Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Politechnika gdańska ccs-r aranowski

2,934 views

Published on

Published in: Sports, Automotive
  • Be the first to comment

Politechnika gdańska ccs-r aranowski

  1. 1. KATEDRA TECHNOLOGII CHEMICZNEJ POLITECHNIKA GDAŃSKA ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk Robert Aranowski Czyste technologie węglowe i CCS – wychwytywanie i magazynowanie dwutlenku węgla – zagrożenie czy szansa dla gmin i przedsiębiorstw w regionie łódzkim? Łódź 26.11.2010 „SEPARACJA DWUTLENKU WĘGLA”
  2. 2. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Plan prezentacjiPlan prezentacji • Wstęp • Charakterystyka gazów zawierających CO2 • Metody wychwytu CO2 – Podział metod – Wady i zalety • Metody separacji CO2 – Podział metod – Wady i zalety • Metody membranowe – Podział metod – Wady i zalety • Badania własne separacji CO2 z zastosowaniem SILM • Podsumowanie 2
  3. 3. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Stężenie COStężenie CO22 w różnych rodzajach gazów spalinowychw różnych rodzajach gazów spalinowych Rodzaj spalin Stężenie CO2 [% v/v] Gazy spalinowe z elektrowni - kotły węglowe 14 - kotły gazowe <8 - gaz ziemny w cyklu kombinowanym 4 - spalanie węglowo-tlenowe >80 Spaliny z pieców hutniczych - przed spaleniem 20 - po spaleniu 27 Pozostałe - gazy z wypalania cementu 4-23 - petrochemia i rafinerie 8 3
  4. 4. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Skład biogazu Składnik I II II Metan 60-65 % 45-50 % 45 – 80% Dwutlenek węgla 34-38 % 35-45 % 35 – 55 % Azot 0 % 4-16 % 0 % Tlen 0 % 1-4 % 0 % Para wodna 1-1,4 % 1-1,4 % 1-1,4 % Związki siarki 200 mg/m3 150 mg/m3 20-200 mg/m3 Związki chloru 100 mg/m3 50 mg/m3 - Związki fluoru 20 mg/m3 25 mg/m3 - 4 I - gaz wysypiskowy przy naturalnym wypływie gazu ze złoża II - gaz wysypiskowy przy odsysaniu i dobrym uszczelnieniu hałdy III - gaz pochodzący z metagenezy odpadów organicznych
  5. 5. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Wychwytywanie COWychwytywanie CO22 5
  6. 6. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Wychwyt COWychwyt CO22 ze spalinze spalin 6 SPALANIE SEPARACJIA CO2 PALIWO POWIETRZE CO2 GAZY SPALINOWE N2, O2, H2O OSUSZANIE, SPRĘŻANIE, TRANSPORT I SKŁADOWANIE CO2 • Niskie stężenie CO2 w spalinach 5-16% • Niskie ciśnienie spalin • Spaliny zanieczyszczenie NOx, SOx, pyłami • Obniżenie sprawności energetycznej układu o 5,5-11% Instalacja absorpcji CO2 dla kotła 500 MWe
  7. 7. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Wychwyt COWychwyt CO22 przed procesem spalaniaprzed procesem spalania 7 ZGAZOWANIE KONWERSJA CO PALIWO POWIETRZE CO2 GAZY H2 OSUSZANIE, SPRĘŻANIE, TRANSPORT I SKŁADOWANIE CO2 SPALANIE POWIETRZE H2O, N2 H2O Obniżenie sprawności energetycznej układu o 6-8% dla CO2 ciekłego i 4-5% dla CO2 gazowego W przypadku konwersi CO z gazu oczyszczonego sprawności energetycznej układu obniża się o 7-10% dla CO2 ciekłego i 4-7% dla CO2 gazowego
  8. 8. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Technologia OxyfuelTechnologia Oxyfuel 8 SEPARACJA SPALANIE POWIETRZE CO2 O2 OSUSZANIE, SPRĘŻANIE, TRANSPORT I SKŁADOWANIE CO2 SEPARACJA N2 PALIWO N2 • Wysokie stężenie CO2 w spalinach do 80 • Znaczne zmniejszenie ilości spalin do 40% • Zmniejszenie komory spalania i układu oczyszczania gazów • Podwyższenie temperatury spalanie • Zmniejszenie ilości powstających NOx • Wzrost sprawności kotła • Obniżenie sprawności energetycznej układu o 3,5- 9%
  9. 9. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Proces HydrocarbProces Hydrocarb 9 HYDROZGAZOWANIE ROZKŁAD /KONWERSJA CH4 GAZY SYNTEZA METANOLU PALIWO KAMIEŃ WAPIENNY WĘGIEL H2 H2O POPIOŁY CO, H2 • W przypadku hydrozgazowania węgla konieczne są duże ilości wodoru • Możliwość pozyskania paliw płynnych
  10. 10. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Ogniwa paliwoweOgniwa paliwowe 10 REFORMING/ ZGAZOWANIE SPALANIE (OGNIWO PALIWOWE) PALIWO CO2 H2, CO OSUSZANIE, SPRĘŻANIE, TRANSPORT I SKŁADOWANIE CO2 SEPARACJA O2, (CO2) CO,H2 O2, (CO2) • Wysokotemperaturowe • Tlenkowe SOFC • Na stopionych węglanach MCFC • Niskotemperaturowe • Kwasowe PAFC • Membranowe/polimerowe PEMFC/PEFC • Alkaiczne AFC Obniżenie sprawności energetycznej układu o 1,5-14,3% w przypadku spalanie węgla i o 1,0-2,4% w przypadku spalania gazu ziemnego
  11. 11. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Technologie separacji COTechnologie separacji CO22 11
  12. 12. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Metody absorpcyjne, absorpcja chemiczna i fizycznaMetody absorpcyjne, absorpcja chemiczna i fizyczna • Wodne roztwory amin – Monoetanoloamina MEA – Dietanoloamina DEA – Diglikoloamina DGA – Metyldietanoloamina MDEA – Aminy z zawadą przestrzenną • Węglan potasu lub sodu • Wodny roztwór amoniaku • Wodorotlenek sodu 12 ZALETY •MEA uważana jest za najlepszą ciecz absorpcyjną względem CO2 (98-99%), • ma zdolność do absorbowania CO2 w warunkach niskiego ciśnienia i zdolności do regeneracji WADY •MEA ulega procesom degradacji na drodze redukcji z SOx , NOx i tlenem •korozja w absorberach i regeneratorach Absorpcja fizyczna W metodzie tej wykorzystywane są organiczne i nieorganiczne ciekłe sorbentu typu: metanol ( Rectisol), glikol (Selexol), węglan propylenowy (Fluor), Sulfolan (Sulfinol),
  13. 13. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Metody adsorpcyjneMetody adsorpcyjne • Proces adsorpcji składa się z dwóch cykli: adsorpcji i odzyskiwania CO2 (regeneracja adsorbentu ) – PSA, Pressure Swing Adsorption – TSA, Temperature Swing Adsorption – VPSA, Vacuum Pressure Swing Adsorption – URPSA, Ultra-rapid Pressure Swing Adsorption – ESA, Electric Swing Adsorption • Adsorbenty stosowane w procesie separacji CO2 to: – Węgiel aktywny – Zeolity naturalne i syntetyczne – Żel krzemionkowy i glinowy – Tlenek glinu aktywowany 13 ZALETY •najbardziej korzystną techniką adsorpcyjną jest PSA, w której w porównaniu do innych technik istnieje mniejsze zapotrzebowanie na adsorbent uzyskuje się wysoką czystość gazu przy niskim zapotrzebowaniu na energię WADY •istotny wpływ składników spalin (szczególnie H2O) w prowadzeniu procesu • mogą przeszkadzać ziarna pyłu zawarte w spalinach, mogące dezaktywować miejsca adsorpcyjne
  14. 14. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Połączenie procesu adsorpcji i absorpcji chemicznejPołączenie procesu adsorpcji i absorpcji chemicznej Połączeniem procesu adsorpcji i absorpcji chemicznej jest proces, w którym CO2 jest chemicznie absorbowany przez węglan potasu, sodu osadzony na węglu aktywnym, materiałach zeolitowych, w wyniku czego powstaje wodorowęglan potasu, sodu 14 K2CO3 + CO2 + H2O → 2KHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O → 2 NaHCO3 Proces egzotermiczny ΔH = -141,2 kJ/mol K2CO3 2KHCO3 → K2CO3 + CO2 + H2O 2 NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O T> 150°C Proces endotermiczny ΔH = 141,2 kJ/mol K2CO3 proces można prowadzić cyklicznie dzięki temu , iż węglan potasu, sodu osadzony jest na porowatym nośniku – węglu aktywnym, zeolicie - uzyskuje się wysoką czystość CO2 >99% - skuteczność odzysku CO2 -95% Karbonizacja Regeneracja SPALINY GAZY OCZYSZCZONE CO2, H2O GAZ INERTNY
  15. 15. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Metody kriogeniczneMetody kriogeniczne Kriogeniczna separacja CO2ze strumieni spalin kotłowych obejmuje wielofazowe sprężanie i chłodzenie sprężanego gazu do odpowiedniej temp. a następnie wydzielanie CO2 w postaci ciekłe Metodę zaleca się stosować, gdy stężenie CO2 w spalinach kotłowych przekracza 20% obj. 15 Związek Tw [°C] Dwutlenek węgla - 78 (sublimacja) Metan -162 Tlen -183 Azot -196 Argon -186 ROZDZIELANIE POWIETRZA POWIETRZE SPALANIE SKRAPLANIE/ ROZDZILANIE CO2 CO2 do zagospodarowaniaN2 O2 SPALINY GAZ OCZYSZCZONYGAZ ZAWRACANY
  16. 16. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Metody membranoweMetody membranowe 16
  17. 17. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Metody membranoweMetody membranowe 17
  18. 18. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Zimmobilizowane membrany ciekłeZimmobilizowane membrany ciekłe (Supported Ionic Liquids Membrane-SILM)(Supported Ionic Liquids Membrane-SILM) 18 SILM składają się z porowatego, polimerowego nośnika wysycanego cieczą jonową stanowiącą tzw. fazę membranową.
  19. 19. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Rozkład wielkości porów nośnika Polieterosulfon (PES) Poliamid (nylon) Polifluorek winylidenu (PVDF) Polipropylen (PP) Średnia wielkość porów 0,2 Nośnik polimerowy Skrót Gęstość [kg/m3 ]* Grubość membrany [µm]* Polieterosulfon PES 1790 123 Poliamid Nylon 1130 110 Polipropylen PP 900 92 Polifluorek winylidenu PVDF 1370-1510 148
  20. 20. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Ciecze jonoweCiecze jonowe Ciecz jonowa to związek chemiczny, organiczny składający się z kationu i anionu. Sól ta charakteryzuje się temperaturą topnienia poniżej temperatury wrzenia wody. Możliwa liczba kombinacji kation–anion 1018 20
  21. 21. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Cechy cieczy jonowychCechy cieczy jonowych • Ciekłe w temperaturze umiarkowanych (< 100°C) • Rozpuszczają związki nieorganiczne i organiczne • Stabilne termicznie – wysoka temperatura wrzenia • Niska prężność par w temp. pok. (są niepalne) • Mogą być hydrofobowe jak i hydrofilowe • Zachowują aktywność enzymów i rozpuszczają je • Zwilżają powierzchnię metali, polimerów i minerałów • Wykazują działanie katalityczne • Ekstrahują związki siarki z oleju napędowego • Wykazują działanie smarujące • Rozpuszczają celulozę i jej pochodne • Przewodzą prąd • Wykazują właściwości antyelektrostatyczne • Wykazują aktywność wobec bakterii i grzybów • Balsamują tkanki (zamiennik formaliny) • Konserwują drewno i papier 21
  22. 22. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Temperatura topnienia soli imidazoliowychTemperatura topnienia soli imidazoliowych [C2mim] [PF6]; [C2mim] [BF4]; [C2mim] [TfO]; [C2mim] [Tf2N] 22 Anion Temperatura topnienia [°C] Cl 87 PF6 58–60 NO2 55 CH3CO2 45 NO3 38 CF3 CF2 CF2 CF2 SO3 28 CF3 CO2 14 CF3 SO3 9 BF4 6 (CF3 SO2 )2 N 4 N N CH3 C2H5+ A- [C2mim] [A]
  23. 23. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Zalety cieczy jonowej jako absorbentaZalety cieczy jonowej jako absorbenta • Temperaturę topnienia nie przekracza 100°C • Stosunkowo dobra stabilność termiczna • Posiadają dużą selektywność (absorbują CO2 przy jednoczesnej niewielkiej koabsorpcji innych gazów) • Praktycznie niemierzalna prężność par (nie powodują wtórnego zanieczyszczenia strumienia oczyszczanego gazu) 23 Rozpuszczalnik Prężność par [hPa]* Aceton 233 Metanol 128 Trichloroetylen 77 Heptan 48 Woda 23 Ciecze jonowe <0,1 * Merck KGaA. Germany.
  24. 24. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Wady cieczy jonowej jako absorbentaWady cieczy jonowej jako absorbenta • Ciecze jonowe są potencjalnym zagrożeniem dla środowiska wodnego (kation imidazoliowy działa podobnie jak toluen i dichlorometan) • Spalanie cieczy jonowych generuje toksyczne gazy (F2 czy HF) • Problem z otrzymaniem chemicznie czystej cieczy jonowej (obecność soli, kolor, zapach) • Problem z utylizacją zużytych cieczy jonowych • Nieznana lub słabo znana toksyczność cieczy jonowych • Wysoka lepkość, szczególnie dla podstawionych długołańcuchowymi podstawnikami alitatycznymi 24
  25. 25. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Prężność cząstkowa COPrężność cząstkowa CO22, C, C22HH44, C, C22HH66, CH, CH44 i Oi O22 w zależności odw zależności od stężenia w roztworze [BMIM][PFstężenia w roztworze [BMIM][PF66] w temperaturze 25°C*] w temperaturze 25°C* 25 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,0 3,0x10 5 6,0x10 5 9,0x10 5 1,2x10 6 1,5x10 6 Ciśnienie(Pa) Ułamek molowy CO2 CO2 C2 H4 C2 H6 CH4 Ar O2 * Brennecke, J.F., Maginn, E.J., 2002, Purification of gas with liquid ionic compounds, US, 10/113,400, 1-16,
  26. 26. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Właściwości fizykochemiczne cieczy jonowychWłaściwości fizykochemiczne cieczy jonowych stosowanych w eksperymentachstosowanych w eksperymentach 26 Ciecz jonowa Wzór chemiczny Gęstość [g/cm3 ] Lepkość [mPa·s] Rozpuszczalność [mol/(dm3 ·atm)] Temperatura topnienia [o C] [EMIM] [Tf2 N] [C6 N2 H11 ]+ [(CF3 SO2 )2 N]- 1,52 2,6 0,090 -3 [EMIM] [TfO] [C6 N2 H11 ]+ [CF3 SO3 ]- 1,39 55,6 0,074 -9 Stosowano imidazoliowe ciecze jonowe posiadające w strukturze kation 1-etylo-3-metyloimidazoliowy [EMIM] i aniony fluoroalkilowe bis((trifluorometylo)sulfonylo)imidu [Tf2N] oraz trifluorometylosulfonian [TfO] , które selektywnie separują ditlenek węgla. [EMIM][Tf2N] [EMIM][TfO]
  27. 27. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl OddziaływanieOddziaływanie cieczy jonowej z nośnikiem polimerowymcieczy jonowej z nośnikiem polimerowym 27 Nośnik Ciecz jonowa Masa Nośnika [g] Masa SILM [g] Przyrost masy [%] Przyrost grubości membrany [%] PVDF [EMIM][Tf2 N] 0,110 0,444 75,2 27,6 PVDF [EMIM][TfO] 0,114 0,410 72,0 Nylon [EMIM][Tf2 N] 0,057 0,241 76,1 0 Nylon [EMIM][TfO] 0,057 0,239 76,0 PES [EMIM][Tf2 N] 0,053 0,300 82,2 1,3 PES [EMIM][TfO] 0,051 0,270 80,5 PP [EMIM][Tf2 N] 0,030 0,229 87,1 0 PP [EMIM][TfO] 0,029 0,191 84,6
  28. 28. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl OddziaływanieOddziaływanie cieczy jonowej z nośnikiem polimerowymcieczy jonowej z nośnikiem polimerowym • Największy przyrost masy miał miejsce w przypadku immobilizacji cieczy jonowej [EMIM][Tf2N] w porach nośnika wykonanego z PP • Nośnik PVDF charakteryzował się najmniejszym przyrostem masy po immobilizacji, ale największym przyrostem grubości (pęcznienie membrany - zmniejszenie porów) • Ze względu na niższą lepkość ciecz jonowa [EMIM] [Tf2N] posiadała większą zdolność do immobilizacji w porach wszystkich badanych nośników, w porównaniu z cieczą [EMIM][TfO] 28 Nośnik przed immobilizacją Nośnik po immobilizacją
  29. 29. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Metodyka wyznaczania współczynników dyfuzji 29 1 termostat, 2 – zasobnik ciśnieniowy CO‑ 2, 3 – zasobnik ciśnieniowy CH4, 4 – zasobnik ciśnieniowy N2, 5, 6, 7 – zawory redukcyjne, 8 zawór iglicowy, 9 – rotametr, 10 – elektroniczny‑ przekaźnik ciśnień, 11- elektroniczny czujnik temperatury, 12,13,14 – miejsca poboru gazów do analizy, A część komory z gazem‑ obojętnym, B – część komory z biogazem. Metodyka wyznaczania: • wypełnienie przestrzeni permeatu gazem obojętnym – N2 • wypełnienie przestrzeni nadawy mieszaniną dwutlenku węgla (IV) i azotu o określonym stężeniu (30, 50 100% CO2) • rejestracja wzrostu ciśnienia w permeacie i spadek ciśnienia w nadawie • Obliczenia strumienia przenikającego gazu CO CH N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1314 B A 42 2
  30. 30. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Wyniki dyfuzji COWyniki dyfuzji CO22 przez SILMprzez SILM 30 Zależność dyfuzji od prężności cząstkowej CO2 dla nośników PVDF, PP, Nylon, PES wysyconych: [EMIM][Tf2N][EMIM][TfO] 0,0 2,0x10 4 4,0x10 4 6,0x10 4 8,0x10 4 1,0x10 5 5,0x10 -5 1,0x10 -4 1,5x10 -4 2,0x10 -4 2,5x10 -4 Strumieńmolowy(mol/m 2 s) Prężność cząstkowa CO2 (Pa) PVDF PP Nylon PES 0,0 2,0x10 4 4,0x10 4 6,0x10 4 8,0x10 4 1,0x10 5 0,0 5,0x10 -5 1,0x10 -4 1,5x10 -4 2,0x10 -4 2,5x10 -4 3,0x10 -4 Strumieńmolowy(mol/m 2 s) Prężność cząstkowa CO2 (Pa) PVDF PP nylon PES Strumień molowy tlenku węgla (IV) w SILM
  31. 31. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl Parametry przenikania dwutlenku węglaParametry przenikania dwutlenku węgla Nośnik polimerowy Ciecz jonowa Współczynnik dyfuzji (1010 m2 /s) Permeacja (barrer) PES [EMIM] [Tf2 N] 6,08 913,35 PES [EMIM] [TfO] 4,79 883,32 Nylon [EMIM] [Tf2 N] 4,04 598,98 Nylon [EMIM] [TfO] 3,2 632,89 PP [EMIM] [Tf2 N] 4,57 554,81 PP [EMIM] [TfO] 3,9 483,21 PVDF [EMIM] [Tf2 N] 3,4 419,45 PVDF [EMIM] [TfO] 2,86 421,38 31
  32. 32. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl PodsumowaniePodsumowanie • Dyfuzja CO2 przebiegała najszybciej dla membran, w której nośnikiem był PES, a fazę membranową stanowiła ciecz [EMIM][Tf2N] • Głównym parametrem warunkującym przenikanie gazu przez SILM jest lepkość cieczy, dlatego też współczynniki dyfuzji i przepuszczalności większe są w membranach z cieczą [EMIM][Tf2N] niż [EMIM][TfO] • Z pośród badanych nośników lity PES charakteryzuje się największą przepuszczalnością ditlenku węgla (2,6 barrera) * • Na najniższy współczynnik dyfuzji dla membran, w których nośnikiem był PVDF mogło mieć wpływ zmniejszanie się porów membrany na etapie wysycenia IL’s (pęcznienie membrany) 32 *) A. Bos, I.G.M. PuÈnt, M. Wessling*, H. Strathmann, CO2-induced plasticization phenomena in glassy polymers, J.Membr.Sci., 1999. 155: p. 67-78 **) P. Scovazzo,J. Kieft, D.A. Finan, C. Koval, D. DuBois, R. Noble, Gas separations using non-hexafluorophosphate [PF6]−anion supported ionic liquid membranes. J. Membr. Sci., 2004. 238: p. 57-63.
  33. 33. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl PodsumowaniePodsumowanie Zastosowanie technologii unieruchomionych ciekłych membran umożliwi: – drastyczne ograniczenie stosowanych absorbentów, – obniżenie zużycia energii, – ciągłą pracę modułu separacyjnego (w odróżnieniu od tradycyjnych rozwiązań - układ absorber - desorber), – aplikację nowatorskich cieczy absorbujących, – zastosowanie, jako fazy membranowej, związków działających selektywnie i nie ulegających wymywaniu/odparowaniu z porów membrany w trakcie procesu, co doprowadzi do znacznego poprawienia stabilności ciekłej membrany, – zastosowanie absorbentów selektywnie pochłaniających CO2 o wysokich współczynnikach dyfuzji umożliwi zwiększenie szybkości separacji CO2. 33
  34. 34. KTChKTCh Katedra Technologii Chemicznej, Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk tel.: 058 347 20 65 faks: 058 347 20 65 e-mail: ktch@pg.gda.pl www.technologia.gda.pl PodsumowaniePodsumowanie • Wybór metody usuwania CO2zależy od wielu czynników, do głównych można zaliczyć: – Warunki procesowe – Skład paliwa i oczyszczanego gazu – Ciśnienia gazów spalinowych – Stężenia CO2 – Natężenia przepływu oczyszczanego gazu. 34

×