ОЦІНКА ЕФЕКТИВНОСТІ ВИДАЛЕННЯ ДІОКСИДУ ВУГЛЕЦЮ З БІОГАЗУ ТВЕРДИМИ СОРБЕНТАМИ

Автор(и)

  • Володимир Середа Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-4645-3123
  • Дмитро Риндюк Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0001-7770-7547
  • Поліна Скрипник Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0009-0009-3588-759X

DOI:

https://doi.org/10.20535/1813-5420.2.2025.327491

Ключові слова:

біогаз, декарбонізація, діоксид вуглецю, ефективність, моделювання, тверді сорбенти, техніко-економічний аналіз

Анотація

Метою роботи є дослідження енергетичної ефективності та економічної доцільності використання твердих сорбентів для видалення діоксиду вуглецю із біогазу. Розроблено принципову схему установки та запропоновано конструкцію контактора – пристрою для адсорбції/десорбції молекул діоксиду вуглецю. В якості сорбенту використано активоване вугілля Calgon BPL. Проведено тепловий конструктивний розрахунок, визначено геометричні розміри контактора і параметри процесу адсорбції. Створено математичну модель та проведено числові експерименти по визначенню теплового стану контактора під час циклу нагрівання. Враховано основні конструктивні особливості спроєктованого апарату та властивості теплоносія та сорбента, в тому числі й теплопровідності у матриці пористого каркасу активованого вугілля. Отримано розподіл температур по об’єму контактора та залежність середньої температури активованого вугілля від часу нагрівання контактора димовими газами. Визначено час адсорбції/десорбції та час нагрівання/охолодження сорбенту в контакторі – за повний цикл тривалістю 51 хв, активованим вугіллям можна вилучити 26 кг діоксиду вуглецю з біогазу. Розраховано основні показники ефективності видалення діоксиду вуглецю. Проведене тривимірне моделювання і отримані результати дають підстави стверджувати, що використання твердих сорбентів є конкурентоспроможним рішенням для декарбонізації енергетичного сектору України.

Посилання

P. Rusanowska, M. Zieliński та M. Dębowski, “Removal of CO2 from Biogas during Mineral Carbonation with Waste Materials”, Int. J. Environmental Res. Public Health, vol. 20, № 9, p. 5687, Apr. 2023. doi:10.3390/ijerph20095687

X. Y. Chen, H. Vinh-Thang, A. A. Ramirez, D. Rodrigue, S. Kaliaguine, “Membrane gas separation technologies for biogas upgrading”, RSC Adv., vol. 5, № 31, pp. 24399–24448, Feb 2015. doi:10.1039/c5ra00666j.

S. Sreenath, A. A. Sam, “Hybrid membrane-cryogenic CO2 capture technologies: A mini-review”, Frontiers Energy Res., vol. 11, Apr. 2023. doi:10.3389/fenrg.2023.1167024.

D. Iruretagoyena, P. Fennell, R. Pini, “Adsorption of CO2 and N2 on bimetallic Mg-Al hydrotalcites and Z-13X zeolites under high pressure and moderate temperatures”, Chem. Eng. J. Advances, p. 100437, Dec. 2022. doi:10.1016/j.ceja.2022.100437.

I. Matseh, B. Trisakti, S. Maulina, R. Sidabutar, I. Iriany, M. S. Takriff, “Adsorption-desorption system for CO2 removal in biogas using natural zeolite-based adsorbent”, [online] J. Eng. Sci. Technol., vol. 13, № 10, p. 3058–3070, Oct 2018.

M. V. Gil, N. Álvarez-Gutiérrez, M. Martínez, F. Rubiera, C. Pevida, A. Morán, “Carbon adsorbents for CO2 capture from bio-hydrogen and biogas streams: Breakthrough adsorption study”, Chem. Eng. J., vol. 269, pp. 148–158, Jun. 2015. doi:10.1016/j.cej.2015.01.100.

V.Gnielinski, “G7 Heat Transfer in Cross-flow Around Single Rows of Tubes and Through Tube Bundles.”, VDI Heat Atlas., VDI-Buch. Springer, Berlin, Heidelberg., 2010 doi:10.1007/978-3-540-77877-6_40.

P.V. Skrypnyk, V. V. Sereda, “Technoeconomic analysis of direct air capture in the climatic conditions of Ukraine”, Refrigeration Engineering and Technology, vol. 59, № 4, pp. 278-288, 2023. doi: 10.15673/ret.v59i4.2808.

F. M. Baena-Moreno, M. Rodríguez-Galán, F. Vega, L. F. Vilches, B. Navarrete, Z. Zhang, “Biogas upgrading by cryogenic techniques”, Environmental Chemistry Lett., vol. 17, № 3, pp. 1251–1261, Mar. 2019. doi:10.1007/s10311-019-00872-2

C. Soto, L. Palacio, R. Muñoz, P. Prádanos та A. Hernandez, “Recent Advances in Membrane-Based Biogas and Biohydrogen Upgrading”, Processes, vol. 10, № 10, p. 1918, Sep. 2022. doi:10.3390/pr10101918

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-05-13

Номер

№ 2 (2025)

Розділ

ТЕХНОЛОГІЇ ТА ОБЛАДНАННЯ В ЕНЕРГЕТИЦІ

Ліцензія

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  1. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  1. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).