Численный анализ циклического процесса адсорбционного разделения синтез-газа

Автор: Акулинин Е.И., Голубятников О.О., Дворецкий Д.С., Дворецкий С.И.

Журнал: Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий @vestnik-vsuet

Рубрика: Химическая технология

Статья в выпуске: 1 (83), 2020 года.

Бесплатный доступ

Проведено численное исследование динамики циклического процесса короткоцикловой безнагревной адсорбции при разделении синтез-газа и концентрировании водорода. Изучено влияние режимных (давления на выходе компрессора и вакуум-насоса, длительности цикла «адсорбция-десорбция», коэффициента обратного потока) и конструктивных (высоты насыпного слоя адсорбента и внутреннего диаметра адсорбера) параметров установки на степень извлечения и чистоту концентрируемого водорода, производительность установки в заданном диапазоне изменения температуры, состав и давление исходной газовой смеси. Установлено, что при уменьшении содержания водорода от 68 до 48 об. % и одновременном увеличении содержания диоксида углерода в исходной газовой смеси от 27 до 47 об. % требуемое значение чистоты водорода на уровне 99.99 об. % может быть достигнуто за счет уменьшения давления на выходе вакуум-насоса от 0,75?105 до 0,5?105 Па. При этом увеличивается длительность стадии адсорбции от 120 до 150 с, а степень извлечения водорода снижается от 55 до 52% вследствие увеличения доли потока, отбираемого на регенерацию адсорбента. Повышение температуры исходной газовой смеси от 293 до 323 К приводит к необходимости уменьшения длительности стадии адсорбции от 148 до 42 с из-за уменьшения равновесных концентраций диоксида и моноксида углерода в адсорбенте.

Еще

Безнагревная адсорбция, цеолитовый адсорбент nax, синтез-газ, водород, динамика, математическое моделирование, вычислительный эксперимент

Короткий адрес: https://readera.org/140248307

IDR: 140248307   |   DOI: 10.20914/2310-1202-2020-1-230-236

Список литературы Численный анализ циклического процесса адсорбционного разделения синтез-газа

  • Ohs B., Lohaus J., Marten D., Hannemann-Tamas R. et al. Optimized hollow fiber sorbents and pressure swing adsorption process for H2 recovery // Ind. Eng. Chem. Res. 2018. V. 57. № 14. P. 5093-5105.
  • Agarwal A., Biegler L., Zitney S. Superstructure-based optimal synthesis of pressure swing adsorption cycles for precombustion CO2 Capture // Ind. Eng. Chem. Res. 2010. V. 49. № 11. P. 5066-5079.
  • Arora A., Bajaj I., Iyer S., Hasan M. Optimal synthesis of periodic sorption enhanced reaction processes with application to hydrogen production // Comp. Chem. Eng. 2018. V. 115. P. 89-111.
  • Ben-Mansour R., Habib M.A., Bamidele O.E., Basha M. et al. Carbon capture by physical adsorption: Materials, experimental investigations and numerical modeling and simulations - A review // Applied Energy. 2016. V. 161. P. 225-255.
  • Ruthven D.M., Farooq S., Knaebel K.S. Pressure swing adsorption. New York, 1993. 376 p.
  • Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. Москва: Издательский дом МЭИ, 2016. 496 c.
  • Shafeeyan M.S., Wan Daud W.M.A., Shamiri A. A review of mathematical modeling of fixed-bed columns for carbon dioxide adsorption // Chem. Eng. Res. Des. 2014. V. 92. № 5. P. 961-988.
  • Tao W., Ma S., Xiao J., B?nard P. et al. Simulation and optimization for hydrogen purification performance of vacuum pressure swing adsorption // Energy Procedia. 2019. V. 158. P. 1917-1923.
  • Han Z.-Y., Xing R., Zhang D.-H., Shen Y.-H. et al. Vacuum pressure swing adsorption system for N2/CH4 separation under uncertainty // Chem. Eng. Res. and Des. 2019. V. 142. P. 245-256.
  • Дубинин М.М. Адсорбция и пористость. Москва: Изд. ВАХЗ, 1972. 123 с.
  • Tavan Y., Hosseini S.H., Olazar M. A note on an integrated process of methane steam reforming in junction with pressure-swing adsorption to produce pure hydrogen: Mathematical modeling // Ind. Eng. Chem. Res. 2015. V. 54. № 51. P. 12937-12947.
  • Akulinin E.I., Golubyatnikov O.O., Dvoretsky D.S., Dvoretsky S.I. Numerical study of cyclic adsorption processes of air oxygen enrichment in dynamics // Journal of Physics: Conference Series. 2019. V. 1278. № 1. 012005.
  • Akulinin E.I., Golubyatnikov O.O., Dvoretsky D.S., Dvoretsky S.I. Optimizing pressure-swing adsorption processes and installations for gas mixture purification and separation // Chemical Engineering Transactions. 2019. V. 74. P. 883-888.
  • Grossmann I.E., Apap R.M., Calfa B.A., Garcia-Herreros P. et al. Mathematical Programming Techniques for Optimization under Uncertainty and Their Application in Process Systems Engineering // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2017. V. 51. № 6. P. 893-909.
  • Rice R.G., Do D.D. Applied Mathematics and Modeling for Chemical Engineers; 2 ed. New Jersey, 2012.
  • Гольдштейн А.Л. Оптимизация в среде MATLAB. Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2015 192 с.
Еще
Статья научная