Способ разделения газовых смесей

 

СО1ОЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„.SU, 1294367 А I (pe 4 В 01 D 53/2, 13/00.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3772064/23-26 (22) 27,07.84 (46) 07.03,87. Бюл. М 9 (71) Московский инженерно-физический институт (72) Е. Б. Груздев, Е. В, Косых, Н. И. Лагунцов и Е. В. Левин (53) 66.071.6-278:532.711(088.8) (56) Патент США Р 4140499, кл. 210-321, 1982.

AIChE. Journal, 1980, N - 4, р. 558566. (54)(57) СПОСОБ РАЗЦЕЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ

СМЕСЕЙ, содержащих труднопроникающие, легкопроникающие через полупроницаемую мембрану компоненты, а также промежуточные по проницаемости компоненты, включающий создание потока газовой смеси высокого давления с одной стороны полупроницаемой мембраны, обогащающегося труднопроникающими компонентами, потока низкого давления с другой стороны полупроницаемой мембраны, обогащающегося легкопроникающим. компонентами, подачу исходной газовой смеси в поток высокого давления, компремирование и разделение на две части выходящего потока низкого давления, подачу одной части на вход потока высокого давления, вывод второй части в виде продукта, обогащенного легкопроникающими компонентами, вывод потока высокого давления в виде продукта, обогащенного труднопроникающими компонентами, отличающийся тем, что, с целью увеличения степени обогащения продуктов и выделения промежуточных по проницаемости компонентов, отбирают долю потока высокого давления из зоны, в которой концентрация промежуточных по проницаемости компонентов максимальна, разделяют ее на две части с помощью дополнительной полупроницаемой мембраны, одну часть отводят в виде продукта, обогащенного промежуточными по проницаемости компонентами, а вторую часть подают в поток, имеющий давление то же, что и у второй части, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1294367

Изобретение относится к мембранной технологии разделения газовых смесей и может быть использовано в химической, нефтехимической, газовой и других отраслях промьплленности в тех случаях, когда необходимо провести разделение многокомпонентных смесей на фракции.

Целью изобретения является увеличение степени обогащения продуктов и выделение промежуточных по проницаемости компонентов.

Согласно способу разделения газовых смесей, состоящему.в пропускании исходной смеси через противоточную мембранную колонну непрерывного действия, часть потока высокого давления, взятую из промежуточной его точки, разделяют, пропуская вдоль поверхнос- 20 ти дополнительной полупроницаемой мембраны. Если в потоке., подвергаемом дополнительному разделению, концентрация труднопроникающего компонента (ТПК) мала по сравнению с концентрациями других компонентов, то проникний через дополнительную мембрану поток возвращают в промежуточную точку потока низкого давления, а непроникший поток выводят в качестве продукта, обогащенного промежуточными компонентами. А если в этом потоке концентрация легкопроникающего компонента (ЛПК) мала, то проникший через дополнительную мембрану поток выводят в качестве продукта, обога35 щенного промежуточными по проницаемости компонентами, а непроникший поток возвращают в промежуточную точку потока высокого давления. Местоположение промежуточной точки, из которой берется часть потока высокого давления для дополнительного разделения, должно соответствовать максимальной величине концентрации промежуточного компонента по длине колонны.

Наличие максимума концентрации про межуточного компонента по длине колонны вызвано вытеснением его с отборных концов труднопроникающими и легкопроникающими компонентами эа

50 счет их большей активности. При этом максимум концентрации промежуточного компонента локализован между точкой подачи питания и тем отбором, в котором промежуточный компонент вьщеляет- 55 ся с большей концентрацией, Выбор точки отбора на дополнительное разделение осуществляется следующим образом. Если процесс разделения в колонне организован так, что выделение промежуточного компонента происходит в потоке отбора TIIK то максимум концентрации промежуточного компонента находится между точкой подачи питания и отбором ЛПК, Отбор смеси на дополнительное разделение целесообразно брать вблизи максимума концентрации промежуточного компонента так, чтобы осуществлялось наиболее благоприятное соотношение между концентрациями промежуточного компонента и концентрациями более активных компонентов, В данном случае более активными являются более легкопроникающие компоненты, поскольку в качестве отбора, обогащенного промежуточным компонентом, используется проникший через дополнительную мембрану поток

Если выделение промежуточного компонента происходит в отборе ЛПК, то максимум концентрации промежуточного компонента находится между точ-. кой подачи питания и отбором ТПК.

Более активными по отношению к промежуточному по проницаемости будут в данном случае труднопроникакнцие компоненты, так как в качестве отбора, обогащенного промежуточным компонентом, используется непроникший через дополнительную мембрану поток.

Оптимальное положение точки отбора на дополнительное разделение можно выбрать либо расчетным, либо экспериментальным путем.

При этом происходит дополнительное разделение смеси, которое позволяет повысить концентрации компонентов газовой смеси во внешних потоках отбора, а также выделить промежуточные компоненты с более высокой концентрацией, чем в любой точке колонны непрерывного действия, Получение дополнительного потека отбора, обогащенного промежуточным компонентом, приводит к снижению среднего значения концентрации этого компонента по длине колонны. Поэтому влияние промежуточного компонента на процесс разделения ослабевает и на мембране в основном происходит разделение легкопроникающего и труднопроникающего компонентов, а это, в свою очередь, повышает эффективность работы единицы площади поверхности! 29436 мембраны и степень обогащения легкои труднопроникаюших компонентов.

Предлагаемый способ рассмотрим на примере разделения трехкомпонентной газовой смеси СО -0 -СО с концентрациями компонентов в исходном потоке, равными 85, 5 и 10 соответственно, Процесс разделения производится в мембранной колонне с мембраной, изготовленной иэ поли-4-метилпентен-1, об- !О щая суммарная площадь которой равня2 ется 8400.м . Высокое давление поддерживается равным 981 кПа, а низкое давление — 98,! кПа. Поток отбора, обогащенный легкопроникающим компо- !5 нентом (СО ), проницаемость которого составляет 3,16 10 м.моль/м с Па при толщине мембраны 10 м, составляет 0 81 моль/с, а поток отбора, обогащенный труднопроникающими ком- 20 понентами (СО), проницаемость которого равна 2,75 10 " м.,моль/и . с,Па

О, 19 моль/с. В потоке отбора, обогащенном легкопроникающим компонентом, концентрация СО составляет 94,3 (проницаемость 0 равна 9,74 х х 10 м моль/м с Па) и 5,3Х при концентрации СО в потоке отбора, обогащенном труднопроникающим компонен- том, равной 87,0 . 30

Если взять часть потока высокого давления, составляющую 0,5 моль/с, из промежуточной его точки с составом, : СО 83,5; 0 12,7; CO 3,8, и подвергнуть его разделению на дополнительной мембране, изготовленной из того же материала, что и мембрана колонны, возвратить проникший через нее поток в промежуточную точку потока низкого давления с составом, Х: 4о

СО 84,7; 0 11,8; СО 3,5, а непро-. никший поток вывести в качестве продукта, обогащенного промежуточным компонентом,. То значение концентрации СО в потоке отбора, равном 45

0,85 моль/с, составит 97,ОХ, а 0 в потоке отбора, равном 0,05 моль/с, 41,3Х.

Таким образом, степень обогащения легкопроникающего компонента увеличи-5п лась почти вдвое, а промежуточного компонента — более чем в 12 раз. При этом концентрация промежуточного ком, ВНИИПИ Заказ 411/4

Произв.-полигр. пр-тие, r.

7 4 понента в дополнительном потоке отбора в 1,2 раза выше, чем предельно достижимая в потоке отбора колонны непрерывного действия.

Если же взять часть потока высокого давления, равную 0,5 моль/с, из промежуточной его точки с составом, .: СО 9,4; 0 35,4; СО 55,4, и под— вергнуть его разделению на дополнительной полупроницаемой мембране, возвратить в точку потока высокого давления непроникший через нее поток с составом, .: СС 7,5; С 34,2;

СО 58,3, а проникший через мембрану поток вывести в качестве продукта, обогащенного промежуточным компонен-. том, то значение концентрации СС в потоке отбора, равном 0,85 моль/с, составит 96,9Х, 0 в потоке отбора, равном 0,05 моль/с, — 47,4, а СО в потоке отбора, равном 0,10 моль/с, 94,1 . Степень обогащения легкопроникающего компонента увеличилась по сравнению с известным в 1,9 раза, промежуточного компонента — в 16 раэ, а труднопроникающего компонента— в 2,4 раза. Концентрация промежуточ- ного компонента в дополнительном пс . токе отбора в 1,3 раза больше предельного значения в потоке отбора колонны непрерывного действия, Проведение процесса разделения многокомпонентных газовых смесей по предлагаемому способу путем дополнительного разделения части потока высокого давления в точке, соответствующей максимальной концентрации промежуточного компонента, и введения дополнительного отбора по сравнению с известным дает принципиальную возможность выделения промежуточного по проницаемости компонента с высокой степенью обогащения. Кроме того, практически при той же сум марной площади поверхности мембраныи с использованием единственного компрессора удается повысить степень обогащения легко- и труднопроникающих компонентов. При этом процесс разделения газовых смесей не зависит от вида, состава разделяемой смеси и селективности мембраны.

Тираж 657 Подписное

Ужгород, ул. Проектная, 4