SU1119718A1 - Method of separating gas mixtures - Google Patents

Abstract

СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ, включающий создание потока газовой смеси высокого давлени  с одной стороны полупроницаемой мембраны, обогащающегос  труднопроникающими компонентами , противоточного потока газовой смеси низкого давлени  с другой стороны полупроницаемой м-емб.раны, обогащающеюс  легкогфопикающими компонентами, подачу исходной газовой смеси в промежуточную точку потока высокого давлени , компремирование выход щего потока низкого давлени , разделение скомпремированного потока на две части, подачу одной части па вход потока высокого давлени , вывод второй его части в виде продукта, обогащенного легкопроникающими компонентами, и вывод потока высокого давлени  в виде продукта , обогащенного, труднопропикающими компонентами отличающийс  тем, что, с целью снижени  капитальных и энергетических затрат при заданных степени разделени  и производительности по обоим продуктам , разделение скомпремированного потока i осуществл ют на дополнительной полупроницаемой мембране с отводом проникающесл го через нее потока в виде продукта, обогащенного легкопроникающим ; компонентами.METHOD OF SEPARATION OF GAS MIXTURES, including creating a high-pressure gas mixture stream on one side of a semipermeable membrane, enriching with difficult-to-penetrate components, a countercurrent low-pressure gas mixture stream on the other side of the semi-permeable membrane, enriching light-copying components, supplying the initial gas mixture to the intermediate point of the stream high pressure, compression of the exiting flow low pressure, separation of the compressed flow into two parts, supply of one part of and the input of the high pressure flow, the output of its second part as a product enriched with easily penetrating components, and the output of the high pressure flow as a product enriched with low-penetrating components, characterized in that, in order to reduce capital and energy costs at a given degree of separation and productivity for both products, the separation of the compressed stream i is carried out on an additional semi-permeable membrane with a stream penetrating through it as an enriched product easily penetrating; components.

Description

соwith

vjvj

Изобретение относитс  к области разделени  газовых смесей и может быть использовано в технологических процессах с использованием полупроницаемых мембран.The invention relates to the field of separation of gas mixtures and can be used in technological processes using semipermeable membranes.

В современной промышленности дл  получени  веществ, обогащенных определенными компонентами газовых смесей, примен ют способы, основанные на различной способности компонентов проникать через мембранные перегородки. При этом процесс разделени  осуществл ют таким образом, что раздел емую смесь пропускают по одну сторону мембранной перегородки в область высокого давлени , а на мембране создаетс  градиент концентраций между област ми высокого и низкого давлени . Дл  получени  большего эффекта используют способы , основанные либр на построении каскадных схем процесса разделени , либо на последовательном разделении смеси с использованием мембран с различными селективными свойствами 1.In modern industry, methods based on the different ability of components to penetrate membrane partitions are used to obtain substances enriched in certain components of gas mixtures. In this case, the separation process is carried out in such a way that the mixture to be separated is passed on one side of the membrane septum to the high pressure area, and a concentration gradient is created on the membrane between the high and low pressure areas. To achieve a greater effect, use methods based on building upon cascade separation schemes, or on sequential separation of the mixture using membranes with different selective properties 1.

Однако эти способы  вл ютс  дорогосто щими , так как дл  своей реализации требуют больщого числа компрессоров, сложного технологического оборудовани  и высоких габаритов - в первом случае, и св заны с трудност ми в подборе мембран с требуемыми селективными свойствами - во втором.However, these methods are expensive, since for their implementation they require a large number of compressors, sophisticated technological equipment and high dimensions - in the first case, and are associated with difficulties in selecting membranes with the required selective properties - in the second.

Известен способ разделени  газовых с.месей с помощью полупроницаемых мембран, включающий создание потока газовой смеси высокого давлени  с одной стороны мембраны , который обогащаетс  труднопроникающими через мембрану, компонентами, и противоточного потока газовой смеси низкого давлени  с другой стороны мембраны, обогащающегос  легкопроникающими компонентами . Исходную газовую смесь подают в промежуточную точку потока высокого давлени . Выход щий поток низкого, давлени  компремируют, дел т на две части, одну из которых подают на вход потока высокого давлени , а вторую часть используют в качестве продукта, обогащенного легкопроникающими компонентами, а в качестве продукта , обогащенного труднопроникающими компонентами, используют вход щий поток высокого давлени . Такой способ разделени  часто называют разделением в противоточной мембранной колонне непрерывного действи  2.A known method for separating gas mixtures using semipermeable membranes involves creating a stream of high-pressure gas mixture from one side of the membrane, which is enriched with impermeable through the membrane components, and a countercurrent flow of low-pressure gas mixture from the other side of the membrane enriched with easily penetrating components. The source gas mixture is fed to the intermediate point of the high pressure stream. The output stream is low, the pressures are compressed, divided into two parts, one of which is fed to the inlet of the high pressure stream, and the second part is used as a product enriched with light-penetrating components, and the quality of a product enriched with hard-penetrating components is used pressure. This separation method is often referred to as separation in a continuous continuous flow counter membrane 2.

Однако с ростом степени разделени  исходной смеси по легкопроникающему через мембрану компоненту значительно возрастают как длина колонны (соответственно необходима  площадь мембраны и капитальные затраты), так и величина компремируемого потока (энергетические затраты)However, with an increase in the degree of separation of the initial mixture along an easily penetrating component through the membrane, both the column length (the membrane area and capital costs are required) and the value of the flow being compressed (energy costs) increase significantly.

Цель изобретени  - снижение капитальных и энергетических затрат при заданныхThe purpose of the invention is to reduce capital and energy costs at a given

степени разделени  и производительности по обоим продуктам. degrees of separation and performance for both products.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу разделени  газовых смесей , включающему создание потока газовой смеси высокого давлени  с одной стороны полупроницаемой .мембраны, обогащающегос  труднопроникающими компонентами , противоточного потока газовой смеси низкого давлени  с другой стороны полупроницаемой мембраны, обогащающегос  легкопроникающими компонентами, подачу исходной газовой смеси в промежуточную точку потока высокого давлени , компремирование выход щего потока низкогоThis goal is achieved in that according to the method of separation of gas mixtures, including creating a stream of high-pressure gas mixture on one side of a semipermeable membrane enriching with difficult-to-penetrate components, a counter-current flow of low-pressure gas mixture on the other side of a semipermeable membrane enriching with easily penetrating components, supplying the initial gas mixture to the intermediate point of the high pressure flow, compressing the output flow of the low

давлени , разделение скомпремированного потока на две части, подачу одной части на вход потока высокого давлени , вывод второй его части в виде продукта, обогащенного легкопроникающими компонентами, и вывод пот жа высокого давлени  в виде продукта , обогащенного труднопроникающими компонентами, разделение скомпремированного потока осуществл ют на дополнительной полупроницаемой мембране с отводом проникающего через нее потока в виде продукта , обогащенного легкопроникающими компонентами.pressure, separation of the compressed flow into two parts, supplying one part to the inlet of the high pressure flow, outputting the second part of it as a product enriched with easily penetrating components, and outputting high pressure pulling as a product enriched with hardly penetrating components, separating the compressed flow an additional semipermeable membrane with a branch of a stream penetrating through it as a product enriched with easily penetrating components.

При ЭТОМ происходит дополнительное разделение смеси, которое позвол ет повысить концентрацию в отборе легкопроникающего компонента, при неизменной величине потока его отбора. При заданных величинах степени разделени  смеси и производительности по обоим продуктам дополнительное разделение дает возможность сократить площадь мембраны в колонне и величинуAt THOM, an additional separation of the mixture occurs, which allows an increase in the concentration in the selection of the easily penetrating component, with a constant value of its selection flow. For given values of the degree of separation of the mixture and productivity of both products, additional separation makes it possible to reduce the membrane area in the column and

перерабатываемого потока вещества. Уменьшение площади мембраны колонны значительно превышает площадь дополнительной мембраны.recyclable material flow. The reduction in the membrane area of the column significantly exceeds the area of the additional membrane.

Достигаемый эффект св зан в первуюThe effect achieved is first

очередь с тем, что через дополнительную мембрану проходит лищь мала  часть скомпремированного потока и, соответственно, разделительна  способность ее единицы площади близка к максимально возможной и намного превышает соответствующую величину дл  мембраны, работающей в колонне. Уменьшение величины компремируемого потока (уменьшение мощности компрессора) св зано с уменьшением циркул ционного потока, обусловленного уменьшением требуемой степени обогащени  легкопроникающего компонента в колонне.a queue with the fact that a small part of the compressed flow passes through the additional membrane and, accordingly, the separation capacity of its unit of area is close to the maximum possible and far exceeds the corresponding value for the membrane operating in the column. The decrease in the compressible flow (decrease in compressor power) is associated with a decrease in the circulation flow, due to a decrease in the required degree of enrichment of the light-penetrating component in the column.

Предлагаемый способ используют при получении газа СОг концентрации 94,6% из смеси газов Концентраци  СО в-потоке питани  составл ет 52,6%. Разделение газов производитс  на мембранной колонне длиной 5 м. Мембрана выполнена в виде полых волокон из силиконовой резины. Высокое давление составл ет 220 кПа, аThe proposed method is used to obtain a CO2 gas of a concentration of 94.6% from a mixture of gases. The concentration of CO in the feed stream is 52.6%. Gas separation is carried out on a 5 m long membrane column. The membrane is made in the form of hollow fibers made of silicone rubber. High pressure is 220 kPa, and

низкое давление 98 кПа. Величина циркул ционного потока измен етс  от 85 до 7 моль/с. Поток отбора, обогащенного легкопроникающими компонентами, составл ет 2,37 моль/с, а отбора, обогащенного труднопроникающими компонентами, - 2,39 моль/с. Если выход щий поток низкого давлени  подвергнуть дополнительному разделению на мембране из того же материала, причем сохранить рабочие параметры процесса, концентрацию СОз в отборе и производительность установки, то за счет снижени  тре- . буемой концентрации СО на выходе потока низкого давлени  почти до 90%, удаетс  сократить длину колонны на 35%. Площадь дополнительной мембраны составл ет всего около 5% от первоначальной площади мембраны колонны. Величина компремируемого. циркул ционного потока и соответственноlow pressure 98 kPa. The magnitude of the circulating flow varies from 85 to 7 mol / s. The sampling stream enriched with easily penetrating components is 2.37 mol / s, and the sampling enriched with hardly penetrating components is 2.39 mol / s. If the low pressure output stream is subjected to additional separation on a membrane of the same material, while preserving the working parameters of the process, the concentration of CO 2 in the selection and the capacity of the installation, then by reducing the three-fold. With a low concentration of CO at the outlet of the low pressure flow to almost 90%, it is possible to reduce the length of the column by 35%. The area of the additional membrane is only about 5% of the initial membrane area of the column. Compressed value circulation flow and respectively

затраты электроэнергии при этом сокращаютс  в два раза. В виду малого гидродинамического сопротивлени  увеличение энергозатрат , требуемых дл  обеспечени  работы дополнительной мембраны, - незнач тельно.electricity costs are halved. In view of the low hydrodynamic resistance, the increase in energy consumption required for the operation of the additional membrane is insignificant.

Эффективность, достигаема  при разделении газовых смесей по предлагаемому способу по сравнению с известным, приводит к значительной экономии дорогосто щего мембранного материала, а также к существенному снижению капитальных и энергетических затрат и не зависимо от вида состава раздел емой смеси и характеристики селективности мембраны.The efficiency achieved when separating gas mixtures according to the proposed method as compared to the known method leads to significant savings in expensive membrane material, as well as to a significant reduction in capital and energy costs, regardless of the type of composition of the mixture to be separated and the membrane selectivity characteristics.

Эффективность использовани  предлагаемого способа повыщаетс  при увеличении требуемой концентрации легкопроникающего компонента в потоке его отбора.The efficiency of the use of the proposed method increases with an increase in the required concentration of the easily penetrating component in the stream of its selection.

Claims (1)

СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ, включающий создание потока газовой смеси высокого давления с одной стороны полупроницаемой мембраны, обогащающегося труднопроникающими компонентами, противоточного потока газовой смеси низкого давления с другой стороны j .METHOD FOR SEPARATING GAS MIXTURES, including the creation of a high pressure gas mixture flow on one side of a semipermeable membrane enriched with difficult to penetrate components, a low pressure gas flow countercurrent flow on the other hand j. полупроницаемой мембраны, Ьбогащающш ося легкопроникающими компонентами, подачу исходной газовой смеси в промежуточную точку потока высокого давления, компремирование выходящего потока низкого давления, разделение скомпремированного потока на две части, подачу одной части на вход потока высокого давления, вывод второй его части в виде продукта, обогащенного легкопроникающими компонентами, и вывод потока высокого давления в виде продукта, обогащенного, труднопроникающими компонентами отличающийся тем, что, с целью снижения капитальных и энергетических затрат при заданных степени разделения и производительности по обоим продуктам, разделение скомпремированного потока _s осуществляют на дополнительной полупро- S ницаемой мембране с отводом проникающего через нее потока в виде продукта, обогащенного легкопроникающими компонентами.a semi-permeable membrane, enriched with easy-penetrating components, supplying the initial gas mixture to an intermediate point of the high pressure stream, compressing the output low pressure stream, dividing the compressed stream into two parts, supplying one part to the inlet of the high pressure stream, outputting the second part as an enriched product low-penetrating components, and the output of the high pressure stream in the form of a product enriched with difficult-penetrating components characterized in that, in order to reduce the capital At the specified degree of separation and performance for both products, the separation of the compressed stream _{s is} carried out on an additional semipermeable membrane with the removal of the flow penetrating through it in the form of a product enriched with easily penetrating components. SU .,.,1119718 >SU.,., 1119718>