Устройство для разделения газовых смесей

 

Изобретение касается разделения газовых смесей и может быть использовано для получения продуктов с высоким содержанием целевых компонентов в технологических процессах химической, нефтехимической, газоперерабатывающей и других отраслей промышленности. Целью изобретения является увеличение КПД устройства для разделения газовых смесей за счет снижения энергозатрат на сжатие газа. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для разделения газовых смесей, содержащем два мембранных газоразделителя, узел деления потока газовой смеси выполнен в виде мембранного модуля. В результате использования изобретения продукты с заданной концентрацией целевых компонентов могут быть получены при меньших значениях суммарного компремируемого потока газовой смеси, что обеспечит экономию энергозатрат на производство продуктов. 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 В Oi D 53/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

H А BTOPCKOIVIV СВИДЕТЕРЬСТВУ (21) 4316555/31-26 (22) 15.10.87 (46) 15.07.89. Бюл. У 26 (71) Московский инженерно-физический институт (72)Е,Б.Груздев, Н.И.Лагунцов и Е,В.Левин (53) 66.071 ° 6(088.8) (56) Патент США 11 4140499, кл. В 0 1 D 53/22, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ

ГАЗОВЫХ МЕСЕЙ (57) Изобретение касается разделения газовых смесей и может быть использовано для получения продуктов с высоким содержанием целевых компонентов в технологических процессах химической, нефтехимической, Изобретение относится к разделению газовых смесей и может быть использовано в химической, нефтехимической, газоперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Целью изобретения является увеличение КПД устройства для разделения газовых смесей за счет снижения энергетических затрат На сжатие газа.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства с узлом деления потока в виде материального модуля, содержащего две мембраны; на фиг.2 то же, содержащего одну мембрану.

Устройство состоит из компрессора

1, мембранного модуля 2, содержащего мембраны 3 и 4 с противоположными селективными свойствами, газоразделители 5 и 6 с мембранами 7 и

ÄÄSUÄÄ 149 295 А1

2 гаэоперерабатывающей и других отраслях промышленности. Целью изобретения является увеличение КПД устройства для разделения газовых смесей эа счет снижения энергозатрат на сжатие газа. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для разделения газовых смесей, содержащем два мембранных гаэораэделителя, узел деления потока газовой смеси выполнен в виде мембранного модуля. В результате использования изобретения продукты с заданной концентрацией целевых компонентов могут быть получены при меньших значениях суммарного. компремируемого потока газовой смеси, что обеспечит экономию энергозатрат на производство продуктов. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

8, обладающими противоположными по отношению друг к другу селективными свойствами. Когда модуль содержит две мембраны с противоположными свойствами, он может быть снабжен коммуникацией 9 для отвода газовой смеси иэ полости высокого давления (ПВД).

На коммуникациях, соединяющих узел деления потока газовой смеси с мембранными газоразделителями, могут быть установлены дополнительные компрессоры 10.

Выполнейие узла деления потока в виде мембранного модуля позволяет повысить концентрацию целевого компонента на входе в каждый из мембранных гаэоразделителей,поскольку на вход газоразделителя поступает поток

1493295 из мембранного модуля обогащенный именно тем компонентом, который является труднопроникающим по отношению к мембране газоразделителя.

Устройство работает следующим об/

31 = — - -. — >

G 1n !

Р где IV = P(2С

Ф ч

Р С

F(2C — 1) lп

1-С

1) ln — — —.—

1-С

Р,. С вЂ” поток и концентрация цеР, левого компонента в потоках отбора;

F С вЂ пот и концентрация этого компонента в исходной 45 смеси;

G — поток на входе в компрессор степень сжатия компрессора. 50

П р и и е р 1. Разделение смеси

Н вЂ” СО с концентрациями 50 мол.7. на мембранах из карбосила и пористого полипропилена.

Поток исходной смеси 1 моль/с, 55 дотоки отбора 0,5 моль/с каждый, концентрации Н и СО в потоках отбора

95Х. Коэффициенты проницаемости мембраны (4 и 7) из карбосила по Н 10 разом.

Поток исходной газовой смеси через компрессор 1 подают в ПВД мембранного модуля 2. Под действием перепада давления смесь проникает в обе полости низкого давления (ПНД) модуля, обогащаясь тем компонентом, который является легкопроникающим по отношению к мембранам 3 и 4, имеющим противоположные селективные свойства. Таким образом, на вход газоразделителей поступают смеси, предварительно обогащенные целевыми компонен- 20 тами, выделяющимися этими разделителями. Последние также снабжены мембранами 7 и 8 с противоположными селективными свойствами.

Аналогично работает устройство, 25 схема которого приведена на фиг. 2.

Пунктиром обозначены возможные варианты установки компрессоров и коммуникаций.

Предлагаемое устройство обладает 30 большим по сравнению с известными термодинамическим КПД 1, определенным согласно соотношению по СО> 5 ..10- моль м/м . .Па, Коэффициенты проницаемости мембраны (3 и 8) из пористого полипропилена по

H q 5 -10, по СО 10 моль.м/м,с,Па.

При разделении по фиг, 1 (дополнительные компрессоры отсутствуют) давление в ПВД и ПНД модуля 10 и

5 атм соответственно. Давление в 11ВД и ПНД газоразделителей 5 и 1 атм соответственно. Коэффициент деления потока каждого из газораэделителей 0,75, суммарный компресируемый поток 4,5 моль/с, термодинамический

КПД = 0,19, что на 127 выне, чем в известном устройстве без мембранного модуля.

Пример 2. Разделение проводится аналогично примеру 1. На входах в газоразделителе установлены дополнительные компрессоры. Давление в ПВД и ПНД модуля и каждого из разделителей составляет 10 и 1 атм соответственно. Коэффициент деления потока каждого из газоразделителей

5 и 6 равен 0,5. Суммарный компремируемый поток 4,0 моль/с. Термодинамический КПД 1= 0,21, 1

Пример 3. Разделение проводится согласно примеру 1 по фиг.2, мембрана 7 иэ карбосила, мембрана 8 из пористого полипропилена. На выходе из ПНД разделителя установлен дополнительный компрессор, Давление в ПВД и ПНД модуля и каждого из гаэоразделителей 10 и 1 атм соответ— ственно.

Коэффициент деления потока разделителей равен 0,7. Суммарный компремируе мяй поток 4,4 моль/с, Термодинамический КПД 1 = 0,19 °

Таким образом, в .результате использования изобретения продукты с заданной концентрацией целевых компонентов могут быть получены при меньших энергозатратах.

Формула изобретения

1. Устройство для разделения газовых смесей, содержащее два мембранных гаэораэделителя, полости высокого и низкого давления которых разделены мембранами с противоположными селективными свойствами, коммуникации для отбора продуктов из полостей высокого и низкого давления гаэораспределителей, узел смешения, соединенные с ним коммуникации для

1493295 отвода смеси иэ полостей низкого давления газораэделителей, узел деления потока газовой смеси, соединенный коммуникациями для подачи разделяемой смеси с полостями высокого давления газоразделителей, коммуникацию для подачи разделяемой смеси к узлу деления потока, соединенную с узлом смешения, компрессор, о установленный на последней, и коммуникацию для подачи исходной газовой смеси к узлу смешения, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения КПД устройства за счет !

5 снижения энергетических затрат на сжатие газа, узел деления потока выполнен »» виде мембранного модуля, содержащего одну полость высокого давления и полости низкого давления

20 каждая из которых отделена от полости высокого давления мембраной, коммуникация для подачи разделяемой смеси к узлу целения потока соединена с полостью высокого давления модуля а каждая из коммуникаций для подачи разделяемой смеси в полости высокого давления газоразделителей соединена с одной из полостей модуля, 2. Устройство по и. 1 о т л uj 30 ч а ю щ е е с я тел», что мембранный модуль содержит две полости низкого давления, мембраны модуля имеют противоположные селективные свойства, а каждая из коммуникаций для подачи разделяемой смеси в газоразделители соединена с полостью низкого давления модуля, отделенную от полости вы<окого давления модуля мембраной с противоположными по отношению к мембране газораэделителя селективными свойствами.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что мембранный модуль содержит одну полость низкого давления, отцеленную от полости высокого давления мембраной, при этом селективные свойства мембраны модуля и одного из газоразделителей совпадают, коммуникация для подачи разделяемой смеси в полость высокого давления этого гаэораэде- лителя соединена с полостью высокого давления модуля, а коммуникация цля подачи разделяемой смеси в полость высокого давления другого газораэделителя соединена с полостью низкого давления модуля.

4. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что коммуникации для подачи разделяемой смеси в полости высокого давления гаэоразделителей снабжены дополнительными компрессорами.

5. Устройство по п. 2, о т . ич а ю щ е е с я тем, что модуль снабжен коммуникацией для отбора продукта иэ полости высокого давлеи ия °

6. Устройство по и. 4, о т л ич а ю щ е е с я тем, что дополнительный компрессор установлен на однои из коммуникаций для подачи разделяемой смеси в полости высокого давления газоразделителей.

1493295

Составитель М,Крыкин

Техред if.дидык Корректор О.Кравцова

Редактор И. Рн(, е нк о

Заказ 3916/9 Тираж 600 Подписное

ВНИ1ПИ Государс -.âå÷íîãî комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР 13! 35, . 1оскга, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издлтезьский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101