Preview

Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий

Расширенный поиск

Численный анализ циклического процесса адсорбционного разделения синтез-газа

https://doi.org/10.20914/2310-1202-2020-1-230-236

Полный текст:

Аннотация

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.

Об авторах

Е. И. Акулинин
Тамбовский государственный университет инженерных технологий
Россия
к.т.н., доцент, кафедра технологий и оборудования пищевых и химических производств, ул. Советская, 106, г. Тамбов, 393200, Россия


О. О. Голубятников
Тамбовский государственный университет инженерных технологий
к.т.н., ст. преподаватель, кафедра технологий и оборудования пищевых и химических производств, ул. Советская, 106, г. Тамбов, 393200, Россия


Д. С. Дворецкий
Тамбовский государственный технический университет
д.т.н., профессор, зав. кафедрой технологий и оборудования пищевых и химических производств, ул. Советская, 106, г. Тамбов, 393200, Россия


С. И. Дворецкий
Тамбовский государственный технический университет
д.т.н., профессор, кафедра технологий и оборудования пищевых и химических производств», ул. Советская, 106, г. Тамбов, 393200, Россия


Список литературы

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. Ruthven D.M., Farooq S., Knaebel K.S. Pressure swing adsorption. New York, 1993. 376 p.

6. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. Москва: Издательский дом МЭИ, 2016. 496 c.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. Дубинин М.М. Адсорбция и пористость. Москва: Изд. ВАХЗ, 1972. 123 с.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. Rice R.G., Do D.D. Applied Mathematics and Modeling for Chemical Engineers; 2 ed. New Jersey, 2012.

16. Гольдштейн А.Л. Оптимизация в среде MATLAB. Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2015 192 с.


Для цитирования:


Акулинин Е.И., Голубятников О.О., Дворецкий Д.С., Дворецкий С.И. Численный анализ циклического процесса адсорбционного разделения синтез-газа. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2020;82(1):230-236. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2020-1-230-236

For citation:


Akulinin E.I., Golubyatnikov O.O., Dvoretsky D.S., Dvoretsky S.I. Numerical study of the dynamics of synthesis gas adsorption separation. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2020;82(1):230-236. (In Russ.) https://doi.org/10.20914/2310-1202-2020-1-230-236

Просмотров: 86


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2226-910X (Print)
ISSN 2310-1202 (Online)