RU95546U1 - GAS SEPARATION COMPLEX - Google Patents

Abstract

Газоразделительный комплекс, включающий компрессор, газоразделительные блоки, расположенные последовательно и соединенные между собой, с патрубками входа и отвода одного из потоков продуктов разделения от каждого блока, и трубопроводы с запорно-регулирующей аппаратурой, при этом один из газоразделительных блоков - мембранный, отличающийся тем, что другой газоразделительный блок - сорбционный, патрубок сбросного потока на стадии регенерации которого соединен трубопроводом с входным патрубком компрессора с образованием циркуляционного контура, а патрубок отвода продукта сорбционного блока дополнительно снабжен патрубком сброса некондиционного потока. A gas separation complex including a compressor, gas separation blocks arranged in series and connected to each other, with inlet and outlet pipes of one of the separation product flows from each block, and pipelines with shut-off and control equipment, one of the gas separation blocks being a membrane one, characterized in that the other gas separation unit is a sorption one, the waste stream pipe at the regeneration stage of which is connected by a pipeline to the compressor inlet pipe with the formation of circulation of the circuit and discharge pipe sorption unit is further provided with a product discharge pipe spec stream.

Description

Полезная модель относится к технологии разделения смеси газов и может быть использована в любых отраслях промышленности, когда необходимо разделение смеси газов или воздушного потока на фракции.The utility model relates to the technology of separation of a mixture of gases and can be used in any industries when it is necessary to separate a mixture of gases or air flow into fractions.

Известна мембранная система разделения газов, включающая компрессор, мембранные аппараты и систему трубопроводов с патрубками, (см. патент РФ 2035981, В01D 61/00, 63/00, 1991 г.). Система включает три ступени разделения.Known membrane gas separation system, comprising a compressor, membrane apparatus and a piping system with nozzles, (see RF patent 2035981, BD 61/00, 63/00, 1991). The system includes three stages of separation.

Известна установка воздухоразделительная, включающая компрессор, газоразделительные блоки соединенные между собой, с патрубками входа, и отвода одного из потоков от каждого блока продуктов разделения, и трубопроводы с запорно-регулирующей аппаратурой, при этом один из газоразделительный блоков мембранный (патент US 4597777 В01D 53/22 1986).A known installation of air separation, including a compressor, gas separation blocks connected to each other, with inlet pipes, and the outlet of one of the flows from each block of separation products, and pipelines with shut-off and control equipment, while one of the gas separation blocks is membrane (patent US 4597777 B01D 53 / 22 1986).

Недостатками этих установок является низкое содержание целевого компонента в продуктовых потоках, низкая степень извлечения и большие энергозатраты.The disadvantages of these plants are the low content of the target component in the product flows, low degree of extraction and high energy consumption.

Технической задачей заявленной полезной модели является повышение содержание целевого компонента, его степени извлечения в продуктовых потоках, а также снижение энергозатрат.The technical task of the claimed utility model is to increase the content of the target component, its degree of extraction in the product flows, as well as reducing energy consumption.

Поставленная задача решается в газоразделительном комплексе, включающий компрессор, газоразделительные блоки, расположенные последовательно и соединенные между собой, с патрубками входа, и отвода одного из потоков от каждого блока продуктов разделения, и трубопроводы с запорно-регулирующей аппаратурой, при этом один из газоразделительный блоков мембранный, при этом другой газоразделительный блок - сорбционный, патрубок сбросного потока стадии регенерации, которого соединен трубопроводом с входным патрубком компрессора с образованием циркуляционного контура, а патрубок отвода продукта сорбционного блока дополнительно снабжен патрубком сброса некондиционного потока.The problem is solved in a gas separation complex, including a compressor, gas separation blocks arranged in series and interconnected, with inlet pipes, and the discharge of one of the flows from each block of separation products, and pipelines with shut-off and control equipment, while one of the gas separation blocks is membrane while another gas separation unit is a sorption branch pipe of the waste stream of the regeneration stage, which is connected by a pipe to the compressor inlet pipe to form m of the circulation circuit and outlet pipe sorption unit is further provided with a product discharge pipe spec stream.

Газоразделительный комплекс также снабжен блоком управления и контроля основных рабочих параметров процесса разделения на базе промышленного логического контролера (ПЛК).The gas separation complex is also equipped with a control and monitoring unit for the main operating parameters of the separation process based on an industrial logic controller (PLC).

Принципиальная схема газоразделительного комплекса изображена на фиг.1 (схема)The schematic diagram of the gas separation complex is shown in figure 1 (diagram)

Газоразделительный комплекс состоит из двух газоразделительных блоков - мембранного 1 и сорбционного 3, компрессора 8, с патрубками входа 4 с патрубками входа, и отвода одного из потоков продуктов разделения от каждого блока, трубопроводами 5, 6, 7, 9, 12, 14, 10, 11 с запорно-регулирующей аппаратурой 13, 15, 16, 17, 18 при этом блоки расположены последовательно и соединенные между собой,, при этом патрубок сбросного потока газовой смеси на стадии регенерации сорбента сорбционного блока 3 соединен трубопроводом 6,7 с входным патрубком 9 компрессора 8 с образованием циркуляционного контура. Для отвода одного из потоков от каждого газоразделительного блока продуктов разделении установка снабжена трубопроводами 10, 11.The gas separation complex consists of two gas separation blocks - membrane 1 and sorption 3, compressor 8, with inlet nozzles 4 with inlet nozzles, and one of the separation product flows from each block, pipelines 5, 6, 7, 9, 12, 14, 10 11 with shut-off and control equipment 13, 15, 16, 17, 18 while the blocks are arranged in series and interconnected, while the outlet pipe of the gas mixture at the stage of regeneration of the sorbent of the sorption unit 3 is connected by a pipe 6.7 to the inlet pipe 9 compressor 8 with images Niemi circulation circuit. For the removal of one of the flows from each gas separation unit of separation products, the installation is equipped with pipelines 10, 11.

Газоразделительный комплекс предназначен для разделения воздуха на фракции методами селективного разделения на полимерных мембранах и/или газовой адсорбции (короткоцикловой). Такое сочетание двух методов мембранного и сорбционного с образованием циркуляционного контура позволяет обеспечивать высокую концентрацию и степень извлечения целевых компонентов в продуктовых потоках при малых энергозатратах.The gas separation complex is designed to separate air into fractions by selective separation methods on polymer membranes and / or gas adsorption (short cycle). This combination of the two membrane and sorption methods with the formation of a circulation loop allows for a high concentration and degree of extraction of the target components in the product flows at low energy costs.

Газоразделительный комплекс позволяет решать газоразделительные задачи производительностью до 1000 м³/ч по целевому продукту (до 5000 м³/ч перерабатываемого воздуха).The gas separation complex allows you to solve gas separation problems with a capacity of up to 1000 m ³ / h for the target product (up to 5000 m ³ / h of processed air).

В качестве целевого компонента продуктового потока может быть фракция, обогащенная азотом и/или кислородом и/или осушенная фракция.As the target component of the product stream may be a fraction enriched with nitrogen and / or oxygen and / or a dried fraction.

Газоразделительный комплекс работает следующим образом.Gas separation complex operates as follows.

Исходная газовая смесь (воздух) по трубопроводу 9 с помощью компрессора 8 сжимается и под давлением последовательно подается на блок подготовки газа (БПВ) (на фиг. не указан), где происходит его охлаждение, очистка газовой смеси от паров масла, капельной влаги, твердых частиц и других вредных примесей, а также происходит стабилизация основных параметров газа (давления, температуры). Удаление конденсата из фильтров проводится в автоматическом режиме через конденсатоотводчики.The source gas mixture (air) through pipeline 9 is compressed by compressor 8 and subsequently supplied under pressure to the gas preparation unit (BPV) (not shown in Fig.), Where it is cooled, the gas mixture is cleaned of oil vapor, droplet moisture, and solid particles and other harmful impurities, as well as the stabilization of the basic parameters of the gas (pressure, temperature). Condensate removal from filters is carried out automatically through steam traps.

Из БПВ компрессированный воздух поступает на вход термостата (не показан), в котором он нагревается до температуры, соответствующей оптимальному режиму работы мембранного газоразделительного блока 1 (25-66°С - в сочетании с сорбционным блоком). Поддержание требуемой температуры термостата с электронагревательным элементом осуществляется с помощью промышленного логическим контролером (ПЛК).Compressed air is fed from the BPV to the inlet of the thermostat (not shown), in which it is heated to a temperature corresponding to the optimal operating mode of the membrane gas separation unit 1 (25-66 ° С - in combination with a sorption unit). Maintaining the required temperature of a thermostat with an electric heating element is carried out using an industrial logic controller (PLC).

Очищенная газовая смесь подается на блоки газоразделения, вначале на мембранный блок 1, где основным элементом является полимерная газоразделительная мембрана 2.The purified gas mixture is fed to the gas separation units, first to the membrane unit 1, where the main element is a polymer gas separation membrane 2.

Проходя через мембранный блок 1 воздух разделяется на две фракции - проникший через мембрану 2 - поток 11 с повышенной (пермеат) и не проникший через мембрану 2 - поток 12 с пониженной концентрацией, например, кислорода. Пермеат сбрасывается через глушитель в атмосферу, а не проникший через мембрану поток 12 с регулировочным вентилем-дросселем 13 после выхода на заданный по концентрации режим под давлением поступает на вход 4 сорбционного блока 3.Passing through the membrane unit 1, the air is divided into two fractions - the stream 11 with increased (permeate) penetrated through the membrane 2 and the stream 12 with a low concentration, for example, oxygen, not penetrated through the membrane 2. The permeate is discharged through the muffler into the atmosphere, and not the stream 12 that has penetrated through the membrane with the control valve-throttle 13 after reaching the preset concentration mode is supplied under pressure to the input 4 of the sorption unit 3.

Разделение воздуха в мембранном блоке происходит за счет различных коэффициентов проницаемости компонентов разделяемой смеси (в частности, азота и кислорода) через полимерную мембрану. Движущей силой мембранного процесса разделения является разность парциальных давлений газов на мембране.The separation of air in the membrane block occurs due to different permeability coefficients of the components of the mixture being separated (in particular, nitrogen and oxygen) through the polymer membrane. The driving force of the membrane separation process is the difference in partial pressures of gases on the membrane.

Настройка рабочих параметров мембранного блока 1 производится с панели оператора, соединенной с ПЛК (промышленный логический контроллер) в зависимости от режимов работы всей установки и может быть изменена в процессе работы установки.Setting the operating parameters of the membrane unit 1 is made from the operator panel connected to the PLC (industrial logic controller) depending on the operating conditions of the entire installation and can be changed during operation of the installation.

Контроль и управление концентрацией кислорода в потоке 12 осуществляется, например, через ПЛК или вручную.Monitoring and control of the oxygen concentration in stream 12 is carried out, for example, through a PLC or manually.

После мембранного блока 1 воздух под давление поступает через входные патрубки 4 с электро (или - пневмо) клапанами - не показаны) в сорбционный блок 3, который может состоять из одного адсорбера с накопительным ресивером продукта или двух (и более) попеременно работающих адсорберов и буферную емкость (на фиг не показана) для сглаживания пульсации продуктового потока (например, азота).After the membrane unit 1, air under pressure enters through the inlet pipes 4 with electro (or - pneumatic) valves (not shown) into the sorption unit 3, which can consist of one adsorber with a storage receiver of the product or two (or more) alternately working adsorbers and a buffer a container (not shown in FIG.) for smoothing the pulsation of the product stream (for example, nitrogen).

В процессе адсорбции легко - и быстро - адсорбируемые компоненты смеси поглощаются адсорбентом, в то время как слабо - и медленно-адсорбируемые компоненты проходят через аппарат. Благодаря этому производится разделение газовой смеси. Адсорбент поглощает газ до достижения состояния равновесия процессов адсорбции и десорбции. Для продолжения процесса разделения адсорбент в адсорберах необходимо периодически регенерировать, что происходит путем сброса давления, через сбросной патрубок 5, и подачей по трубопроводу 6,7 на вход компрессора 8, либо путем повышения температуры в адсорберах и продувкой с дальнейшим сбросом через патрубок 5.During the adsorption process, the easily - and quickly - adsorbed components of the mixture are absorbed by the adsorbent, while the weakly and slowly adsorbed components pass through the apparatus. Thanks to this, the gas mixture is separated. The adsorbent absorbs gas until the equilibrium state of the processes of adsorption and desorption. To continue the separation process, the adsorbent in the adsorbers must be periodically regenerated, which occurs by depressurizing, through the discharge pipe 5, and feeding through the pipe 6.7 to the inlet of the compressor 8, or by increasing the temperature in the adsorbers and by blowing with further discharge through the pipe 5.

Обе разновидности процесса адсорбции протекают циклично, с чередованием фаз адсорбции и регенерации, с продолжительностью цикла порядка часов при десорбции нагревом или порядка минут - при регенерации - сбросах давления.. (PSA - короткоцикловых процессах).Both varieties of the adsorption process proceed cyclically, with alternating phases of adsorption and regeneration, with a cycle time of the order of hours during desorption by heating, or about minutes — during regeneration — depressurization .. (PSA - short-cycle processes).

Для повышения степени извлечения целевого компонента и сокращения времени выхода на рабочий режим газоразделительный комплекс снабжен патрубок 15, 10 отвода продукта сорбционного блока дополнительно снабжен патрубком 14 сброса некондиционного потока.To increase the degree of extraction of the target component and reduce the time for reaching the operating mode, the gas separation complex is equipped with a pipe 15, 10 of the product outlet of the sorption unit is additionally equipped with a pipe 14 for dumping a substandard flow.

Во время выхода установки на рабочий режим некондиционный газ сбрасывается в атмосферу через электромагнитный клапан 16 и вентиль 18, по достижению требуемой концентрации целевого компонента контролируется датчиком целевого компонента (не показан) клапан 16 закрывается, а клапан 15 автоматически открывается. Вентиль 17 может в ручную отрегулирован на заданный расход азота(кислорода) или регулироваться в процессе с помощью исполнительно механизма с панели управления оператора.When the unit enters the operating mode, substandard gas is discharged into the atmosphere through the solenoid valve 16 and valve 18, when the desired concentration of the target component is reached, it is controlled by the sensor of the target component (not shown), valve 16 closes, and valve 15 opens automatically. The valve 17 can be manually adjusted for a given flow rate of nitrogen (oxygen) or regulated in the process by means of an executive mechanism from the operator's control panel.

Блок управления (панель оператора и контроля на базе ПЛК (на фиг. не указаны) осуществляет контроль основных параметров установки, визуализацию параметров и автоматическое управление установкой.The control unit (operator and control panel based on the PLC (not shown in Fig.) Monitors the main parameters of the installation, visualizes the parameters and automatically controls the installation.

Claims (1)

Газоразделительный комплекс, включающий компрессор, газоразделительные блоки, расположенные последовательно и соединенные между собой, с патрубками входа и отвода одного из потоков продуктов разделения от каждого блока, и трубопроводы с запорно-регулирующей аппаратурой, при этом один из газоразделительных блоков - мембранный, отличающийся тем, что другой газоразделительный блок - сорбционный, патрубок сбросного потока на стадии регенерации которого соединен трубопроводом с входным патрубком компрессора с образованием циркуляционного контура, а патрубок отвода продукта сорбционного блока дополнительно снабжен патрубком сброса некондиционного потока.

A gas separation complex including a compressor, gas separation blocks arranged in series and connected to each other, with inlet and outlet pipes of one of the separation product flows from each block, and pipelines with shut-off and control equipment, one of the gas separation blocks being a membrane one, characterized in that the other gas separation unit is a sorption one, the waste stream pipe at the regeneration stage of which is connected by a pipeline to the compressor inlet pipe with the formation of circulation of the circuit and discharge pipe sorption unit is further provided with a product discharge pipe spec stream.