IDUB PW: Badanie kriogenicznego oczyszczania biogazu do biometanu z wykorzystaniem innowacyjnego dwustopniowego autokaskadowego układu chłodniczego pracującego z naturalnymi czynnikami chłodniczymi

Tytuł projektu: Badanie kriogenicznego oczyszczania biogazu do biometanu z wykorzystaniem innowacyjnego dwustopniowego autokaskadowego układu chłodniczego pracującego z naturalnymi czynnikami chłodniczymi.
Kierownik Projektu: dr inż. Michał Sobieraj
Instytucja realizująca: WIBHiIŚ
Źródło finansowania: Program Inicjatywa Doskonałości – Uczelnia Badawcza (IDUB)

Celem projektu jest przygotowanie rozwiązania do oczyszczania biogazu z jednoczesną możliwością wykorzystania odpadowego CO2 jako ekologicznego czynnika chłodniczego.

Przedmiotem projektu będą badania procesu kriogenicznego oczyszczania biogazu do biometanu z wykorzystaniem innowacyjnego dwustopniowego układu chłodniczego. Biogaz, jako naturalne paliwo bogate w metan, zawiera także duże ilości dwutlenku węgla i innych pozostałości takich jak para wodna i siarka, co powoduje nieefektywny procesie spalania i transportu paliwa. Niezwykle istotne jest zatem usunięcie CO2 ze strumienia biogazu, co może być osiągnięte dzięki procesowi separacji kriogenicznej. W ramach tego projektu proponuje się zastosowanie innowacyjnego autokaskadowego obiegu Joula-Thomsona zapewniającego osiągnięcie temperatury kriogenicznej, do oczyszczania biogazu.

Innowacyjność rozwiązania przejawia się zarówno w konfiguracji obiegu chłodniczego, jak i zastosowanych czynników chłodniczych. Górny stopień układu chłodniczego będzie wykorzystywał czynniki o średniej, a dolny o niskiej temperaturze wrzenia. Zastosowane zostaną czynniki o niskim współczynniku GWP, z najważniejszą kwestią użycia aż do 50% dwutlenku węgla w całkowitej zawartości mieszaniny.

Rozwiązanie bazuje na dwóch opracowanych na Wydziale, opatentowanych rozwiązaniach, pozwalających na użycie dwutlenku węgla (R744) jako czynnika niskowrzącego.

W ramach projektu zostaną zbadane dwa aspekty kriogenicznego uzdatniania biogazu z wykorzystaniem innowacyjnego układu autokaskadowego. Pierwszą częścią prac będzie badanie efektywności zaproponowanego układu na podstawie analizy energetycznej i egzergetycznej przeprowadzonej w odniesieniu do badań eksperymentalnych i symulacji. Zostaną zbadane różne konfiguracje urządzenia pracujące z szeregiem kompozycji badanych mieszanin czynników chłodniczych. Druga część projektu będzie obejmowała badanie procesu przejmowania ciepła i masy przy formowaniu się stałego dwutlenku węgla na rurze kriogenicznego wymiennika ciepła. Zostanie zbudowane stanowisko badawcze zawierające dwustopniowy układ autokaskadowy i sekcję wizualizacji przepływu. Obserwowanie zjawiska formowania się stałego dwutlenku węgla przy temperaturze rzędu -120°C będzie stanowiło dużą pomoc w przygotowaniu matematycznego opisu procesu.

Obydwa aspekty badań, zarówno ocena obiegu kriogenicznego, jak i badania przejmowania ciepła będą stanowiły istotny wkład w rozwój stanu wiedzy z zakresu termodynamiki. Proponowane rozwiązanie umożliwia efektywną separację biogazu, dla późniejszego użycia wysokiej jakości metanu i CO2 jako czynnika chłodniczego.