Aplikace adsorpce za měnícího se tlaku (PSA) na dělení směsi plynů

Jan Vijačka

Master's thesis

Application of pressure swing adsorption on separation of gas mixtures

Abstract:

Tato práce je zaměřena na dělení směsi plynů pomocí adsorpce. Konkrétně se jedná o směs CH4-CO2, představující bioplyn, která se čistí od podílu oxidu uhličitého. Pro tuto aplikaci se využije metoda PSA v dvoukolonovém uspořádání a jako adsorbent granulované aktivní uhlí. Praktická část práce se věnuje zprovoznění aparatury pro měření průrazových křivek a aparatury pro samotný experiment PSA s navržením metodiky vedení experimentů. Pro tyto experimenty se využily dvě ocelové kolony, naplněné granulovaným aktivním uhlím a utěsněnými pro vyšší tlak. Mezi měřené experimenty patřilo měření průrazových křivek, proces PSA a několik doplňujících experimentů, jako je měření těsnosti kolon a podobně. V diplomové práci jsou uvedeny vybrané výsledky měření průrazových křivek dvou směsí plynů. První z nich byla směs CO2-vzduch a druhá CH4-vzduch, kdy se využilo předpokladu, že vzduch je směs O2 a N2, které se výrazně neadsorbují, tedy podstatně neovlivňují adsorpční kapacitu uhlí pro danou látku. V práci jsou uvedeny také výsledky experimentu PSA pro odstraňování CO2 ze směsi CH4-CO2, který je na aparatuře možno vést dvěma způsoby. Byly provedeny návrhy na optimalizaci dvoukolonového uspořádání i s návrhem experimentu pro částečnou simulaci uspořádání vícekolonového.

Abstract:

Separation of gases mixtures by using adsorption was reported here. Specifically mixture of CH4-CO2 representing biogas, which was purified from the carbon dioxide. For this application was used PSA method in two-column arrangement with granulated active carbon as adsorbent. The Experimental part is dedicated to launching apparatus for measuring of breakthrough curves and apparatus for PSA with the design of experimental methodology. Two steel pressure-tight columns filled by granulated active carbon were used for measurement of breakthrough curves, PSA process and several additional experiments such as measurement of tightness of the columns etc. In this thesis are presented selected measurement results of breakthrough curves for two gas mixtures. The first one was a mixture of CO2-air and the second one was CH4-air. Assumption that air is a mixture of nitrogen and oxygen, which no significantly adsorb and does not contribute on adsorption capacity of activated carbon for the substance was used. The PSA experiments for purifying mixture of CH4-CO2 from the carbon dioxide/(CO2) performed in two ways were represented too. The suggestions for optimization of two-column arrangement of PSA also as design of the experiment for a partial simulation of the columns layout were introduced in this thesis too.

Keywords

Adsorpce, čištění bioplynu, průrazová křivka, PSA, adsorpce za měnícího se tlaku

Keywords

Adsorption, biogas purification, breakthrough curve, PSA, pressure swing adsorption

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 4. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 26. 5. 2015
• Supervisor: Marek Večeř
• Reader: Pavel Leštinský

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství

Master programme / field:
Procesní inženýrství / Chemické inženýrství