Способ разделения газовых смесей Советский патент 1987 года по МПК B01D53/22 B01D13/00 

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

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

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

Наличие максимума концентрации промежуточного компонента по длине колонны вызвано вытеснением его с отборных концов труднопроникакяцими и легкопроникающими компонентами за счет их большей активности. При этом максимум концентрации промежуточного компонента локализован между точкой подачи питания и тем отбором, в котором промежуточный компонент выделяется с болыпей концентрацией.

Выбор точки отбора на дополнительное разделение осуществляется следую

5

0

5

0

5

0

5

0

5

щим образом. Если процесс разделения в колонне организован -так, что выделение промежуточного компонента происходит в потоке отбора ТПК, то максимум концентрации промежуточного компонента находится между точкой подачи питания и отбором ЛПК, Отбор смеси на дополнительное разделение целесообразно брать вблизи максимума концентрации промежуточного компонента так, чтобы осуществлялось наиболее благоприятное соотношение между концентрациями промежуточного компонента и концентрациями более активных компонентов. В данном случае более активными являются более легкопрони- канлдие компоненты, поскольку в качестве отбора, обогащенного промежуточным компонентом, используется проник- щий через дополнительную мембрану поток.

Если выделение промежуточного компонента происходит в отборе ЛПК, то максимум концентрации промежуточного компонента находится между точкой подачи питания и отбором ТПК. активными по отношению к промежуточному по проницаемости будут в данном „случае труднопрониканщие ком- , так как в качестве отбора, обогащенного промежуточным Компонентом, используется непроникший через дополнительную мембрану поток .

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

При этом происходит дополнитель- . ное разделение смеси, которое позволяет повысить концентрации компонентов газовой смеси во внешних потоках отбора, а также вьщелить промежуточные компоненты с более высокой концентрацией, чем в любой точке колонны непрерывного действие,

Получение дополнительного потека отбора, обогащенного промежуточным компонентом, приводит к снижению среднего значения концентрации этого компонента по длине колонны. Поэтому влияние промежуточного компонента на процесс разделения ослабевает и на мембране в основном происходит разделение легкопроникающего и трудно- прониканмцего компонентов, а это, в свою очередь, повышает эффективность работы единицы площади поверхности

мембраны и степень обогащения легко- и труднопроникающих компонентов.

Предлагаемый спо.соб рассмотрим на примере разделения трехкомпонентной газовой смеси ,-00 с концентрациями компонентов в исходном потоке, равными 85, 5 и 10% соответственно.

/Процесс разделения производится в мемб- %: СО 9,4; О 35,4; СО 55,4, и подранной колонне с мембраной, изготовленной из поли-4-метилпентен-1, общая суммарная площадь которой равняется 8400 -м . Высокое давление поддерживается равным 981 кПа, а низкое давление - 98,1 кПа. Поток отбора, обогащенный легкопроникающим компонентом (СО), проницаемость которого составляет 3,16-10 м моль/м с-Па при толщине мембраны 10 м, составляет 0,81 моль/с, а поток отбора, обогащенный труднопроникаюпщми компонентами (со), проницаемость которого равна 2,75-10 м-,моль/м с,Па - 0,19 моль/с. В потоке отбора, обога щенном легкопроникающим компонентом, концентрация СО составляет 94,3% (проницаемость О, равна 9,74 х X 10 М Моль/м -с Па) и 5,3% при концентрации СО в потоке отбора, обогащенном труднопроникающим компонентом, равной 87,0%,

Если взять часть потока высокого давления, составляющую 0,5 моль/с, из промежуточной его точки с составом, %: COj 83,5; О, 12,7; СО 3,8, и подвергнуть его разделению .на допол- 35 нительной мембране, изготовленной из того же материала, что и мембрана колонны, возвратить проникший через нее поток в промежуточную точку потока низкого давления с составом, %: , 40 СО, 84,7; Оа 11,8; СО 3,5, а непрр-. никший поток вывести в качестве продукта, обогащенного промежуточным компонентом,, то значение концентрации СО, в потоке отбора, равном 45 0,85 моль/с, составит 97,0%, а 0„ в

вергнуть его разделению на дополни 0 тельной полупроницаемой мембране, возвратить в точку потока высокого давления непроникший через нее поток с составом, %: СО 7,5; О,, 34,2; СО 58,3, а проникший через мембрану

t5 поток вывести в качестве продукта, обогащенного промежуточным компонентом, то значение концентрации СО в потоке отбора, равном 0,85 моль/с, составит 96,9%, 0 в потоке отбора,

20 равном 0,05 моль/с, - 47,4%, а СО в потоке отбора, равном 0,10 моль/с, - 94,1%, Степень обогащения легкопроникающего компонента увеличилась по сравнению с известным в 1,9 раза,

25 промежуточного компонента - в 16 раз, а труднопроникающего компонента - в 2,4 раза. Концентрация промежуточ- ного компонента в дополнительном пс токе отбора в 1,3 раза больше предельного значения в потоке отбора ко30

лонны непрерьтного действия.

Проведение процесса разделения многокомпонентных газовых смесей по предлагаемому способу путем дополнительного разделения части потока высокого давления в точке, соответствующей максимальной концентрации промежуточного компонента, и введения дополнительного отбора по сравнению с известным дает принципиальную возможность выделения промежуточного по проницаемости компонента с высокой степенью обогащения. Кроме того, практически при той же суммарной площади поверхности мембраны и с использованием единственного компрессора удается повысить степень обогащения легко- и труднопроникаюпотоке отбора, равном 0,05 моль/с, - 41,3%,

Таким образом, степень обогащения легкопроникающего компонента увеличн-до компонентов. При этом Процесс лась почти вдвое, а промежуточного разделения газовых смесей не зависдат компонента - более чем в 12 раз. При от вида, состава разделяемой смеси этом концентрация промежуточного ком- и селективности мембраны.

, ВНИИПИ Заказ 411/4 Тираж 657 Подписное Произв,-полигр, пр-тие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

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

Если же взять часть потока высокого давления, равную 0,5 моль/с, из промежуточной его точки с составом.

вергнуть его разделению на дополнительной полупроницаемой мембране, возвратить в точку потока высокого давления непроникший через нее поток с составом, %: СО 7,5; О,, 34,2; СО 58,3, а проникший через мембрану

поток вывести в качестве продукта, обогащенного промежуточным компонентом, то значение концентрации СО в потоке отбора, равном 0,85 моль/с, составит 96,9%, 0 в потоке отбора,

равном 0,05 моль/с, - 47,4%, а СО в потоке отбора, равном 0,10 моль/с, - 94,1%, Степень обогащения легкопроникающего компонента увеличилась по сравнению с известным в 1,9 раза,

промежуточного компонента - в 16 раз, а труднопроникающего компонента - в 2,4 раза. Концентрация промежуточ- ного компонента в дополнительном пс токе отбора в 1,3 раза больше предельного значения в потоке отбора ко

лонны непрерьтного действия.

Проведение процесса разделения многокомпонентных газовых смесей по предлагаемому способу путем дополнительного разделения части потока высокого давления в точке, соответствующей максимальной концентрации промежуточного компонента, и введения дополнительного отбора по сравнению с известным дает принципиальную возможность выделения промежуточного по проницаемости компонента с высокой степенью обогащения. Кроме того, практически при той же суммарной площади поверхности мембраны и с использованием единственного компрессора удается повысить степень обогащения легко- и труднопроникаю компонентов. При этом Процесс разделения газовых смесей не зависдат от вида, состава разделяемой смеси и селективности мембраны.