Способ разделения газовых смесей Советский патент 1984 года по МПК B01D53/22 

со

vj

Изобретение относится к области разделения газовых смесей и может быть использовано в технологических процессах с использованием полупроницаемых мембран.

В современной промышленности для получения веществ, обогащенных определенными компонентами газовых смесей, применяют способы, основанные на различной способности компонентов проникать через мембранные перегородки. При этом процесс разделения осуществляют таким образом, что разделяемую смесь пропускают по одну сторону мембранной перегородки в область высокого давления, а на мембране создается градиент концентраций между областями высокого и низкого давления. Для получения большего эффекта используют способы, основанные либр на построении каскадных схем процесса разделения, либо на последовательном разделении смеси с использованием мембран с различными селективными свойствами 1.

Однако эти способы являются дорогостоящими, так как для своей реализации требуют больщого числа компрессоров, сложного технологического оборудования и высоких габаритов - в первом случае, и связаны с трудностями в подборе мембран с требуемыми селективными свойствами - во втором.

Известен способ разделения газовых с.месей с помощью полупроницаемых мембран, включающий создание потока газовой смеси высокого давления с одной стороны мембраны, который обогащается труднопроникающими через мембрану, компонентами, и противоточного потока газовой смеси низкого давления с другой стороны мембраны, обогащающегося легкопроникающими компонентами. Исходную газовую смесь подают в промежуточную точку потока высокого давления. Выходящий поток низкого, давления компремируют, делят на две части, одну из которых подают на вход потока высокого давления, а вторую часть используют в качестве продукта, обогащенного легкопроникающими компонентами, а в качестве продукта, обогащенного труднопроникающими компонентами, используют входящий поток высокого давления. Такой способ разделения часто называют разделением в противоточной мембранной колонне непрерывного действия 2.

Однако с ростом степени разделения исходной смеси по легкопроникающему через мембрану компоненту значительно возрастают как длина колонны (соответственно необходимая площадь мембраны и капитальные затраты), так и величина компремируемого потока (энергетические затраты)

Цель изобретения - снижение капитальных и энергетических затрат при заданных

степени разделения и производительности по обоим продуктам.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу разделения газовых смесей, включающему создание потока газовой смеси высокого давления с одной стороны полупроницаемой .мембраны, обогащающегося труднопроникающими компонентами, противоточного потока газовой смеси низкого давления с другой стороны полупроницаемой мембраны, обогащающегося легкопроникающими компонентами, подачу исходной газовой смеси в промежуточную точку потока высокого давления, компремирование выходящего потока низкого

давления, разделение скомпремированного потока на две части, подачу одной части на вход потока высокого давления, вывод второй его части в виде продукта, обогащенного легкопроникающими компонентами, и вывод пот жа высокого давления в виде продукта, обогащенного труднопроникающими компонентами, разделение скомпремированного потока осуществляют на дополнительной полупроницаемой мембране с отводом проникающего через нее потока в виде продукта, обогащенного легкопроникающими компонентами.

При ЭТОМ происходит дополнительное разделение смеси, которое позволяет повысить концентрацию в отборе легкопроникающего компонента, при неизменной величине потока его отбора. При заданных величинах степени разделения смеси и производительности по обоим продуктам дополнительное разделение дает возможность сократить площадь мембраны в колонне и величину

перерабатываемого потока вещества. Уменьшение площади мембраны колонны значительно превышает площадь дополнительной мембраны.

Достигаемый эффект связан в первую

очередь с тем, что через дополнительную мембрану проходит лищь малая часть скомпремированного потока и, соответственно, разделительная способность ее единицы площади близка к максимально возможной и намного превышает соответствующую величину для мембраны, работающей в колонне. Уменьшение величины компремируемого потока (уменьшение мощности компрессора) связано с уменьшением циркуляционного потока, обусловленного уменьшением требуемой степени обогащения легкопроникающего компонента в колонне.

Предлагаемый способ используют при получении газа СОг концентрации 94,6% из смеси газов Концентрация СО в-потоке питания составляет 52,6%. Разделение газов производится на мембранной колонне длиной 5 м. Мембрана выполнена в виде полых волокон из силиконовой резины. Высокое давление составляет 220 кПа, а

низкое давление 98 кПа. Величина циркуляционного потока изменяется от 85 до 7 моль/с. Поток отбора, обогащенного легкопроникающими компонентами, составляет 2,37 моль/с, а отбора, обогащенного труднопроникающими компонентами, - 2,39 моль/с. Если выходящий поток низкого давления подвергнуть дополнительному разделению на мембране из того же материала, причем сохранить рабочие параметры процесса, концентрацию СОз в отборе и производительность установки, то за счет снижения тре- . буемой концентрации СО на выходе потока низкого давления почти до 90%, удается сократить длину колонны на 35%. Площадь дополнительной мембраны составляет всего около 5% от первоначальной площади мембраны колонны. Величина компремируемого. циркуляционного потока и соответственно

затраты электроэнергии при этом сокращаются в два раза. В виду малого гидродинамического сопротивления увеличение энергозатрат, требуемых для обеспечения работы дополнительной мембраны, - незнач тельно.

Эффективность, достигаемая при разделении газовых смесей по предлагаемому способу по сравнению с известным, приводит к значительной экономии дорогостоящего мембранного материала, а также к существенному снижению капитальных и энергетических затрат и не зависимо от вида состава разделяемой смеси и характеристики селективности мембраны.

Эффективность использования предлагаемого способа повыщается при увеличении требуемой концентрации легкопроникающего компонента в потоке его отбора.

СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ, включающий создание потока газовой смеси высокого давления с одной стороны полупроницаемой мембраны, обогащающегося труднопроникающими компонентами, противоточного потока газовой смеси низкого давления с другой стороны полупроницаемой м-емб.раны, обогащающеюся легкогфопикающими компонентами, подачу исходной газовой смеси в промежуточную точку потока высокого давления, компремирование выходящего потока низкого давления, разделение скомпремированного потока на две части, подачу одной части па вход потока высокого давления, вывод второй его части в виде продукта, обогащенного легкопроникающими компонентами, и вывод потока высокого давления в виде продукта, обогащенного, труднопропикающими компонентами отличающийся тем, что, с целью снижения капитальных и энергетических затрат при заданных степени разделения и производительности по обоим продуктам, разделение скомпремированного потока i осуществляют на дополнительной полупроницаемой мембране с отводом проникающесл го через нее потока в виде продукта, обогащенного легкопроникающим ; компонентами.