted process.

16

Wydzielanie wodoru z mieszanin gazowych powstałych w procesie wysokotemperaturowej konwersji gazu koksowniczego

Tańczyk M., Warmuziński K., Jaschik M.

Polityka Energetyczna

|

2009

|

T. 12, z. 2/2

577-591

PL

Jednym z bardziej atrakcyjnych, alternatywnych do gazu ziemnego, źródeł wodoru są strumienie gazów przemysłowych generowanych w różnych procesach chemicznych. Biorąc pod uwagę znaczne zróżnicowanie tych strumieni względem stężenia wodoru, temperatury i ciśnienia, proces wydzielania wodoru z takich mieszanin musi być projektowany indywidualnie do każdego przypadku. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki wielowariantowych obliczeń symulacyjnych procesu wydzielania wodoru z produktu wysokotemperaturowej konwersji gazu koksowniczego metodą adsorpcji zmiennociśnieniowej. Stwierdzono m.in. że, przy natężeniu przepływu gazu zasilającego w kroku adsorpcji nie wyższym niż 7,5 mn3/h i stosunku LWA/L=0,5 można uzyskać czysty wodór przy stosunkowo niskim ciśnieniu 10 bar ze sprawnością odzysku przekraczającą 66%.

EN

Industrial gaseous streams produced in various chemical processes are very attractive source of hydrogen. Their composition, temperature and pressure are, however, diversified so that a process of hydrogen separation from these streams has to be developed separately for each specific case. The hydrogen separation is performed very often in the pressure swing adsorption (PSA) process. In the present paper hydrogen recovery from the gaseous product of the process of the high-temperature conversion of coke-oven gas was investigated theoretically. The mathematical model was then developed to study the PSA separation process (Eqs 1-12). Four-bed PSA unit was considered with two adsorbent layers (activated carbon BA-10 Raciborz and zeolite 5A Zeochem). Adsorbent properties was given in Table 1 and the appropriate equilibrium and kinetic data was presented in Tables 2-5. Feed gas to the PSA process consisted of H2: 72.1%, CH4: 2.5%, CO: 19.1% and CO2: 6.3 %. The PSA cycle was presented in Fig. 1. The PSA process efficiency, described by hydrogen purity, recovery (Eq. 13) and productivity (Eq. 14), was checked against feed gas pressure, temperature and flow rate, and LWA/L ratio. In Figs 2-4 exemplary results of simulations were presented for the feed gas flow rate of 7.5 mn3/h and temperature of 303K. The dependence of the process efficiency on temperature is presented in Figs 5-7 for the feed gas flow rate of 7.5 mn3/h and LWA/L=0,5. It was found that if the feed gas flow rate in the adsorption step does not exceed 7,5 mn3/h (v?2 cm/s) and LWA/L=0,5 pure hydrogen with the recovery greater than 66% is produced at the rather low pressure 10 bar. It was also concluded that the hydrogen recovery decreases when pressure in the adsorption step is increased. On the other hand the recovery is greater for lower length of the active carbon bed (LWA). It was also found that at temperature of the feed gas lower than 30oC the hydrogen recovery decreases. At temperature of the feed gas greater that 30oC the feed gas pressure has to be greater than 10 bar in order to obtain pure hydrogen in the adsorption step. The possible way of further processing of the waste gas from the PSA installation was also discussed which includes the water gas shift reaction and the H2/CO2 separation in the hybrid process.

17

Badanie procesu regeneracji adsorbentu przez przedmuch gazem inertnym pod próżnią

Kupiec K., Rakoczy J.

Inżynieria i Aparatura Chemiczna

|

2009

|

Nr 5

69-70

PL

Badano proces adsorpcyjnego usuwania wody z parowej mieszaniny etanol-woda. Regenerację adsorbentu zeolitowego przeprowadzano pod próżnią poprzez płukanie złoża bezwodnym etanolem. Przedstawiono i przeanalizowano eksperymentalnie wyznaczone profile zawartości wody w złożu adsorbentu.

EN

A process of adsorption removal of water from ethanol based on swing pressure adsorption/desorption cycles was investigated in a laboratory-scale installation. The regeneration of zeolitic adsorbent was performed under lowered pressure by purging of anhydrous ethanol through the bed. The profiles of water concentration in the bed are presented and discussed.

18

Doświadczalna weryfikacja modelu matematycznego adsorpcji zmiennociśnieniowej

Kupiec K., Rakoczy J., Zieliński Ł.

Przemysł Chemiczny

|

2008

|

T. 87, nr 2

179-182

19

Hybrydowe układy do rozdziału mieszanin wodoru i dwutlenku węgla. Zastosowanie uproszczonych modeli matematycznych do obliczeń membranowego procesu separacji

Warmuziński K., Jaschik M., Tańczyk M., Janusz-Cygan A.

Polityka Energetyczna

|

2008

|

T. 11, z. 1

517-529

PL

Ograniczanie emisji gazów cieplarnianych, zwłaszcza C02, jest jednym z głównych zadań stawianych w projektach ramowych UE. Było ono m.in. celem priorytetu tematycznego 6.1 (Zrównoważone Systemy Energetyczne) 6. Programu Ramowego UE. W obrębie tego priorytetu jest realizowany projekt HY2SEPS, zaprezentowany w poprzedniej publikacji [1], którego zasadniczym celem jest opracowanie hybrydowego, membranowo-adsorpcyjnego procesu wydzielania wodoru. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki projektu w zakresie uproszczonego modelowania membranowej części układu hybrydowego. Omówiono jeden z opracowanych modeli permeacji gazów oraz zaprezentowano wyniki symulacji numerycznych procesu rozdziału mieszanin H2/CO2, H2/N2 i H2/CH4 w module membranowym. Dokonano także porównania wyników obliczeń z danymi doświadczalnymi, uzyskanymi od jednego z partnerów projektu - FORTH/ICE-HT z Grecji.

EN

HY2SEPS (Hybrid Hydrogen - Carbon Dioxide Separation Systems) is one of the EU-funded projects directed at the reduction of CO2 emissions [1]. The principal objective of the project is to develop a hybrid membranę - adsorptive H2/CO2 separation techniąue that would form an integral element of the pre-combustion process. One of the tasks of the Institute of Chemical Engineering, Polish Academy of Sciences is to derive simplified mathematical models for the membranę separation of H2/CO2 mixtures. These models will be included in a comprehensive model of the hybrid system. In the present study one of the simplified models developed is discussed, namely that with the coun-tercurrent pług flow of the feed and permeate. It is assumed that the feed may contain N permeating species, an additional inert component may be present in the permeate, the permeation coefficients are independent of the pressure, and the process is isothermal. The system studied is shown in Fig. 1. The feed gas composition is determined using eąuations (1) and (2), and that of the permeate from equations (3)-(5). Boundary conditions are described by eąuations (6) and (7), and the retentate and permeate flow rates by eąuations (8) and (9). A number of simulations were carried out concerning the separation of binary mixtures that may appear following the steam conversion of methane. The separation of C02 from its 50/50 binary mixtures with hydrogen, nitrogen and methane was studied in a ceramic membranę module over 35-90°C, and at a temperaturę of 60°C for C02 concentrations of 10 to 90 mole percent. The calculational results were compared with the experimental data obtained by FORTH/ICE-HT (Greece) [6]. In Tables 1 and 3 the basie parameters of the process analysed are shown; Table 2 summarizes all the cases investigated in the present study. The estimated fluxes of CO2 and H2 are shown alongside those measured experimentally as a function of temperaturę and C02 partial pressure in, respectively, Figs 2 and 3. The results concerning the C02/CH4 and CO2/N2 mixtures are shown, respectively, in Figs 4 and 5 and Figs 6 and 7. It is concluded that, generally, the CO? flux increases monotonically with both temperaturę and CO? partial pressure. It is also found that the fluxes of hydrogen, methane and nitrogen reach a minimum at a temperaturę slightly above 50°C. Overall, a good agreement was obtained between the simulations and experiments, despite using a simplified description of trans-membrane mass transfer and employing permeation coefficients for pure species.

20

Usuwanie wody ze spirytusu gorzelnianego w celu otrzymania bioetanolu paliwowego

Rakoczy J., Kupiec K., Błąk A., Larwa T.

Czasopismo Techniczne. Chemia

|

2008

|

R. 105, z. 1-Ch

115-124

PL

W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań dotyczące cyklicznego procesu adsorpcyjno- desorpcyjnego w skali laboratoryjnej. Badania dotyczyły adsorpcyjnego usuwania wody z jej parowych mieszanin z etanolem. Taki proces jest stosowany przy odwadnianiu etanolu w celu zastosowania go jako dodatku do paliw.

EN

The results of the experimental studies on the adsorption-desorption cycles performed in a laboratory scale stand are presented. The studies refer to adsorption of water from ethanol - water vapour mixtures. This adsorption-desorption process is applied in industrial plants for production of dehydrated ethanol as a fuel additive.