Отчет о НИР по проекту РНФ 21-79-00092: " Интенсификация процесса короткоцикловой безнагревной адсорбции получения высокочистого водорода с использованием блочных цеолитовых адсорбентов: кинетика, моделирование, оптимизация" (заключительный)

Проект направлен на исследование кинетики и закономерностей адсорбции–десорбции компонентов синтез-газа (CO2, CO, CH4, N2, H2, H2O) на блочных цеолитовых адсорбентах, математическое моделирование и оптимизацию короткоцикловых адсорбционных процессов и установок концентрирования чистого водорода. Одним из путей решения энергетических и экологических проблем является эффективная переработка газообразных отходов и побочных продуктов угле- и нефтеперерабатывающих производств. Для получения чистого водорода (более 99,99%) синтез–газ должен дополнительно очищаться от газообразных примесей в установках короткоцикловой безнагревной адсорбции (КБА). Интенсификация процесса концентрирования водорода связана с использованием новых блочных цеолитовых адсорбентов, обладающих разветвленной системой каналов с высокой удельной поверхностью, обеспечивающих повышенную кинетику процесса и низкое аэродинамическое сопротивление. В ходе выполнения проекта будут изучены механизмы адсорбции–десорбции из смесей, соответствующих синтез–газу, микропористыми блочными цеолитовыми адсорбентами типов A и Х и экспериментально изучены их адсорбционные свойства. Будут получены изотермы сорбции CO2, CO, CH4, N2, H2, H2O. Исследованы на специализированном стенде КБА зависимости выходных концентраций CO2, CO, CH4, N2, H2O и H2 от технологических условий осуществления процесса, идентифицированы кинетические коэффициенты. С использованием разработанных двухмерной и трехмерной математических моделей адсорбционного процесса концентрирования водорода будет осуществлено проектирование перспективных блочных цеолитовых адсорбентов и адсорбера установки КБА. Будут проведены численные исследования динамики циклических адсорбционно–десорбционных процессов при различных значениях режимных и конструктивных переменных. По результатам проекта будут скорректированы представления о механизмах и кинетике адсорбции–десорбции в циклических адсорбционно–десорбционных процессах газоразделения синтез–газа на блочных цеолитах типов A и X. Сформулированы и решены задачи оптимального проектирования промышленных КБА установок концентрирования водорода в условиях интервальной неопределенности части исходных данных; выработаны практические рекомендации по расчету процессов очистки и разделения синтез–газа методом КБА, которые могут быть использованы при проектировании промышленных установок концентрирования чистого водорода производительностью до 50000 нм3/час. Полученные результаты создадут основу для создания научно–обоснованной методики расчета и проектирования промышленных установок КБА газоразделения и очистки многокомпонентных газовых смесей.