ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА БИОМЕТАНА, ИСПОЛЬЗУЕМОГО ДЛЯ СИНТЕЗА ВОДОРОДА

В статье изучены особенности использования энергии биомассы, представлены основные направления применения биогаза. Показана связь основных показателей качества биогаза с возможностью его использования в различных технологических процессах. Обоснована актуальность повышения качества биометана для синтеза водорода высокой степени чистоты. Приведена классификация способов разделения и очистки метаносодержащих газовых смесей, проанализированы их преимущества и недостатки. Даны сравнительные характеристики представленных способов по качеству очистки, удельным энергетическим затратам, конструкционным особенностям. Для очистки биогаза предложен метод короткоцикловой безнагревной адсорбции как наиболее экономически целесообразный для установок небольшой производительности. Рассмотрены основные типы промышленных адсорбентов. Показана зависимость сорбирующих свойств от эффективных диаметров пор сорбирующих материалов. Отмечены отличительные особенности адсорбции в микропористых структурах, из которых наиболее существенной является высокое значение энергии адсорбции в сравнении с адсорбционными материалами, имеющими в структуре поры более крупных размеров. Среди микропористых адсорбентов выделены цеолиты как наиболее перспективные. Проведен анализ адсорбционных свойств синтетических и природных цеолитов. Рассмотрены теоретические основы процессов адсорбционной очистки, произведена оценка адсорбционной конкуренции основных макрокомпонентов очищаемой газовой смеси. Описана схема экспериментальной установки и процесс разделения и очистки биогаза с помощью природного цеолита в качестве адсорбента. Приведены результаты применения природного цеолита для получения биометана высокой степени чистоты за счет очистки от водяных паров, сероводорода и адсорбции углекислого газа. В качестве наиболее перспективного направления использования энергии биомассы отмечена конверсия биометана в водород, показаны преимущества использования природных цеолитов для получения биометана высокой степени чистоты.

1. Беляев, Л.С. Исследование долгосрочных тенденций развития энергетики России и мира [Текст] / Л.С. Беляев, О.В. Марченко, С.В. Соломин // Известия РАН. Энергетика. − 2011. − № 2. − С. 3−11.

2. Садчиков, А.В. Дегазация полигонов твердых коммунальных отходов [Текст] / А.В. Садчиков // Фундаментальные исследования. − 2017. − № 2. − С. 72−76.

3. Садчиков, А.В. Обеспечение энергетической независимости и экологической безопасности полигонов (ТКО) [Текст] / А.В. Садчиков [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). − 2016. − № 15−18. − С. 104−111.

4. Эфендиев, А.М. Возможности энергообеспечения фермерских хозяйств на базе малых возобновляемых источников энергии [Текст] / А.М. Эфендиев, Ю.Е. Николаев, Д.П. Евстафьев // Теплоэнергетика. − 2016. − № 2. − С. 38−45.

5. Садчиков, А. В. Конверсия биометана в водород на биогазовой станции, использующей комбинированное загрузочное сырье [Текст] / А.В. Садчиков // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). − 2016. − № 19−20. − С. 62−68.

6. Дуников, Д.О. Перспективные технологии использования биоводорода в энергоустановках на базе топливных элементов [Текст] / Д.О. Дуников [и др.] // Теплоэнергетика. – 2013. − № 3. − С. 48−57.

7. Григорьев, С.А. Энергоустановка с когенерацией электричества и тепла на основе возобновляемых источников энергии и электрохимических водородных систем [Текст] / С.А. Григорьев [и др.] // Теплоэнергетика. – 2015. − № 2. − С. 3−10.

8. Пономарев-Степной, Н.Н. Атомно-водородная энергетика [Текст] / Н.Н. Пономарев-Степной, А.Я. Столяревский // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2004. – № 3. – С. 5−10.

9. Чекалов, Л.Н. Диффузионные способы газоразделения на полимерных мембранах. / Л.Н. Чека-лов, О.Г. Галакин. – М.: ЦИНТИ Химнефтемаш, 1976. − С. 34.

10. Тиракьян, А.С. Разделение газовых смесей с помощью мембран из полых волокон [Текст] / А.С. Тиракьян, С.Ф. Макаренко, Ю.А. Костров // Химволокно. − 1988. − С. 26.

11. Бриман, И.М. Эксергетический анализ технологических схем мембранного разделения газовых смесей [Текст] / И.М. Бриман, И.Л. Лейтес // Технология химической промышленности. − 1988. − № 8. − С. 462–466.

12. Шумяцкий, Ю.И. Адсорбционный процесс как единое целое [Текст] / Ю.И. Шумяцкий // Хим. пром. − 1988. − № 8. − C. 490−493.

13. Акулов, А.К. Особенности процессов в установках адсорбционного разделения воздуха [Текст] / А.К. Акулов // Технические газы. − 2006. − № 6. − С. 39−42.

14. Иванова, Е.Н. Адсорбенты для получения кислорода методом короткоцикловой безнагревной адсорбции: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. – М.: 2016. − С. 11.

15. Шумяцкий, Ю.И. Типы и принципы организации безнагревных адсорбционных процессов очистки и разделения газовых смесей [Текст] / Ю.И. Шумяцкий // Хим. пром. − 1989. − № 8. − С. 586−590.

16. Mehrotra, A. Arithmetic approach for complex PSA cycle scheduling [Text] / A. Mehrotra, A.D. Ebner, J.A. Ritter // Adsorption. − 2010. − Vol. 16. − No. 3. − P. 113–126.

17. Agarwal, A. A superstructure-based optimal synthesis of PSA cycles for post-combustion CO2 capteffectively captureure [Text] / A. Agarwal, L. T. Biegler, S. E. Zitney // AIChE Journal. − 2010. − Vol. 56. − No. 7. − P. 1813–1828.

18. Mehrotra, A. Simplified graphical approach for complex PSA cycle scheduling [Text] / A. Mehrotra, A. D. Ebner, J. A. Ritter // Adsorption. − 2011. − Vol. 17. − No. 2. − P. 337–345.

19. Betlem, B.H.L. Optimal operation of rapid pressure swing adsorption with slop recycling [Text] / B.H.L. Betlem, R.W.M. Gotink, H. Bosch // Computers and Chemical Engineering. − 1998. − Vol. 22. – Suppl. 1. − P. S633–S636.

20. Алехина, М. Б. Промышленные адсорбенты: учебное пособие / М. Б. Алехина. − РХТУ им. Д.И. Менделеева, − 2007. − С. 113−115.

21. Брек Д. Цеолитовые молекулярные сита. / Д. Брек. − М.: Мир, 1976. − 781 с.

22. Бибарсов В.Ю. Эффективность использования цеолита в рационах бычков при выращивании на мясо: Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук. – Оренбург, 2004. − С. 5.

23. Skarstrom C. W. Method and Apparatus for Fractionating Gaseous Mixtures by Adsorption, US Pat. 1960. No. 2, 444, 627.

24. Матвейкин, В.Г. Математическое моделирование и управление процессом короткоцикловой адсорбции / В.Г. Матвейкин [и др.] // М.: Издательство Машиностроение-1, 2007. − 140 с.

25. Nilchan, S. On the Optimisation of Periodic Adsorbtion Processes / S. Nilchan, C.C. Pantelides // Adsorbtion. − 1998. − № 4. – P. 113–147.

26. Шумяцкий Ю.И. Промышленные адсорбционные процессы. / Ю.И. Шумяцкий // М.: Колосс, 2009. − 183 с.

27. ООО «Аквахим» [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://him-kazan.ru/katalog/sinteticheskie-i-prirodnyie-czeolityi − (Дата обращения: 10.11.2016).