MD784Z - Procedeu de purificare a biohidrogenului de impurităţi gazoase - Google Patents

Procedeu de purificare a biohidrogenului de impurităţi gazoase Download PDF

Info

Publication number
MD784Z
MD784Z MDS20130199A MDS20130199A MD784Z MD 784 Z MD784 Z MD 784Z MD S20130199 A MDS20130199 A MD S20130199A MD S20130199 A MDS20130199 A MD S20130199A MD 784 Z MD784 Z MD 784Z
Authority
MD
Moldova
Prior art keywords
biohydrogen
solution
purification
regeneration
conditions
Prior art date
Application number
MDS20130199A
Other languages
English (en)
Moldavian (mo)
Russian (ru)
Inventor
Виктор КОВАЛЁВ
Ольга КОВАЛЁВА
Валентин БОБЕЙКЭ
Георге ДУКА
Владимир НЕННО
Original Assignee
Государственный Университет Молд0
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственный Университет Молд0 filed Critical Государственный Университет Молд0
Priority to MDS20130199A priority Critical patent/MD784Z/ro
Publication of MD784Y publication Critical patent/MD784Y/ro
Publication of MD784Z publication Critical patent/MD784Z/ro

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu de purificare a biohidrogenului de impurităţi gazoase.Procedeul, conform invenţiei, include tratarea biohidrogenului prin metoda absorbţiei cu soluţie ce conţine monoetanolamină şi complexul formiato-amoniacal de cupru(I). Procesul se efectuează la o temperatură de 10…20ºC şi o presiune de 5…10 atm.Rezultatul tehnic al aplicării acestui procedeu constă în majorarea eficacităţii şi simplificarea procesului de purificare a biohidrogenului de impurităţile gazoase - dioxidul de carbon, monoxidul de carbon şi hidrogenul sulfurat.

Description

Invenţia se referă la un procedeu de purificare a biohidrogenului de impurităţi gazoase.
Unul dintre mecanismele de formare a hidrogenului în condiţii anaerobe de fermentare a substratului organic în apele uzate este datorat faptului că la etapa iniţială bacteriile elimină monoxid de carbon (CO), care apoi, ca urmare a reacţiei de conversie, interacţionează cu moleculele de apă cu formarea de hidrogen molecular prin reacţia:
СО + Н2О → СО2 + Н2.
Concomitent, în condiţii anaerobe în prezenţa bacteriilor de sulf are loc reducerea ionilor de SO4 2-, care practic întotdeauna sunt prezenţi în apă, cu formarea de hidrogen sulfurat (H2S). Datorită acestor procese biogazul care se formează conţine până la 70% biohidrogen şi până la 30% impurităţi gazoase, principalele dintre ele fiind: CO2, CO şi mici cantităţi de H2S. Acestea reduc potenţialul energetic al biohidrogenului obţinut prin metoda fermentării anaerobe a substratului organic. Totodată hidrogenul sulfurat este coroziv pentru metale, provocând degradarea accelerată a echipamentului şi mecanismelor, în condiţiile de funcţionare. Prin urmare, biohidrogenul obţinut necesită o purificare prin separarea impurităţilor gazoase, înainte de utilizarea acestuia pe scară largă ca sursă energetică ecologic pură în sistemele de producere a energiei din surse alternative.
Este cunoscut un procedeu de separare a monoxidului de carbon dintr-un amestec de gaze prin metoda absorbţiei într-o soluţie a sării de cupru monovalent şi bivalent cu o componentă alcalină, totodată în calitate de componentă alcalină se utilizează etanolamina. Procesul de absorbţie se efectuează la temperatura de 0…30ºC şi presiunea de 1…50 atm., iar procesul de regenerare a soluţiei se efectuează la temperatura de 30…70ºC şi presiunea de 0,1…2 atm. [1].
Se mai cunoaşte un procedeu de separare simultană a dioxidului de carbon şi a hidrogenului sulfurat din biogaz prin absorbţie în soluţia de monoetanolamină, precum şi regenerarea acestei soluţii [2].
Dezavantajele acestor procedee constau în aceea că ele sunt complicate din punct de vedere tehnologic şi nu asigură un grad înalt de epurare a biohidrogenului.
În calitate de cea mai apropiată soluţie serveşte procedeul de separare a dioxidului de carbon şi monoxidului de carbon dintr-un amestec de gaze (H2, CO2, CO, N2, CH4) realizat în două etape, prima fiind separarea dioxidului de carbon prin metoda absorbţiei în soluţie de etanolamină, şi cea de-a doua - separarea monoxidului de carbon prin metoda absorbţiei în soluţia complexului formiat sau acetat de cupru(I) amoniacal, după care se efectuează regenerarea acestor soluţii [3]. Acest proces se realizează ţinându-se cont de particularităţile producerii oxidului de carbon şi a gazului inert din fracţiuni rezultate de la distilarea petrolului.
Dezavantajele procedeului constau în aceea că este ineficient, deoarece se realizează în două etape, prima fiind separarea dioxidului de carbon, şi cea de-a doua - separarea monoxidului de carbon, şi nu asigură un grad înalt de epurare a biohidrogenului, iar regimurile de regenerare a soluţiilor de absorbţie uzate sunt diferite.
Problema pe care o rezolvă invenţia constă în majorarea eficacităţii şi simplificarea procesului de purificare a biohidrogenului de impurităţi gazoase, care se formează în condiţii anaerobe la fermentarea biomasei în prezenţa bioadaosurilor stimulatoare.
Problema se rezolvă prin aceea că procedeul de purificare a biohidrogenului de impurităţi gazoase include tratarea acestuia prin metoda absorbţiei cu soluţie ce conţine monoetanolamină şi complexul formiato-amoniacal de cupru(I), în următorul raport al componentelor, % mas.:
monoetanolamină 20…25 complex formiato-amoniacal de cupru(I) 3…5,
procesul se efectuează la o temperatură de 10…20ºC şi o presiune de 5…10 atm.
Rezultatul tehnic al aplicării acestui procedeu constă în majorarea eficacităţii şi simplificarea procesului de purificare a biohidrogenului de impurităţile gazoase - dioxidul de carbon, monoxidul de carbon şi hidrogenul sulfurat.
Avantajele sunt asigurate prin desfăşurarea procedeului într-o singură etapă, ceea ce duce la simplificarea procesului de epurare a biohidrogenului. Diminuarea cheltuielilor energetice se asigură prin temperaturi mai mici, datorită vidării soluţiei în timpul efectuării procesului de regenerare a soluţiilor. Totodată se obţine apropierea regimurilor de temperatură pentru epurarea gazelor, precum şi pentru regenerarea soluţiilor, ceea ce permite de a realiza aceste procese continuu.
Majorarea eficacităţii procesului de epurare se obţine datorită faptului că componentele soluţiei intră în reacţie simultan cu impurităţile gazoase, formând compuşi intermediari, şi se atinge un nivel de epurare mai mare.
Procesele de regenerare sunt izotermice şi decurg cu majorarea volumului datorită gazelor, care se elimină. De aceea vidarea nu numai că micşorează temperatura de fierbere a soluţiilor de săruri, dar şi facilitează accelerarea reacţiilor reversibile de regenerare. Datorită majorării vitezei reacţiei reversibile are loc un proces continuu de îndepărtare la interfaţa lichid-gaz a produselor reacţiei - gazelor ce se degajă din volumul de reacţie, ceea ce diminuează presiunea parţială a acestora deasupra fazei lichide. Toate acestea în ansamblu facilitează majorarea eficacităţii reacţiilor de regenerare combinate.
Totodată, toate reacţiile care au loc la absorbţia impurităţilor gazoase sunt reversibile, la modificarea condiţiilor acestor reacţii - majorarea nesemnificativă a temperaturii şi diminuarea presiunii prin vidare, acestea decurg în direcţie opusă şi compuşii complecşi formaţi se transformă în formele moleculare iniţiale, degajând gazele absorbite. Drept urmare, soluţia regenerată poate fi utilizată multiplu în procesele de epurare a biohidrogenului.
În procesul de purificare a biohidrogenului de CO2 în condiţiile propuse decurg următoarele reacţii:
2RNH2 + CO2 + H2O ↔ (RHNH2)2CO3
2R2NH + H2O + CO2 ↔(R2HNH)2CO3
(RHNH2)2CO3 + H2O + CO2 ↔2RHNH2HCO3
(R2HNH)2CO3 + H2O + CO2 ↔ 2R2NH2HCO3,
unde R este CH2CH2(OH).
Astfel, dioxidul de carbon intră într-un compus cu monoetanolamina formând carbonaţi şi bicarbonaţi, iar hidrogenul trece prin stratul de etanolamină şi într-o formă purificată este direcţionat spre utilizare.
Interacţiunea monoetanolaminei cu hidrogenul sulfurat, conţinutul căruia în biohidrogen, în aceste condiţii, este substanţial mai mic decât de dioxid de carbon, decurge conform schemei:
2RNH2+ H2S ↔ (RHNH2)2S
2R2NH+ H2S ↔ (R2NH2)2S.
Monoxidul de carbon (CO) reacţionează selectiv cu complexul formiato-amoniacal de cupru(I), sau similar cu complexul cupru-etanolaminic, care se poate forma ca urmare a schimbului de liganzi în soluţie, conform reacţiei:
[Cu(NH4)n]OOCH + CO ↔ [Cu(NH4)nCO]OOCH + NH3.
Amoniacul liber produs în urma acestor reacţii în condiţiile menţionate reacţionează cu dioxidul de carbon conform reacţiei: 2NH3 + CO2 + H2O → (NH4)2CO3, legându-l în carbonat de amoniu. Toate reacţiile prezentate cu monoetanolamina şi complexul formiato-amoniacal de cupru sunt preponderent exoterme, decurgând cu micşorarea volumului. De aceea scăderea temperaturii deplasează echilibrul acestor reacţii spre dreapta şi procesele de absorbţie a gazelor în soluţie se efectuează la temperatura optimă de 10…20°C şi presiunea de 5…10 atm.
Pe măsura saturării volumului de absorbţie şi, corespunzător, reducerii capacităţii de absorbţie a soluţiei, aceasta poate fi supusă regenerării, care se poate realiza prin vidarea soluţiei până la 75…150 mm Hg şi încălzire până la temperatura de 50…80°C, cu eliminarea inversă a CO2, CO, H2S, după care soluţia poate fi reutilizată la procesul de purificare a biohidrogenului.
Astfel, toate procesele de purificare a biohidrogenului de impurităţile gazoase se desfăşoară concomitent, capacitatea de absorbţie a componentelor din soluţie este destul de mare, procesele de absorbţie şi desorbţie a gazelor la descompunerea sărurilor complexe în procesul de regenerare a acestor soluţii, în condiţiile indicate, decurg uşor şi rapid, ceea ce asigură simplificarea procesului de purificare a biohidrogenului de impurităţi şi facilitează majorarea eficacităţii acestuia datorită purificării complexe şi asigurării purităţii necesare a produsului final.
Exemplu de realizare a invenţiei
În scopul încercării procedeului de purificare, biohidrogenul a fost obţinut prin fermentarea anaerobă a borhotului, realizată în condiţii mezofile prin adăugarea microadaosului de gipsogenină introdusă în cantitate de 1·10-3% masă, care posedă proprietăţi stimulatorii la degajarea biohidrogenului.
Biohidrogenul a fost introdus în absorberul de laborator prin barbotare printr-un strat de soluţie cu volumul de 0,1 l cu următorul conţinut, în % mas.:
monoetanolamină 25 complex formiato-amoniacal de cupru(I) 3,
la temperatura de 15°C.
Prin metoda cromatografiei cu gaz s-a evaluat cantitatea de dioxid de carbon (СО2), hidrogen sulfurat (H2S), monoxid de carbon (CO) în componenţa biohidrogenului până şi după purificare, şi capacitatea de absorbţie a soluţiei după CO2 ca impuritate gazoasă principală. Rezultatele experimentelor privind purificarea biohidrogenului sunt prezentate în tabelul 1.
Tabelul 1
Nr. d/o Denumirea gazelor Conţinutul în biogazul iniţial, % După procedeul de purificare propus După purificarea în condiţiile cunoscute Conţinutul rezidual, % Gradul de purificare, % Conţinutul rezidual, % Gradul de purificare, % 1 Dioxid de carbon (СО2) 29,4 0,5 98,25 1,65 94,9 2 Hidrogen sulfurat (H2S) 0,42 0,02 95,7 0,07 83,3 3 Monoxid de carbon (СО) 0,32 0,03 93,63 0,32 0 4 Biohidrogen (H2) 69,8 98,5 96,8
Capacitatea de absorbţie a soluţiei a fost evaluată după numărul de volume ale amestecului de gaze absorbite de un volum de soluţie. După saturarea soluţiei cu impurităţi gazoase s-a efectuat regenerarea acesteia în acelaşi absorber la încălzirea soluţiei până la 60°C, iar vidarea s-a realizat utilizând o pompă cu jet de apă, menţinând în acelaşi timp o presiune remanentă de 100 mm Hg. Eficienţa regenerării a fost determinată după volumul gazelor eliminate evaluat în timp, stabilit prin metoda volumetrică comparativă prin colectarea într-un recipient deasupra apei. Rezultatele experimentale sunt prezentate în tabelul 2.
Tabelul 2
Nr. d/o Condiţiile Condiţiile regenerării soluţiei Volumul gazelor la 1 volum de soluţie Temperatura, °С Presiunea, mm Hg Numărul volumelor de gaze absorbite în soluţia saturată Numărul volumelor de gaze eliminate la regenerare 1 Condiţiile propuse 60 100 16 15,2 2 Condiţiile cunoscute 105 atm. 16 13,7
Astfel, după cum rezultă din datele obţinute, purificarea biohidrogenului din biogaz de impurităţi de CO2 şi H2S în condiţiile propuse este mai eficientă cu 3,35% şi 12,5%, respectiv, faţă de condiţiile cunoscute. În acelaşi timp, dacă în cazul condiţiilor cunoscute îndepărtarea CO nu este asigurată în totalitate, atunci în condiţiile propuse gradul de purificare de acest gaz atinge 93,63% masă de la conţinutul iniţial al acestuia în biogaz. Astfel, gradul obţinut de puritate a biohidrogenului este în limitele necesare pentru aplicarea ca sursă energetică ecologică în producţia de energie din surse alternative netradiţionale. Corespunzător, indicii tehnologici de regenerare a soluţiilor uzate sunt mai mari faţă de soluţiile cunoscute. În aşa mod se asigură simplificarea procesului de purificare a biohidrogenului de impurităţi gazoase, creşte eficacitatea acestuia datorită purificării complexe şi asigurării purităţii necesare a produsului final.
1. GB 886338 A 1962.01.03
2. Tippayawong N., Thanompongchart P. Biogas quality upgrade by simultaneous removal of CO2 and H2S in a packed column reactor. Energy, 2010, p. 1-5 (regăsit în Internet la 2013.10.01 URL:< http://syreen.gov.sy/archive/docs/File/Articles/from%20dr.abd%20alrhman%20alchyah/book%20for%20biogas/biogas13.pdf>)
3. GB 1363756 A 1974.08.14

Claims (1)

  1. Procedeu de purificare a biohidrogenului de impurităţi gazoase, care include tratarea acestuia prin metoda absorbţiei cu soluţie ce conţine monoetanolamină şi complexul formiato-amoniacal de cupru(I), în următorul raport al componentelor, % mas.:
    monoetanolamină 20…25 complex formiato-amoniacal de cupru(I) 3…5, procesul se efectuează la o temperatură de 10…20ºC şi o presiune de 5…10 atm.
MDS20130199A 2012-03-29 2012-03-29 Procedeu de purificare a biohidrogenului de impurităţi gazoase MD784Z (ro)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
MDS20130199A MD784Z (ro) 2012-03-29 2012-03-29 Procedeu de purificare a biohidrogenului de impurităţi gazoase

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
MDS20130199A MD784Z (ro) 2012-03-29 2012-03-29 Procedeu de purificare a biohidrogenului de impurităţi gazoase

Publications (2)

Publication Number Publication Date
MD784Y MD784Y (ro) 2014-06-30
MD784Z true MD784Z (ro) 2015-01-31

Family

ID=51022560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
MDS20130199A MD784Z (ro) 2012-03-29 2012-03-29 Procedeu de purificare a biohidrogenului de impurităţi gazoase

Country Status (1)

Country Link
MD (1) MD784Z (ro)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB191409271A (en) * 1914-04-14 1915-07-15 James Yate Johnson Improvements in Effecting the Removal of Carbon Monoxide from Gas Mixtures.
GB370289A (en) * 1930-08-30 1932-04-07 Humphreys & Glasgow Ltd Improvements in the production of hydrogen
GB643431A (en) * 1948-09-04 1950-09-20 Power Gas Ltd Process for the absorption of carbon monoxide
GB886338A (en) * 1958-02-17 1962-01-03 Hoechst Ag Process for separating carbon monoxide from gaseous mixtures
GB1102541A (en) * 1963-12-10 1968-02-07 Ici Ltd Copper salt solution
GB1259215A (ro) * 1968-12-09 1972-01-05
GB1363756A (en) * 1970-10-19 1974-08-14 Azote & Prod Chim Process and apparatus for producing carbon monoxide and inert gas
CA1091429A (en) * 1977-01-06 1980-12-16 Guido Sartori Process for removing carbon dioxide containing acidic gases from gaseous mixtures
US5300271A (en) * 1990-08-23 1994-04-05 Air Products And Chemicals, Inc. Method for separation of carbon monoxide by highly dispersed cuprous compositions
MD2979F1 (ro) * 2004-09-08 2006-02-28 Universitatea De Stat Din Moldova Procedeu de epurare a gazelor de evacuare si dispozitiv pentru realizarea acestuia
MD67Y (ro) * 2008-11-10 2009-08-31 Universitatea De Stat Din Moldova Instalatie de epurare a biogazului cu regenerarea dioxidului de carbon
  • 2012

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB191409271A (en) * 1914-04-14 1915-07-15 James Yate Johnson Improvements in Effecting the Removal of Carbon Monoxide from Gas Mixtures.
GB370289A (en) * 1930-08-30 1932-04-07 Humphreys & Glasgow Ltd Improvements in the production of hydrogen
GB643431A (en) * 1948-09-04 1950-09-20 Power Gas Ltd Process for the absorption of carbon monoxide
GB886338A (en) * 1958-02-17 1962-01-03 Hoechst Ag Process for separating carbon monoxide from gaseous mixtures
GB1102541A (en) * 1963-12-10 1968-02-07 Ici Ltd Copper salt solution
GB1259215A (ro) * 1968-12-09 1972-01-05
GB1363756A (en) * 1970-10-19 1974-08-14 Azote & Prod Chim Process and apparatus for producing carbon monoxide and inert gas
CA1091429A (en) * 1977-01-06 1980-12-16 Guido Sartori Process for removing carbon dioxide containing acidic gases from gaseous mixtures
US5300271A (en) * 1990-08-23 1994-04-05 Air Products And Chemicals, Inc. Method for separation of carbon monoxide by highly dispersed cuprous compositions
MD2979F1 (ro) * 2004-09-08 2006-02-28 Universitatea De Stat Din Moldova Procedeu de epurare a gazelor de evacuare si dispozitiv pentru realizarea acestuia
MD67Y (ro) * 2008-11-10 2009-08-31 Universitatea De Stat Din Moldova Instalatie de epurare a biogazului cu regenerarea dioxidului de carbon

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Tippayawong N., Thanompongchart P. Biogas quality upgrade by simultaneous removal of CO2 and H2S in a packed column reactor. Energy, 2010, p. 1-5 (regăsit în Internet la 2013.10.01 URL:< http://syreen.gov.sy/archive/docs/File/Articles/from%20dr.abd%20alrhman%20alchyah/book%20for%20biogas/biogas13.pdf>) *

Also Published As

Publication number Publication date
MD784Y (ro) 2014-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4545965A (en) Process of selective separation of hydrogen sulfide from gaseous mixtures containing also carbon dioxide
RU2011116413A (ru) Многостадийный способ очистки диоксида углерода и производства серной кислоты и азотной кислоты
RU2009131715A (ru) Способы получения этиленоксида и этиленгликоля
CN101352653B (zh) 一种脱除黄磷尾气中有害气体的低温微氧净化方法
CA2861431C (en) A method of forming urea by integration of an ammonia production process in a urea production process and a system therefor
CN101456537B (zh) 一种减少gtl合成循环气中二氧化碳的方法
JP2019500356A (ja) 二酸化炭素を供給して尿素を合成する方法
CN103552984A (zh) 一种高收率、高纯度炼厂干气重整转化制氢的方法
TW200631648A (en) Systems and processes for reducing the sulfur content of hydrocarbon streams
JP2015536237A (ja) アンモニアベース触媒による炭酸カリウム水溶液中でのco2吸収の速度向上
CN103509609A (zh) 吸收净化与吸附净化相结合的煤气净化工艺方法
CN107567350B (zh) 用于从气体物流中除去和回收h2s的改进方法
CN101653688B (zh) 一种混合气脱除co2、h2s的工艺流程
RU2600375C1 (ru) Способ низкотемпературного разложения сероводорода с получением водорода и серы
JP2019059650A (ja) 酸素同位体置換方法及び酸素同位体置換装置
MD784Z (ro) Procedeu de purificare a biohidrogenului de impurităţi gazoase
KR102140118B1 (ko) 암모니아, 질소 및 수소 또는 질소, 수소 및 암모니아의 혼합물들의 정제 방법
CN106553995A (zh) 天然气-二氧化碳干重整制合成气工艺
CN106672898A (zh) 一种以天然气裂解制乙炔的副产尾气为原料合成氨的方法
CL2018000936A1 (es) Proceso para elaborar un gas de síntesis mediante el reformado de un hidrocarburo e incluyendo recuperar el dióxido de carbono a elevada temperatura.
JP2014015504A (ja) バイオガスの処理方法および処理システム
KR20240019412A (ko) 흡착부과스팀개질반응-건식개질반응의 스위칭 반응 시스템을 이용한 경제적인 블루수소 및 초산 병산 공정
RU2721114C2 (ru) Способ модернизации секции удаления со2, предназначенной для очистки водородосодержащего газа
JPS62215540A (ja) コ−クス炉ガス中の水素を用いるシクロヘキサンの製造法
ATE486830T1 (de) Verfahren zur entfernung von carbonylverbindungen aus gasförmigen kohlenwasserstoffen

Legal Events

Date Code Title Description
FG9Y Short term patent issued
KA4Y Short-term patent lapsed due to non-payment of fees (with right of restoration)