СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГАЗА ИЗ ГАЗОВОЙ СМЕСИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЖЕКТОРА ВЕНТУРИ Российский патент 2017 года по МПК B01D53/14 

Настоящее изобретение относится к способу извлечения определенного газа из газовой смеси, содержащей этот газ.

Подобный способ уже известен в области техники, относящейся к очистке необработанного биогаза, который образуется, например, в результате анаэробного разложения избыточного удаляемого ила, органических отходов, органического удобрения и тому подобного. Этот необработанный биогаз состоит, главным образом, из метана и CO₂, обычно, в пределах от 30% до 50%.

Для того чтобы необработанный биогаз можно было использовать в качестве топлива, заменяющего природный газ, и вводить его в газораспределительную сеть, необработанный биогаз необходимо очищать от CO₂ настолько, насколько это необходимо. Очищенный таким образом газ называют также «зеленым» газом или биометаном, поскольку при сжигании он не способствует глобальному потеплению, в противоположность тому, что происходит при сжигании углеводородного топлива.

Известен способ, в соответствии с которым необработанный биогаз очищают путем приведения его в контакт с сорбентом в виде абсорбирующей жидкости, поглощающей газообразный CO₂, после чего очищенный биогаз и жидкий сорбент вместе с абсорбированным этим сорбентом CO₂ могут быть удалены по отдельности.

В соответствии с другим известным способом извлечения CO₂ из газовой смеси используют эжектор, проточная часть которого выполнена в виде трубы Вентури (эжектор Вентури). Указанный эжектор служит для приведения подлежащей очистке газовой смеси в контакт с жидким сорбентом, который может поглощать газ, извлекаемый из газовой смеси, при контактировании с этой газовой смесью в указанном эжекторе Вентури.

Согласно известному способу жидкий сорбент подвергают также регенерации путем извлечения из него поглощенного CO₂, после чего указанный сорбент может быть вновь использован для очистки необработанного биогаза. Регенерацию осуществляют путем нагревания, для которой требуется большое количество тепловой энергии, пропорциональное количеству CO₂, которое необходимо удалить из смеси. Эта тепловая энергия может быть частично утилизирована на месте проведения технологического процесса с использованием низкотемпературной теплоты, если это необходимо, однако потребление тепловой энергии остается недостатком.

Другие известные методы, такие как абсорбция с перепадом давления (PSA), абсорбция при переменной температуре (TSA) и использование селективных мембран, требуют меньшее количество тепловой энергии, вместе с тем необходимо большое количество энергии на сжатие, и, следовательно, на привод компрессоров. Эти методы, кроме того, являются менее эффективными для удаления CO₂ из необработанного биогаза, так что количество получаемого «зеленого» биометана уменьшается и, кроме того, теряется значительное количество метана, и поэтому необходима дополнительная обработка извлеченного газа, содержащего CO₂, в котором все еще присутствует метан. Дополнительная обработка необходима ввиду того, что выбросы метана в атмосферу способствуют глобальному потеплению.

Настоящее изобретение относится не только к очистке необработанного биогаза, но, вообще, относится к извлечению определенного газа из газовой смеси.

Другим типичным примером является осушка влажного воздуха, в процессе которой из воздуха необходимо удалить пары воды.

Известны осушители воздуха, которые используются для этой цели и работают по принципу холодной осушки или используют абсорбирующую массу, через которую пропускают осушаемый воздух или осушаемый газ. Эти известные методы связаны с использованием больших объемов газа и обуславливают потери давления газа. Поскольку осушаемый газ подлежит сжатию, соответствующие потери давления приводят к значительному увеличению мощности, расходуемой на сжатие.

Задача настоящего изобретения заключается в устранении, по меньшей мере, одного из вышеуказанных и других недостатков.

В связи с этим изобретение относится к способу удаления газа из смеси газов, который включает следующие стадии:

использование первого жидкого сорбента, который при контактировании со смесью газов может, по меньшей мере, частично сорбировать (поглощать) подлежащий извлечению газ;

приведение во время стадии очистки первого сорбента в контакт с газовой смесью путем их совместного направленного перемещения через ступень очистки так, чтобы газ, подлежащий извлечению, по меньшей мере, частично был поглощен из смеси газов с помощью первого сорбента за счет их взаимного контакта с получением очищенной смеси газов с меньшим содержанием газа, подлежащего извлечению, и обогащенным первым жидким сорбентом, в котором содержится, по меньшей мере, частично сорбированный (поглощенный) газ, подлежащий извлечению из газовой смеси;

использование второго газообразного сорбента, который, по меньшей мере, частично, извлекает подлежащий удалению газ из обогащенного жидкого первого сорбента при контактировании с этим обогащенным жидким сорбентом;

приведение во время стадии регенерации указанного газообразного второго сорбента в контакт с указанным обогащенным жидким первым сорбентом, образовавшимся при проведении вышеупомянутой стадии очистки, путем их совместного направленного перемещения через ступень регенерации, при этом за счет взаимного контакта поглощенный извлекаемый газ, содержащийся в обогащенном жидком первом сорбенте, по меньшей мере, частично сорбируется вторым сорбентом, и в результате на выходе ступени регенерации образуется, по меньшей мере, частично регенерированный жидкий первый сорбент, который может быть вновь использован для проведения последующей стадии очистки;

использование для проведения стадии регенерации эжектора Вентури, имеющего вход для жидкости и вход для газа, при этом для осуществления контакта между обогащенным первым сорбентом и вторым сорбентом обогащенный жидкий первый сорбент, поступающий после стадии очистки, подают под давлением на вход для жидкости указанного эжектора Вентури, а газообразный второй сорбент всасывается в эжектор Вентури через вход для газа этого эжектора.

Извлечение газа, подлежащего удалению из смеси, при проведении стадии регенерации осуществляется интенсивно благодаря интенсивному перемешиванию жидкости и увлекаемого ею газа.

Предлагаемый способ обеспечивает преимущество, которое заключается в том, что регенерация происходит эффективно, поскольку вследствие образования большого количества небольших капель создается большая площадь поверхности контакта между жидким первым сорбентом и газом, и, кроме того, длина диффузии извлекаемого газа в первом сорбенте является весьма небольшой. Помимо этого из-за большой разности скоростей между каплями жидкости и газом происходит непрерывное обновление газа (замещение газа новой порцией) на поверхности контакта между жидкостью и газом.

Во время подачи жидкости, богатой первым сорбентом, благодаря действию эжектора Вентури в этом эжекторе создается пониженное давление, которое используется для подачи второго сорбента за счет эффекта всасывания, без использования другого средства, например компрессора или иного средства нагнетания, необходимого для этой цели.

Предпочтительно на стадии очистки использовать отдельный второй эжектор Вентури, имеющий вход для жидкости и вход для газа, при этом для осуществления контакта первого сорбента и указанной газовой смеси первый сорбент подают под давлением на вход для жидкости этого эжектора Вентури, а газовая смесь, подлежащая очистки, всасывается в эжектор Вентури через вход для газа.

Такое решение обеспечивает преимущество, которое заключается в достижении эффективной очистке благодаря интенсивному контакту между подлежащим очистке газом и жидким первым сорбентом.

Кроме того, за счет действия эжектора Вентури, установленного на ступени очистки, давление газовой смеси в первом эжекторе Вентури увеличивается, что способствует большей степени извлечения из газовой смеси газа, поглощаемого с помощью сорбента.

Предлагаемый способ является, в частности, весьма подходящим для удаления CO₂ из необработанного биогаза, и при его осуществлении в соответствии с изобретением из необработанного биогаза удаляется значительная часть CO₂. В результате получают относительно чистый биометан, к тому же при повышенном давлении по отношении к давлению подаваемого необработанного биогаза, что является выгодным, поскольку повышенное давление необходимо для дальнейшей очистки биогаза.

Предпочтительно в этом конкретном случае биогаза использовать жидкий первый абсорбент на основе смеси аминов или группы аминов, содержащей их соединения или соли. В данном случае предпочтительно использовать первый абсорбент, который не является чувствительным к окислению, например соль аминокислоты.

В данном конкретном случае биогаза в ступени регенерации в качестве второго абсорбента используют, например, окружающий воздух или другой (инертный) газ. Известно, что окружающий воздух содержит лишь приблизительно 0,04% CO₂ и, следовательно, может поглощать большое количество CO₂.

Способ предпочтительно осуществляют как непрерывный технологический процесс, в котором первый сорбент направляют по замкнутому контуру циркуляции, соответственно из первой емкости через первый эжектор Вентури во вторую емкость для очистки газовой смеси, которая увлекается и всасывается с помощью первого эжектора Вентури и затем посредством второго эжектора Вентури обратно в первую емкость, при этом второй сорбент всасывается с помощью второго эжектора Вентури.

Преимущество такого решения заключается в том, что газовая смесь, подлежащая очистке, может подаваться непрерывно, при этом первый сорбент непрерывно циркулирует по контуру.

Предпочтительно проведение, по меньшей мере, одной дополнительной очистки на одной или большем числе стадий, при этом в процессе дополнительной очистки первый сорбент, подаваемый из первой емкости, по меньшей мере, частично сорбирует извлекаемый газ и затем направляется под давлением на вход для жидкости первого эжектора Вентури, и, по меньшей мере, частично очищенная газовая смесь, подаваемая из второго резервуара, дополнительно очищается при дополнительной очистке и отводится из указанного эжектора через выход для газа.

Газовая смесь перемещается, таким образом, в противоположном направлении относительно сорбента, в отличие от случая применения только одной стадии очистки, и в результате достигается более высокая степень очистки.

Для дополнительной очистки предпочтительно используются дополнительный эжектор Вентури с установленной за ним дополнительной емкостью, которые размещены между первой емкостью и первым эжектором Вентури, при этом первый сорбент из первой емкости нагнетается затем через дополнительный эжектор Вентури в дополнительную емкость, при этом он смешивается с, по меньшей мере, частично очищенным газом, выходящим из второй емкости, выход для газа которой соединен с входом для газа дополнительного эжектора Вентури, и дополнительно очищенный газ отводится из дополнительной емкости через выход для газа, что обеспечивает высокую эффективность дополнительной очистки. Таким же образом с положительным эффектом регенерация может быть осуществлена с проведением ряда последовательных стадий.

Настоящее изобретение относится также к устройству для извлечения газа из газовой смеси путем ее контактирования с жидким первым сорбентом, который может, по меньшей мере, частично поглощать подлежащий извлечению газ из газовой смеси при контактировании с этой газовой смесью, при этом образуется обогащенный первый сорбент. Указанное устройство содержит контур циркуляции, в котором циркулирует жидкий первый сорбент, который проходит из первой емкости через ступень очистки во вторую емкость и из этой емкости через ступень регенерации обратно в первую емкость, при этом ступень очистки оснащена средствами для приведения газовой смеси в контакт с первым сорбентом, в то время как ступень регенерации оснащена средствами для приведения обогащенного первого сорбента в контакт с газообразным вторым сорбентом, который, при контактировании, может, по меньшей мере, частично извлекать подлежащий извлечению газ из обогащенного жидкого первого сорбента, при этом ступень регенерации содержит эжектор Вентури, имеющий вход для жидкости, соединенный со второй емкостью, для подачи обогащенного жидкого первого сорбента, вход для газа, предназначенный для подачи газообразного второго сорбента, и выход для жидкости, который направляет жидкость в первую емкость.

Описанное устройство обеспечивает реализацию преимуществ описанного выше способа, соответствующего изобретению, который может быть осуществлен с помощью относительно простых средств.

С целью лучшего понимания особенностей изобретения несколько предпочтительных воплощений устройства и способа, осуществленных в соответствии с изобретением, описаны ниже с помощью примера, без какого-либо намерения ограничить изобретение и со ссылкой на сопровождающие чертежи.

Фиг. 1 - схематическое изображение устройства в соответствии с изобретением.

Фиг. 2 и 3 - возможные варианты устройства в соответствии с изобретением.

На фиг. 1 показано устройство 1 для извлечения газа из газовой смеси, которую подают с помощью подводящего трубопровода 2.

Устройство 1 содержит контур 3 циркуляции, к которому подключен подводящий трубопровод 2, и в котором циркулирует жидкий первый сорбент, проходящий в направлении движения потока, показанном стрелкой Р, из первой емкости 4 через первый трубопровод 5 и затем через вторую емкость 6 и второй трубопровод обратно в первую емкость 4.

Указанный первый сорбент обладает способностью поглощать извлекаемый газ из газовой смеси, например, посредством абсорбции или адсорбции, при приведении его в контакт с этой газовой смесью, при этом, например, парциальное давление извлекаемого газа в первом сорбенте ниже, чем парциальное давление извлекаемого газа в газовой смеси.

Вышеупомянутый контур 3 циркуляции содержит две ступени, расположенные последовательно в направлении Р движения потока, а именно, ступень 8 очистки, в которой газовую смесь приводят в контакт с первым сорбентом, подаваемым из первой емкости 4 для поглощения извлекаемого газа, и ступень 9 регенерации, в которой обогащенный жидкий первый сорбент, отводимый из второй емкости 6, приводят в контакт с газообразным вторым сорбентом, который подают через второй подводящий трубопровод 10 и который обладает способностью вновь, например, путем десорбции извлекать газ, поглощенный на ступени 8 очистки с помощью первого сорбента, из этого первого сорбента. Указанный второй сорбент предпочтительно выбирают так, чтобы парциальное давление извлекаемого газа во втором сорбенте было меньше, чем парциальное давление извлекаемого газа в обогащенном жидком первом сорбенте.

Ступень 8 очистки содержит первый насос 11, который нагнетает первый сорбент из первой емкости 4 через трубопровод 5 и первый эжектор 12 Вентури во вторую емкость 6.

Первый эжектор 12 Вентури содержит эжекторное сопло 13 с входным отверстием 14 для жидкого сорбента, который подают под давлением с помощью насоса 10 из первой емкости 4 и инжектируют эжекторным соплом в камеру 15 смешения эжектора 12 Вентури. Камера 15 смешения содержит вход 16 для всасывания газа, к которому подключен подводящий трубопровод 2 для подачи подлежащей очистке газовой смеси.

Эжектор 12 Вентури образует проточный канал, который в зоне расположения смесительной камеры 15 сужается в направлении движения потока вплоть до горловины 17, где поперечное сечение для потока является минимальным, после чего проточный канал вновь расширяется, заканчиваясь выходным отверстием 18 в вышеупомянутой второй емкости 6, находящегося выше уровня 19 жидкого сорбента в емкости 6. Вторая емкость 6 имеет выход 20 для газа, через который может быть удалена очищенная газовая смесь.

Ступень регенерации 9 содержит второй насос 21, который нагнетает жидкий первый сорбент из второй емкости 6, вместе с поглощенным извлекаемым газом, через второй трубопровод 7 и второй эжектор 22 Вентури обратно в первую емкость 4.

Второй эжектор 22 Вентури, выполненный аналогично первому эжектору 12 Вентури, содержит эжекторное сопло 23 с входом 24 для жидкости, соединенным с трубопроводом 7, смесительную камеру 25, горловину 26 и выходное отверстие 27, которое направляет поток в первую емкость 4.

Смесительная камера 25 содержит вход 28 для всасывания газа, соединенный с вышеупомянутым питающим трубопроводом 10 газообразного второго сорбента. В рассматриваемом примере в подводящем трубопроводе 10 второго сорбента установлен дроссельный клапан 29, который предпочтительно выполнен регулируемым.

Устройство 1 осуществляет простым путем способ в соответствии изобретением согласно нижеследующему описанию.

При приведении в действие насоса 11 жидкий первый сорбент из емкости нагнетается через эжекторное сопло 13 эжектора 12 Вентури под давлением в камеру 15 смешения. При этом в эжектор через подводящий трубопровод 2 всасывается газовая смесь, за счет эффекта увлечения инжектируемыми каплями жидкости, где она приводится в интенсивный контакт с первым жидким сорбентом и смешивается за счет трения между этой газовой смесью и первым сорбентом.

В результате во время стадии очистки в ступени 8 очистки извлекаемый газ удаляется из газовой смеси и поглощается первым сорбентом, в котором концентрация поглощаемого газа увеличивается. В результате жидкий первый сорбент становится обогащенным сорбентом, который поступает в нижнюю часть второй емкости 6 и характеризуется более высокой концентрацией по отношению к обедненному первому сорбенту, находящемуся в первой емкости 4.

Оставшийся газ или газовая смесь, из которой, по меньшей мере, часть подлежащего извлечению газа, была удалена, отводится в качестве очищенного или частично очищенного газа во вторую емкость 6, где за счет разности плотностей он легко отделяется от жидкого первого сорбента.

За счет действия первого эжектора 12 Вентури очищенный или частично очищенный газ в выходном отверстии 18 эжектора 12 Вентури имеет более высокое давление, чем подаваемая в эжектор газовая смесь, подлежащая очистке, и поэтому этот газ может быть удален отдельно при повышенном давлении через выход 20 для газа без привлечения дополнительных средств повышения давления.

Ввиду создания повышенного давления емкость 6 должна быть выполнена в виде сосуда высокого давления.

На подводящем трубопроводе 2 для газовой смеси дополнительно может быть установлен дросселирующий клапан и/или система повышения давления, которые на фигурах не показаны, для обеспечения контроля и оптимизации соотношения газовой смеси и жидкого первого сорбента в смеси в первом эжекторе 12 Вентури. При приведении в действие насоса 21 в ступени 9 регенерации обогащенный первый сорбент нагнетается из второй емкости 6 во второй эжектор 23 и инжектируется в смесительную камеру 25 второго эжектора 22 Вентури. В результате действия эжектора второй сорбент всасывается в эжектор и вступает в непосредственный контакт с обогащенным первым сорбентом.

При этом во время проведения стадии регенерации в ступени 9 регенерации извлекаемый из смеси газ поглощается из обогащенного первого сорбента вторым сорбентом, и бедный или обедненный первый сорбент остается с уменьшенной концентрацией поглощенного газа, подлежащего извлечению, в емкости 4, из которой он может быть отведен и вновь использован для проведения последующей стадии очистки в ступени 8 очистки.

Второй сорбент вместе с поглощенным им газом, подлежащим извлечению, выдувается или отводится через выход 30 для газа из первой емкости 4 для дальнейшей переработки или использования.

Вследствие дросселирования всасываемого газообразного второго сорбента при прохождении через дроссельный клапан 29 парциальное давление извлекаемого газа во втором сорбенте уменьшается, так что поглощающая способность второго сорбента в отношении извлекаемого газа увеличивается, и регенерация происходит более эффективно.

В полученном указанным образом контуре 3 циркуляции непрерывно циркулирует жидкий первый сорбент, и газовая смесь непрерывно всасывается и очищается в ступени 8 очистки за счет поглощения извлекаемого газа первым сорбентом, а второй сорбент непрерывно всасывается в ступень 9 регенерации для регенерации первого сорбента, содержащего сорбированный подлежащий извлечению газ, с получением, после регенерации, первого сорбента, который может быть вновь использован.

Эффективность ступени 8 очистки может быть дополнительно увеличена за счет снабжения эжектора 12 соединительной вставкой (на чертежах не показана), размещенной между смесительной камерой 15 и выходным отверстием 18 для увеличения продолжительности контакта между газовой смесью и первым жидким сорбентом. Подобным же образом эффективность ступени 9 регенерации может быть дополнительно увеличена за счет снабжения эжектора 22 соединительной вставкой (на чертежах не показана) между смесительной камерой 25 и выходным отверстием 27 для увеличения продолжительности контакта между вторым газообразным сорбентом и первым жидким сорбентом.

Эффективность предложенного способа может быть дополнительно повышена за счет охлаждения жидкого первого сорбента в случае экзотермической адсорбции или абсорбции первым сорбентом газа, подлежащего поглощению, или за счет нагревания первого сорбента в случае эндотермической адсорбции или абсорбции, перед подачей через первый эжектор 12 Вентури, и это осуществляется для снижения парциального давления извлекаемого из смеси газа, находящегося в первом сорбенте.

Возможно также улучшение способа, достигаемое в том случае, если первый жидкий сорбент перед нагнетанием через второй эжектор 22 Вентури нагревают при проведении эндотермической десорбции или охлаждают при экзотермической десорбции.

Если нагревание и охлаждение проводятся одновременно, то в этой связи может быть полезным использование теплового насоса, один из теплообменников которого используется для нагревания, и другой теплообменник используется для охлаждения, и этот тепловой насос подает теплоту, выделившуюся в экзотермической реакции, в эндотермическую реакцию.

Емкость 6 и емкость 4 могут быть оборудованы дополнительными средствами для дополнительного повышения эффективности способа, такими как сепаратор капель.

Описанные здесь способ и устройство 1 могут быть с успехом использованы для очистки необработанного биогаза, который обычно представляет собой газовую смесь, содержащую метан и CO₂, из которой необходимо удалить CO₂, оставив метан, который может быть использован в качестве топлива для замены природного газа.

Для этого в качестве первого сорбента предпочтительно используют смесь воды и амина, которая циркулирует в контуре циркуляции и способна поглощать CO₂ из биогаза. При этом во второй емкости 6 образуется обогащенный амин с повышенным содержанием CO₂, который в ступени 9 регенерации приводят в контакт со вторым сорбентом в виде окружающего воздуха, который всасывается в эту ступень из окружающей среды посредством подводящего трубопровода 10 и способен выделять при десорбции CO₂, поглощенный из необработанного биогаза и присутствующий в обогащенном амине в емкости 6.

Диоксид углерода CO₂, поглощенный окружающим воздухом, отводят затем через выход 30 для газа вместе с окружающим воздухом в окружающую среду.

Эффективность очистки биогаза может быть повышена путем нагревания обогащенного первого сорбента во второй емкости 6 или в трубопроводе 7 для стадии регенерации в ступени 9 регенерации и путем охлаждения обедненного первого сорбента в первой емкости 4 или в трубопроводе 5 для последующей очистки в ступени 8 очистки.

Во время нагревания необходимо обеспечить, чтобы температура не возрастала слишком высоко для предотвращения окисления амина, используемого в качестве первого сорбента. В качестве альтернативы, может быть выбран сорбент, такой как соль аминокислоты, который является невосприимчивым или менее восприимчивым к окислению.

Способ может быть оптимизирован за счет регулирования, на основании проведенных экспериментов или расчетов, давлений и температур, состава сорбента и тому подобного.

В зависимости от применения или технических требований в качестве первого сорбента могут быть использованы различные химические жидкости или смеси жидкостей, такие как соли аминокислот, аминокислоты, причем их использование возможно при различных концентрациях.

В дополнение к указанным химическим жидкостям в качестве первого сорбента могут быть использованы физические жидкости или смеси жидкостей, в частности метанол, Селексол, NMP (2-метил-2-нитро-1-пропанол) и тому подобные, а также гибридные жидкости, такие как сульфинол, амосол и тому подобные, или даже новые перспективные жидкости, в частности ионные жидкости.

Первым сорбентом может быть также суспензия, другими словами, смесь жидкости и твердых частиц, например, частиц железа, служащая для извлечения из биогаза серы, присутствующей в биогазе в виде H₂S, посредством образования соединения с железом. Полученные в результате частицы FeS должны быть отфильтрованы.

Способ не ограничен очисткой биогазов и может быть также использован для очистки других газов.

Примером этого является осушка влажного воздуха или влажного газа, который представляет собой газовую смесь сухого воздуха и водяных паров, которые могут быть извлечены из влажного воздуха путем приведения его в контакт, в ступени очистки, с жидким сушильным агентом, таким как пропиленгликоль, который действует в качестве первого жидкого сорбента.

Процесс регенерации может быть осуществлен с использованием окружающего воздуха в качестве второго сорбента в ступени 9 регенерации. Регенерация требует проведения процессов нагревания и/или дросселирования с помощью дроссельного клапана 29, поскольку парциальное давление воды в окружающем воздухе не всегда является достаточно низким.

Данный способ может быть использован при более высоких давлениях, например, со сжатым воздухом при избыточном давлении, равном 10 бар (1 МПа), при этом указанный сжатый воздух может быть осушен с применением настоящего изобретения с помощью пропиленгликоля, причем избыточное давление осушенного сжатого воздуха может быть в то же время увеличено до 11 бар (1,1 МПа), например, за счет повышения давления в эжекторе 12 Вентури.

Несмотря на то, что в примере, иллюстрируемом на фиг. 1, используются два насоса 11 и 21, не исключено использование лишь одного единственного насоса, при этом один из двух насосов 11 или 21 может быть исключен.

Например, может быть исключен насос 21, и только насос 11 нагнетает первый сорбент и обеспечивает его циркуляцию по замкнутому контуру 3. Этот единственный насос 11 обеспечивает создание в емкости 6 достаточного давления, чтобы это более высокое давление можно было использовать для нагнетания первого сорбента из второй емкости 6 в первую емкость 4 посредством второго эжектора 22 Вентури.

В рассмотренном выше примере осушки воздуха избыточное давление, равное 11 бар (1,1 МПа), во второй емкости должно быть достаточным для транспортирования пропиленгликоля далее вниз по потоку через ступень 9 регенерации контура 3 циркуляции без использования дополнительного насоса, при этом в первой емкости 4 сохраняется небольшое избыточное давление или атмосферное давление.

Вместо использования в контуре 3 циркуляции только одного первого насоса 11 не исключено использование в контуре 3 только второго насоса 21, и в этом случае стадия регенерация может быть осуществлена в ступени 9 регенерации при повышенном давлении, в то время как стадия очистки в ступени 8 очистки может быть проведена при более низком давлении.

Фиг. 2 иллюстрирует вариант выполнения устройства 1 в соответствии с настоящим изобретением, в котором в контуре 3 соединены последовательно две ступени 8 и 8' очистки, за которыми размещены две последовательно соединенные ступени 9 и 9' регенерации, при этом первый сорбент циркулирует по контуру 3 в виде жидкости в направлении Р движения потока, а очищенный газ перемещается в направлении Q движения потока, в направлении, обратном по отношению к направлению Р потока первого сорбента, через ступени 8 и 8' очистки, поскольку выход 20 для газа в ступени 8 очистки, расположенной ниже по потоку (по отношению к ступени 8'), возвращает поток в обратном направлении к входу 16' для газа ступени 8' очистки, расположенной выше по ходу движения потока, чем ступень 8.

В данном случае дополнительная стадия очистки осуществляется в дополнительной ступени 8' очистки, в которой используется дополнительный эжектор 12' Вентури с установленной после него дополнительной емкостью 6'. Указанные эжектор 12' и дополнительная емкость 6' размещены в контуре 3 между ступенью или ступенями 9 регенерации и первым эжектором 12 Вентури, при этом первый сорбент нагнетают из первой емкости 4 или дополнительной первой емкости 4' через дополнительный эжектор 12' Вентури в дополнительную емкость 6' и при этом смешивают с, по меньшей мере, частично очищенной газовой смесью, отведенной из второй емкости 6 ступени 8 очистки, выход 20 для газа которой соединен с входом 16' для газа дополнительного эжектора 12' Вентури. Дополнительно очищенную газовую смесь отводят через выход 20' для газа дополнительной емкости 6'.

За счет такой обратной связи, реализуемой с помощью обратного потока газа, может быть достигнута более высокая эффективность очистки.

Очевидно, что дополнительная очистка может быть осуществлена с помощью иного метода очистки, такого как промывка газа в газопромывной колонне.

Относительно процесса регенерации необходимо отметить, что согласно фиг.2 используется дополнительная ступень 9' регенерации с дополнительным эжектором 22' Вентури и установленной за ним дополнительной первой емкостью 4', которые размещены в контуре 5 между первой емкостью 4' и ступенью или ступенями 8 очистки. Первый сорбент нагнетают вместе с частично извлеченным газом, подлежащим извлечению, поглощенным этим сорбентом, из первой емкости 4 через дополнительный эжектор 22' Вентури в дополнительную емкость 4' и смешивают с газообразным вторым сорбентом, источник которого соединен посредством дроссельного клапана 29' с входным отверстием 28' дополнительного второго эжектора 22' Вентури. Второй сорбент вместе с подлежащим извлечению газом, поглощенным этим сорбентом, вытесняется или отводится из дополнительной емкости 4' через выход 30' для газа.

Очевидно, что дополнительная регенерация может быть осуществлена с помощью иного метода регенерации, такого, как жидкостная десорбция, например, в десорбционной колонне.

Очевидно, что первый сорбент присутствует в различных емкостях при различных концентрациях сорбированного газа, подлежащего извлечению. Понятно, что может быть использовано более двух ступеней 8 очистки и/или более двух ступеней 9 регенерации с использованием или без использования обратной связи, реализуемой с помощью обратного потока газа.

Кроме того, очевидно, что изобретение относится не только к газовой смеси, состоящей лишь из двух газов, и что смеси, состоящие из более чем двух газов, могут быть очищены от одного или большего числа газов таким же образом, причем по отдельности или одновременно.

На фиг. 3 представлен другой вариант устройства 1 в соответствии с изобретением, которое отличается от устройства 1, показанного на фиг.1, тем, что ступень 8 очистки с первым эжектором 12 Вентури и насосом 11 заменена обычной газопромывной колонной 31, образованной вертикальной закрытой колонной 32, в которой подлежащая очистке газовая смесь приводится в контакт с первым сорбентом, поступающим из первой емкости 4 через трубопровод 5, с целью удаления извлекаемого газа из газовой смеси, например, посредством абсорбции.

Для этого колонна 32 содержит вход 33 для газа и выход 34 для газа, при этом газовая смесь, поступающая из подводящего трубопровода 2, побуждается к движению вверх в вертикальном направлении через колонну 32 к выходу 34 для газа с помощью компрессора 35 или подобного средства.

Жидкий первый сорбент распределяется в противотоке вверху колонны 32 с помощью блока разбрызгивающих сопел или распыливающего устройства 36, падает вниз в виде дождя или тумана под действием гравитации и поступает и накапливается в нижней части 37 колонны 32, при этом колонна 32 фактически выполняет функцию второй емкости 6, из которой обогащенный первый сорбент нагнетается с помощью насоса 21 ступени 9 регенерации во второй эжектор 22 Вентури для проведения описанного выше процесса регенерации.

Преимущества описанного выше процесса регенерации, достигаемые за счет использования эжектора 22 Вентури, конечно, сохраняются, как и преимущество возможности проведения регенерации с помощью окружающего воздуха в качестве второго сорбента в случае очистки биогаза.

Очевидно, что выражения «первый эжектор Вентури» и «второй эжектор Вентури» используются только для того, чтобы отличить эжектор Вентури ступени очистки от эжектора Вентури ступени регенерации, и не исключено, что устройство может содержать только второй эжектор Вентури при отсутствии первого эжектора Вентури, как это показано в примере на фиг. 3.

Настоящее изобретение никаким образом не ограничено осуществлениями, описанными в качестве примера и показанными на чертежах, и устройство и способ, применяемые для этой цели, могут быть осуществлены во всех вариантах, без выхода за пределы объема изобретения.

Способ извлечения газа из газовой смеси, включающий проведение стадии очистки, в которой первый сорбент приводится в контакт с газовой смесью для извлечения этого газа из газовой смеси, при этом образуется обогащенный первый сорбент, в котором, по меньшей мере, частично сорбирован газ; проведение стадии регенерации, в ходе которой второй сорбент приводится в контакт с обогащенным первым сорбентом для извлечения газа из обогащенного жидкого первого сорбента; при этом для осуществления контакта на стадии очистки и/или на стадии регенерации используется отдельный эжектор Вентури (12, 22). 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ извлечения газа из смеси газов, включающий следующие этапы

использование первого жидкого сорбента, обеспечивающего при контакте со смесью газов, по меньшей мере, частичную сорбцию подлежащего извлечению газа:

приведение первого сорбента в контакт с газовой смесью путем их совместного направленного перемещения на этапе очистки через ступень (8) очистки так, чтобы газ, подлежащий извлечению, по меньшей мере, частично был поглощен из смеси газов с помощью первого сорбента за счет их взаимного контакта с получением очищенной смеси газов с меньшим содержанием газа, подлежащего извлечению, и обогащенным первым жидким сорбентом, в котором содержится, по меньшей мере, частично поглощенный газ, подлежащий извлечению из газовой смеси;

использование второго газообразного сорбента, обеспечивающего, по меньшей мере, частичное извлечение подлежащего извлечению газа из обогащенного жидкого первого сорбента при контактировании с этим обогащенным жидким сорбентом;

приведение указанного газообразного второго сорбента в контакт с указанным обогащенным жидким первым сорбентом, образовавшимся при проведении вышеупомянутой стадии очистки, путем их совместного направленного перемещения на этапе регенерации через ступень (9) регенерации, с обеспечением путем взаимного контакта поглощение извлекаемого газа, содержащегося в обогащенном жидком первом сорбенте, по меньшей мере, частично вторым сорбентом, с образованием на выходе (27) ступени (9) регенерации, по меньшей мере, частично регенерированного жидкого первого сорбента, который может быть вновь использован для проведения последующей стадии очистки;

использование для проведения стадии регенерации эжектора Вентури (22), содержащего вход (24) для жидкости и вход (28) для газа, при этом для осуществления контакта между обогащенным первым сорбентом и вторым сорбентом обогащенный жидкий первый сорбент, поступающий после стадии очистки, подают под давлением на вход (24) для жидкости указанного эжектора Вентури (22), а газообразный второй сорбент всасывается в эжектор Вентури (22) через вход (28) для газа этого эжектора.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии очистки используют дополнительный эжектор Вентури (12), содержащий вход (14) для жидкости и вход (16) для газа, при этом для осуществления контакта между первым сорбентом и газовой смесью первый сорбент подают под давлением на вход (14) для жидкости указанного эжектора Вентури (12), а подлежащая очистке газовая смесь всасывается в указанный эжектор через вход (2) для газа этого эжектора Вентури (12).

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что жидкий первый сорбент после проведения вышеупомянутой стадии регенерации используют повторно для последующей стадии очистки.

4. Способ по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что используют контур (3) циркуляции, в котором жидкий первый сорбент циркулирует с прохождением от первой емкости (4) через ступень (8) очистки, в которой получают обогащенный первый сорбент, направляемый из ступени (8) очистки с помощью второго насоса (21) через ступень (9) регенерации в вышеупомянутую первую емкость (4), при этом в указанной ступени (9) регенерации получают регенерированный первый сорбент.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что осуществляют непрерывную циркуляцию первого жидкого сорбента по контуру (3) от первой емкости (4) через ступень (8) очистки с возвратом обратно в первую емкость (4) через ступень (9) регенерации так, что подлежащую очистке газовую смесь непрерывно подают в ступень (8) очистки, очищенный газ удаляют из ступени (8) очистки, при этом газообразный второй сорбент непрерывно всасывается через вход (28) для газа эжектора Вентури (22) ступени (9) регенерации.

6. Способ по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что второй сорбент всасывается с помощью эжектора Вентури (22) ступени (9) регенерации через регулируемый или не регулируемый дроссель (29) для уменьшения парциального давления подлежащего извлечению газа во втором сорбенте.

7. Способ по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что первый жидкий сорбент нагревают для проведения эндотермического процесса извлечения газа, подлежащего извлечению, или охлаждают для экзотермического извлечения этого газа.

8. Способ по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что давление газовой смеси, содержащей извлекаемый газ, отличается от давления газообразного второго сорбента.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что газовая смесь, подлежащая очистке, представляет собой необработанный биогаз, который необходимо очистить от CO₂, H₂S или другой примеси.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что первым сорбентом является жидкая смесь, состоящая из концентрированных в большей или меньшей степени амина, соли аминовой кислоты или аминовой кислоты.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первый сорбент представляет собой жидкую смесь, содержащую жидкость и твердые частицы.

12. Способ по п. 9 или 11, отличающийся тем, что твердыми частицами являются частицы оксида железа, используемые для удаления H₂S из очищаемой газовой смеси за счет связывания серы с железом с образованием соединения FeS, которое может быть удалено путем фильтрования.

13. Способ по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что вторым сорбентом является окружающий воздух.

14. Способ по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что газовая смесь, подлежащая очистке, представляет собой влажный газ, например, воздух или метан, который необходимо осушить, а первым сорбентом является гигроскопическая жидкость, такая как пропиленгликоль.

15. Способ по п. 4, отличающийся тем, что первый сорбент направляют из первой емкости (4) через первый трубопровод (5) и затем через вторую емкость (6) и второй трубопровод обратно в первую емкость (4), и используют дополнительную очистку в одной или большем количестве дополнительных ступеней (8') очистки, при проведении которой первый сорбент, выходящий из первой емкости (4), по меньшей мере, частично сорбирует подлежащий извлечению газ, и затем под давлением подается на вход (14) для жидкости первого эжектора Вентури (12), при этом, по меньшей мере, частично очищенную газовую смесь, выходящую из второй емкости (6), дополнительно очищают в процессе дополнительной очистки и отводят из эжектора через выход (20') для газа.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что на одном или более этапов дополнительной очистки используют дополнительный эжектор Вентури (12') с размещенной за ним дополнительной емкостью (6'), которые установлены в контуре (3) циркуляции между первой емкостью (4) и первым эжектором Вентури (12), при этом первый сорбент нагнетают из первой емкости (4) через дополнительный эжектор Вентури (12') в дополнительную емкость (6'), где он смешивается с, по меньшей мере, частично очищенной газовой смесью, выходящей из второй емкости (6), выход (20) для газа которой соединен с входом (16') для газа дополнительного эжектора Вентури (12'), причем дополнительно очищенную газовую смесь отводят через выход (20') для газа дополнительной емкости (6').

17. Способ по п. 15, отличающийся тем, что используют дополнительную регенерацию в одной или большем количестве ступеней, в процессе которой частично регенерированный первый сорбент, выходящий из первой емкости (4), подвергают дополнительной регенерации и затем подают под давлением в ступень (8) очистки или в дополнительную ступень (8') очистки, если она имеется.

18. Способ по п. 16, отличающийся тем, что на одном или более этапов дополнительной регенерации используют дополнительный эжектор Вентури (22'), за которым размещена дополнительная емкость (4'), при этом первый сорбент вместе с поглощенным этим сорбентом газом, подлежащим извлечению, нагнетают из первой емкости (4) в дополнительную емкость (4') через дополнительный эжектор Вентури (22'), где он смешивается с газообразным вторым сорбентом, который всасывается через вход (28') для газа указанного дополнительного эжектора Вентури (22'), и при этом второй сорбент вместе с поглощенным, подлежащим извлечению газом отводится через выход (30') для газа дополнительной емкости (4').

19. Устройство для извлечения газа из газовой смеси путем контакта с первым жидким сорбентом, обеспечивающим, по меньшей мере, частичное поглощение подлежащего извлечению газ из газовой смеси при контакте с указанной газовой смесью с образованием обогащенного первого сорбента,

содержащее контур (3) циркуляции, обеспечивающий циркуляцию жидкого первого сорбента из первой емкости (4) через ступень (8) очистки во вторую емкость и из этой емкости через ступень (9) регенерации обратно в первую емкость (4), при этом первая ступень (8) содержит средства, обеспечивающие контакт газовой смеси с первым сорбентом, ступень регенерации содержит средства для обеспечения контакта обогащенного первого сорбента, выходящего из ступени очистки, с газообразным вторым сорбентом, который при контактировании обеспечивает, по меньшей мере, частичное извлечение подлежащего извлечению газа из обогащенного жидкого первого сорбента,

отличающееся тем, что ступень (9) регенерации содержит эжектор (22) Вентури, снабженный входом (24) для жидкости и связанный со второй емкостью (6) для подачи обогащенного жидкого первого сорбента, при этом вход (28) для газа эжектора (22) Вентури предназначен для подачи газообразного второго сорбента, а выход (27) для жидкости эжектора (22) Вентури предназначен для направления жидкости в первую емкость (4).

20. Устройство по п. 19, отличающееся тем, что ступень (8) очистки содержит дополнительный эжектор Вентури (12), снабженный входом (14) для жидкости, соединенный с первой емкостью (4) для подачи первого сорбента, вход (2) для подачи газовой смеси, подлежащей очистке, и выходное отверстие (18) для очищенного газа, которое направляет газ во вторую емкость (6).

21. Устройство по п. 19 или 20, отличающееся тем, что содержит, по меньшей мере, один насос (11 и/или 21) для обеспечения циркуляции первого сорбента в контуре (3).

22. Устройство по п. 21, отличающееся тем, что содержит, по меньшей мере, два насоса, а именно первый насос (11) в ступени (8) очистки, соединенный с первой емкостью (4) посредством трубопровода (5) и создающий давление на входе (14) для жидкости первого эжектора Вентури (12), и второй насос (21) в ступени (9) регенерации, соединенный со второй емкостью (6) посредством трубопровода (7) и создающий давление на входе (24) для жидкости второго эжектора (22) Вентури.

23. Устройство по п. 22, отличающееся тем, что первая емкость (4) и/или трубопровод (5), соединяющий первую емкость (4) с первым насосом (11), выполнены с возможностью охлаждения или нагрева, в зависимости от соответствия сорбции извлекаемого газа первым сорбентом экзотермическому или эндотермическому процессу.

24. Устройство по п. 22 или 23, отличающееся тем, что вторая емкость (6) и/или трубопровод (7), который соединяет вторую емкость (6) со вторым насосом (21), выполнены с возможностью охлаждения или нагрева, в зависимости от соответствия сорбции газа, извлекаемого вторым сорбентом, эндотермическому или экзотермическому процессу.

25. Устройство по п. 22, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одна дополнительная ступень (8') очистки снабжена дополнительным эжектором Вентури (12') и расположенной за ним дополнительной емкостью (6'), которые установлены на трубопроводе (5) в контуре (3) циркуляции между первой емкостью (4) и первым эжектором Вентури (12), при этом выход (20) для газа второй емкости (6) соединен с входом (16') для газа дополнительного эжектора Вентури (12'), а выход (20') для газа дополнительной емкости (6') оборудован средствами отвода очищенной газовой смеси.

26. Устройство по п. 20, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одна дополнительная ступень (9') регенерации снабжена дополнительным эжектором Вентури (22') и расположенной за ним дополнительной емкостью (4'), которые установлены в контуре (3) циркуляции между первой емкостью (4) и первым эжектором Вентури (12), при этом первый сорбент вместе с сорбированным им газом, подлежащим извлечению, нагнетается из первой емкости (4) в дополнительную емкость (4') через дополнительный эжектор Вентури (22'), в котором он смешивается со вторым газообразным сорбентом, всасываемым через вход (28') для газа дополнительного эжектора Вентури (22'), при этом второй сорбент вместе с сорбированным, частично извлеченным газом отводится через выход (30') для газа дополнительной емкости (4').