CZ2007588A3 - Zpusob separace vodíku z plynných smesí - Google Patents
Zpusob separace vodíku z plynných smesí Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2007588A3 CZ2007588A3 CZ20070588A CZ2007588A CZ2007588A3 CZ 2007588 A3 CZ2007588 A3 CZ 2007588A3 CZ 20070588 A CZ20070588 A CZ 20070588A CZ 2007588 A CZ2007588 A CZ 2007588A CZ 2007588 A3 CZ2007588 A3 CZ 2007588A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- hydrogen
- mixture
- pores
- foam
- gaseous
- Prior art date
Links
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 53
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 41
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000011324 bead Substances 0.000 claims description 7
- 239000004795 extruded polystyrene foam Substances 0.000 claims 1
- 229920006327 polystyrene foam Polymers 0.000 claims 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 19
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000004794 expanded polystyrene Substances 0.000 description 6
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 2
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 2
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 230000005526 G1 to G0 transition Effects 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/20—Organic adsorbents
- B01D2253/202—Polymeric adsorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
- B01D2256/16—Hydrogen
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/32—Hydrogen storage
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
Abstract
Zpusob separace vodíku z plynných smesí spocívá vtom, že plynná smes s libovolným obsahem vodíku se privádí do uzavreného prostoru, v nemž je polymerní pena obsahující nekomunikující póry. Vzhledem k tomu, že parciální tlak vodíku v pórech polymerní peny je nižší, proniká vodík do póru. Plynná smes odcházející z uzavreného prostoru je proto o tento vodíku chudší. Prívod plynné smesi do uzavreného prostoru lze prerušit v dobe, kdy odcházející smes má stejné složení jako privádená plynná smes nebo dríve. Potom se v uzavreném prostoru sníží tlaka díky vyrovnávání parciálního tlaku vodíku se vodík uvolnuje z polymerní peny a je možné ho jímat pro další použití. Jeho koncentrace je pritom vyšší než ve výchozí smesi.
Description
Oblast techniky
Vynález se týká separace vodíku z plynných směsí pomocí polymerních pěn s uzavřenými póry.
Dosavadní stav techniky „ Nejpoužívanější technologie výroby vodíku (parní reforming, zplynování uhlí, krakování uhlovodíků) produkují směsi plynů, ze kterých je nutné vodík získávat pomocí vhodného separačního procesu. Například při výrobě vodíku parním reformingem se kjeho čištění používá zejména procesu PSA' (pressure swing adsorption) popsaného v patentech USA č. 3430418 a č. 3564816. Při průmyslově aplikované adsorpci se využívá zejména zeolitů a aktivního uhlí..V obou případech se preferenčně sorbují ostatní složky, nejméně se sorbuje vodík. Výsledný produkt obsahuje až 99,9% vodíku, přitom však se dosti vodíku ztrácí v odpadním plynu, který obsahuje 35% vodíku. Lze konstatovat, že dosud používané separacní procesy vyžadují vyšší obsah vodíku už ve výchozí směsí, jinak pracují velmi neefektivně. Je totiž nevýhodné sorbovat složky, které tvoří větší část směsi. Problém spočívá v tom, že neexistuje levný absorbér vodíku. Nejznámější jsou některé drahé kovy (paládium), slitiny La a Ni, alanáty, z nichž žádný dosud nelze použít průmyslově. V budoucnu však lze očekávat, že vodík bude získáván i ze směsí zředěných, jako je tomu například u biologických metod výroby. K této separaci se zvlášť dobře hodí právě navrhovaný proces.
Podstata vynálezu
Podstatou vynálezu je využití polymerních pěn s nekomunikujícími (uzavřenými ) póry pro separaci vodíku ze směsí plynů. Polymerní pěna se jeví jako soustava separačních membrán rozdělující prostor do buněk - tj. jednotlivých pórů. Polymerní membrány jsou různě propustné pro různé plyny. Vodík prochází mnoha polymery nejsnáze. Protéká-li směs plynů (mobilní fáze) okolo pěny z takového polymeru (stacionární fáze), vodík rychleji než ostatní plyny proniká do pórů. Tam může být zadržen do doby, než vně pěny nepoklesne jeho parciální tlak. Pokud se tak stane, vodík opět rychleji než ostatní plyny opouští pěnu. Pro separaci je rozhodující poměr propustností daného polymeru pro jednotlivé plyny ze * ·· · rv * '«i· •r 4 4' ·. 4 · · 4,|· •i · ·:·) · 4 ♦' 414: 4 44
4- 4 « 4 4 4.. 4·' ' >. #?,4'
4,4.4) 4,4 4 4/ 4 4144 4 směsi a dynamika separačního procesu - tj. časová závislost změny tlaku ve směsi a rychlost proudění směsi. Při vhodné dynamice dojde k obohacení mobilní fáze o vodík.
Způsob separace vodíku z plynných směsí spočívá v tom, že plynná směs s libovolným obsahem vodíku se přivádí do uzavřeného prostoru, v němž je polymerní pěna obsahující nekomunikující póry. Vzhledem ktomu, že parciální tlak vodíku v pórech polymerní pěny je nižší, proniká vodík- dovnitř do pórů. Plynná směs odcházející z uzavřeného prostoru je proto o tento vodík chudší. Přívod plynné směsi do uzavřeného prostoru lze přerušit v době, kdy odcházející směs má stejné složení jako přiváděná plynná směs nebo dříve. Potom se v uzavřeném prostoru sníží tlak (například vývěvou) a díky vyrovnávání parciálního tlaku vodíku se vodík uvolňuje z polymerní pěny a je možné ho jímat pro další použití,’ přičemž je jeho koncentrace vyšší než v původně přiváděné plynné směsi.
Jako polymerní pěnu je možno použít extrudovaný pěnový polystyren, pěnový polystyren vyrobený z perliček nebo jinou pěnu obsahující nekomunikující póry.
Přehled obrázků na výkresech
Na obr. 1 je znázorněn kousek polymerní pěny s uzavřenými póry, kolem které protéká jsměs plynů, což je detail obsahu uzavřeného prostoru z obr.2. Na obr.2 je znázorněn průřez uzavřeným prostorem pro separaci vodíku. .
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1
K separaci byl vybrán fasádní pěnový polystyren, který se skládá z kousků polymerní pěny Ž (perliček) obsahujících uzavřené póry 2, přičemž mezí těmito kousky (perličkami) jsou komunikující póry, kterými mohou proudit plynné směsi 3. Uzavřený prostor 4 pro separaci vodíku byl vyplněn hranolem o objemu 10 litrů z fasádního pěnového polystyrenu, který byl zcela obalen kovovou folií 5, která byla na jeho povrch nalepena epoxidovou pryskyřicí. Folie 5 zamezuje úniku plynů z hranolu. Do hranolu jsou vyvrtány dva rovnoběžné kanály 6, 7 pro přívod a odvod plynných směsi. Pro separaci je využita především ta část hranolu, která se nachází mezi kanály 6, 7, proto byly kanály 6, 7 vyvrtány blízko protilehlých stran hranolu. Do jednoho kanálu 6 byla přiváděna směs 3 vodíku a dusíku v poměru 1:1 pod tlakem 100 kPa rychlostí 5 ml/s. Směs 3 procházela póry mezi perličkami. Z druhého kanálu 7 byla jímána směs, jejíž složení se měnilo s časem. Dokud nebylo do prvního kanálu 6 přivedeno množství směsi 3 odpovídající asi polovině objemu hranolu, tak vycházející směs obsahovala vodíku méně než 1%. Potom postupně ve vycházející směsi koncentrace vodíku narůstala, až dosáhla stejného složení jako v přiváděné směsi. V-hranolu bylo přitom uskladněno asi 8 litrů vodíku, tj. asi 80% objemu hranolu. Potom byl do kanálu 6 přiváděn Čistý dusík. Směs vycházející z druhého kanálu 7 obsahovala asi 50% vodíku.
Příklad 2
K separaci byl vybrán fasádní pěnový polystyren, který se skládá z kousků polymemí pěny X (perliček) obsahujících uzavřené póry 2, přičemž mezi těmito kousky (perličkami) jsou komunikující póry, kterými mohou proudit plynné směsi 3. Uzavřený prostor 4 pro separaci vodíku byl vyplněn hranolem o objemu 10 litrů z fasádního pěnového polystyrenu, 'který byl zcela obalen kovovou folií 5, která byla na jeho povrch nalepena epoxidovou pryskyřicí. Folie 5 zamezuje úniku plynů z hranolu. Do hranolu jsou vyvrtány dva rovnoběžné kanály 6,7 pro přívod a odvod plynné směsi 3. Pro separaci je využita především ta část hranolu, která se nachází mezi kanály 6, 7, proto byly kanály 6, 7 vyvrtány blízko protilehlých stran hranolu. Do jednoho kanálu 6 byla přiváděna směs 3 vodíku a dusíku v poměru 1:1 pod tlakem 200 kPa rychlostí 5 ml/s. Po naplnění pěny vodíkem byl přívod (uzavřen a bylo sledováno složení směsi, která z hranolu vycházela. Koncentrace vodíku překračovala 90%.
Příklad 3 K separaci byl vybrán extrudovaný (vytlačovaný) pěnový polystyren obsahující uzavřené póry 2. Uzavřený prostor 4 pro separaci vodíku byl vyplněn hranolem o objemu 10 litrů z uvedeného polystyrenu, který byl zcela obalen kovovou folií 5, která byla na jeho povrch nalepena epoxidovou pryskyřicí. Folie 5 zamezuje úniku plynů z hranolu. Hranol byl provrtán řadou rovnoběžných kanálů vzájemně vzdálených 3 cm. Do kanálů, které byly propojeny v sérii, byla přivedena separovaná plynná směs vodíku a dusíku v poměru 1:1 pod tlakem 100 kPa. Zpočátku směs na výstupu obsahovala méně než 1% vodíku. Koncentrace vodíku dosáhla hodnoty stejné jako na vstupu poté, co bylo v hranolu uskladněno asi 7 litrů vodíku.
·· , · · ·· a a « ·< a ·,· · »1·* *♦ >· •J ·,· ·'1 ·..· M.· <*-Ί · *·.·*! a,·: · ·,·' ·'· ,·*.*,
Průmyslová využitelnost vynálezu
Způsob separace vodíku z plynných směsí je vhodný i pro směsi, ve kterých je minoritní složkou, Například odpadní plyny z procesu PSA obsahují 35% vodíku, který je možné dále využít.
Claims (3)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob separace vodíku z plynných směsí vyznačující se tím, že plynná směs (3) se přivádí do uzavřeného prostoru (4) s polymemí pěnou (1) obsahující nekomunikující póry (2) po dobu než se alespoň část vodíku ze směsi (3) pohltí vpolymerní pěně (1), potom se v uzavřeném prostoru (4) sníží tlak a unikající vodík se jímá,
- 2. Způsob separace vodíku podle nároku 1 vyznačující se tím, že polymerní pěnou (1) je extrudovaný pěnový polystyren.
- 3. Způsob separace vodíku podle nároku 1 vyznačující se tím, že polymerní pěnou (1) je pěnový polystyren vyrobený z perliček.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20070588A CZ302850B6 (cs) | 2007-08-28 | 2007-08-28 | Zpusob separace vodíku z plynných smesí |
| CA2696530A CA2696530C (en) | 2007-08-28 | 2008-08-20 | Method of separation of hydrogen from gas mixtures |
| PCT/CZ2008/000096 WO2009026859A2 (en) | 2007-08-28 | 2008-08-20 | Method of separation of hydrogen from gas mixtures |
| US12/675,816 US8241402B2 (en) | 2007-08-28 | 2008-08-20 | Method of separation of hydrogen from gas mixtures |
| EP08784170.6A EP2190557B1 (en) | 2007-08-28 | 2008-08-20 | Method of separation of hydrogen from gas mixtures |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20070588A CZ302850B6 (cs) | 2007-08-28 | 2007-08-28 | Zpusob separace vodíku z plynných smesí |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2007588A3 true CZ2007588A3 (cs) | 2009-03-11 |
| CZ302850B6 CZ302850B6 (cs) | 2011-12-14 |
Family
ID=40329338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20070588A CZ302850B6 (cs) | 2007-08-28 | 2007-08-28 | Zpusob separace vodíku z plynných smesí |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8241402B2 (cs) |
| EP (1) | EP2190557B1 (cs) |
| CA (1) | CA2696530C (cs) |
| CZ (1) | CZ302850B6 (cs) |
| WO (1) | WO2009026859A2 (cs) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9255333B2 (en) * | 2008-10-15 | 2016-02-09 | GM Global Technology Operations LLC | High pressure proton exchange membrane based water electrolyzer system |
| CZ306331B6 (cs) * | 2012-10-25 | 2016-12-07 | Ústav Chemických Procesů Akademie Věd České Republiky | Způsob separace plynu ze směsi plynů |
| TWI656906B (zh) * | 2018-07-13 | 2019-04-21 | 中山醫學大學 | 氣體分離裝置及方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3564816A (en) * | 1968-12-30 | 1971-02-23 | Union Carbide Corp | Selective adsorption process |
| DE4130837A1 (de) * | 1990-09-26 | 1992-04-02 | Basf Ag | Verwendung von geschaeumtem polystyrol zum entfernen von loesungsmitteln mittlerer polaritaet und gasdurchgaengige behaelter dafuer |
| US5217616A (en) * | 1991-12-06 | 1993-06-08 | Allied-Signal Inc. | Process and apparatus for removal of organic pollutants from waste water |
| US6015041A (en) * | 1996-04-01 | 2000-01-18 | Westinghouse Savannah River Company | Apparatus and methods for storing and releasing hydrogen |
| US6113673A (en) * | 1998-09-16 | 2000-09-05 | Materials And Electrochemical Research (Mer) Corporation | Gas storage using fullerene based adsorbents |
| JP2001002042A (ja) * | 1999-06-17 | 2001-01-09 | Hitachi Chem Co Ltd | 容器及びこれを用いた吸着用器具 |
| US6428612B1 (en) * | 2001-04-19 | 2002-08-06 | Hughes Electronics Corporation | Hydrogen getter package assembly |
| US7666386B2 (en) * | 2005-02-08 | 2010-02-23 | Lynntech Power Systems, Ltd. | Solid chemical hydride dispenser for generating hydrogen gas |
| DE102006010636A1 (de) * | 2005-12-19 | 2007-06-21 | BLüCHER GMBH | Sorptionsspeichereinheit für Gase |
-
2007
- 2007-08-28 CZ CZ20070588A patent/CZ302850B6/cs not_active IP Right Cessation
-
2008
- 2008-08-20 EP EP08784170.6A patent/EP2190557B1/en not_active Not-in-force
- 2008-08-20 US US12/675,816 patent/US8241402B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2008-08-20 CA CA2696530A patent/CA2696530C/en not_active Expired - Fee Related
- 2008-08-20 WO PCT/CZ2008/000096 patent/WO2009026859A2/en not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2696530C (en) | 2015-12-29 |
| CZ302850B6 (cs) | 2011-12-14 |
| US20100192771A1 (en) | 2010-08-05 |
| EP2190557B1 (en) | 2013-12-11 |
| WO2009026859A2 (en) | 2009-03-05 |
| CA2696530A1 (en) | 2009-03-05 |
| WO2009026859A3 (en) | 2009-04-16 |
| US8241402B2 (en) | 2012-08-14 |
| WO2009026859A4 (en) | 2009-06-04 |
| EP2190557A2 (en) | 2010-06-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2663832C (en) | Method and device for separating methane and carbon dioxide from biogas | |
| Ding | Perspective on gas separation membrane materials from process economics point of view | |
| TW200844043A (en) | Xenon retrieval system and retrieval device | |
| Miura et al. | A hydrogen purification and storage system using metal hydride | |
| TWI354575B (en) | Pressure swing adsorption method and device theref | |
| SA112330171B1 (ar) | طريقة وجهاز لفصل خام تغذية يحتوي على غاز مختلط | |
| EP2085355A1 (en) | Method and apparatus for separating hydrogen gas | |
| CA2969865A1 (en) | A process for the preparation of ultra-high purity carbon monoxide | |
| CA2544028A1 (en) | Adsorbents for rapid cycle pressure swing adsorption processes | |
| US8709136B2 (en) | Adsorption process | |
| Harale et al. | Experimental studies of a hybrid adsorbent-membrane reactor (HAMR) system for hydrogen production | |
| US20030172809A1 (en) | Ammonia recovery from purge gas | |
| Feng et al. | Integrated membrane/adsorption process for gas separation | |
| CZ2007588A3 (cs) | Zpusob separace vodíku z plynných smesí | |
| Chau et al. | Polyamidoamine-facilitated poly (ethylene glycol)/ionic liquid based pressure swing membrane absorption process for CO2 removal from shifted syngas | |
| KR20160001460A (ko) | 천연가스에 포함된 산성가스 및 수분 제거를 위한 다단계 혼성 장치 및 방법 | |
| Pientka et al. | Application of polymeric foams for separation, storage and absorption of hydrogen | |
| CN111836990B (zh) | 使用储存容器生成气流的方法 | |
| Vakylabad | Process modeling and simulation of nitrogen separation from natural gas | |
| Schröter et al. | Gas separation by pressure swing adsorption using carbon molecular sieves | |
| JP2013146722A (ja) | 窒素含有炭化水素ガスからの窒素分離方法および装置 | |
| WATERTON et al. | REPORT TO DISCUSS UPGRADING OF BIOGAS FOR FEED TO A PLASMA REACTOR PROJECT DELIVERABLE D4. | |
| WO2007039514A1 (en) | A method of removing nitrous oxide | |
| JP5031275B2 (ja) | 圧力スイング吸着法を利用する同位体ガスの分離方法 | |
| Melone et al. | Advanced Membrane-based Technology for Treatments of Industrial Streams |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20190828 |