ГАЗОРАЗДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2020 года по МПК B01D53/22 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к технической области отделения неуглеводородного газа от газа, содержащего неуглеводородный газ, при помощи газоразделительной мембраны.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Природный газ, получаемый из устья скважины, в качестве примесей в некоторых случаях содержит относительно большое количество неуглеводородных газов, таких как газообразный диоксид углерода (СО₂) и газообразный азот (N₂). Для получения газа конечной переработки, являющегося сырьем для трубопроводного газа (бытового газа) или сжиженного природного газа, эти примеси необходимо удалять.

В качестве способа предварительной обработки, направленной на удаление примесей из природного газа, известен способ с применением газоразделительной мембраны. Газоразделительная мембрана выполнена с возможностью отделения газа с использованием в качестве движущей силы перепада давления (разности парциального давления) подлежащего обработке газа до и после его проникновения сквозь разделительную мембрану и разности в скорости проникновения газа сквозь разделительную мембрану. Преимуществом способа, включающего применение газоразделительной мембраны, является возможность экономии энергии и простота процесса.

[0003] В газоразделительном устройстве, включающем газоразделительную мембрану, нужно, чтобы рабочие условия соответствовали состоянию, в котором сохраняются высокие параметры разделения мембраны, чтобы количество обрабатываемого газа (расход природного газа, подлежащего предварительной обработке) был повышенным, и чтобы стоимость, с учетом расходов на эксплуатацию и техническое обслуживания, была пониженной.

В Патентном документе 1 указано, что:

диоксид углерода, присутствующий в исходном газе, проникает сквозь трубчатую разделительную мембрану, изготовленную из цеолита, и газ, в качестве основного компонента содержащий диоксид углерода, поступает в трубу;

в надлежащее время включают насос с целью подачи газа, в качестве основного компонента содержащего диоксид углерода, в резервный бак;

во время активации мембранного модуля воду, осевшую на разделительной мембране, быстро удаляют путем пропускания диоксида углерода из резервного бака сквозь разделительную мембрану, чтобы, таким образом, восстановить параметры разделения; и

когда газ, в качестве основного компонента содержащий диоксид углерода, не хранится в резервном баке, разделительную мембрану сушат при помощи диоксида углерода из газового баллона.

[0004] При описании технологии в Патентном документе 1 не указывается, в какой степени эффективно восстанавливаются параметры разделения разделительной мембраны, снизившиеся из–за закупоривания примесями.

В Патентном документе 2 описана система, выполненная с возможностью отделения воды от органического водного раствора при помощи двух мембранных блоков для отделения воды. В качестве примера функционирования этой системы указано, что: один из мембранных блоков для отделения воды выполнен с возможностью отделения воды от необработанного этанола; а в другой мембранный блок для отделения воды извне системы после снижения давления в насосе для сброса давления подают газообразный азот, чтобы, таким образом, вытеснить этанол, накопившийся в водоотделительной мембране, а газообразный азот, содержащий вытесненный этанол, засасывают насосом для сброса давления.

В соответствии с технологией, описанной в Патентном документе 2, газообразный азот для регенерации подают извне системы, следовательно, имеется проблема низкой рентабельности.

Список цитируемой литературы

Патентная литература

[0005] Патентный документ 1: JP 2016–159211 A

Патентный документ 2: JP 2013–34969 A

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая задача

[0006] Настоящее изобретение было сделано ввиду указанных выше обстоятельств, и целью изобретения является обеспечение газоразделительного устройства, выполненного с возможностью отделения неуглеводородного газа от исходного газа, содержащего неуглеводородный газ, при помощи газоразделительной мембраны, в котором возможно замедление уменьшения производительности и достижение удовлетворительной экономической эффективности.

Решение поставленной задачи

[0007] В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, им обеспечивается газоразделительное устройство, содержащее:

множество мембранных модулей, соединенных друг с другом параллельно, при этом, каждый из множества мембранных модулей содержит газоразделительную мембрану, выполненную с возможностью уменьшения неуглеводородного газа в исходном газе, содержащем неуглеводородный газ, когда неуглеводородный газ, подаваемый по линии исходного газа на первую сторону, проникает с первой стороны на вторую сторону;

линии проникающего газа, соединенные со множеством мембранных модулей и выполненные с возможностью отведения проникающего газа;

линии непроникающего газа, соединенные со множеством мембранных модулей и выполненные с возможностью отведения непроникающего газа;

газовую линию для регенерации, выполненную с возможностью подачи в качестве газа для регенерации второго мембранного модуля, находящегося в нерабочем состоянии, проникающего газа, прошедшего через первый, находящийся в рабочем состоянии мембранный модуль из множества мембранных модулей, на газоразделительную мембрану второго мембранного модуля;

клапан регенерации, предусмотренный на газовой линии для регенерации; и

клапан подачи, предусмотренный на линии исходного газа, соединенной с каждой из первых сторон множества мембранных модулей,

при этом, второй мембранный модуль регенерируют газом для регенерации, подаваемым путем закрытия клапана подачи второго мембранного модуля с целью переведения второго мембранного модуля в нерабочее состояние и открытия клапана регенерации.

Преимущества изобретения

[0008] В соответствии с настоящим изобретением, проникающий газ, прошедший в процессе работы через первый мембранный модуль из множества мембранных модулей, соединенных друг с другом параллельно, подают в качестве газа для регенерации второго мембранного модуля вне работы на газоразделительную мембрану второго мембранного модуля. Таким образом, возможна регенерация мембранного модуля во время работы устройства без подачи газа для регенерации извне. То есть, в соответствии с настоящим изобретением, эффекты, вызывающие снижение производительности устройства, могут быть ослаблены, и обеспечена экономическая эффективность.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] Фиг. 1 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую газоразделительное устройство, соответствующее первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую модифицированный пример газоразделительного устройства, соответствующего первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую газоразделительное устройство, соответствующее второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую газоразделительное устройство, соответствующее третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 5 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую газоразделительное устройство, соответствующее четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 6 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую газоразделительное устройство, соответствующее пятому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 7 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую газоразделительное устройство, соответствующее шестому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 8 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую газоразделительное устройство, соответствующее шестому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 9 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую газоразделительное устройство, соответствующее шестому варианту осуществления настоящего изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] Первый вариант осуществления изобретения

Далее описан вариант осуществления изобретения, в котором газоразделительное устройство настоящего изобретения применяется для случая отделения диоксида углерода (СО₂), являющегося неуглеводородным газом, от природного газа, выступающего в роли исходного газа. Для удобства изложения слово «газ» при описании диоксида углерода опускается. Природный газ содержит диоксид углерода. Следовательно, в портовом терминале, выполненном с возможностью обработки природного газа с получением сжиженного природного газа, природный газ, например, сжижают после стадии отделения от природного газа диоксида углерода. Концентрация диоксида углерода в природном газе составляет, например, от 5% мол. до 80% мол., однако, зависит от газового месторождения.

Фиг. 1 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую газоразделительное устройство, соответствующее первому варианту осуществления настоящего изобретения. Линия исходного газа, по которой поступает природный газ, разветвляется на первую линию 11 исходного газа и вторую линию 21 исходного газа. Первая линия 11 исходного газа и вторая линия 21 исходного газа соединены со впуском первого мембранного модуля 1 на первой стороне и впуском второго мембранного модуля 2 на первой стороне, соответственно. Клапаны V10 и V20, которые являются клапанами подачи, соединены с первой линией 11 исходного газа и второй линией 21 исходного газа, соответственно. То есть, первый мембранный модуль 1 и второй мембранный модуль 2 соединены друг с другом параллельно.

[0011] Каждый из мембранных модулей 1 и 2 имеет конструкцию, в которой, например, один или несколько трубчатых элементов, внутри каждого из которых имеется разделительная мембрана, предусмотрены в корпусе, и диоксид углерода, подаваемый в составе природного газа в область на наружной поверхности трубчатых элементов, с первой стороны проникает сквозь трубчатые элементы внутрь трубчатых элементов на вторую сторону (сторону проникающего газа). Область на внутренней поверхности трубчатого элемента может быть сделана первой стороной, а область на наружной поверхности трубчатого элемента может быть сделана второй стороной. В качестве трубчатого элемента используют, например, продукт, содержащий основной материал, изготовленный из пористой керамики и т.п., и неорганическую пленку, такую как цеолитная пленка, образованную на поверхности основного материала. На каждой из фигур первый мембранный модуль 1 и второй мембранный модуль 2 показаны схематично, разделительная мембрана обозначена номером позиции 100.

[0012] Линия 12 непроникающего газа, выполненная с возможностью отведения непроникающего газа, который не проходит сквозь разделительную мембрану 100, соединена с выпуском первого мембранного модуля 1 на первой стороне. Линия 13 проникающего газа, выполненная с возможностью отведения проникающего газа, который прошел сквозь разделительную мембрану 100, соединена с выпуском первого мембранного модуля 1 на второй стороне. Линия 13 проникающего газа представляет собой газовую линию, ведущую вовне, и разветвляется посередине, соединяясь с концом отводной линии 14. На отводной линии 14 предусмотрен клапан V11.

Газовые линии второго мембранного модуля 2 организованы так же, как газовые линии первого мембранного модуля 1. Они представляют собой линию 22 непроникающего газа, линию 23 проникающего газа, отводную линию 24 и клапан V21, показанные на фигурах.

[0013] Другой конец отводной линии 14 и другой конец отводной линии 24 соединяются друг с другом и, затем, с одним концом нагревательного устройства 41, включающего, например, теплообменник. Линия (соединительная линия отводных линий 14 и 24) на другом конце нагревательного устройства 41 разветвляется на отводные линии 15 и 25. Отводная линия 15 соединена с нижней по потоку стороной клапана подачи V20 второй линии 21 исходного газа (соединена со второй линией 21 исходного газа). Таким образом, можно сказать, что один конец и другой конец отводной линии 15 соединены с нагревательным устройством 41 и первой стороной второго мембранного модуля 2, соответственно.

Отводная линия 25 соединена с нижней по потоку стороной клапана подачи V10 первой линии 11 исходного газа. Клапан V12 и клапан V22 соединены с отводными линиями 15 и 25, соответственно.

[0014] В данном примере часть линии 13 проникающего газа, отводные линии 14 и 15, упомянутая выше соединительная линия и часть линии 21 исходного газа соответствуют газовой линии для регенерации, выполненной с возможностью подачи во второй мембранный модуль 2 газа регенерации с целью регенерации второго мембранного модуля 2. Кроме этого, часть линии 23 проникающего газа, отводные линии 24 и 25, упомянутая выше соединительная линия и часть линии 11 исходного газа соответствуют газовой линии для регенерации, выполненной с возможностью подачи в первый мембранный модуль 1 газа регенерации с целью регенерации первого мембранного модуля 1. Из этих линий для регенерации линии на одном конце нагревательного устройства 41 и линии на другом его конце соответствуют газовой линии первой стадии и газовой линии второй стадии, соответственно. Клапаны V10 и V20 соответствуют клапанам подачи, клапаны V12, V21 и V22 соответствуют клапанам регенерации.

Кроме этого, хотя на фигурах это не показано, газоразделительное устройство включает блок управления, выполненный с возможностью подачи управляющего сигнала на указанные клапаны.

[0015] Далее описано функционирование данного варианта осуществления изобретения. Например, рассмотрим состояние, когда клапан V10 открыт, а клапан V20 закрыт. Природный газ, из которого в ходе предварительной обработки удалили влагу, поступает на первую сторону первого мембранного модуля 1 и не поступает во второй мембранный модуль 2. Следовательно, первый мембранный модуль 1 находится в рабочем состоянии, а второй мембранный модуль 2 находится в нерабочем состоянии. В этом случае в газовых линиях для регенерации клапаны V11 и V12 открыты, клапаны V21 и V22 закрыты. На фигурах состояние, в котором клапан открыт, показано белым цветом, а состояние, в котором клапан закрыт, показано штриховкой.

[0016] Разделительная мембрана 100 выполнена с возможностью отделения диоксида углерода от природного газа с использованием в качестве движущей силы разности парциального давления диоксида углерода на первой стороне и второй стороне. Например, путем регулирования давления при помощи регулировочного клапана (не показан), предусмотренного в линиях 13 и 23 проникающего газа (на верхней или нижней по потоку стороне относительно точек ответвления отводных линий 14 и 24), разность парциального давления устанавливают равной заданной величине. Таким образом, диоксид углерода, поступающий в составе природного газа, подаваемого на первую сторону первого мембранного модуля 1 в ходе функционирования, проникает сквозь разделительную мембрану 100 и выходит по линии 13 проникающего газа в качестве проникающего газа. Одновременно природный газ с уменьшенной концентрацией диоксида углерода, представляющий собой непроникающий газ, который не прошел сквозь разделительную мембрану 100, выходит по линии 12 непроникающего газа.

[0017] Диоксид углерода (более корректно – газ, содержащий в качестве основного компонента диоксид углерода), проникающий газ, прошедший через первый мембранный модуль 1, выводят из газоразделительного устройства, а часть проникающего газа в качестве газа регенерации подают на первую сторону второго мембранного модуля 2, находящегося в нерабочем состоянии, через отводную линию 14, нагревательное устройство 41, отводную линию 15 и вторую линию 21 исходного газа. Нагревательное устройство 41 выполнено с возможностью поддержания температуры диоксида углерода в диапазоне, например, от 60°С до 300°С.

[0018] Далее описан мембранный модуль, подлежащий использованию в контексте настоящего изобретения. В мембранном модуле, используемом в соответствии с настоящим изобретением, проницаемость (способность пропускания) в ходе работы уменьшается. Другими словами, если S0 означает площадь (эффективную площадь) мембраны нового мембранного модуля, а St означает площадь мембраны, обеспечивающую такой же расход проникающего газа через некоторый отрезок времени работы, как и расход проникающего газа вначале работы нового мембранного модуля, то величина St/S0 с течением времени работы увеличивается.

[0019] Авторы настоящего изобретения выяснили, что, например, путем обеспечения циркуляции инертного газа с первой стороны на вторую сторону мембранного модуля с уменьшенной проницаемостью можно восстановить проницаемость мембранного модуля до уровня проницаемости вначале работы, то есть, мембранный модуль может быть регенерирован. Хотя мембранный модуль может быть регенерирован с использованием в качестве газа для регенерации инертного газа с нормальной температурой, авторы изобретения также обнаружили, что отрезок времени, необходимый для регенерации, сокращается в случае нагревания инертного газа. Например, когда используют инертный газ, нагретый, например, до 150°С, способность пропускания мембранного модуля восстанавливается за 9 часов.

[0020] Авторы настоящего изобретения допускают, что снижение способности пропускания мембранного модуля вызвано увеличением количества адсорбированных примесей (главным образом, углеводородов), налипших на мелкие поры цеолита, образующего разделительную мембрану. Следовательно, можно допустить, что, например, нагревание разделительной мембраны посредством нагревания диоксида углерода ускоряет броуновское движение примесей, и примеси, выдуваемые из мелких пор, могут быть удалены из разделительной мембраны путем выноса газообразным потоком диоксида углерода.

Например, даже при использовании диоксида углерода с нормальной температурой, примеси выносятся газообразным потоком диоксида углерода. Однако, отрезок времени, необходимый для удаления примесей в достаточной степени, длиннее, чем в случае нагревания разделительной мембраны. Следовательно, выгодно нагревать диоксид углерода. В качестве способа нагревания разделительной мембраны может быть применено прямое нагревание разделительной мембраны. Для прямого нагревания разделительной мембраны может быть использован нагреватель, предусмотренный в корпусе, образующем мембранный модуль, и обеспечивающий теплопередачу от корпуса к разделительной мембране; либо в корпусе может быть предусмотрена инфракрасная лампа, нагревающая разделительную мембрану за счет теплоты излучения. Прямое нагревание разделительной мембраны и нагревание диоксида углерода при помощи нагревательного устройства 41 могут быть использованы в сочетании.

[0021] Возвратимся к фиг. 1; когда газ для регенерации подают на первую сторону второго мембранного модуля 2, диоксид углерода проникает на вторую сторону в количестве, соответствующем разности между давлением диоксида углерода на первой стороне и давлением диоксида углерода на второй стороне разделительной мембраны 100 второго мембранного модуля 2, и выходит из газоразделительного устройства по линии 23 проникающего газа. Кроме этого, непроникающий газ, который не прошел сквозь разделительную мембрану 100, выходит из газоразделительного устройства по линии 22 непроникающего газа.

[0022] Разность давления между первой стороной и второй стороной второго мембранного модуля 2 устанавливают равной заданной величине, например, путем регулирования давления при помощи регулировочного клапана (не показан), предусмотренного в отводной линии 14 на стороне первого мембранного модуля 1, которая является частью газовой линии для регенерации. Регулирование давления при помощи регулировочного клапана осуществляют с учетом потери давления при прохождении газа для регенерации через нагревательное устройство 41 и второй мембранный модуль 2.

Второй мембранный модуль 2 регенерируют, как описано выше. Например, после регенерации в течении 9 часов второй мембранный модуль 2 переводят в рабочее состояние, а первый мембранный модуль 1 переводят в нерабочее состояние.

[0023] То есть, клапан V10 закрывают, клапан V20 открывают. Затем, в линиях регенерации клапаны V11 и V12 закрывают, клапаны V21 и V22 открывают. Диоксид углерода в составе природного газа, подаваемого на первую сторону второго мембранного модуля 2 в ходе работы, проникает сквозь разделительную мембрану 100 и выходит в качестве проникающего газа по линии 23 проникающего газа. Непроникающий газ, который не прошел сквозь разделительную мембрану 100, выходит по линии 22 непроникающего газа.

[0024] Диоксид углерода, представляющий собой проникающий газ второго мембранного модуля 2, поступает на нижнюю по потоку сторону газоразделительного устройства, и часть проникающего газа в качестве газа регенерации подают на первую сторону первого мембранного модуля 1, находящегося в нерабочем состоянии, через отводную линию 24, нагревательное устройство 41, отводную линию 25 и первую линию 11 исходного газа. После того, как первый мембранный модуль 1 регенерировали, как описано выше, в течении заданного отрезка времени, каждый из клапанов открывают или закрывают так, чтобы обеспечить состояние, показанное на фиг. 1, и переходят к регенерированию второго мембранного модуля 2. Один из мембранных модулей – первый мембранный модуль 1 или второй мембранный модуль 2 – находится в рабочем состоянии, а другой в это время находится в нерабочем состоянии. Таким образом, первый мембранный модуль 1 и второй мембранный модуль 2 регенерируют попеременно.

[0025] В данном примере в качестве отрезка времени для регенерации мембранного модуля 1 (2) приведено 9 часов. Однако, регенерация может осуществлять, например, в течении 2 часов в зависимости от функционирования системы и т.п., и является предпочтительным, чтобы регенерация проводилась, например, 6 часов или более. Время проведения регенерации соответствует отрезку времени, в течении которого газ для регенерации подают в разделительный модуль 1 (2). В описанном выше примере время регенерации соответствует отрезку времени от момента установления состояния, в котором клапаны V10, V11 и V12 открыты, а клапаны V20, V21 и V22 закрыты, до момента установления состояния, в котором клапаны V20, V21 и V22 открыты, а клапаны V10, V11 и V12 закрыты. Таким образом, время регенерации может рассматриваться как отрезок времени от окончания работы клапана регенерации до окончания работы клапана восстановления работы линии относительно регенерируемого мембранного модуля.

[0026] В соответствии с описанным выше вариантом осуществления изобретения, проникающий газ, прошедший через один из мембранных модулей 1 (2) из первого мембранного модуля 1 и второго мембранного модуля 2, соединенных друг с другом параллельно, находящийся в рабочем состоянии, подают в качестве газа для регенерации другого мембранного модуля 2 (1), находящегося в нерабочем состоянии, на первую сторону газоразделительной мембраны 100 другого мембранного модуля 2 (1). Таким образом, мембранный модуль 2 (1) может быть регенерирован в ходе работы устройства без подачи газа для регенерации извне. Следовательно, эффекты снижения производительности устройства могут быть ослаблены, и достигнута удовлетворительная экономическая эффективность.

Между тем, принимая во внимание производительность, степень восстановления параметров разделения в результате регенерации мембраны и т.п., длительная регенерация ведет к снижению экономической эффективности. Следовательно, является предпочтительным, чтобы время регенерации составляло, например, 60 часов или менее.

Газ для регенерации первого мембранного модуля 1 и газ для регенерации второго мембранного модуля 2 нагревают при помощи общего нагревательного устройства 41. Следовательно, упрощается конструкция устройства, что способствует снижению стоимости.

[0027] Описанный выше первый вариант осуществления изобретения может быть реализован, например, как показано на фиг. 2. В примере, показанном на фиг. 2, клапаны PV1 и PV2 регулирования давления и датчики давления 101 и 201 предусмотрены в линиях 13 и 23 проникающего газа, соответственно. Клапаны PV1 и PV2 регулирования давления могут располагаться в любой области выше или ниже по потоку относительно точек ответвления от линий 13 и 23 проникающего газа отводных линий 14 и 24. В данном примере клапаны PV1 и PV2 регулирования давления предусмотрены по потоку ниже точек ответвления. Также показаны автоматические регуляторы 102 и 202. Автоматические регуляторы 102 и 202 выполнены с возможностью регулирования давления в линиях 13 и 23 проникающего газа путем изменения степени открытия клапанов PV1 и PV2 регулирования давления на основании величин давления, измеренных датчиками давления 101 и 201.

[0028] Кроме этого, клапаны FV1 и FV2 регулирования расхода и датчики расхода 103 и 203 предусмотрены в отводных линиях 14 и 24, соответственно. Также показаны автоматические регуляторы 104 и 204. Автоматические регуляторы 104 и 204 выполнены с возможностью регулирования расхода в отводных линиях 14 и 24 путем изменения степени открытия клапанов FV1 и FV2 регулирования расхода на основании величин расхода, измеренных датчиками расхода 103 и 203.

В данном примере, например, когда газ для регенерации подают из первого мембранного модуля 1 во второй мембранный модуль 2, клапан FV2 регулирования расхода на стороне второго мембранного модуля 2 закрыт. Давление в линии 13 проникающего газа регулируют при помощи клапана PV1 регулирования давления в соответствии с заданной величиной, расход газа для регенерации в отводной линии 14 регулируют при помощи клапана FV1 регулирования расхода в соответствии с заданной величиной. В данном случае клапан PV2 регулирования давления на стороне второго мембранного модуля 2 полностью открыт, регулирование давления с его помощью не осуществляется.

Когда же газ для регенерации подают из второго мембранного модуля 2 в первый мембранный модуль 1, регулирование осуществляют так же, используя клапан PV2 регулирования давления и клапан FV2 регулирования расхода.

[0029] Второй вариант осуществления изобретения

Фиг. 3 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую второй вариант осуществления настоящего изобретения. Следующие конфигурации отличаются от первого варианта осуществления изобретения.

а) один конец каждой из линий 16 и 26 сброса давления соединен с линиями 13 и 23 проникающего газа, соответственно,

b) другие концы линий 16 и 26 сброса давления соединены друг с другом, на соединительной линии предусмотрен насос 42 для сброса давления, представляющий собой устройство для сброса давления.

с) клапаны V13 и V23 предусмотрены в линиях 16 и 26 сброса давления, соответственно.

d) в линиях 13 и 23 проникающего газа клапаны V14 и V24 предусмотрены на нижней по потоку стороне относительно точек ответвления линий 16 и 26 сброса давления, соответственно.

е) между первой стороной и второй стороной мембранного модуля 2 (1), находящегося в состоянии регенерации, при помощи вакуумирования насосом 42 для сброса давления создают разность давления.

[0030] Фиг. 3 представляет собой схему, иллюстрирующую состояние, в котором, при условии, что первый мембранный модуль 1 находится в рабочем состоянии, а второй мембранный модуль 2 находится в нерабочем состоянии, второй мембранный модуль 2 регенерируют, используя проникающий газ из первого мембранного модуля 1 в качестве газа для регенерации. В этом случае клапаны V13 и V14 находятся в положении «закрыт» и «открыт», соответственно, а клапаны V23 и V24 находятся в положении «открыт» и «закрыт», соответственно.

Следовательно, проникающий газ из первого мембранного модуля 1, используемый в качестве газа для регенерации, выходит из устройства через клапан V14. Кроме этого, проникающий газ из второго мембранного модуля 2 всасывается насосом 42 для сброса давления по линии 26 сброса давления. Давление в линии 26 сброса давления можно регулировать, если разместить клапан регулирования давления на первой стороне насоса 42 для сброса давления.

[0031] В данном примере давление во втором мембранном модуле 2 низкое. Следовательно, теплопроводность недостаточна для нагревания разделительной мембраны 100 второго мембранного модуля нагретым диоксидом углерода. Следовательно, тепло от диоксида углерода может быть передано разделительной мембране 100 путем остановки насоса 42 для сброса давления или закрывания клапана V23 на линии 26 сброса давления и открывания клапана V24 на линии 23 проникающего газа, чтобы, тем самым, повысить давление во втором мембранном модуле 2. В данном случае, после того, как разделительная мембрана 100 достаточно нагревается, вторую сторону второго мембранного модуля 2 вакуумируют при помощи насоса 42 для сброса давления.

[0032] Кроме этого, в качестве способа нагревания разделительной мембраны 100 второго мембранного модуля может быть применен способ прямого нагревания второго мембранного модуля 1, как описано выше.

После регенерации второго мембранного модуля 2 в течении заданного времени, состояние «открыт» и «закрыт» каждого из клапанов меняют на обратное, чтобы перевести первый мембранный модуль 1 в нерабочее состояние, и проводят регенерацию первого мембранного модуля 1 проникающим газом из второго мембранного модуля 2, переведенного в рабочее состояние.

[0033] Третий вариант осуществления изобретения

Третий вариант осуществления изобретения представляет собой пример, в котором газ для регенерации подают в выпуск мембранного модуля 2 (1) на первую сторону. При описании конфигураций, чтобы избежать повторения, номера позиций частей, соответствующих частям, имеющим обозначение, взяты в скобки в дополнение к частям, имеющим обозначение, таким образом, части, обозначенные номерами позиций без скобок, и части, обозначенные номерами позиций в скобках, описываются одновременно.

[0034] Как показано на фиг. 4, целевая точка подачи газа для регенерации из первого мембранного модуля 1 (2), то есть, другой конец отводной линии 15 (25), представляющей собой газовую линию для регенерации, соединен с линией 22 (12) непроникающего газа, соединенной со стороной выпуска первой стороны второго мембранного модуля 2 (1). Клапан V25 (V15) предусмотрен на нижней по потоку стороне относительно точки соединения на линии 22 (12) непроникающего газа. Кроме этого, на линии 21 (11) исходного газа второго мембранного модуля 2 (1) выпускная линия 17 (27) для регенерации ответвляется на нижней по потоку стороне клапана V20 (V10), и нижняя по потоку сторона выпускной линии 17 (27) для регенерации соединена с нижней по потоку стороной клапана V25 (V15) на линии 22 непроникающего газа посредством клапана V16 (V26).

[0035] На фиг. 4 показана схема, иллюстрирующая состояние, в котором первый мембранный модуль 1 находится в рабочем состоянии, проникающий газ из первого мембранного модуля 1 в качестве газа для регенерации подают в выпуск второго мембранного модуля 2, находящегося в нерабочем состоянии, на первую сторону. Диоксид углерода, являющийся газом для регенерации, подаваемый во второй мембранный модуль 2, из выпуска первой стороны проникает на вторую сторону так же, как в первом варианте осуществления изобретения, а диоксид углерода, не прошедший на вторую сторону, выходит из устройства через выпускную линию 17 для регенерации, клапан V16 и газовую линию 22 непроникающего газа.

По окончании регенерации второго мембранного модуля 2 состояние «открыт» и «закрыт» каждого из клапанов меняют на обратное, чтобы перевести второй мембранный модуль 2 в рабочее состояние, и проводят регенерацию первого мембранного модуля 1.

[0036] Четвертый вариант осуществления изобретения

Четвертый вариант осуществления изобретения представляет собой пример, в котором газ для регенерации подают на вторую сторону мембранного модуля 2 (1), как показано на фиг. 5. Вторые стороны первого мембранного модуля 1 и второго мембранного модуля 2 соединены друг с другом посредством газовой линии 43 для регенерации. На газовой линии 43 для регенерации предусмотрены клапаны V17 и V27, представляющие собой клапаны регенерации, и между клапанами V17 и V27 предусмотрено нагревательное устройство 41.

[0037] Один конец газовой линии 43 для регенерации соединен с иным соединительным отверстием, нежели соединительное отверстие линии 13 проникающего газа, на второй стороне первого мембранного модуля 1. Другой конец газовой линии 43 для регенерации соединен с иным соединительным отверстием, нежели соединительное отверстие линии 23 проникающего газа, на второй стороне второго мембранного модуля 2.

Кроме этого от газовой линии 43 для регенерации отходящая линия 431 ответвляется на отрезке между первым мембранным модулем 1 и клапаном V17, и отходящая линия 432 ответвляется на отрезке между вторым мембранным модулем 2 и клапаном V27. Клапаны V18 и V28 предусмотрены на отходящих линиях 431 и 432, соответственно.

[0038] Фиг. 5 представляет собой схему, иллюстрирующую состояние, в котором первый мембранный модуль 1 и второй мембранный модуль 2 находятся в рабочем состоянии и нерабочем состоянии, соответственно, второй мембранный модуль 2 регенерируют. При открывании клапанов V17 и V27 проникающий газ (диоксид углерода) из первого мембранного модуля 1 поступает на вторую сторону второго мембранного модуля 2 в качестве газа для регенерации, проникает через разделительную мембрану 100 и переходит на вторую сторону. В этом случае клапан V18 открыт, клапан V28 закрыт. Часть газа для регенерации выходит по линии 23 проникающего газа.

[0039] По окончании регенерации второго мембранного модуля 2 клапан V10 закрывают, клапан V20 открывают. В это же время клапан V18 закрывают, клапан V28 открывают. В таком состоянии регенерируют первый мембранный модуль 1. При закрывании клапанов V17 и V27 мембранные модули 1 и 2 могут быть переведены в рабочее состояние одновременно.

[0040] Также и когда газ для регенерации пропускают через мембранный модуль со второй стороны на первую сторону, мембранный модуль может быть регенерирован.

[0041] В этом случае, как и в случае второго варианта осуществления изобретения (см. фиг. 3), может быть применено устройство для сброса давления, чтобы уменьшить давление в газовой линии, по которой газ поступает для регенерации после прохождения через мембранный модуль. Газовая линия, по которой газ поступает для регенерации после прохождения через мембранный модуль, соответствует линиям 13 и 23 проникающего газа, которые в примере, показанном на фиг. 3, являются газовыми линиями на вторых сторонах мембранных модулей, и линиям 12 и 22 непроникающего газа, которые в примере, показанном на фиг. 5, являются газовыми линиями на первой стороне.

[0042] Пятый вариант осуществления изобретения

В пятом варианте осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 6, концы отводных линий 14 и 24, представляющих собой газовые линии для регенерации, соединены с линиями 21 и 22 исходного газа посредством нагревательных устройств 41А и 41В, соответственно, не соединяясь друг с другом. Описанный выше первый вариант осуществления изобретения более выгоден, чем пятый вариант, в том отношении, что газ для регенерации второго мембранного модуля 2 и газ для регенерации первого мембранного модуля 1 нагревают в общем нагревательном устройстве 41. Однако, эффекты настоящего изобретения достигаются также и в пятом варианте его осуществления.

[0043] Шестой вариант осуществления изобретения

В вариантах осуществления изобретения с первого по пятый первый мембранный модуль 1 и второй мембранный модуль 2 переводят в рабочее состояние попеременно. Однако, в соответствии с настоящим изобретением, возможно использование трех и более мембранных модулей, и эти мембранные модули могут быть, например, переведены в нерабочее состояние и регенерированы последовательно. Шестой вариант осуществления настоящего изобретения, который является одним из таких примеров, показан на фиг. 7–9. В шестом варианте осуществления изобретения дополнительно к первому мембранному модулю 1 и второму мембранному модулю 2 используется третий мембранный модуль 3.

[0044] На фиг. 7 части, соответствующие частям, имеющимся на фиг. 1, обозначены теми же номерами позиций, что и на фиг. 1. На фиг. 7 показаны линия 31 исходного газа, клапан V30 подачи газа, линия 32 непроникающего газа, линия 33 проникающего газа, отводная линия 34 и клапан V31. Отводная линия 34 ответвляется от линии 33 проникающего газа третьего мембранного модуля 3 и соединяется с отводными линиями 14 и 24, эти отводные линии разветвляются на отводные линии 71, 72 и 73 на нижней по потоку стороне соединительной линии. Нагревательное устройство 41 предусмотрено на соединительной линии. Концы отводных линий 71, 72 и 73 на противоположной точке ответвления стороне соединены с нижней по потоку стороной клапанов V10, V20 и V30 подачи газа на линиях 11, 21 и 31 подачи газа, соответственно.

[0045] Фиг. 7 представляет собой схему, иллюстрирующую состояние, в котором первый мембранный модуль 1 и третий мембранный модуль 3 находятся в рабочем состоянии, и второй мембранный модуль 2 переведен в нерабочее состояние; газ для регенерации поступает из первого мембранного модуля 1 во второй мембранный модуль 2 с целью регенерации второго мембранного модуля 2.

Фиг. 8 представляет собой схему, иллюстрирующую состояние, в котором первый мембранный модуль 1 и второй мембранный модуль 2 находятся в рабочем состоянии, и третий мембранный модуль 3 переведен в нерабочее состояние; газ для регенерации поступает из второго мембранного модуля 2 в третий мембранный модуль 3 с целью регенерации третьего мембранного модуля 3.

Фиг. 9 представляет собой схему, иллюстрирующую состояние, в котором второй мембранный модуль 2 и третий мембранный модуль 3 находятся в рабочем состоянии, и первый мембранный модуль переведен в нерабочее состояние; газ для регенерации поступает из третьего мембранного модуля 3 в первый мембранный модуль 1 с целью регенерации первого мембранного модуля 1.

[0046] Третий вариант осуществления не ограничивается таким функционированием. Например, после окончания регенерации второго мембранного модуля 2 в состоянии, показанном на фиг. 7, третий мембранный модуль 3 может быть регенерирован с использованием проникающего газа первого мембранного модуля 1.

[0047] В описанных выше вариантах осуществления изобретения с первого по шестой показана конфигурация, в которой первый мембранный модуль 1 и второй мембранный модуль 2 соединены друг с другом параллельно. Однако, в одной из систем получения сжиженного природного газа множество мембранных модулей соединено друг с другом последовательно, то есть, множество мембранных модулей следует один за другим так, что линия проникающего газа одного мембранного модуля первой стадии образует линию исходного газа мембранного модуля второй стадии. В таком случае, множество групп, состоящих из множества мембранных модулей, соединенных друг с другом последовательно, соединяют параллельно. Нет необходимости говорить, что настоящее изобретение применимо также и к такой конфигурации.

[0048] Исходный газ, используемый в контексте настоящего изобретения, не ограничивается природным газом и может представлять собой биогаз. Кроме этого, проникающий газ не ограничивается диоксидом углерода и может представлять собой азот. Так, исходный газ может представлять собой газ, содержащий азот.

Предложено газоразделительное устройство, выполненное с возможностью отделения неуглеводородного газа от исходного газа, содержащего неуглеводородный газ, при помощи газоразделительной мембраны, в котором возможно замедление уменьшения производительности и достижение удовлетворительной экономической эффективности. Первый мембранный модуль и второй мембранный модуль параллельны друг другу относительно линий подачи исходного газа. Имеются газовые линии для регенерации, ответвляющиеся от линии проникающего газа мембранного модуля, соединенные с линией исходного газа и выполненные с возможностью подачи исходного газа в мембранный модуль. В состоянии, когда исходный газ поступает в мембранный модуль, проникающий газ мембранного модуля в качестве газа для регенерации подают в мембранный модуль по газовым линиям для регенерации. В этом случае мембранный модуль находится в нерабочем состоянии, мембранный модуль регенерируют. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Газоразделительное устройство, содержащее:

множество мембранных модулей, соединенных параллельно друг другу, при этом каждый из множества мембранных модулей содержит газоразделительную мембрану, выполненную с возможностью уменьшения неуглеводородного газа в исходном газе, содержащем неуглеводородный газ, когда неуглеводородный газ подается по линии исходного газа на первую сторону и проникает с первой стороны на вторую сторону;

линии проникающего газа, соединенные с множеством мембранных модулей и выполненные с возможностью отведения проникающего газа;

линии непроникающего газа, соединенные с множеством мембранных модулей и выполненные с возможностью отведения непроникающего газа;

газовую линию для регенерации, выполненную с возможностью подачи в качестве газа для регенерации второго мембранного модуля вне работы проникающего газа, прошедшего через первый мембранный модуль в работе из множества мембранных модулей, на газоразделительную мембрану второго мембранного модуля через первую сторону второго мембранного модуля;

клапан регенерации, предусмотренный в газовой линии для регенерации; и

клапан подачи, предусмотренный в линии исходного газа, соединенной с каждой из первых сторон множества мембранных модулей, и

блок управления, выполненный с возможностью подачи управляющего сигнала, вызывающего закрывание клапана подачи второго мембранного модуля и открывание клапана регенерации с целью проведения регенерации второго мембранного модуля газом для регенерации, подаваемым при закрывании клапана подачи второго мембранного модуля для переведения второго мембранного модуля в нерабочее состояние и открывании клапана регенерации,

при этом газовая линия для регенерации содержит:

газовую линию первой стадии, содержащую один конец, соединенный со второй стороной каждого из множества мембранных модулей, и другой конец, соединенный с одной из сторон общего нагревательного устройства; и

газовую линию второй стадии, содержащую один конец, соединенный с другой стороной нагревательного устройства, и другой конец, который разветвляется для соединения с первой стороной каждого из множества мембранных модулей, и

причем клапан регенерации предусмотрен на каждой из газовой линии первой стадии и разветвленной газовой линии второй стадии.

2. Газоразделительное устройство по п. 1, дополнительно содержащее устройство для сброса давления, выполненное с возможностью уменьшения давления в газовой линии на второй стороне второго мембранного модуля, подверженного регенерации.

3. Газоразделительное устройство по п. 1, в котором регенерация другого мембранного модуля вне работы от начала до конца занимает два или более часа.