CZ2014151A3 - Zařízení k separaci plynů - Google Patents
Zařízení k separaci plynů Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2014151A3 CZ2014151A3 CZ2014-151A CZ2014151A CZ2014151A3 CZ 2014151 A3 CZ2014151 A3 CZ 2014151A3 CZ 2014151 A CZ2014151 A CZ 2014151A CZ 2014151 A3 CZ2014151 A3 CZ 2014151A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- gas mixture
- liquid film
- rods
- gas
- separation
- Prior art date
Links
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Zařízení k separaci plynů ze směsi plynů průchodem membránovou stěnou z kapalného filmu tvořeného separačním roztokem podporujícím tvorbu kapalného filmu obsahuje systém vzájemně oddělených tyčí (4), z nichž alespoň část je uzpůsobena pro kontakt se zdrojem separačního roztoku a které jsou uspořádány v rozvinutelné ploše (21, 22) ve vzájemné vzdálenosti umožňující tvorbu kapalného filmu, přičemž na jednu stranu plochy je připojen vstup (1) směsi plynů a výstup (7) koncentrované směsi plynů a na druhou stranu plochy odvod separovaného plynu. Rozvinutelná plocha může mít tvar rovinné plochy (21) nebo válcové plochy (22).
Description
Vynález se týká zařízení k separaci plynů ze směsi plynů průchodem membránovou stěnou z kapalného filmu tvořeného separačním roztokem podporujícím tvorbu kapalného filmu.
Dosavadní stav techniky
Separace plynných směsí je realizována několika způsoby. Tyto způsoby zahrnují membránové procesy, absorpční a adsorpční techniky, destilace za nízkých teplot. V současné době se řeší problém vyčerpání přírodních zdrojů energie tj. fosilních paliv, jako je uhlí, ropa, zemní plyn. Jednou z dalších možností získání zdroje energie je obohacování produktu získaného z menších zdrojů odpadních plynů o spalitelnou složku, to znamená zejména odstranění oxidu uhličitého z produktu. Při spalování další oxid uhličitý ještě vznikne, a nedá se tomu při výrobě energie z fosilních paliv zabránit. Jeho následná absorpce do aminů a chemické vázání ve formě uhličitanů, je jednou z nejčastěji používaných možností, jak oxid uhličitý udržet mimo atmosféru.
Vývoj účinných metod odstranění balastních složek ze vznikajících průmyslových plynů obsahujících metan či jiné uhlovodíky tak, aby je bylo možno efektivně využít, je proto zásadním úkolem akademického i průmyslového výzkumu.
Membránový proces se jeví jako perspektivní metoda díky nízkým provozním nákladům a vysoké účinnosti. Průchod jednotlivých složek je ovlivněn jejich chemicko-fyzikálními vlastnostmi a jejich interakcí s membránou. Ve vztahu k použitému materiálu lze v současné době membrány vyráběné pro separaci plynů rozdělit do třech základních skupin: polymemí, anorganické a polymemí s určitým přídavkem vhodného anorganického materiálu.
V PV 2012-725 je popsán způsob separace plynu ze směsi plynů průchodem membránovou stěnou, při kterém se směs plynů zavede do roztoku podporujícího tvorbu bublin s obsahem směsi plynů a sc stěnou odpovídající složení roztoku, kterou prochází separované plyny. Dosud však není k dispozici vhodné zařízení, na kterém by bylo možno posledně jmenovaný způsob dělem plynných směsí optimálně realizovat.
Úlohou vynálezu je vytvořit zařízení, které by umožňovalo optimální vytvoření membránové stěny ve formě kapalného filmu ze separačního roztoku a realizovat proces separace plynů založený na tomto principu vysoce účinným způsobem.
• · · · a · ·
- 2 • · · « « » « * 4 4 ** i 9 ♦· » · ·> ·i · i ♦ 9 · ·4 «»»♦#»·» 4 1 ·> ·
Podstata vynálezu
Podstata zařízení k separaci plynů ze směsi plynů průchodem membránovou stěnou z kapalného filmu tvořeného separačním roztokem podporujícím tvorbu kapalného filmu, které splňuje výše uvedenou úlohu, spočívá v tom, že obsahuje systém vzájemně oddělených tyčí, z nichž alespoň část je uzpůsobena pro kontakt se zdrojem separačního roztoku a které jsou uspořádány v rozvinutelné ploše ve vzájemné vzdálenosti umožňující tvorbu kapalného filmu, přičemž na jednu stranu plochy je připojen vstup směsi plynů a výstup koncentrované směsi plynů a na druhou stranu plochy odvod separovaného plynu.
Dále jsou uvedena některá možná provedení způsobu podle vynálezu, které jeho podstatné znaky dále rozvíjí nebo konkretizují.
Tyče jsou uspořádány v jedné skloněné rovině a jsou připevněny na otevřené straně kanálu, na jehož jeden konec je připojen vstup směsi plynů a na druhý konec výstup koncentrované směsi plynů.
Tyče jsou navzájem spojeny otočně uloženou konstrukcí a jsou uspořádány po obvodu válcové plochy, jejíž spodní část zasahuje do sběrné nádoby separačního roztoku a na jejíž vnitřní prostor je na jednom konci připojen vstup směsi plynů a na druhý konec výstup koncentrované směsi plynů
Vzdálenost mezi tyčemi je 2 až 30 mm.
Výhodou zařízení podle vynálezu je, že obě jeho popsaná provedení splňují optimální podmínky k vytvoření kapalného filmu požadovaných vlastností pro jeho aplikaci jako membránové stěny. Zařízení umožňují nejen vlastní provádění separace plynů, ale i permanentní obnovu a stabilizaci kapalného filmu. Obě zařízení mohou pracovat v kontinuálním režimu s možností snadné recyklace separačního roztoku.
Změnou složení roztoku pro tvorbu filmu lze dosáhnout separace pro různé plynné systémy. Základní složkou roztoku je destilovaná voda. Její koncentrace se pohybuje od 80 do 90 % hmotnostních. Přidáním iontových kapalin, ze skupiny imidazoliových, fosfoniových nebo pyridintových, lze významně ovlivnit transportní vlastnosti připraveného filmu. Jako povrchově aktivní látky je možné použít sloučeniny ze skupiny anion i kation aktivních tenzidů, dále vícesytné alkoholy jako glycerin, propylen glykol, polypropylen glykol, polyetylén glykol, dále sloučeniny na bázi sacharidů jako hydroxyethyl celulóza, hydroxypropyl methylcelulóza. Ze skupiny vícesytných karboxylových kyselin lze použít kyselinu citrónovou, kyselinu vinnou apod. Dalšími složkami jsou anorganické báze jako soda, jako stabilizátor bublin může být guar guma E412.
- 3 Popis obrázků na výkrese
Vynález je dále blíže popsán, aniž by tím byla omezena jeho podstata, na připojeném výkrese, na jehož obrázcích jsou schematicky znázorněna různá provedení zařízení k separaci plynů. Na výkrese značí: Obr. 1 - schematický, částečně perspektivní pohled na zařízení deskové aparatury; Obr. 2 - schematický, částečně perspektivní pohled na zařízení rotační aparatury.
Součásti se stejnou funkcí a sloužící stejnému účelu mají na výkrese stejné vztahové značky.
Příklady provedení vynálezu
Na Obr. 1 je znázorněno zařízení deskové, která obsahuje soustavu tyčí 4 upevněných na vrchní, otevřené straně kanálu 61 v podstatě obdélníkového průřezu. Tyče 4 jsou uspořádány tak, že vytváří rovinnou plochu 21 pro tvorbu membránové stěny z kapalného filmu. Do kanálu 61 je v jeho horní části připojen vstup 1 směsi plynů a v dolní části výstup 7 koncentrované směsi plynů. Kanál 61 je dále v horní části opatřen nátokovou hranou 51 sloužící pro distribuci separačního roztoku pomocí speciálního, neznázoměného dávkovače a v dolní části sběrným prostorem 31 separačního roztoku. Horní část kanálu 61 ústí do neznázoměného uzavřeného prostoru, ve kterém se lokalizuje a ze kterého se odvádí separovaný plyn. Na nátokovou hranu 51 je přivedeno potrubí 82 separačního roztoku, jehož oběh zajišťuje čerpadlo
8. Sací strana čerpadla Sjc potrubím 81 připojena na sběrný prostor 31.
Funkce zařízení deskové filmové aparatury je následující: souvislá, velmi tenká vrstva separačního roztoku - kapalného filmu, stéká po konstrukci, která je tvořena ocelovými vodícími tyčemi 4. Tyče 4 jsou v aparatuře upevněny pod určitým úhlem tak, aby film po nich souvisle stékal. Vzdálenost mezi tyčemi 4 se může pohybovat v závislosti na povaze roztoku od 2 do 30 mm, v daném případě byla optimalizována na 6 mm. Film je neustále obnovován přiváděním separačního roztoku do vrchní části zařízení. Separační roztok je poté z nátokové hrany 51 speciálním dávkovačem směřován k tyčím 4, mezi kterými vytváří tenký film. Film stéká po vodících tyčích 4 na dno aparatury, odkud je pomocí čerpadla 8 separační roztok přečerpáván zpět do dávkovače. Tímto jednoduchým způsobem je zaručeno kontinuální uspořádání a možnost snadné recyklace.
Film má separační funkci membrány, která efektivně propouští jeden z plynů z dělené binární směsi. Dělená směs je přiváděna do navrženého zařízení z jedné strany tenkého separačního filmu, jeden z plynů tímto filmem přednostně prochází do prostoru nad horní částí kanálu 61 a tím se obohacuje složení separované směsi o druhý plyn. Vhodným složením kapalného filmu lze dosáhnout maximální efektivity pro daný separovaný systém. Složení ·
• «
- 4 • «3 ·
Λ V 9 9*
9 4*
9 * * » »· « .’»·»·
-9 » · » 5 3 * * »-- » kapalného filmu je nutno optimalizovat vzhledem ke stabilitě filmu a stupni požadované separace plynné směsi.
K velmi rychlé separaci dochází i za pokojových teplot kolem 20 °C. Není potřeba zvyšovat tlak separované směsi pomocí kompresorů, k dělení postačuje nepatrný přetlak několika desítek Pascalů.
Jeden z příkladů použití zařízení podle vynálezu, konkrétně pro separaci plynné směsi metan : oxid uhličitý je popsán následovně. Separace plynné směsi byla prováděna za pokojové teploty 25 °C. Plynná směs o složení 50 (obj/j/ý, metanu a 50fobj?(%/oxidu uhličitého byla za mírného přetlaku cca 100 Pa zaváděna do aparatury. Zde byl roztok s následujícím složením voda 83fhmot^%l laurethsulfát sodný 4.5[hmot$%| lauryldimethylamin oxid 1 [hř3t^/ojglycerol 5 Íhmotjjlýoj sacharóza 0.5Íhmo^j%j PEG óftňnot^/ój. Plocha membrány - tenkého kapalného filmu byla 180 cm2. Z výsledků pilotních experimentů shrnutých v níže uvedené Tabulce 1 je patrno, že separace má vysokou selektivitu a vysoký tok odstraňovaného plynu přes kapalný film.
Tabulka 1
Přehled výsledků analýzy výstupní separované směsi pro různé experimentální podmínky v deskové aparatuře zjištěné pomocí plynového chromatografu.
| Vstupní tok směsi ch4/co2 do aparatury (složení 50/50 % mol.) | Složení dělené směsi na výstupu | ||
| Vzduch | ch4 | CO2 | |
| ml/min | % mol | % mol | % mol |
| 40/40 | 35.5 | 63.6 | 0.9 |
| 31.6 | 67.0 | 1.4 | |
| 36.9 | 61.8 | 1.3 | |
| 80/80 | 16.1 | 75.0 | 8.9 |
| 19.2 | 73.2 | 7.6 | |
| 18.0 | 74.4 | 7.6 | |
| 120/200 | 9.2 | 73.9 | 16.9 |
| 9.4 | 73.8 | 16.8 | |
| 200/200 | 9.1 | 75.6 | 15.3 |
| 8.3 | 75.5 | 16.2 | |
| 400/400 | 3.5 | 60.0 | 36.5 |
| 3.3 | 58.4 | 38.3 |
• » » · • · · · « t » * «
- 5 í I 4 » · ·* ♦ * ·» » > » 9 i »♦
9 » t ·’ · · » ♦ » * « ·* »
1’abulka dokládá vysokou separační účinnost v širokém rozsahu průtoků separované směsi. Množství vzduchu vzrůstá s dobou prodlení separované směsi v zařízení, ale pokud je obsah vzduchu udržován pod výbušnou mezí, tj. do 85 % a plyn bude určen ke spálení, není přítomnost vzduchu závadou. Zařízení bylo provozováno v řádu dní, pouze s pravidelným doplňováním odpařené vody.
Na Obr. 2 je znázorněno zařízení rotační aparatury, které je tvořeno soustavou tyčí 4 sloužící pro tvorbu membránové stěny z kapalného filmu uspořádaných do válcové plochy 22 a spojených protilehlými přírubami 62. Válcová plocha 22 vytváří mezi tyčemi 4 a přírubami 62 vnitřní prostor, do kterého je na jedné straně připojen na přírubu 62 vstup 1 směsi plynů a na druhé straně na přírubu 62 výstup 7 koncentrované směsi plynů. Jedna z přírub 62 je zároveň připojena na hřídel neznázorněného hnacího motoru. Válcová plocha 22 zasahuje v dolní části do nádoby 32 určené pro naplnění separačním roztokem. Znázorněná rotační aparatura je vložena do neznázorněného uzavřeného prostoru, ve kterém se lokalizuje a ze kterého se odvádí separovaný plyn.
Funkce zařízení rotační aparatury je následující: tak jako v případě deskové aparatury podle Obr. 1, je souvislá velmi tenká vrstva roztoku - kapalného filmu - vytvořena mezi ocelovými vodícími tyčemi 4, tentokrát ale na válcové ploše 22. Obdobně i vzdálenost mezi tyčemi se může pohybovat od 2 do 30 mm, v daném případě byla optimalizována na 5 mm. Při rotačním pohybu tyčí 4 s přírubami 62 dochází k ponoření vodících tyčí 4 do nádoby se separačním roztokem, natažení kapalinového filmu na tyče a vytvoření souvislé válcové plochy kapalného filmu. Kapalný film mezi vodícími tyčemi 4 je neustále obnovován a zachovává si původní vlastnosti. Regulací otáček motoru lze libovolně nastavit potřebný čas, po kterém dochází k obnově filmu. Tento čas se pohybuje od 5 do 60 sekund.
Jeden z příkladů použití zařízení podle vynálezu konkrétně pro separaci plynné směsi metan : oxid uhličitý je popsán následovně. Separace plynné směsi byla prováděna za pokojové teploty 25 °C. Plynná směs o složení 50fobjúpZ)l metanu a 50 lobj' tyty oxidu uhličitého byla za mírného přetlaku cca 100 Pa zaváděna do aparatury. Zde byl roztok s následujícím složením — voda 90íhmo^'%f sles 6.0(hmot.í)/oi, glycerol 3.8fhmot^1%j sacharóza 0.19 fhmot^J%] l-butyl-3methylimidazolium tetrafluoroborate, [bmim][BF4] O.Ol/limotjfJÚ· Plocha membrány tenkého kapalného filmu činila 96 cm2. Z výsledků pilotních experimentů shrnutých v níže uvedené
Tabulce 2 je patrné, že i separace prováděná s použitím rotační aparatury má vysokou selektivitu a vysoký tok odstraňovaného plynu přes kapalný film.
« 4 « 4 • · · · * 4 · « · ’· 4
- 6 Tabulka 2
Přehled výsledků analýzy výstupní separované směsi pro různé experimentální podmínky v rotační aparatuře zjištěné pomocí plynového chromatografu.
| Vstupní tok směsi CH4/CO2 do aparatury (složení 50/50 %^ηο1^ | Složení dělené směsi na výstupu | ||
| V zduch | ch4 | CO2 | |
| ml/min | % mol | % mol | % mol |
| 20/20 | 22.5 | 71.5 | 6.0 |
| 27.5 | 64.6 | 7.9 | |
| 40/40 | 19.9 | 72.3 | 7.8 |
| 22.1 | 70.7 | 7.2 |
Průmyslová využitelnost
Zařízení podle vynálezu je využitelné všude tam, kde je třeba odstranit a případně separovat balastní složky ze vznikajících průmyslových plynů, zejména při spalování fosilních paliv.
Claims (4)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Zařízení k separaci plynů ze směsi plynů průchodem membránovou stěnou z kapalného filmu tvořeného separačním roztokem podporujícím tvorbu kapalného filmu,vyznačující se tím, že obsahuje systém vzájemně oddělených tyčí (4), z nichž alespoň část je uzpůsobena pro kontakt se zdrojem separačního roztoku a které jsou uspořádány v rozvinutelné ploše (21, 22) ve vzájemné vzdálenosti umožňující tvorbu kapalného filmu, přičemž na jednu stranu plochy je připojen vstup (1) směsi plynů a výstup (7) koncentrované směsi plynů a na druhou stranu plochy odvod separovaného plynu.
- 2. Zařízení k separaci plynů ze směsi plynů podle nároku 1, vyznačující se tím, že tyče (4) jsou uspořádány ve skloněné rovinné ploše (21) a jsou připevněny na otevřené straně kanálu (61), na jehož jeden konec je připojen vstup (1) směsi plynů a na druhý konec výstup (7) koncentrované směsi plynů.
- 3.Zařízení k separaci plynů ze směsi plynů podle nároku ^vyznačující se tím, že tyče (4) jsou navzájem spojeny otočné uloženou konstrukcí a jsou uspořádány po obvodu válcové plochy (22), jejíž spodní část zasahuje do sběrné nádoby (32) separačního roztoku a na jejíž vnitřní prostor je na jednom konci připojen vstup (1) směsi plynů a na druhý konec výstup (7) koncentrované směsi plynů.
- 4. Zařízení k separaci plynů ze směsi plynů podle kteréhokoli nároku 1 až 3 vyznačující se tím, / že vzdálenost mezi tyčemi (4) je 2 až 30 mm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2014-151A CZ305505B6 (cs) | 2014-03-12 | 2014-03-12 | Zařízení k separaci plynů |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2014-151A CZ305505B6 (cs) | 2014-03-12 | 2014-03-12 | Zařízení k separaci plynů |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2014151A3 true CZ2014151A3 (cs) | 2015-11-04 |
| CZ305505B6 CZ305505B6 (cs) | 2015-11-04 |
Family
ID=54361258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2014-151A CZ305505B6 (cs) | 2014-03-12 | 2014-03-12 | Zařízení k separaci plynů |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ305505B6 (cs) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4954145A (en) * | 1986-11-03 | 1990-09-04 | Kingston Technologies | Filled membranes for separation of polar from non-polar gases |
| US5445669A (en) * | 1993-08-12 | 1995-08-29 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Membrane for the separation of carbon dioxide |
-
2014
- 2014-03-12 CZ CZ2014-151A patent/CZ305505B6/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ305505B6 (cs) | 2015-11-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | ZIF-7/PDMS mixed matrix membranes for pervaporation recovery of butanol from aqueous solution | |
| Favre | Membrane processes and postcombustion carbon dioxide capture: Challenges and prospects | |
| Luis et al. | Facilitated transport of CO2 and SO2 through supported ionic liquid membranes (SILMs) | |
| Lu et al. | CO 2 capture by ionic liquid membrane absorption for reduction of emissions of greenhouse gas | |
| Macedonio et al. | Membrane condenser as a new technology for water recovery from humidified “waste” gaseous streams | |
| Rom et al. | Investigation of pervaporation performance of POMS membrane during separation of butanol from water and the effect of added acetone and ethanol | |
| Henares et al. | Comparative study of degassing membrane modules for the removal of methane from Expanded Granular Sludge Bed anaerobic reactor effluent | |
| Kujawski et al. | Pervaporative removal of acetone, butanol and ethanol from binary and multicomponent aqueous mixtures | |
| Luis et al. | Non‐dispersive absorption for CO2 capture: from the laboratory to industry | |
| Ghasem et al. | Effect of polymer extrusion temperature on poly (vinylidene fluoride) hollow fiber membranes: Properties and performance used as gas–liquid membrane contactor for CO2 absorption | |
| Yan et al. | Biogas upgrading by CO2 removal with a highly selective natural amino acid salt in gas–liquid membrane contactor | |
| Cascon et al. | 1-Butanol pervaporation performance and intrinsic stability of phosphonium and ammonium ionic liquid-based supported liquid membranes | |
| Jindaratsamee et al. | Separation of CO2 from the CO2/N2 mixed gas through ionic liquid membranes at the high feed concentration | |
| Klingberg et al. | Separation of carbon dioxide from real power plant flue gases by gas permeation using a supported ionic liquid membrane: an investigation of membrane stability | |
| Dong et al. | Simulation and feasibility study of using thermally rearranged polymeric hollow fiber membranes for various industrial gas separation applications | |
| Ye et al. | Potential of osmotic membrane crystallization using dense membranes for Na2CO3 production in a CO2 capture scenario | |
| Rathod et al. | Enhancement of esterification reaction by pervaporation reactor: an intensifying approach | |
| JP6267451B2 (ja) | ガス分離装置及びガス分離方法 | |
| Cao et al. | Extraction of dissolved methane from aqueous solutions by membranes: Modelling and parametric studies | |
| Shimoyama et al. | Permeability of CO2 through ionic liquid membranes with water vapour at feed and permeate streams | |
| Zhao et al. | Pervaporation separation of n-heptane/sulfur species mixtures with polydimethylsiloxane membranes | |
| Modigell et al. | A membrane contactor for efficient CO2 removal in biohydrogen production | |
| Jaimes et al. | Pervaporation: Promissory method for the bioethanol separation of fermentation | |
| Setnickova et al. | Separation of gas mixtures by new type of membranes–dynamic liquid membranes | |
| CZ2014151A3 (cs) | Zařízení k separaci plynů |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20220312 |