Technologie výroby biometanu z bioplynu pomocí inovativní hybridní technologie typu membrána-adsorpce.

Abstract

Diplomová práce se zabývá možností separace bioplynu hybridní metodou membrána-adsorpce, který je prezentován binární směsí CH4 : CO2 s koncentrací 60 mol % CH4. Teoretická část se věnuje rešerší dosavadního stavu zušlechťování bioplynu a použitím hybridní technologie. První část diplomové práce je zaměřena na měření účinnosti separace směsi na membránovém modulu P2-1.2., tvořeným polymerní membránou s dutými vlákny. V druhé části práce je představen model adsorpce realizovaný v cyklu PSA, který je simulován v prostředí programu Aspen Adsorption (balíček programu Aspen Plus). Naměřená data membrány jsou použita pro sestavení hybridního modelu, který je z části počítačově simulován (adsorpce – PSA) a z časti podložen skutečným experimentem (měření membrán). Vyhodnocení separační účinnosti membrány ukázalo dobré výsledky, bylo dosaženo permeability CO2 1500 Barrer a selektivity 25. Pro ověření těchto výsledků však bylo doporučeno další měření s větším rozsahem procesních podmínek. Pro simulaci adsorpce byl použit kinetický adsorbent CMS-3K, který se už osvědčil v několika experimentech. Pro dobré porovnání bylo simulováno celkem šest variant, z nichž čtyři představují hybridní separaci a zbylé dvě pouze separaci metodou PSA, aby byly výsledky dobře porovnatelné. Ukázalo se, že zařazením předčištění lze dosáhnout vyšší čistoty při adsorpci, ale celkové vliv na výtěžnost a měrnou spotřebu energie se ukázal jako negativní.

The master's thesis focuses on the possibility of separating biogas using the hybrid membrane-adsorption method. The biogas considered in the study is a binary mixture of CH4-CO2 with a concentration of 60% CH4. The theoretical part of the thesis provides a review of the current state of biogas upgrading and the use of hybrid technology. The first part of the thesis is dedicated to measuring the separation efficiency of the mixture using a P2-1.2 membrane module, which consists of a polymer membrane with hollow fibers. The second part introduces an adsorption model implemented in a Pressure Swing Adsorption (PSA) cycle, simulated using the Aspen Adsorption software (a package within Aspen Plus). The measured membrane data is used to construct a hybrid model, partially simulated computationally (adsorption-PSA) and partially supported by actual experiments (membrane measurements). The evaluation of the membrane's separation efficiency showed promising results, with CO2 permeability of 1500 Barrer and a selectivity of 25. However, further measurements with a wider range of process conditions were recommended to verify these results. For the adsorption simulation, the kinetic adsorbent CMS-3K was used, which has proven successful in several experiments. To ensure a fair comparison, a total of six variants were simulated, including four hybrid separation scenarios and two PSA-only separation scenarios. It was observed that incorporating pretreatment can lead to higher purity during adsorption, but it also has a negative impact on overall yield and specific energy consumption.