Badania nad separacją wodoru w projekcie H2GEO

W Instytucie Technologii Paliw i Energii (ITPE) prowadzone są prace badawcze w ramach projektu pt. „New technology for hydrogen and geopolymer composites production from post-mining waste” (akronim H2GEO, nr 101112386). Jednym z kluczowych elementów projektu są badania nad uzdatnianiem i separacją wodoru z gazu procesowego z wykorzystaniem technologii PSA (Pressure Swing Adsorption).

Badania prowadzone są z udziałem laboratoryjnej instalacji PSA ITPE, wyposażonej w cztery kolumny adsorpcyjne, pracujące przy ciśnieniu do ok. 4-9 bar i strumieniach gazu 5-20 dm³n/min. Instalacja umożliwia elastyczną konfigurację cykli adsorpcji i regeneracji oraz pracę z różnymi koncepcjami procesowymi PSA, a także z wykorzystaniem różnego typu adsorbentów.

W ramach testów pakietu roboczego w projekcie, wykorzystywano gaz procesowy pochodzący z procesu zgazowania frakcji energetycznej odpadów pogórniczych, a także gaz po procesie Water Gas Shift (WGS), pozwalający na zwiększenie udziału wodoru w strumieniu zasilającym instalację PSA. Badania obejmowały ocenę wpływu składu gazu (CO₂, H₂, CO, CH₄ i N₂), parametrów pracy instalacji oraz konfiguracji cyklu PSA na efektywność separacji wodoru oraz jego czystość. Podczas prowadzenia prac badawczych kolumny PSA wypełnione były złożami warstwowymi, obejmującymi węgiel aktywny (odpowiedzialny głównie za adsorpcję CO₂ i węglowodorów) oraz sita molekularne typu 5A, wykorzystywane do separacji CO, N₂ i pozostałych składników gazu procesowego. Zastosowane konfiguracje układu złóż sorpcyjnych pozwalały na ocenę zależności pomiędzy stopniem czystości wodoru, wydajnością separacji a parametrami kolejnych etapów procesu PSA.

Uzyskane wyniki potwierdziły skuteczność zastosowanej technologii – w przeprowadzonych testach osiągnięto wysoką czystość wodoru, przekraczającą 90% obj., zgodnie z zakresem i założeniami badań projektowych. Testy potwierdziły stabilną pracę instalacji oraz potencjał skalowalności procesu separacji wodoru.

Rezultaty badań stanowią istotny krok w kierunku demonstracji pełnego łańcucha technologicznego produkcji wodoru z frakcji energetycznej odpadów pogórniczych oraz dalszego rozwoju technologii PSA w ITPE.