Technological Aspects of Purification and Separation of Hydrogen-Containing Gases Obtained by Gasification of Solid Carbon-Containing Media

ENG: Іn this paper, the subject of study is the processes of purification and separation of hydrogen-containing gases obtained by plasma-chemical gasification of solid carbon-containing media. The work aims to establish the regularities of the influence of technological parameters of hydrogen-containing gases obtained by the gasification of solid carbon-containing media on the specific surfaces of filter partitions, membranes, and adsorbents used for their purification and separation. The graph-analytical research method is used in this work, which consists in finding rational specific surfaces of the processes of purification and separation of hydrogen-containing gases based on the obtained graphical dependencies. Analytical dependencies for calculating the specific surface areas of the filter partition, the membrane, and the adsorbent were established. These dependencies take into account the technological parameters of hydrogen-containing gases and the technological parameters of their separation to produce high-purity hydrogen. Based on the theoretical calculation results, a graphical dependence of the specific surface area of the filter partition on the temperature of hydrogen-containing gases formed during the gasification of solid carbon-containing media and the concentration of solid particles in the gas was obtained. This dependence shows that an increase in the concentration of solid particles and an increase in the temperature of hydrogen-containing gases lead to an increase in the specific surface area of the filter partition. The graphical dependence of the specific surface area of the polyimide membrane on the operating pressure and hydrogen concentration in the permeate and the graphical dependence of the specific surface area of zeolite 13X on the initial hydrogen concentration in the initial gas mixture from 60% to 90% at a final concentration of 99.99% are presented. The paper presents a schematic diagram of purification and separation of hydrogen-containing gases to produce high-purity hydrogen. According to the diagram, the hydrogen-containing gas obtained by the gasification of carbon-containing media is sent for purification from solid particles to a filtration system, from where it is supplied to membrane separation for concentration, and the concentrated hydrogen-containing gas is sent to adsorption separation, where it is separated to produce high-purity hydrogen.

UKR: В наведеній роботі предметом дослідження є процеси очищення та розділення водневмісних газів, отриманих при плазмохімічній газифікації твердих вуглецевмісних середовищ. Мета роботи полягає у встановленні закономірностей впливу технологічних параметрів водневмісних газів, отриманих при газифікації твердих вуглецевмісних середовищ, на питомі поверхні фільтрувальних перегородок, мембран та адсорбентів, що використовуються для процесів їх очищення та розділення. В роботі використаний графоаналітичний метод дослідження, який полягає у пошуку раціональних питомих поверхонь процесів очистки та розділення водневмісних газів, основуючись на отриманих графічних залежностях. Встановлено аналітичні залежності з розрахунку питомої площі поверхні фільтрувальної перегородки, питомої поверхні мембрани та питомої поверхні адсорбенту, які враховують технологічні параметри водневмісних газів та технологічні параметри їх розділення з отриманням водню високої чистоти. На основі теоретичних результатів розрахунку отримано графічну залежність питомої площі поверхні фільтрувальної перегородки від температури водневмісних газів, утворених при газифікації твердих вуглецевмісних середовищ, та концентрації твердих часток в газі. Дана залежність показує, що збільшення концентрації твердих часток та зростання температури водневмісних газів призводить до підвищення питомої площі поверхні фільтрувальної перегородки. Наведено графічну залежність питомої поверхні мембрани, виготовленої з полііміду, від робочого тиску та концентрації водню в пермеаті та графічну залежність питомої поверхні цеоліту 13X від початкової концентрації водню в вихідній газовій суміші від 60% до 90% при кінцевій концентрації 99,99%. Наведено принципову схему очищення та розділення водневмісних газів з отриманням водню високої чистоти, згідно якої водневмісний газ, отриманий при газифікації вуглецевмісних середовищ, направляється на очищення від твердих часток в систему фільтрації, звідки подається на мембранне розділення з метою його концентрування, а сконцентрований водневмісний газ направляється на адсорбційне розділення, де відбувається його поділ з отриманням водню високої чистоти.