Giełda wynalazków i projektów. By chronić powietrze


19-10-2021 15:58:57

Polski przemysł chemiczny wiele zawdzięcza Instytutowi Inżynierii Chemicznej PAN w Gliwicach, który od 1958 r., kiedy zaczynał jako niewielki zakład naukowy, stale poszerza spektrum swoich specjalności.

Początkowo zajmował się ogólnie teorią i konstrukcją wszelkiej aparatury chemicznej, następnie od lat 60., pod kierunkiem prof. Andrzeja Burghardta, rozwijał technologie budowy reaktorów chemicznych i procesów katalitycznych.

W ostatnich dziesięcioleciach skoncentrował się ponadto na pracach z dziedzin ochrony środowiska, w tym zwłaszcza ochrony powietrza. Inicjatorem tej tematyki był długoletni badacz w IICH,  prof. Jerzy Buzek, późniejszy organizator Konsorcjum Ochrony Powietrza i premier. Ta tematyka owocuje w ostatnich latach ciekawymi patentami. Niektóre z nich zostały nagrodzone na targach INTARG 2021.  

VAMOXID obroni przed metanem

Zespół z Instytutu Inżynierii Chemicznej PAN w Gliwicach pod kierunkiem dr. hab. inż. Krzysztofa Gosiewskiego dał tam o sobie znać m.in technologią TFRR. Jest to nowatorska metoda utylizacji metanu z powietrza wentylacyjnego kopalń węgla kamiennego. Nie powoduje tworzenia się toksycznych gazów takich jak tlenki azotu czy tlenek węgla. Jak wiadomo metan jest groźnym gazem cieplarnianym, który uwalnia się także przy eksploatacji węgla w kopalniach metanowych. Potencjał cieplarniany dla metanu jest ok. 21 razy większy od tego potencjału dla CO2. Niestety nadal z ok. 900 mln m3 metanu uwalnianego przy wydobyciu węgla ok. 70% wydostaje się do atmosfery. Mieszanina metan-powietrze może  być alternatywnym paliwem do produkcji energii przy pomocy nowoczesnych rewersyjnych technologii spalania.

Technologia TFRR – Termiczny Reaktor Rewersyjny (ang. Thermal Flow Reversal Reactor) utylizuje metan z powietrza wentylacyjnego kopalń węgla kamiennego z jednoczesną produkcją ciepła. Mogą być to niskostężone mieszaniny w niskiej temperaturze, co nie pozwala na tworzenie się toksycznych gazów - tlenków azotu i tlenku węgla. 

Technologia pracuje bez potrzeby zasilania dodatkowym paliwem już od 0,2 % objętości metanu. Efektywne wykorzystanie ciepła zaczyna się, gdy zawartość przekracza 0,4 % objętości. Technologia została wyróżniona złotym medalem na XIII Międzynarodowych Targach Wynalazków i Innowacji INTARG 2020 Online oraz złotym medalem i nagrodą specjalną na International Invention and Trade Expo 2020 Online w Londynie, a także na wystawach wynalazków w Maroku, na Tajwanie i w Indonezji.

Wynalazek nazwano VAMOXID (od VAM - skrótu oznaczającego metan uwalniany z kopalni). Charakteryzuje go wiele zalet: brak katalizatora (obniżenie kosztu), wysoka temperatura spalania - możliwość zastosowania do produkcji energii elektrycznej, stabilność pracy przy niskich stężeniach metanu i wiele innych. Z Instytutem współpracowała krakowska firma Katalizator Sp. z o.o., która już się przygotowała do budowy instalacji VAMOXID o przepustowości kilkudziesięciu tysięcy m3 mieszaniny metanowo-powietrznej na godzinę.

Pożeracz gazowych trucizn

Do oczyszczania gazu, zwłaszcza powietrza, z lotnych związków organicznych służy inny wynalazek Instytutu - bioreaktor strużkowy. Zespół autorów zaproponował rozwiązanie eliminujące zanieczyszczenia związkami trudno rozpuszczalnymi w wodzie. Staje się to coraz poważniejszym problemem, ponieważ są to głównie substancje toksyczne, uciążliwe aromatycznie, a także prekursory ozonu troposferycznego.

Bioreaktor strużkowy jest urządzeniem zaplanowanym do radzenia sobie z oczyszczaniem dużych strumieni gazów o małych i zmiennych wartościach stężeń zanieczyszczenia. Jeśli ładunek wlotowy nie przekracza 40 g/m3/h, konwersja zanieczyszczeń jest bliska 100%. Proces biodegradacji jest bezpieczny i przyjazny dla środowiska, nie przenosi zanieczyszczeń z jednej fazy środowiskowej na drugą, ale całkowicie je rozkłada. W bioreaktorze ze złożem strużkowym nie powstają żadne produkty uboczne ani zanieczyszczenia wtórne. To zbiornik z jedną lub kilkoma warstwami wypełnienia w postaci polipropylenowych pierścieni o powierzchni właściwej 110 m2/m3.

Materiałem roboczym jest biofilm pokrywający obojętne chemicznie i odporne na biodegradację elementy złoża. Aktywne złoże zostało podzielone na warstwy, a każda z nich, o wysokości ok 0,5 - 0,6 m, spoczywa na ruszcie. Regulując liczbę warstw wypełnienia, można zapewnić właściwy czas przebywania mieszaniny reakcyjnej w złożu. Wypełnienie reaktora jest zraszane roztworem soli mineralnych w ilości 5 do 20 m3/m2/h, co zapewnia mikroorganizmom dostępność składników niezbędnych do ich prawidłowego funkcjonowania. Kluczowym elementem bioreaktora jest zraszacz pomiędzy wlotem gazu a złożem. Jego konstrukcja zapewnia równomierne rozprowadzanie gazu wokół każdego punktu rozpylania.

Zastosowanie kontrolowanych warunków pracy umożliwia utrzymanie stałej ilości biomasy na złożu bez ryzyka jej nadmiernego przyrostu wewnątrz bioreaktora. Główną zaletą tak prowadzonego procesu oczyszczania gazu jest wysoka efektywność, brak dodatkowych emisji oraz rozkład substratów do dwutlenku węgla, wody i biomasy. Uzyskane stopnie konwersji przekraczają 90% dla szerokiego zakresu stężeń zanieczyszczenia. Biodegradacja w bioreaktorze strużkowym jest procesem przebiegającym w niskiej temperaturze i pod ciśnieniem atmosferycznym, a więc przy małym zużyciu energii.

jaz.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Termiczny Reaktor Rewersyjny (TFRR)

 

 

 

 

Zestaw do badania katalizatorów monolitycznych w Instytucie Inżynierii Chemicznej PAN

 

Komentuje Waldemar Rukść

eNOT.pl - Portal Naczelnej Organizacji Technicznej | eNOT.pl