KR102097480B1 - 멤브레인을 갖는 기체 분리 시스템의 기체 조성의 제어 - Google Patents

멤브레인을 갖는 기체 분리 시스템의 기체 조성의 제어 Download PDF

Info

Publication number
KR102097480B1
KR102097480B1 KR1020157012294A KR20157012294A KR102097480B1 KR 102097480 B1 KR102097480 B1 KR 102097480B1 KR 1020157012294 A KR1020157012294 A KR 1020157012294A KR 20157012294 A KR20157012294 A KR 20157012294A KR 102097480 B1 KR102097480 B1 KR 102097480B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
stream
permeate
residue
gas
separation
Prior art date
Application number
KR1020157012294A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150083855A (ko
Inventor
마르쿠스 운게랑크
하랄트 뢰글
Original Assignee
에보닉 피브레 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에보닉 피브레 게엠베하 filed Critical 에보닉 피브레 게엠베하
Publication of KR20150083855A publication Critical patent/KR20150083855A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102097480B1 publication Critical patent/KR102097480B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/225—Multiple stage diffusion
    • B01D53/226—Multiple stage diffusion in serial connexion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/228—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion characterised by specific membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/10—Working-up natural gas or synthetic natural gas
    • C10L3/101—Removal of contaminants
    • C10L3/102—Removal of contaminants of acid contaminants
    • C10L3/104—Carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/18—Gas cleaning, e.g. scrubbers; Separation of different gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D2053/221—Devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/24—Hydrocarbons
    • B01D2256/245—Methane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/05—Biogas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/14—Pressure control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2317/00—Membrane module arrangements within a plant or an apparatus
    • B01D2317/02—Elements in series
    • B01D2317/027—Christmas tree arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/58—Other polymers having nitrogen in the main chain, with or without oxygen or carbon only
    • B01D71/62—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain
    • B01D71/64—Polyimides; Polyamide-imides; Polyester-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/46—Compressors or pumps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/54—Specific separation steps for separating fractions, components or impurities during preparation or upgrading of a fuel
    • C10L2290/548—Membrane- or permeation-treatment for separating fractions, components or impurities during preparation or upgrading of a fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/58—Control or regulation of the fuel preparation of upgrading process
    • Y02C10/10—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
    • Y02E50/343—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141—Feedstock
    • Y02P20/145—Feedstock the feedstock being materials of biological origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/59—Biological synthesis; Biological purification

Abstract

본 발명은, 멤브레인 분리단을 포함하는 기체 분리 시스템의 제어 방법, 상기 방법에 의해 제어되는 시스템, 및 특히 바이오가스 또는 천연 가스 또는 합성 가스의 제조에서의, 기체 혼합물의 분리를 위한 상기 시스템의 용도에 관한 것이다.

Description

멤브레인을 갖는 기체 분리 시스템의 기체 조성의 제어 {CONTROL OF GAS COMPOSITION OF A GAS SEPARATION SYSTEM HAVING MEMBRANES}
본 발명은, 기체 분리 플랜트의 제어 방법, 이렇게 제어되는 플랜트, 및 또한 특히 바이오가스 또는 천연 가스의 처리에서의, 기체 혼합물의 분리를 위한 그의 용도에 관한 것이다.
멤브레인은, 압력-구동 방법에서 기체가 비교적 용이하게 서로 분리되도록 하는 것으로 공지되어 있다. 사실상 기체는 저비용으로 분리되지만, 얻어진 생성물의 순도 또한 통상적으로 낮다.
특히 2성분 기체 혼합물의 두 성분 모두가 매우 순수한 형태로 단리되어야 하는 경우에는, 예를 들어 잔류물 성분만이 특정 순도로 얻어져야 하며 투과물은 폐기될 수 있는 (예를 들어 공기로부터 질소의 제조에서와 같이) 간단한 1단 상호 연결 배열의 경우에 비해 멤브레인의 기술적 조직 및 공정의 제어에 보다 많은 경비가 투입되어야 한다. 이러한 증가된 경비는, 예를 들어, 이산화탄소 및 메탄의 분리 (예를 들어, 천연 가스 또는 바이오가스에서)에서 필요하며, 이 경우 메탄은 온실 가스이고 대기 중으로 통과되지 않도록 기대되기 때문에, 가치있는 물질로서의 메탄이 이상적으로 생성물 기체가 되어 이에 따라 최대 부가 가치가 달성될 수 있도록 기대되고, 존재하더라도 매우 낮은 농도로만 오프-가스로 되도록 기대된다. 합성가스의 일산화탄소 및 수소로의 분리에도 유사한 시나리오가 있다.
멤브레인의 잔류물측과 투과물측 사이의 각 성분의 분압차는 멤브레인을 사용한 2성분 기체 혼합물의 전형적인 분리에서 분리의 구동력이다. 잔류물측에서의 특정 압력 수준에서, 특정량의 기체 혼합물이 멤브레인을 통해 유도되어 잔류물 기체 중의 특정 농도의 보다 느린 성분을 얻을 수 있다. 이어서, 공급물 기체의 조성이 변화되면, 잔류물 기체 및 투과물 기체의 조성 또한 변화된다. 공급물 기체 유량이 변화되면 시스템은 동일한 변화에 놓인다. 통상적으로, 잔류물 기체 및/또는 투과물 기체의 농도 변화를 제어 변수로서 취하고, 그에 따라 투과물 및/또는 잔류물 중의 요망되는 농도가 재확립되도록 공급물 기체 유량 또는 잔류물 압력을 조정한다. 이러한 제어 방식의 예는, 예를 들어, EP 1 324 815, US 4,806,132 및 US 5,281,253에 나타나 있다.
언급된 바와 같이, 종종 다단 상호 연결된 멤브레인 배열을 이용하여 매우 순수한 최종 생성물이 단리된다. 그의 예는, WO 2012/000727, US 6,565,626 및 US 6,168,649에 나타나 있다.
1단 또는 잔류물-단계별 2단 또는 3단 상호 연결 배열에서 생성물 스트림 중의 농도는, 서로 상대적인 두 농도에 영향을 주지 않고서는 설정될 수 없다. 예를 들어, 잔류물 생성물 스트림에서의 잔류물 압력 (= 시스템의 주요 또는 작동 압력)을 변화시키면, 잔류물의 조성 뿐만 아니라 투과물의 조성도 변화한다. 동일한 논리가 공급물 기체 유량 변화에도 적용된다.
WO2012000727 A1 출원에 개시된 3단 상호 연결 배열의 사용에서는, 메탄과 CO2의 혼합물을, 메탄이 99% 초과의 수율로 얻어지면서 잔류물 기체 및 투과물 기체의 순도가 뚜렷하게 97%를 초과하도록 분리한다. 따라서 이러한 공정은, 3단 상호 연결 배열에서 2종 이상의 성분의 기체 혼합물을, 기체 혼합물이 2성분 혼합물인 경우, 두 성분이 비교적 순수한 형태로 단리될 수 있도록 분리한다. 그러나, 이러한 공정 동안 원료 기체의 조성이 변화하거나, 또는 보다 많거나 적은 양의 원료 기체가 처리되어야 하는 경우, 각 경우에 잔류물 기체 및 투과물 기체의 조성이 상당히 변화하고, 이는 바람직하지 않다. 따라서, 이러한 기체 분리 플랜트를 예를 들어 바이오가스 플랜트에 연결하는 것은 문제가 있다.
이는, 공급물 스트림의 변화가 주요 압력 (= 작동 압력, 또는 잔류물 생성물 스트림에서의 압력, 또는 잔류물 생성물 기체 압력)의 변화에 의해 정정되도록 추구되는 경우, 잔류물 부피 유량이 또한 변화하기 때문이다. 이들 경우에 기체가 수송 라인으로 공급되고, 이는 최소 압력 및 또한 종종 최소 및/또는 최대 부피를 필요로 하기 때문에, 이는 많은 경우에 바람직하지 않다. 따라서, 생성물 스트림에 추가의 압축기를 설치하여 수송 라인에 대한 압력을 조절하는 일부 선행 기술 제안이 있다 (예를 들어 EP 1 324 815에서). 이는 에너지면에서 불리하고 고비용이 들며, 제어 기술의 관점에서 불편한 것이고, 따라서 상업적으로 매력적이지 못하다. 또한, 상기에서 설명된 바와 같이, 3단 상호 연결 배열은, 주요 압력 조정에 의해 잔류물 품질에 대해 독립적으로 투과물 품질에 영향을 주도록 사용될 수 없다.
따라서, 원료 기체 조성, 압력 및 유량을 변화시키면서 기체 공급원에 연결될 수 있고, 일관된 품질 및 일관된 생성물 기체 압력에서, 2종 이상의 생성물을 동시에 고순도로 전달할 수 있는 기체 혼합물 분리 플랜트 및/또는 그의 제어가 계속적으로 크게 필요하다.
본 발명의 목적은, 각각 선행 기술 방법 및 플랜트의 단점이 존재하지 않거나 매우 감소된 기체 분리 플랜트의 제어 방법 및 이렇게 제어되는 기체 분리 플랜트를 제공하는 것이다.
특별한 목적은, 각각 2종 이상의 생성물을 동시에 고순도로 전달할 수 있는 방법 및 플랜트를 제공하는 것이다.
매우 특별한 목적은, 각각, 원료 기체 조성 및/또는 압력 및/또는 부피가 변화하는 경우에도 2종 이상의 생성물을 동시에 고순도로 전달할 수 있는 방법 및 플랜트를 제공하는 것이다. 이 플랜트 또는 방법은, 더욱 특별하게는 일관된 품질 (즉, 좁은 변화 범위 내에서의)의 전달을 용이하게 한다.
본 발명의 방법/플랜트는 특정 목적에 있어 특히 유연하고, 잔류물 및 투과물 품질은 서로 독립적으로 제어가능하다. 매우 특별한 목적에서는, 플랜트의 용량이 조정되고, 예를 들어 멤브레인 면적을 해방시키거나 폐쇄시킬 필요 없이 원료 기체 유동 변화에 대해 합치되고/거나, 주요 압력 (잔류물 생성물 기체 스트림의 압력)을 조절하여, 추가의 재압축 없이, 기체 수송 라인에 대한 (바람직하게는 연속적인) 공급물로서 유용한 생성물 기체 스트림을 얻는 것이 가능하다.
본 발명의 제어 시스템은 바람직하게는 간단하고, 임의로는 기존 플랜트에 통합가능하다.
명시적으로 언급되지는 않은 추가의 목적은 본원의 설명, 실시예, 청구범위 및 도면의 전체 내용으로부터 명백하다.
본 발명의 목적은, 각각 청구항 1 및 17에 따른 장치 및 청구항 9에 따른 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 방법 및 본 발명의 장치는, 이들이, 적어도 공급물 스트림 분리단 (1), 잔류물 분리단 (2) 및 투과물 분리단 (3)을 포함하며, 여기서 잔류물 분리단 (2)의 제2 투과물 스트림 (9a + 9b) 및 투과물 분리단 (3)의 제3 잔류물 스트림 (10a + 10b)은 재순환되어 원료 기체 스트림과 혼합되는 것인, 상호 연결된 멤브레인 배열에 관한 것이라는 것을 특징으로 한다. 본 발명자들은 놀랍게도, 두 스트림 (9a) 및 (10a)의 유량 및 그에 따라 잔류물 분리단 (2)의 투과물 압력 및/또는 투과물 분리단 (3)의 잔류물 압력을 제어함으로써, 상기에 언급된 목적을 달성하는 데 있어 성공하였다.
따라서, 본 발명자들은, 각각 잔류물 분리단 (2)의 생성물 스트림 및 투과물 분리단 (3)의 생성물 스트림의 순도 및 수율이 서로 독립적으로 제어될 수 있는 방법 및 플랜트를 제공하는 데 있어 성공하였다. 원료 기체 스트림의 변동시에도 매우 우수한 순도와 조합된 매우 높은 수율이 얻어질 수 있다.
본 발명의 방법은 또한, 주요 압력 (잔류물 분리단 (2)의 잔류물 압력)이 일정하게 유지될 수 있게 하고, 따라서 본 발명의 플랜트는 추가의 압축 수단 없이도 기체 수송 라인에 연결될 수 있다.
본 발명의 플랜트는 바이오가스 플랜트로부터의 원료 기체 스트림의 처리에 특히 유용하다. 이러한 유형의 플랜트에서는, 생성된 원료 기체의 양 및 원료 기체의 조성이 종종 변화한다. 변동은 본 발명에 의해 제공되는 제어에 의해 용이하게 보상된다.
본 발명에 의해 제공되는 제어는 간단하고, 임의로는 기존 기체 분리 플랜트에 통합가능하다.
본 발명의 방법은 또한, 2종 이상의 상이한 종류의 센서가 단독으로 또는 함께 사용될 수 있기 때문에 유연하다. 스트림의 조성을 사용하여 분리단 (2) 및 (3)에서의 압력 뿐만 아니라 이들 분리단에 공급되는 스트림의 유량을 제어할 수 있다. 특히 유량 센서의 사용시, 보정 후에 경제적이고, 빠르고, 정확하고 간단한 방법이 이용가능하게 된다.
결과적으로, 본 발명은 청구항 1 및 17에 따른 장치 및 청구항 9에 따른 방법을 제공한다. 바람직한 실시양태는 종속항에서 보호된다.
본 발명을 하기에서 상세히 설명한다. 먼저, 일부 중요 용어를 정의한다.
개개의 기체의 투과 비율은 두 기체의 분리에 대한 멤브레인의 선택도를 결정하고, 따라서 이는 멤브레인이 두 성분에 대하여 기체 혼합물을 얼마나 효율적으로 분리할 수 있는지를 나타낸다. 용어 투과물은, 멤브레인, 멤브레인 모듈 또는 멤브레인 분리 단계의 저압측에서 생성되는 전체 스트림에 적용된다.
투과물 기체는, 멤브레인, 멤브레인 모듈 또는 멤브레인 분리 단계 각각에서 각각의 유입 스트림에 비해 투과물 스트림에서 풍부한 성분(들)을 지칭한다.
잔류물은, 멤브레인, 멤브레인 모듈 또는 멤브레인 분리 단계의 고압측에서 생성되고 멤브레인을 통과하지 않는 전체 스트림을 지칭한다.
잔류물 기체는, 멤브레인, 멤브레인 모듈 또는 멤브레인 분리 단계 각각에서 각각의 유입 스트림에 비해 잔류물 스트림에서 풍부한 성분(들)을 지칭한다.
원료 기체/원료 기체 혼합물/원료 기체 스트림 (17)은, 각각 본 발명의 방법 및/또는 본 발명의 장치를 사용하여 분리되는, 2종 이상의 기체의 기체 혼합물 및 이 기체 혼합물의 스트림을 지칭한다.
공급물 스트림 (5)은 공급물 스트림 분리단 (1)에 공급되는 기체 스트림을 지칭한다. 이 스트림은, 각각, 방법의 개시시에, 압축기에 의해 압축된 원료 기체 스트림, 및 원료 기체 스트림 (17)에 상응할 수 있다. 제2 투과물 스트림 (9b) 및 제3 잔류물 스트림 (10b)의 재순환 후, 공급물 스트림 (5)은 각각 원료 기체 스트림 (17), 제2 투과물 스트림 (9b) 및 제3 잔류물 스트림 (10b)으로 구성된다. 공급물 스트림 (5)은 스트림 (9b) 및 (10b)을 둘 다 비압축된 원료 기체 스트림 (17)과 또는 둘 다 압축된 원료 기체 스트림과, 또는 한쪽은 비압축된 원료 기체 스트림과, 또한 한쪽은 압축된 원료 기체 스트림과 혼합함으로써, 또는 스트림 (9b) 및/또는 (10b)을 압축기 내에서 원료 기체 스트림 (17)과 혼합함으로써 얻어질 수 있다. 상기에 기재된 버전의 조합 또한 본 발명의 청구 대상의 일부를 형성한다.
공급물 스트림 분리단 (1)은, 공급물 스트림 (5)을 각각 제1 투과물 스트림 및 제1 잔류물 스트림 (6) 및 (7)로 분리하는 멤브레인 분리단을 지칭한다.
잔류물 분리단 (2)은, 제1 잔류물 스트림 (7)을 각각 제2 투과물 스트림 및 제2 잔류물 스트림 (9a + 9b) 및 (8)으로 분리하는 멤브레인 분리단 (이는 공급물 스트림 분리단 (1)과 구성이 동일하거나 상이할 수 있음)을 지칭한다.
투과물 분리단 (3)은, 제1 투과물 스트림 (6)을 각각 제3 투과물 스트림 및 제3 투과물 스트림 (11) 및 (10a + 10b)로 분리하는 멤브레인 분리단 (이는 공급물 스트림 분리단 (1) 및/또는 잔류물 분리단 (2)과 구성이 동일하거나 상이할 수 있음)을 지칭한다.
이제, 하기에 기재되는 본 발명에 따른 방법의 바람직한 및 구체적 실시양태 및 또한 바람직한 및 특히 적합한 디자인 및 또한 도면 및 도면의 설명을 이용하여, 단지 본 발명의 예시적인 추가 설명을 제공할 것이며; 즉, 본 발명은 이들 예시적 실시양태 및 용도로, 또는 개개의 예시적 실시양태 내의 특징들의 특정 조합으로 제한되지 않는다.
구체적인 예시적 실시양태와 관련하여 기재되고/거나 도시된 개개의 특징은 이들 예시적 실시양태로 또는 이들 예시적 실시양태의 다른 특징들과의 조합으로 제한되지 않고, 기술적으로 가능한 경우 임의의 다른 버전 (이들이 본 명세서에서 별도로 논의되지 않는 경우에도)과 조합될 수 있다.
개개의 도 및 도면 설명에 있어 동일한 참조 부호는 동일한 또는 유사한 구성요소 또는 동일한 또는 유사한 방식으로 작용하는 구성요소를 나타낸다. 도면에서의 도시는 또한, 해당 특징부가 이후에 기재되는지의 여부에 관계 없이 그 특징부를 참조 부호 없이 나타낸다. 한편, 본원의 설명에 포함되지만 도면에 나타내지 않거나 도시되지 않은 특징부는 또한 관련 기술분야의 숙련자에게 용이하게 명백하다.
본 발명은, 멤브레인 분리단으로서 적어도 공급물 스트림 분리단 (1), 잔류물 분리단 (2) 및 투과물 분리단 (3), 및 또한 1개 이상의 압축기 (4) 및/또는 1개 이상의, 바람직하게는 1개 또는 2개의 진공 펌프(들)을 포함하며,
여기서,
상기 공급물 스트림 분리단 (1)은 2종 이상의 성분으로 이루어진 공급물 스트림 (5)을 제1 투과물 스트림 (6) 및 제1 잔류물 스트림 (7)으로 분리하고,
상기 잔류물 분리단 (2)은 상기 제1 잔류물 스트림 (7)을 제2 투과물 스트림 (9a + 9b) 및 제2 잔류물 스트림 (8)으로 분할하고, 여기서 (9a)는 상기 제어 수단 (18)의 상류 및 상기 잔류물 분리단 (2)의 하류의 부분-스트림인 것을 특징으로 하고, (9b)는 상기 제어 수단 (18)의 하류의 부분-스트림인 것을 특징으로 하고, 상기 부분-스트림 (9b)은 상기 공급물 스트림 (5)으로 공급되고, 제2 잔류물 스트림 (8)은 생성물로서 제거되거나 추가로 처리되고,
상기 투과물 분리단 (3)은 상기 제1 투과물 스트림 (6)을 제3 잔류물 스트림 (10a + 10b) 및 제3 투과물 스트림 (11)으로 분할하고, 여기서 (10a)는 상기 제어 수단 (19)의 상류 및 상기 투과물 분리단 (3)의 하류의 부분-스트림인 것을 특징으로 하고, (10b)는 상기 제어 수단 (19)의 하류의 부분-스트림인 것을 특징으로 하고, 상기 부분-스트림 (10b)은 상기 공급물 스트림 (5)으로 공급되고, 제3 투과물 스트림 (11)은 생성물로서 제거되거나 추가로 처리되거나 폐기되는 것인,
기체 분리용 장치에 관한 것이다.
본 발명의 장치는,
- 상기 제2 투과물 스트림 (9a + 9b)이, 상기 잔류물 분리단 (2)의 투과물 압력을 상승시키거나 감소시킬 수 있으며, 상기 제1 잔류물 스트림 (7) 내의 1개 이상의 측정 수단 (20a) 및/또는 상기 제2 잔류물 스트림 (8) 내의 1개 이상의 측정 수단 (20b)으로부터의 측정치에 기초하여 제어되는 1개 이상의 투과물 제어 수단 (18)을 포함하는 것,
및/또는
- 상기 제3 잔류물 스트림 (10a + 10b)이, 상기 투과물 분리단 (3)의 잔류물 압력을 상승시키거나 감소시킬 수 있으며, 상기 제1 투과물 스트림 (6) 내의 1개 이상의 측정 수단 (21a) 및/또는 상기 제3 투과물 스트림 (11) 내의 1개 이상의 측정 수단 (21b)으로부터의 측정치에 기초하여 제어되는 1개 이상의 잔류물 제어 수단 (19)을 포함하는 것
을 특징으로 한다.
본 발명의 방법/장치는, 제2 투과물 스트림 (9b) 및 제3 잔류물 스트림 (10b)과 함께 공급물 스트림 (5)으로 공급되는 원료 기체 스트림 (17)의 조성 또는 양 또는 압력 변화시에도, 본 발명에 의해 제공되는 제어가 두 생성물 기체 스트림 (8) 및 (11)에 대해 일관된 수율 및 품질을 보장할 수 있도록 구성된다는 점에서 주목할만하다. 특히, 생성물 기체 스트림 (8) 및 (11)의 순도가 서로 독립적으로 제어될 수 있다는 것; 즉, 두 생성물 스트림의 순도 및 수율에 대한 제어가 선행 기술 방법과 달리 성공적으로 분리되었다는 것이 강조되어야 한다. 이것은, 회수 스트림 (9a + 9b) 및 (10a + 10b) 내에 위치하는, 본 발명에 따라 사용되는 제어 수단 (18) 및 (19)에 기인하는 것이다.
본 발명의 문맥에서 "제어 수단"은, 회수 스트림 (9a) 및 (10a)에서의 압력을 상승시키거나 감소시킬 수 있는 장치, 구조적 구성요소, 플랜트 또는 플랜트의 부분을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 가능한 제어 수단의 비제한적 목록은, 감압 또는 승압 밸브, 기체-감압 수단, 진공 펌프, 블로어, 압축 수단, 특히 압축기를 포함한다.
제어 수단 (18) 및 (19)은 측정 수단 (20a), (20b), (21a) 및 (21b)에 의해 측정된 측정치에 의해 조절된다.
본 발명의 바람직한 제1 실시양태에서, 측정 수단 (20b) 및 (21b)은 생성물 스트림 (8) 및 (11)의 파라미터, 예컨대 기체 스트림 중의 하나 이상의 성분의 함량을 측정한다. 생성물 기체 스트림 (8) 및/또는 (11)의 파라미터는, 사용되는 측정 수단에 따라, 온라인 또는 오프라인으로 측정 수단 (20b) 및 (21b)에 의해 측정될 수 있다. 온라인 측정이 바람직한데, 이는 결과적으로 조절이 보다 빠를 수 있기 때문이다. 관련 기술분야의 숙련자는 적합한 측정 수단을 인지한다. 그러나, 바람직하게는, 이들은 하나 이상의 성분에 대해 기체 스트림의 조성을 측정할 수 있는 기체-측정 장치, 특히 기체 스트림 내에서 직접 측정하는 (예를 들어, 적외선 흡수 또는 음속, 밀도, 코레올리스(Coreolis)에 의해) 인라인 측정 장치 및 동일한 측정 원리에 따른 외부 측정 장치이고, 이는 스트림으로부터 샘플을 취하여 이를 연속적으로 또는 비-연속적으로 측정하는 것이다. 이들은, 조성이 매우 빠르게 측정될 수 있고, 이는 제어 시스템에서 입력 변수로서 즉시 이용가능하다는 이점을 갖는다.
원료 기체의 조성 변화 또는 원료 기체 스트림 (17) 및/또는 공급물 스트림 (5)의 양 또는 압력의 일부가 변화하면, 임의의 역제어(counter-control)의 부재 하에 생성물 스트림 (8) 및 (11)의 특성, 예를 들어 조성이 변화된다. 측정 수단 (20b) 및 (21b)은 이러한 변화를 기록하고, 제어 수단 (18) 및 (19)에 의해 역제어 측정을 개시하여, 본 발명의 플랜트가, 생성물 기체 스트림 (8) 및 (11)의 특성, 특히 조성이 다시 미리 정해진 범위/구역 내에 있도록 제어될 수 있다. 본 발명의 플랜트는 두 생성물 기체 스트림 (8) 및 (11)의 동시 제어, 또는 두 스트림 중 단지 하나를 미리 정해진 구역 내에 유지하는 것을 가능하게 한다.
따라서, 이러한 본 발명의 바람직한 제1 실시양태에서, 본 발명은, 본 발명의 플랜트를 하기 선택사항 중 하나 이상에 따라 제어하는 것인 방법을 제공한다:
i. 상기 제2 잔류물 스트림 (8)의 덜 용이하게 투과되는 성분 B의 농도 (임의로는 또한 그와 상관되는 파라미터를 통해 구함)가 미리 정해진 설정치 미만으로 감소되면, 이에 따라 상기 파라미터, 특히 요망되는 농도가 다시 설정치 범위 내에 있을 때까지 상기 제2 투과물 스트림 (9a)의 압력을 상기 투과물 제어 수단 (18)에 의해 감소시킴.
ii. 상기 제2 잔류물 스트림 (8)의 덜 용이하게 투과되는 성분 B의 농도 (임의로는 또한 그와 상관되는 파라미터를 통해 구함)가 미리 정해진 설정치 초과로 상승되면, 이에 따라 상기 파라미터, 특히 요망되는 농도가 다시 설정치 범위 내에 있을 때까지 상기 제2 투과물 스트림 (9a)의 압력을 상기 투과물 제어 수단 (18)에 의해 상승시킴.
iii. 상기 제3 투과물 스트림 (11)의 덜 용이하게 투과되는 성분 B의 농도 (임의로는 또한 그와 상관되는 파라미터를 통해 구함)가 미리 정해진 설정치 미만으로 떨어지면, 이에 따라 상기 파라미터, 바람직하게는 요망되는 농도가 다시 설정치 범위 내에 있을 때까지 상기 제3 잔류물 스트림 (10a)의 압력을 상기 잔류물 제어 수단 (19)에 의해 상승시킴.
iv. 상기 제3 투과물 스트림 (11)의 덜 용이하게 투과되는 성분 B의 농도 (임의로는 또한 그와 상관되는 파라미터를 통해 구함)가 미리 정해진 설정치 초과로 상승되면, 이에 따라 상기 파라미터, 특히 요망되는 농도가 다시 설정치 범위 내에 있을 때까지 상기 제3 잔류물 스트림 (10a)의 압력을 상기 잔류물 제어 수단 (19)에 의해 감소시킴.
바람직한 제2 실시양태에서, 본 발명에 따른 장치는 측정 수단 (20a) 및 (21a)을 포함한다. 측정 수단 (20a) 및 (21a)은 각각 제1 잔류물 스트림 (7) 및 제1 투과물 스트림 (6)의 파라미터, 예컨대 부피 유량을 측정한다. 따라서, 본 실시양태에서는, 생성물 스트림 (8) 및 (11)의 특성이 분석되는 것이 아니라, 제2/제3 멤브레인 분리단으로 공급되는 기체 스트림의 특성이 분석된다.
원료 기체 스트림 (17) 또는 공급물 스트림 (5)의 조성 변동 또는 양 또는 압력이 변화하면, 이는, 임의의 역제어의 부재 하에, 각각 제1 투과물 스트림 (6) 및 제1 잔류물 스트림 (7)의 특성, 예를 들어 조성 또는 양 및 압력에 대한 효과를 갖는다. 측정 수단 (20a) 및 (21a)은 이러한 변화를 기록한다.
플랜트 보정은, 제1 투과물 스트림 (6)의 이들 특성과 제3 투과물 스트림 (11) (제2 생성물 스트림)의 특성, 및 제1 잔류물 스트림 (7)의 특성과 제2 잔류물 스트림 (8) (제1 생성물 스트림)의 특성을 상관시킬 수 있게 한다. 따라서, 또한 측정 수단 (20a) 및 (21a)을 두 생성물 스트림 (8) 및 (11)의 특성, 특히 조성 및 수율 제어에 사용할 수 있다. 이는 또한, 제어 수단 (18) 및 (19)을 사용하여 달성된다. 본 실시양태에서는 생성물 기체 스트림 (8) 및 (11)의 조성에 대한 제어가 또한 분리되고, 이들은 각각 서로 독립적으로 조절될 수 있다. 이 경우에 제2 잔류물 스트림 (8) (제1 생성물 스트림) 및 제3 투과물 스트림 (11) (제2 생성물 스트림)의 특성은, 특정 스트림 상에서 측정될 수 있으며 본 발명의 플랜트가 특정 범위 내에서 유지하거나 특정 범위 내로 조작하여야 하는 파라미터를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 특정 생성물 스트림의 조성 및/또는 압력 및/또는 유량/부피 유량은 생성물 기체를 파이프라인으로 공급하기 위해 특정 한계 내에 있어야 하기 때문에, 이들 파라미터가 고려되는 것이 특히 바람직하다. 본원에서 이들 특성/파라미터는 또한, 제1 잔류물 스트림 (7) 또는 제1 투과물 스트림 (6)의 특정 부피 유량과 상관되는 특성으로서 언급된다.
설명된 바와 같이, 본 발명의 본 실시양태에서는 먼저 플랜트의 일회성 보정이 수행되어야 한다. 그러나, 이러한 초기의 가외 비용 및 불편 사항은, 보정 후, 예를 들어, 스트림 (6) 및 (7)의 간단한 유량 측정이 수행될 수 있고, 이는 예를 들어 생성물 기체 스트림 (8) 및 (11)의 조성을 연속적으로 모니터링하는 것보다 빠르고 저렴하다는 사실에 의해 충분히 보상된다.
이제, 보정의 기본 원리를, 예로서 본 발명의 3단 상호 연결 배열을 갖는 바이오가스 플랜트를 사용하여 설명한다. 본 발명의 장치는 하기와 같이 보정될 수 있다:
먼저, 제3 투과물 스트림 (11) 및 제2 잔류물 스트림 (8) 중의 덜 용이하게 투과되는 성분 B에 대해 설정치 농도를 선정한다. 이어서, 예를 들어 원료 기체 스트림 (17)의 조성을 변화시키고, 측정 수단 (20a) 및 (21a)을 사용하여, 제1 잔류물 스트림 (7) 및 제1 투과물 스트림 (8)에 대한 표적 파라미터 (본 예시 보정에서는 부피 유량) 변화를 측정한다. 동시에, 예를 들어 기체 센서에 의한 측정 수단 (20b) 및 (21b)을 사용하여 제3 투과물 스트림 (11) 및 제2 잔류물 스트림 (8)의 조성 변화를 측정한다. 또한, 잔류물 분리단 (2)의 투과물 압력 및 투과물 분리단 (3)의 잔류물 압력을 측정한다. 제어 수단 (18) 및 (19)을 사용하여, 각각 상기 투과 및 잔류물 압력을, 제3 투과물 스트림 (11) 및 제2 잔류물 스트림 (8) 중의 성분 B의 설정치 농도가 회복될 때까지 조정할 수 있다. 이에 따라, 제1 잔류물 스트림 (7)의 부피 유량 측정치를 잔류물 분리단 (2)의 투과물 압력에 대하여, 또한 제1 투과물 스트림 (6)의 부피 유량을 투과물 분리단 (3)의 잔류물 압력에 대하여 플롯팅할 수 있다. 도 2는, 잔류물 스트림 (8) 중의 덜 용이하게 투과되는 성분 B의 일관된 농도를 유지하기 위해 잔류물 분리단 (2)의 투과물에서의 압력이 어떻게 조정되어야 하는지를 예로서 나타낸 것이다. 여기서, 원료 기체 스트림의 기체 조성은 곡선의 평행 이동을 제공한다는 것이 언급되어야 한다. 이는 또한, 제1 잔류물 스트림 (7)의 부피 유량에 대한 함수로서의 잔류물 분리단 (2)의 필요한 투과물 압력의 곡선 궤도가 3종의 상이한 원료 기체 조성 (45, 55 및 65%의 성분 B)에 대해 나타나 있는 도 2에서 명백하다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 결과는, 각각의 원료 기체 조성에 대한 분리된 별개의 곡선이다.
분리 목적이 단지 제2 잔류물 스트림 (8) 중의 덜 용이하게 투과되는 성분 B에 대한 최소의 품질을 보장하는 것인 경우, 본 발명의 방법은 원료 기체의 덜 투과성인 물질의 상이한 농도에 대한 다양한 곡선을 생략하고, 보다 용이하게 투과되는 성분 A의 최고 농도에 대한 작동 곡선만을 사용함으로써 간소화될 수 있다. 대안적으로는, 덜 용이하게 투과되는 성분 B의 최저 농도에 대한 작동 곡선만을 사용할 수 있다. 원료 기체 중의 덜 용이하게 투과되는 성분 B의 농도가 증가하면, 제2단의 투과물에서의 압력을 증가시켜 제2단의 잔류물 기체 중의 덜 용이하게 투과되는 성분 B의 농도가 일정하게 유지될 수 있게 하는 것이 사실상 필수적이어야 한다. 압력이 조정되지 않으면, 제2단의 잔류물 중의 성분 B의 농도는 상승하지만, 원료 기체 중의 성분 B의 최저 농도에 대한 보정 라인을 이용함에 따라 정해진 최소 설정치를 항상 초과한다.
잔류물 스트림 (8)의 경우 상이한 원료 기체 조성에서 2개 이상의 곡선이 생성되지만, 투과물 분리단 (3)의 잔류물의 압력 대 제1 투과물 스트림 (6)의 부피 유량에 대한 데이터는 하나의 곡선 상에 있을 수 있다 (예로서 도 3 참조).
이어서, 얻어진 곡선에 대해 유도된 수학적 함수를 사용함으로써, 원료 기체 조성이 변화하는 경우 또는 보다 많은 원료 기체가 처리되어야 하는 경우에도, (단지 측정 수단 (20a) 및/또는 (21a)을 사용한 부피 유량의 측정에 의해) 측정 수단 (20b) 및 (21b)을 사용한 생성물 스트림 중의 농도의 보다 고비용이 들고 불편한 측정 없이도 플랜트의 빠른 제어를 보장하는 것이 가능하다.
원료 기체의 양이 변화하는 경우, 압축기의 제어 수단 (제어기 수단)이 바이오가스 플랜트 내의 충전 레벨계 (예를 들어 기체 백 또는 발효기 내의 압력)로부터의 또는 원료 기체 스트림 (17) 내의 센서로부터의 신호를 수신하는 것이 유리하다. 이어서, 또한 압축기를, 원료 바이오가스의 설정치 레벨이 보존되도록 제어할 수 있다. 이어서, 플랜트는 상기에 기재된 조절 메커니즘에 따라 자체적으로 조절된다. 이러한 바람직한 실시양태에 대한 상세사항은 하기에 나타내었다.
유량계 (질량 또는 부피)가 측정 수단 (20a) 및/또는 (21a)으로서 사용하기에 바람직하다. 파라미터는 측정 수단 (20a) 및 (21a)에 의해 온라인 또는 오프라인으로 측정될 수 있다. 온라인 측정이 바람직하다. 관련 기술분야의 숙련자는 적합한 측정 수단을 인지한다.
따라서, 본 실시양태에서 본 발명은, 본 발명의 플랜트를 바람직하게는 하기 선택사항 중 하나 이상에 따라 제어하는 것인 방법을 제공한다:
v. 상기 제1 잔류물 스트림 (7)의 부피 유량 (임의로는 또한 그와 상관되는 파라미터를 통해 구함)이 미리 정해진 설정치 초과로 상승되면, 이에 따라 보정 곡선에 따라 필요한 압력에 도달될 때까지, 또한 그에 따라 상기 제2 잔류물 스트림 (8)의 요망되는 특성, 바람직하게는 상기 제2 잔류물 스트림 (8)의 조성이 다시 설정치 범위 내에 있을 때까지 상기 제2 투과물 스트림 (9a)의 압력을 상기 투과물 제어 수단 (18)에 의해 감소시킴.
vi. 상기 제1 잔류물 스트림 (7)의 부피 유량 (임의로는 또한 그와 상관되는 파라미터를 통해 구함)이 미리 정해진 설정치 미만으로 떨어지면, 이에 따라 보정 곡선에 기초하여 필요한 압력에 도달될 때까지, 또한 그에 따라 상기 제2 잔류물 스트림 (8)의 요망되는 특성, 바람직하게는 상기 제2 잔류물 스트림 (8)의 조성이 다시 설정치 범위 내에 있을 때까지 상기 제2 투과물 스트림 (9a)의 압력을 상기 투과물 제어 수단 (18)에 의해 상승시킴.
vii. 상기 제1 투과물 스트림 (6)의 부피 유량 (임의로는 또한 그와 상관되는 파라미터를 통해 구함)이 미리 정해진 설정치 초과로 상승되면, 이에 따라 보정 곡선에 기초하여 필요한 압력에 도달될 때까지, 또한 그에 따라 상기 제3 투과물 스트림 (11)의 요망되는 특성, 바람직하게는 상기 제3 투과물 스트림 (11)의 조성이 다시 설정치 범위 내에 있을 때까지 상기 제3 잔류물 스트림 (10a)의 압력을 상기 잔류물 제어 수단 (19)에 의해 상승시킴.
viii. 상기 제1 투과물 스트림 (6)의 부피 유량 (임의로는 또한 그와 상관되는 파라미터를 통해 구함)이 미리 정해진 설정치 미만으로 떨어지면, 이에 따라 보정 곡선에 기초하여 필요한 압력에 도달될 때까지, 또한 그에 따라 상기 제3 투과물 스트림 (11)의 요망되는 특성, 바람직하게는 상기 제3 투과물 스트림 (11)의 조성이 다시 설정치 범위 내에 있을 때까지 상기 제3 잔류물 스트림 (10a)의 압력을 상기 잔류물 제어 수단 (19)에 의해 감소시킴.
본 발명에 따른 플랜트 및 본 발명에 따른 방법의 하나의 중요한 이점은 매우 유연한 플랜트 용량, 즉 플랜트 산출량을 변화시키는, 또한 이를 생성물 기체 에 대한 요건에 합치시키는 능력에 있다. 이는, 언급된 바와 같이, 멤브레인 면적을 해방시키거나 폐쇄시키지 않고 수행될 수 있다. 본 발명의 하나의 바람직한 실시양태에서는, 상기 압축기 (4)의 부피 처리량을 변화시킴으로써 본 발명의 플랜트의 성능을 상승시키거나 감소시키고, 결과적인 상기 제2 잔류물 스트림 (8) 중의 상기 덜 용이하게 투과되는 성분 B의 농도 변화는 방법 선택사항 i/ii에 따라 완화되고/거나, 결과적인 상기 제3 투과물 스트림 (11) 중의 상기 덜 용이하게 투과되는 성분 B의 농도 변화는 방법 선택사항 iii/iv에 따라 완화되고/거나, 결과적인 상기 제1 잔류물 스트림 (7)의 유량 변화는 방법 선택사항 v/vi에 따라 완화되고/거나, 결과적인 상기 제1 투과물 스트림 (6)의 유량 변화는 방법 선택사항 vii/viii에 따라 완화된다.
상기에 기재된 방법 i 내지 viii은 서로 조합될 수 있고/거나, 하이브리드 형태가 사용될 수 있다. 측정 수단 (20a), (20b), (21a) 또는 (21b)은 개개의 측정 장치, 기계 등을 지칭하지만, 2개 이상의 장치, 기계 등의 조합 또는 연결 조립체 또한 지칭한다.
측정 수단 (20a), (20b), (21a) 또는 (21b)은 다양한 방법 선택사항에서 유연한 방식으로 서로 조합될 수 있다. 예를 들어, 측정 수단 (20a)을 측정 수단 (20b)과 함께 사용하여 투과물 제어 수단 (18)을 조절할 수 있다. 이 경우, 측정 시스템을 검사하고 서로에 대해 재검사할 수 있는 백업 측정 시스템이 존재한다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 측정 수단이 고장난 경우, 확인이 가능하다. 본 발명의 상응하는 실시양태는 관련 기술분야의 숙련자에 의해 본 발명의 설명 및 실시예로부터 용이하게 확인가능하고, 이들 또한 본 발명에 포함된다.
사용되는 측정 및/또는 제어 수단 및 또한 이들의 개수에 따라, 1개 이상의 데이터-처리 수단 (도에 나타내지 않음), 바람직하게는 1개 이상의 컴퓨터가 측정 및 제어 수단 사이에 연결되는 것이 유리할 수 있다. 이는 본 발명의 장치/방법에 대한 용이한 중앙 제어 및 다양한 측정치/조절 단계의 로깅 및 통제 방식을 제공한다. 상응하는 기술적 해결책은 상업적으로 입수가능하고/거나 관련 기술분야의 숙련자에게 공지되어 있고, 이들은 본 발명의 범위에 함께 포함된다.
본 발명의 방법에서는 상기 제1 잔류물 스트림 (7) 및/또는 상기 제1 투과물 스트림 (6) 내의 측정 수단 (20a) 및/또는 (21a)으로서 유량계가 사용되는 것이 특히 바람직하다.
또한, 상기 제2 잔류물 스트림 (8) 및/또는 상기 제3 투과물 스트림 (11) 내의 온라인 또는 오프라인 측정 수단 (20b) 및/또는 (21b)을 사용하여 특정 기체 혼합물의 조성을 측정하는 것이 특히 바람직하다.
상기에 기재된 바와 같이, 스트림 (9a + 9b) 및 (10a + 10b)을 제어 수단 (18) 및 (19)에 의해 제어하는 것에 추가로, 본 발명은 또한, 추가의 개방/폐쇄 루프 제어가 장치/방법 내에 포함되는 실시양태를 포함한다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 본 발명의 장치는 압축기 (4)의 성능, 바람직하게는 그의 회전 속도 및 그에 따라 그의 부피 처리량을 조절하는 제어기 수단 (24) (도에 나타내지 않음)을 포함한다. 그의 예는 주파수 변성기이다.
바람직하게는 분리되는 원료 기체 (예를 들어, 발효기에서의 바이오가스의 생성)의 양에 대해 또는 생성되는 생성물 기체 (예를 들어, 잔류물 스트림 (8) 중의 메탄 스트림)의 양에 대해 압축기의 성능을 조정하기 위해 제어기 수단이 사용된다. 예를 들어 원료 기체 (예를 들어 바이오가스 플랜트로부터의 원료 바이오가스)의 생성량 변화를 원료 기체 중간 저장부의 충전 레벨 지시계에서 또는 발효기 내의 원료 기체의 압력으로 판독할 수 있다. 충전 레벨 또는 발효기 내의 압력이 상승하면, 압축 수단의 회전 속도 증가에 의해 멤브레인 분리 플랜트의 분리 용량이 증가할 수 있다. 따라서, 중간 저장부에서의 충전 레벨 또는 발효기 내의 압력이 일정하게 유지될 수 있거나 감소될 수 있다. 반면에, 중간 저장부에서의 충전 레벨 또는 발효기 내의 압력이 감소하면, 압축기의 회전 속도 감소에 의해 멤브레인 분리 플랜트의 분리 용량이 감소할 수 있고, 따라서 중간 저장부에서의 충전 레벨 또는 발효기 내의 압력이 일정하게 유지되거나 감소될 수 있다. 압축기의 회전 속도 변화에 기인하는 공급물 부피 유량 (5) 변화는 잔류물 스트림 (8) 및 투과물 스트림 (11)에 대한 조성 변화를 일으킨다. 본 발명의 부분에서의 중요한 이점은, 이러한 변화가 본 발명에서 상기에 기재된 폐쇄 루프 제어 메커니즘에 의해 방지될 수 있다는 것이다. 따라서, 생성물 기체의 용량 및 품질에 대한 이러한 형태의 플랜트 제어를 제공함으로써, 본 발명은 플랜트의 분리 용량 및 생성물 기체 스트림 (8) 및 (11)의 조성이 서로 독립적으로 제어될 수 있게 한다. 따라서, 스트림 (8) 및 (11)에서의 생성물 기체의 품질 변화 없이, 분리단 (1) 및 (2)에서의 잔류물 압력을 조정할 필요 없이, 또한 멤브레인 면적을 해방시키거나 폐쇄시킬 필요 없이, 플랜트의 용량이 제어 수단 (18) 및 (19) 및 압축기의 제어기 수단에 의해 특정 한계 내에서 변화될 수 있다.
이러한 용량 유연성은 특정 범위의 압축기 속도 및 그에 따라 원료 기체 부피 처리량으로 제한될 수 있으며, 이는 특히 분리단에서의 압력에 대한, 개개의 분리단 (1), (2) 및 (3)에서의 멤브레인의 면적비에 대한, 특히 제어 수단 (18) 및 (19) 및 이들의 밴드폭에 대한 (각각의 기체 스트림 (9a) 및 (10a)에서의 압력 설정과 관련하여) 플랜트의 디자인에 의해 정해진다. 예를 들어, 투과물 스트림 (9a)에서의 가능한 최소 압력이 0.3 bara이면, 이는 공급물 기체 부피 유량 (5)에 대한 제한 파라미터가 된다. 추가의 공급물 기체 부피 유량 (5) 증가는, 잔류물 스트림 (8) 중의 보다 느린 성분 B의 농도가 설정치 미만으로 떨어지고, 따라서 플랜트의 요망되는 작동점이 더 이상 유지될 수 없음을 의미한다. 투과물 (9a)에서의 압력이 예를 들어 주변 압력보다 더 증가할 수 없는 경우에도 동일하다. 따라서, 이러한 압력은, 추가의 공급물 부피 유량 (5)의 감소가 잔류물 (8) 중의 덜 용이하게 투과되는 성분 B의 함량을 설정치 초과로 상승시키기 때문에, 공급물 부피 유량 (5)의 감소를 제한한다.
본원에서 "제어기 수단"은, 압축기의 성능, 바람직하게는 그의 회전 속도를 제어하는 압축기의 제어 유닛을 지칭하는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 제어기 수단은, 이것이 원료 기체 스트림 (17) 내의 및/또는 상류 저장부 또는 제조 수단 내의 센서로부터 측정된 데이터를 처리하도록 구성될 수 있다. 이어서, 예를 들어, 측정 수단으로부터의 신호를 사용하여 압축 수단의 주파수 변성기를 제어할 수 있다. 적절한 압축기 및 제어기/제어 수단은 상업적으로 입수가능하고, 관련 기술분야의 숙련자에게 공지되어 있다.
상기에 기재된 실시양태, 즉 압축기 성능 제어 및 조정을 사용하여, 멤브레인 분리 플랜트의 분리 용량이 원료 기체 제조 요건 및 생성물 기체 (8) 및 (11)의 필요량에 합치되도록 보장할 수 있다. 처리되는 원료 기체 (17)의 양 및 그의 조성 변화로 인한 스트림 (8) 및 (11)의 기체 조성 변동은 제어 수단 (18) 및 (19)에 의해 보상된다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 본 발명의 장치는, 상기 제2 투과물 스트림 (9b) 및/또는 상기 제3 잔류물 스트림 (10b)으로부터의 재순환 기체의 변화량이, 원료 기체 스트림 (17)으로부터의, 원료 기체의 공급량의 조절에 의해, 바람직하게는 자동으로 균등화되도록 구성된다. 이는 특히 바람직하게는 상기 압축기의 회전 속도의 변화 없이 수행된다. 이는 보다 간단하고 보다 저비용이 드는, 조정불가능한 압축기의 사용을 가능하게 한다.
본 실시양태에서 사용되는 측정 수단 (22) 및 (23)은 제2 투과물 스트림 (9b) 및/또는 제3 잔류물 스트림 (10b)에서의 기체 센서, 부피 또는 질량 유량계 또는 압력계일 수 있다. 원료 기체의 공급량은 바람직하게는 원료 기체 스트림 중의 원료 기체 스트림 제어 수단 (25)에 의해 제어된다. 원료 기체 스트림 제어 수단은 손실량 (= 압축 수단의 흡입량과 재순환 스트림 (9b) 및 (10b)의 총합 사이의 차)을 대체할 수 있어야 한다. 이는, 예를 들어 압축 수단 (4)의 흡인측에서의 압력 측정으로서 원료 기체 스트림 제어 수단을 구성함으로써 달성된다. 이에 따라, 이러한 압력 측정에 의해 제어되는 투입 장치 (예를 들어 조정가능한 아날로그식 밸브 또는 블로어 또는 압축 유닛)는 원료 기체 (17)의 상이하게 공급되는 양에 의해 일관된 압력을 유지할 수 있다. 원료 기체가 압축기의 흡입 압력의 사양에 합치되는 압력 하에 있는 경우, 회수 스트림 (9b) 및 (10b)에 추가로 필요한 원료 기체량은, 임의의 추가적인 원료 기체 제어 수단 (17) 없이 압축기에 의해 직접 흡입될 수도 있다. 또한, 데이터-처리 수단이 측정 수단 (22) 및 (23) 및 또한 원료 기체 스트림 제어 수단 (25) 사이에 연결될 수 있다.
원칙적으로, 상기 언급된 데이터-처리 수단은 상이한 수단으로 고려될 수 있고, 즉, 2종 이상의 데이터-처리 수단이 본 발명의 방법에서 사용될 수 있다. 이들 데이터-처리 수단은 임의로는 함께 네트워크화될 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 단지 하나의 중앙 데이터-처리 수단을 사용하여 모든 측정 및 제어 단계를 중앙에서 관리하고 제어한다.
본 발명의 장치 (예를 들어 도 1 참조)는 언급된 바와 같이 적어도 3개의 멤브레인 분리단의 상호연결을 포함한다. 각각의 단은, 임의의 1개의 단 내에 병렬로 및/또는 직렬로 상호 연결된 1개 이상의 물리적 기체 분리 모듈로 이루어진다. 모듈에서의 기체 분리에 대한 구동력은 각각의 멤브레인 분리단에서 잔류물측과 투과물측 사이에 생성된 분압차이다. 분압차는 공급물 스트림 분리단 (1)의 공급물측에 배열된 압축기 (4)에 의해, 및 임의로는, 공급물 스트림 분리단 (1)의 하류에, 바람직하게는 제2 투과물 스트림 (9a + 9b) 내의 잔류물 분리단 (2)의 투과물측에 및/또는 제3 투과물 스트림 (11) 내의 투과물 분리단 (3)의 투과물측에 배열된 1개 이상의, 바람직하게는 1 또는 2개의 진공 펌프(들) (도 1에 도시되지 않음)에 의해 생성된다. 때로는, 1개 이상의 멤브레인 분리단에서 투과물측 퍼지 기체 스트림을 사용하여 분압차를 생성/증폭시키는 것이 유리할 수 있다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시양태에서, 압축기 (4)는 원료 기체 혼합물, 또는 원료 기체 스트림 (17) 및 제2 투과물 스트림 (9b) 및/또는 제3 잔류물 스트림 (10b)의 기체 혼합물을 5 내지 100 bar 범위의 요망되는 압력, 그러나 바람직하게는 9 내지 75 bar 범위의 압력으로 압축시킨다. 원료 기체 스트림 (17)이 이미 요구되는 압력을 가지면, 압축 수단 (4)은 단지 제2 투과물 스트림 (9b) 및/또는 제3 잔류물 스트림 (10b)을 5 내지 100 bar 범위의 요망되는 압력, 그러나 바람직하게는 9 내지 75 bar 범위의 압력으로 압축시킬 필요가 있다. 생성된 공급물 스트림 (5)은 공급물 스트림 분리단 (1)으로 도입된다. 공급물 스트림 분리단 (1)은 원료 기체 혼합물을 보다 용이하게 투과되는 성분 (투과물 기체) (이는 주로 제1단의 투과물로 통과됨)과 덜 용이하게 투과되는 성분 (잔류물 기체) (이는 대부분 멤브레인에 의해 보유되고 잔류물 내에 축적됨)으로 예비분리한다.
하나의 바람직한 실시양태에서, 본 발명의 방법/장치는, 상기 제2 투과물 스트림 (9b) 및 상기 제3 잔류물 스트림 (10b) 복귀 후에, 상기 공급물 스트림 (5) 중에서 상기 공급물 스트림 분리단 (1)의 하나 이상의 투과물 기체의 농도가 바람직하게는 2% 이상, 더욱 바람직하게는 3% 이상, 더욱 더 바람직하게는 3 내지 40% 상승되도록 (모두 상기 원료 기체 스트림 (17) 중에서의 농도에 비해) 구성된다. 증가 정도는 원료 기체 스트림 (17)의 조성에 따라 달라질 수 있고, 이는 특히 저농도의 투과물 기체 (10 내지 20%)에서 현저하다. 투과물 기체 중 하나의 농도 증가는, 원료 기체 스트림 (17)의 투과물 기체 함량이 30 내지 70%일 때, 바람직하게는 2 내지 15%, 더욱 바람직하게는 3 내지 8%이다. 전체 공정의 잔류물 기체 수율이 증가하고, 따라서 공급물 스트림 분리단 (1) 중의 투과물 기체의 농도 증가에 따라 잔류물 기체의 손실이 감소하는 것으로 나타났다. 주어진 스테이지 컷(stage cut) (= 고려되는 단에서의 공급물 유량에 대한 투과물 유량의 비율)에서, 공급물 스트림 분리단 (1)에서 보다 용이하게 투과되는 하나 이상의 성분 A 또는 투과물 기체 A의 농도가 공급물 스트림 (5)에서 증가되는 경우, 뚜렷하게 적은 투과물 기체가 공급물 스트림 분리단 (1)의 투과물로 통과한다. 유사하게, 정제되는 공급물 스트림 (5) 중의 성분 A 또는 투과물 기체 A의 농도 감소시에는 감소가 나타났다. 따라서, 스테이지 컷은, 정제되는 공급물 스트림 (5) 중의 50% 농도의 성분 A 또는 투과물 기체 A에 대해 10 내지 60%, 바람직하게는 15 내지 55%, 더욱 바람직하게는 20 내지 50%이다. 따라서, 본 발명의 하나의 특히 바람직한 실시양태에서, 본 발명의 방법/장치는, 공급물 스트림 (5) 중의 공급물 스트림 분리단 (1)의 투과물 기체(들)의 레벨이, 제2 투과물 스트림 (9b) 및 제3 잔류물 스트림 (10b)의 재순환 후, 공급물 스트림 (5)의 부피를 기준으로 하여, 40 부피% 이상, 바람직하게는 50 부피% 초과, 가장 바람직하게는 55 부피% 초과가 되도록 구성된다. 설명된 바와 같이, 이러한 공급물 스트림 (5) 중의 투과물 기체에 대한 농도 증가는 공급물 스트림 분리단 (1)의 효율을 증가시키도록 작용하고, 또한 이는 결과적으로 보다 적은 잔류물 기체 B가 제1 투과물 스트림 (6)으로 통과한다. 또한 이는 투과물 분리단 (3)의 효율을 증가시키고, 여기서 이는 또한 보다 적은 원치않은 잔류물 기체가 제3 투과물 스트림 (10a+b)으로 통과하도록 보장한다. 특히 메탄-함유 원료 기체의 분리에서, 이는 온실 가스 메탄의 원치않는 방출이 뚜렷하게 감소한다는 이점을 제공한다.
일반적으로, 보다 용이하게 투과되는 성분 A, 즉 투과물 기체 A의 20 내지 100%, 더욱 바람직하게는 40 내지 70%가 공급물 스트림 분리단 (1)에서 공급물 스트림 (5)로부터 투과물로 통과하는 것이 바람직하다.
공급물 스트림 분리단 (1)의 잔류물은 제1 잔류물 스트림 (7)에서 잔류물 분리단 (2)로 이동하고 (임의로 존재하는 감압 밸브 (12)를 통한 압력 감소에 의해 또는 압력 상승에 의해), 여기서 최종 정제가 수행된다. 잔류물 분리단 (2)의 잔류물측, 즉 제2 잔류물 스트림 (8)에는 바람직하게는 시스템 내의 주요 압력 (분리단 (1) 및 (2)의 작동 압력 = 단 (1) 및 (2)의 잔류물 압력)이 보존되고 일정하게 유지될 수 있게 하는 감압 밸브 (13) (도 1에 나타내지 않음)가 배치된다. 덜 용이하게 투과되는 성분 B, 즉 잔류물 기체 B의 레벨은 잔류물 분리단 (2)에서 더욱 증가되어 제2 잔류물 스트림 (8) 중의 성분 B 또는 잔류물 기체 B의 함량이 90% 초과, 바람직하게는 95% 초과, 더욱 바람직하게는 97% 초과가 된다. 따라서, 하나의 특히 바람직한 버전에서, 본 발명의 방법/장치는, 상기 원료 기체 스트림 (17)과 함께 상기 장치 내로 유입된 공급물 스트림 분리단 (1) 잔류물 성분의 95% 이상, 바람직하게는 97% 이상, 더욱 바람직하게는 99% 이상, 가장 바람직하게는 99.5% 이상이 상기 제2 잔류물 스트림 (8)을 통해 유출되는 것을 특징으로 한다.
잔류물 분리단 (2)의 스테이지 컷은 제1 잔류물 스트림 (7) 중의 50% 농도의 성분 A 또는 투과물 기체 A에 대해 10 내지 60%, 또한 바람직하게는 20 내지 50%이다.
잔류물 분리단 (2)의 투과물은 제2 투과물 스트림 (9b)을 통해 (더욱 바람직하게는 투과물 스트림 (9a) 또는 (9b)을 먼저 공급물 스트림 분리단 (1)의 하류의 제1 잔류물 스트림 (7)에 공급하지 않으면서, 더욱 더 바람직하게는 완전히) 재순환되어 공급물 스트림 (5)에 공급되고, 재처리된다. 이는 (용어 "공급물 스트림"의 정의와 관련하여 상기에서 설명된 바와 같이) 압축기 (4) 또는 심지어 다단 압축기 (4)가 사용되는지의 여부에 따라 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 1단 압축기 (4)의 경우, 제2 투과물 스트림 (9b)은 바람직하게는 압축기 (4)의 흡인측으로 공급된다.
성분 A 또는 투과물 기체 A가 매우 풍부한 공급물 스트림 분리단 (1) 투과물은 제1 투과물 스트림 (6)을 통해 투과물 분리단 (3)으로 공급된다. 투과물 분리단 (3)의 잔류물의 압력이 주변 압력으로 강하되는 것을 중단시키기 위해 투과물 분리단 (3)의 잔류물 스트림 내에, 즉 제3 잔류물 스트림 (10a + b) 내에 잔류물 제어 수단 (19)이 사용되어야 한다. 이러한 방식으로, 투과물 분리단 (3)에 대한 구동력이 유지될 수 있다. 투과물 분리단 (3)은, 95% 초과, 또한 바람직하게는 97% 초과, 더욱 더 바람직하게는 99% 초과의, 제3 투과물 스트림 (11)을 통해 장치로부터 유출되는 보다 용이하게 투과성인 성분 A 또는 투과물 기체 A의 함량을 갖는 투과물을 생성한다. 본 발명에 따른 장치의 하나의 특히 바람직한 실시양태에서는, 상기 원료 기체 스트림 (17)과 함께 상기 장치로 공급되는 공급물 스트림 분리단 (1)의 덜 용이하게 투과되는 성분 B의 5% 이하, 바람직하게는 3% 이하, 더욱 바람직하게는 1% 이하, 가장 바람직하게는 0.5% 이하가 상기 제3 투과물 스트림 (11)을 통해 유출된다.
투과물 분리단 (3)에 대한 스테이지 컷은 바람직하게는 50 내지 95%, 더욱 바람직하게는 70 내지 93%이다.
제3 잔류물 스트림 (10b)은 재순환되어 공급물 스트림 (5)으로 공급되고, 재처리된다. 이는 다양한 방식으로 수행될 수 있고, 이는 예를 들어 압축기 (4) 또는 심지어 다단 압축기 (4)가 사용되는지의 여부에 따라 달라질 수 있다. 1단 압축기 (4)의 경우, 압축기의 흡입 압력이 분리단 (3)의 잔류물 압력 미만이면, 제3 잔류물 스트림 (10b)은 바람직하게는 압축기 (4)의 흡인측으로 공급된다. 다단 압축기가 사용되는 경우, 특정 단에서의 압축기의 단 압력이 분리단 (3)의 잔류물 압력 미만이면, 제3 잔류물 스트림 (10b)을 2개의 압축단 사이에서 압축기로 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명의 방법/장치의 추가의 바람직한 실시양태에서, 이는, 상기 제2 투과물 스트림 (9b) 내에서 또는 상기 제3 잔류물 스트림 (10b) 내에서 재순환된 기체 부피의 총량이, 원료 기체 스트림 (17)의 부피의 60 부피% 미만, 바람직하게는 10 내지 50 부피%, 더욱 더 바람직하게는 20 내지 40 부피%가 되도록 구성된다. 재순환되는 잔류물 기체 스트림의 양은 생성물 기체 스트림 (8) 및 (11)에서의 요구되는 순도에 따라 제어된다. 요구되는 순도가 낮을수록 회수 스트림 (9b) 및 (10b)이 적어진다. 회수 스트림은 매우 특별하게는, 멤브레인 분리단 (1) 내지 (3)에 사용되는 멤브레인 모듈의 유형 및 선택도에 의해 영향받는다. 향상된 선택도를 갖는 멤브레인 모듈은 회수 스트림 (9b) 및 (10b)의 두드러진 감소를 제공한다. 유사하게, 시스템 내의 주요 압력 (분리단 (1) 및 (2)에서의 압력)은 재순환되는 기체의 양에 영향을 준다. 시스템 내의 압력이 높을수록 재순환되는 양이 적어진다. 개개의 단에서의 멤브레인 면적의 비율이 추가의 영향 요인이다. 예를 들어, 분리단 (3)에서의 면적이 클수록 회수 스트림 유량은 감소하고, 분리단 (2)에서의 면적이 클수록 회수 스트림 유량은 증가한다. 따라서, 본 발명의 방법/장치는 매우 적은 회수 스트림에도 불구하고 상기에 상세히 기재된 공급물 스트림 (5) 중의 투과물 성분의 농도 증가를 보장하는 데 있어 주목할만하다. 이는 전체 방법의 효율의 뚜렷한 증가를 제공한다.
설명된 바와 같이, 다단 압축기 (4)를 사용하는 것이 특히 유리하다. 이는, 이 경우에, 투과물 분리단 (3)의 잔류물이 압축기 (4)의 2개의 압축단 사이에 공급될 수 있어, 투과물 분리단 (3)의 잔류물의 완전한 압축 해제가 생략될 수 있기 때문이다. 잔류물 분리단 (2)은 일반적으로, 공급 압력에 대한 압축 해제시 선택도-제한 범위에서 작동되기 때문에, 제2 투과물 스트림 (9a)이 단지 다단 승압 유닛, 즉 다단 압축기 (4)의 보다 높은 압력 레벨로 압력 해제되는 것이, 분리 결과를 유의하게 악화시키지 않으면서 압축 유닛의 작동 비용을 감소시키기 때문에 유용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 하나의 특히 바람직한 실시양태는 다단 압축기 (4)를 사용하여 기체 스트림 (9b) 및 (10b)을 각 경우에 2개의 압축단 사이에서 상기 압축기에 공급한다.
하나의 바람직한 실시양태에서, 공급물 스트림 분리단 (1)을 통한 압력 강하는 1 내지 30 bar, 바람직하게는 2 내지 20 bar, 더욱 바람직하게는 3 내지 10 bar로 제한된다. 동시에 또는 대안적으로는, 바람직하게는 공급물 스트림 분리단 (1) 및 잔류물 분리단 (2)을 통한 압력 강하가 1 내지 100 bar, 바람직하게는 5 내지 80 bar, 더욱 바람직하게는 10 내지 70 bar로 제한되도록 보장한다.
본 발명의 장치/방법은 원칙적으로, 2성분 기체 혼합물 또는 다성분 기체 혼합물을 분리할 수 있는 임의의 멤브레인에 의해 실현될 수 있다. 플라스틱이 바람직하게 사용되지만, 이것이 멤브레인 물질로서 제한적으로 사용되는 것은 아니다. 분리-활성 층에 플라스틱으로서 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리술폰, 셀룰로스 아세테이트 및 유도체, 폴리페닐렌 옥시드, 폴리실록산, 고유 미세다공도를 갖는 중합체, 혼합 매트릭스 멤브레인, 촉진 수송 멤브레인, 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 탄소 멤브레인 또는 제올라이트 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
분리-활성 층에 대한 물질로서, 또는 완전 멤브레인에 대한 물질로서 특히 바람직한 멤브레인은 하기 화학식의 폴리이미드를 포함한다.
Figure 112015044876986-pct00001
Figure 112015044876986-pct00002
상기 식에서, 0 ≤ x ≤ 0.5 및 1 ≥ y ≥ 0.5이고, R은 라디칼 L1, L2, L3 및 L4로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 이상의 동일하거나 상이한 라디칼 R에 상응한다.
x = 0, Y = 1이고, R이 64 mol% L2, 16 mol% L3 및 20 mol% L4인 중합체가 특히 바람직하게 고려된다. 이 중합체는 에보닉 피브레스 게엠베하(Evonik Fibres GmbH)로부터 명칭 P84 또는 P84 유형 70 (CAS 번호 9046-51-9)으로 입수가능하다. x = 0.4, y = 0.6이고, R이 80 mol% L2 및 20 mol% L3인 조성을 갖는 중합체가 특히 바람직하다. 이 중합체는 에보닉 피브레스 게엠베하로부터 명칭 P84HT 또는 P84 HT 325 (CAS 번호 134119-41-8)로 입수가능하다. 상기 폴리이미드의 혼합물을 사용하는 것도 유사하게 바람직하다.
바람직한 폴리이미드로 제조된 멤브레인은 에보닉 피브레스 게엠베하로부터 명칭 세푸란(Sepuran)으로 입수가능하다. 이들 바람직한 멤브레인의 제조 방법은 WO 2011/009919 A1에 개시되어 있다. 상기 특허 출원에 개시된 멤브레인은 항상 본 발명의 방법에서 바람직하게 사용될 수 있다. 단순 반복을 피하기 위해, 상기 특허 출원의 내용은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다. 이들 멤브레인은 최선의 분리 결과를 제공하는 것으로 나타났다.
멤브레인은 바람직하게는 중공사 멤브레인 및/또는 편평 멤브레인의 형태로 사용된다. 멤브레인은 모듈로 구성되고, 이어서 이것이 분리 작업에 사용된다. 관련 기술분야에 공지된 모든 기체 분리 모듈이 모듈로서 사용될 수 있고, 이는 예를 들어 (그러나 제한적인 것은 아님) 중공사 기체 분리 모듈, 나선형 권취 기체 분리 모듈, 쿠션 기체 분리 모듈 또는 관다발 기체 분리 모듈이다.
본 발명에 따라, 기체 분리 멤브레인 모듈은, 30 이상, 바람직하게는 35 이상, 더욱 바람직하게는 40 이상, 훨씬 더 바람직하게는 45 이상, 가장 바람직하게는 45 내지 80의, 성분 A (CO2) 및 B (CH4)의 혼합 기체 선택도 (= 멤브레인을 통한 스트림 B에 대한 스트림 A의 비율)를 갖는다. 보다 높은 선택도의 멤브레인은, 분리가 더욱 효과적이 되고, 보다 적은 투과물이 잔류물 분리단 (2)으로부터, 또는 보다 적은 잔류물이 투과물 분리단 (3)으로부터 재순환되어야 한다는 이점을 갖는다. 따라서, 특히 1단 압축기 (4)가 사용되는 경우, 2회 압축되어야 하는 기체가 보다 적고, 이는 플랜트 작동에 있어 경제적 이점을 수반한다. 45의 선택도를 갖는 매우 선택적인 멤브레인 모듈을 사용하면 원료 기체로서 공급물 스트림 분리단 (1)으로 유입된 기체의 단지 약 35%만이 2회 압축되어야 하지만, 단지 10의 선택도를 갖는 멤브레인 모듈의 경우에는 2회 압축이 300%까지 될 수 있다. 35% 및 300%는, 등몰량의 성분 A 및 B (= 공급물)를 갖는 기체 혼합물을 적용하고, 단 (2)의 잔류물 기체가 98.5% 성분 B였고, 단 (3)의 투과물 스트림이 99% 성분 B였던 시험에 기초한 것이다.
비교적 선택적인 멤브레인은 본 발명의 방법이 현저히 더 경제적으로 수행되도록 할 수 있고, 필요한 압축기의 크기 및 에너지 요구가 감소될 수 있다는 것이 명백하다.
본 발명의 방법/장치는 더욱 특별하게는, 이것이 순수 멤브레인 공정이며, 많은 용도에서, 각각 투과물 및/또는 잔류물 스트림 (11) 및 (8)의 추가의 세정을 필요로 하지 않는다는 이점을 갖는다. 예를 들어, 바이오가스 또는 천연 가스의 정제 (= 메탄으로부터 이산화탄소의 제거)에서, 잔류물의 최종 정제를 위해 압력 변동 흡착 또는 아민 스크럽이 더 이상 필요하지 않고, 따라서 이는 천연 가스 그리드로 공급될 수 있다.
또한, 본 발명의 방법/장치를 사용하여, 바이오가스 및 천연 가스 정제에서 순수한 잔류물 스트림 (8) 및 순수한 투과물 스트림 (11)을 한꺼번에 동시에 생성할 수 있다. 따라서, 이는, 촉매적 또는 열적 재연소에 의한 기체의 추가 처리 또는 조합된 열 및 동력 플랜트의 사용에 대한 임의의 필요성 없이, 많은 메탄 손실 없이, 또한 환경에 대한 주요 손상 없이, 대기 중으로 방출될 수 있다. 따라서, 추가의 플랜트 설비에 대한 자본 경비가 요구되지 않고, 이는 바이오가스 또는 천연 가스에 대한 보다 경제적인 정제 방법을 제공한다.
본 발명의 장치는 대부분 이미 WO 2012/000727에 기재되어 있다. 따라서, WO 2012/000727의 청구 사항은 전체적으로 본 발명의 설명에서 참조로 포함된다.
WO 2012/000727에는 원료 기체 스트림의 조성 또는 압력 또는 유량의 변동을 보상하기 위한 제어 시스템은 개시되어 있지 않다. WO 2012/000727에는 단지 생성물 기체의 우수한 수율 및 순도가 얻어지는 것과 관련되는 압축기 성능 및 일반적 압력 범위 변화가 개시되어 있다. 본 발명은, 심지어 이러한 정제 플랜트의 가변적 공급물 스트림을 제공하는 바이오가스 플랜트로의 직접적 연결을 가능하게 하는, WO 2012/000727에 기재된 바와 같은 상호 연결된 멤브레인 배열의 개방 및 폐쇄 루프 제어 개념을 최초로 개시한다. 따라서, 대략 일정한 원료 기체 스트림을 제공하기 위한 특정 상류 수단을 생략할 수 있다. 따라서, 본 발명은 WO 2012/000727의 플랜트 및 방법에 대한 현저한 추가의 개발을 나타낸다. 이는 특히, 본 발명에 따른 제어 수단 (18) 및 (19) 및 이들의 조절을 이용하여, 처리되는 원료 기체 (17)의 양 및/또는 생성되는 생성물 기체 (8) 및/또는 (11)의 양 및/또는 원료 기체 조성이 변화하는 경우에도, 일정한 또는 요건 변화에 따라 변화하는 스트림 (8) 및 (11)의 기체 품질을 보장할 수 있기 때문에 그러하다. 여기서는, 스트림 (8) 및 (11) 내에서 요구되는 기체 품질을 유지하기 위해, 시스템 내의 주요 압력 (분리단 (1) 및 (2)에서의 작동 압력) 및 분리단 (1) 내지 (3)에서의 멤브레인 면적을 변화시킬 필요가 없다는 것이 유리하다.
추가의 이점은, 본 발명의 방법/장치가 선행 기술의 공지된 방법에 비해 뚜렷하게 더 적은 장비 및 에너지 요구를 갖는다는 것이다.
본 발명의 장치/방법은 특히 2종 이상의 기체를 포함하는 기체 혼합물의 분리에 사용될 수 있고, 이 경우, 분리되는 기체 혼합물이, 이산화탄소 및 메탄이 대부분인, 그러나 전적인 것은 아닌 혼합물, 또는 수소 및 메탄이 대부분인, 그러나 전적인 것은 아닌 혼합물, 또는 일산화탄소 및 수소가 대부분인, 그러나 전적인 것은 아닌 혼합물; 또는 원료 바이오가스 또는 원료 천연 가스인 것이 매우 특히 바람직하다.
하기 실시예는 추가의 설명 및 기재로서 제공되는 것이며, 어떠한 방식으로든 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
일반적 실험 구성
도 1에 따른 3단 상호 연결 배열을 사용한 멤브레인 분리 플랜트에 대해 시험을 수행하였다.
- 원료 기체 조성 54% 메탄, 46% CO2 (= 바이오가스 플랜트로부터의 바이오가스)
- 3개의 세푸란 그린(Sepuran Green)의 2" 실험 모듈을 사용 (1개 단 당 1개의 모듈)
- 시스템 내의 주요 압력 (= 잔류물 단 (2) 압력)은 17 bara였음
- 공기 압력 950 mbara
- 투과물 분리단 (3)의 투과물 압력은 1000 mbara였음
실시예 1:
이 시험의 목적은, 각각, 잔류물 분리단 (2)의 투과물 압력 변화에 의한, 또한 투과물 분리단 (3)의 잔류물 압력 변화에 의한, 공급물 스트림 (5)에서의 공급물 유량, 또는 압축기 속도 변화시, 잔류물 스트림 (8)에서의 생성물 기체 품질 및 투과물 스트림 (11)에서의 오프-가스 품질을 유지시킬 수 있는 보정 라인을 찾는 것이었다.
이를 위해, 일반적 실험 구성에 따른 3단 상호 연결 배열 수행에서 압축기 성능을 단계적으로 상승시켰다. 이어서, 오프-가스 농도 (11) 및 생성물 기체 농도 (8)를 좁은 범위 내에서 유지하기 위한 시도로 잔류물 분리단 (2)의 투과물 및 투과물 분리단 (3)의 잔류물의 압력을 변화시켰다. 압축기 성능이 초기 60%로부터 최종 75%로 증가함에 따라, 공급물 부피 유량 (5)이 3.83 ㎥/h로부터 5.23 ㎥/h로, 즉 36% 증가하였다. 이 간격 내에서, 잔류물 분리단 (2)의 투과물 압력은 951 mbara로부터 241 mbara로 감소하고, 투과물 분리단 (3)의 잔류물 압력은 3.6 bara로부터 4.43 bara로 증가하였다. 모든 압축기 성능에서, 생성물 기체 농도 (8)는 95.23% 메탄과 95.75% 메탄 사이에서, 또한 메탄의 오프-가스 농도는 0.5%와 0.62% 사이에서 변동하였다. 두 값 모두 실험 오차에 해당하는 좁은 범위 내에서 조절되었다. 이 시험에 대한 상세한 데이터를 하기 표 1에 나타내었다.
표 1:
Figure 112015044876986-pct00003
또한, 제2 잔류물 스트림 (8), 제1 투과물 스트림 (6), 제3 투과물 스트림 (11) (= 오프-가스) 및 제2 투과물 스트림 (9a)에 대한 부피 유량을 측정하였다. 제1 잔류물 스트림 (7)의 부피 유량은 제2 잔류물 스트림 (8) 및 제2 투과물 스트림 (9a)의 부피 유량 값의 총합으로부터 구할 수 있다.
이어서, 잔류물 분리단 (2)의 투과물 압력을 제1 잔류물 스트림 (7)의 부피 유량에 대해 플롯팅하여, 예를 들어 압축기 속도 변화로 인한 또는 원료 기체의 조성 변화로 인한 잔류물 분리단 (2)의 공급량 변화시, 생성물 기체 농도를 유지하기 위한 보정 곡선을 구할 수 있다 (도 4 참조).
도 4는 우수한 상관관계를 갖는 선형 회귀를 나타낸다. 이어서, 이러한 관계를 본 발명의 플랜트에 대한 제어 시스템에서 사용할 수 있다. 이러한 제어 시스템에서는, 부피 유량계 (20a)에 의해 제1 잔류물 스트림 (7)에 대해 측정된 유량 값을 사용하여 도 4에서의 직선 방정식에 따라 투과물 압력을 계산함으로써, 생성물 기체 농도를 유지하기 위한 잔류물 분리단 (2)에서 필요한 투과물 압력을 구한다. 이어서, 제2 투과물 스트림 내의 제어 수단 (18)을 사용하여 이 압력을 적절히 설정한다.
이어서, 투과물 분리단 (3)의 잔류물 압력을 제1 투과물 스트림 (6)의 부피 유량에 대하여 플롯팅하여, 예를 들어 압축기 속도 변화로 인한 또는 원료 기체 조성 변화로 인한 투과물 분리단 (3), 즉 제1 투과물 스트림 (6)의 공급량 변화시, 투과물 스트림 (11) 중의 오프-가스 농도 유지를 위한 보정 곡선을 유사하게 구할 수 있다 (도 5 참조).
도 5에서도 우수한 상관관계를 갖는 선형 회귀가 얻어진다. 이어서, 유사하게 이러한 관계를 본 발명의 플랜트에 대한 제어 시스템에서 잔류물 분리단 (2)에 대해 상기에 기재된 절차에 사용할 수 있다. 먼저, 부피 유량계 (21a)를 사용한 측정에 의해 제1 투과물 스트림 (6)의 유량 값을 측정하고, 이를 도 5에서의 직선 방정식에 사용하여, 투과물 스트림 (11) 중의 오프-가스 농도를 유지하기 위한 투과물 분리단 (3)에서 필요한 잔류물 압력을 구한다 (또한 제3 잔류물 스트림 (10) 내의 제어 수단 (19)를 사용하여 설정).
실시예 2:
검토할 문제는, 제3 잔류물 스트림 (10) 내의 제어 수단 (19)을 사용하여 투과물 분리단 (3)의 잔류물 압력을 변화시킴으로써, 플랜트로부터의 오프-가스 (제3 투과물 스트림 (11)) 중의 메탄 농도 변화를 달성할 수 있고, 또한 보정 곡선을 구할 수 있는지의 여부이다. 오프-가스 농도의 측정으로부터 변화가 일어난 것으로 나타나면, 이에 따라 상기 보정 관계를 사용하여 오프-가스의 메탄 함량을 조정할 수 있다.
이를 위해, 압축기 속도를 일정하게 유지하면서, 제3 잔류물 스트림 (10) 내의 제어 수단 (19)을 사용하여 투과물 분리단 (3)의 잔류물 압력을 변화시키고, 이에 따른 제3 투과물 스트림 (11) (오프-가스)의 메탄 농도 변화를 측정하였다. 플랜트의 부피 유량을 또한 기록하였다. 그 값을 표 2에 나타내었다.
표 2:
Figure 112015044876986-pct00004
표 2에 나타난 바와 같이, 투과물 분리단 (3)에서의 잔류물 압력 증가로 인해 오프-가스 스트림 (11)의 메탄 농도가 증가한다. 이를 도 6에 그래프 형태로 나타내었다. 매우 우수한 상관관계를 갖는 선형 회귀이다. 이 곡선을 제어를 위한 보정 곡선으로서 사용할 수 있다. 도 6의 방정식에 요망되는 메탄 농도를 대입함으로써, 상응하는 필요한 잔류물 압력을 구할 수 있다.
중요한 점은, 투과물 분리단 (3)의 잔류물 압력 감소에 대한 2회 압축률의 급속한 상승, 및 이에 따른 오프-가스 중의 메탄 농도 감소이며, 이를 도 7에 그래프 형태로 도시하였다.
실시예 3:
제2 투과물 스트림 (9a) 내의 제어 수단 (18)에 의한 잔류물 분리단 (2)의 투과물 압력 변화를 이용하여 플랜트의 생성물 기체 (= 제2 잔류물 스트림 (8)) 중의 메탄 농도 변화를 달성할 수 있다. 생성물 기체 농도의 측정에서 변화가 일어난 것으로 나타나면, 상기 보정 관계를 사용하여 생성물 기체의 메탄 함량을 조정할 수 있다.
이를 위해, 압축기 속도를 일정하게 유지하면서 잔류물 분리단 (2)의 투과물 압력을 변화시키고, 결과적인 생성물 기체 중의 메탄 농도 변화를 측정하였다. 그 값을 표 3에 나타내었다.
표 3:
Figure 112015044876986-pct00005
명백한 바와 같이, 잔류물 분리단 (2)에서의 투과물 압력 감소에 따라 생성물 기체 (8)의 메탄 농도가 증가한다. 이를 도 8에 그래프 형태로 나타내었다.
매우 우수한 상관관계를 갖는 선형 회귀이다. 이 곡선을 제어를 위한 보정 곡선으로서 사용할 수 있다. 다이어그램 5의 방정식에 요망되는 메탄 농도를 대입함으로써, 상응하는 필요한 투과물 압력을 구할 수 있다.
도면의 설명
도 1: 측정 수단 (20a) 및 (20b), (21a) 및 (21b), (22) 및 (23) 및 또한 제어 수단 (18) 및 (19)을 포함하는 본 발명의 예시적 상호 연결 배열. 원료 기체 스트림 (17) 내의 제어 수단 및 제어기 및 데이터-처리 수단은 나타내지 않았다. 그러나, 이들의 배열 및 사용은 상기 설명의 전체 내용으로부터 명백하다. 도 1은 스트림 (9b) 및 (10b)의 압축기의 흡인측 상으로의 재순환을 갖는 본 발명의 배열을 나타낸다. 상기 설명에서 설명된 대안적 배열, 예를 들어 압축기 (4)의 상승 압축단 내로의 스트림 (9b) 또는 (10b) 중 하나 이상의 재순환 또는 측정 수단 (22) 및 (23)의 부재 또는 측정 수단 (20a) 및 (20b) 및/또는 (21a) 및 (21b) 중 단지 일부의 존재는, 도 1의 변형으로서 관련 기술분야의 숙련자에 의해 용이하게 도출되며, 따라서 별도로 나타내지 않았다. 도 1은 단지 본 발명의 설명으로서 제공된 것이며, 어떠한 방식으로든 그의 보호 범위를 제한하지 않는다.
도 2: 제2 잔류물 스트림 (8) 중의 98.3%의 성분 B 및 제3 투과물 스트림 (11) 중의 0.7%의 성분 B의 잔류물 품질을 달성하기 위해 잔류물 분리단 (2)에서 필요한 투과물 압력을, 제1 잔류물 스트림 (7)의 부피 유량에 대한 함수로서 나타낸 것이다. 멤브레인 분리단에서의 멤브레인에 대해 선택된 면적비는 하기와 같았다: 제1단: 제2단: 제3단 = 2:2:3. 원료 기체 스트림 (17) 중의 45, 55 및 65%의 성분 B (이 경우 CH4)의 상이한 농도에 대해 3개의 곡선을 도시하였다.
도 3: 제2 잔류물 스트림 (8) 중의 98.3%의 성분 B 및 제3 투과물 스트림 (11) 중의 0.7%의 성분 B의 잔류물 품질을 달성하기 위해 투과물 분리단 (3)에서 필요한 잔류물 압력을, 제1 투과물 스트림 (6)의 부피 유량에 대한 함수로서 나타낸 것이다. 멤브레인 분리단에서의 멤브레인에 대해 선택된 면적비는 하기와 같았다: 제1단: 제2단: 제3단 = 2:2:3. 원료 기체 스트림 (17) 중의 성분 B (이 경우 CH4)의 상이한 농도 (45%, 55% 및 65%)에 대해 서로 합쳐진 3개의 곡선을 도시하였다.
도 4: 생성물 기체 품질을 유지하기 위한 잔류물 분리단 (2)의 공급물 기체 유량에 대한 잔류물 분리단 (2)의 투과물 압력의 의존성
도 5: 오프-가스 품질을 유지하기 위한 투과물 분리단 (3)의 공급물 기체 유량에 대한 투과물 분리단 (3)의 잔류물 압력의 의존성
도 6: 투과물 분리단 (3)의 잔류물 압력에 대한 오프-가스 (11) 중의 메탄 농도의 의존성
도 7: 투과물 분리단 (3)의 투과물 (11) 중의 메탄 함량에 대한 재순환율의 의존성
도 8: 잔류물 분리단 (2)의 투과물 압력에 대한 생성물 기체 (8) 중의 메탄 농도의 의존성
참조 부호 목록:
1: 공급물 스트림 분리단
2: 잔류물 분리단
3: 투과물 분리단
4: 1단 또는 다단 압축기
5: 공급물 스트림
6: 제1 투과물 스트림
7: 제1 잔류물 스트림
8: 제2 잔류물 스트림
9: 제어 수단 (18)과 잔류물 분리단 (2) 사이의 서브스트림 (9a), 및 제어 수단 (18) 하류의 (9b)로 이루어진 제2 투과물 스트림
10: 제어 수단 (19)과 투과물 분리단 (3) 사이의 서브스트림 (10a), 및 제어 수단 (19) 하류의 (10b)로 이루어진 제3 잔류물 스트림
11: 제3 투과물 스트림
12: 제1 잔류물 스트림 (7) 내의 임의의 감압 밸브 (도에 나타내지 않음)
13: 제2 잔류물 스트림 (8) 내의 임의의 감압 밸브 (도에 나타내지 않음)
14: 제3 잔류물 스트림 (10) 내의 임의의 감압 밸브 (도에 나타내지 않음)
15: 진공 펌프 (도에 나타내지 않음)
16: 혼합 챔버 (도에 나타내지 않음)
17: 원료 기체 스트림
18: 제2 투과물 스트림 내의 투과물 제어 수단 (설명에서 또한 간단히 제어 수단 (18)으로서 언급됨)
19: 제3 잔류물 스트림 내의 잔류물 제어 수단 (설명에서 또한 간단히 제어 수단 (19)으로서 언급됨)
20a: 제1 잔류물 스트림 분석을 위한 제1 잔류물 측정 수단 (설명에서 또한 간단히 측정 수단 (20a)으로서 언급됨)
20b: 제2 잔류물 스트림 분석을 위한 제2 잔류물 측정 수단 (설명에서 또한 간단히 측정 수단 (20b)으로서 언급됨)
21a: 제1 투과물 스트림 분석을 위한 제1 투과물 측정 수단 (설명에서 또한 간단히 측정 수단 (21a)으로서 언급됨)
21b: 제3 투과물 스트림 분석을 위한 제2 투과물 측정 수단 (설명에서 또한 간단히 측정 수단 (21b)으로서 언급됨)
22: 제2 투과물 스트림 분석을 위한 제3 투과물 측정 수단 (설명에서 또한 간단히 측정 수단 (22)으로서 언급됨)
23: 제3 잔류물 스트림 분석을 위한 제3 잔류물 측정 수단 (설명에서 또한 간단히 측정 수단 (23)으로서 언급됨)
24: 압축기의 제어기 수단 (도에 나타내지 않음)
25: 원료 기체 스트림 (17)의 제어를 위한 원료 기체 제어 수단 (도에 나타내지 않음)

Claims (17)

  1. 멤브레인 분리단으로서 적어도 공급물 스트림 분리단 (1), 잔류물 분리단 (2) 및 투과물 분리단 (3), 및 또한 (i) 상기 공급물 스트림 분리단 (1)의 공급물측에 배열된 1개 이상의 압축기 (4), 또는 (ii) 제2 투과물 스트림 (9a + 9b)에서 상기 잔류물 분리단 (2)의 투과물측에, 또는 제3 투과물 스트림 (11)에서 상기 투과물 분리단 (3)의 투과물측에 또는 상기 두 가지 투과물측에 배열된 1개 이상의, 또는 1 또는 2개의 진공 펌프(들) 또는 (iii) 상기 압축기 (4) 및 상기 진공 펌프(들) 모두를 포함하며,
    여기서,
    상기 공급물 스트림 분리단 (1)은 2종 이상의 성분으로 이루어진 공급물 스트림 (5)을 제1 투과물 스트림 (6) 및 제1 잔류물 스트림 (7)으로 분리하고,
    상기 잔류물 분리단 (2)은 상기 제1 잔류물 스트림 (7)을 제2 투과물 스트림 (9a + 9b) 및 제2 잔류물 스트림 (8)으로 분할하고, 여기서 (9a)는 투과물 제어 수단 (18)의 상류 및 상기 잔류물 분리단 (2)의 하류의 부분-스트림인 것을 특징으로 하고, (9b)는 상기 투과물 제어 수단 (18)의 하류의 부분-스트림인 것을 특징으로 하고, 상기 부분-스트림 (9b)은 상기 공급물 스트림 (5)으로 공급되고, 제2 잔류물 스트림 (8)은 생성물로서 제거되거나 추가로 처리되고,
    상기 투과물 분리단 (3)은 상기 제1 투과물 스트림 (6)을 제3 잔류물 스트림 (10a + 10b) 및 제3 투과물 스트림 (11)으로 분할하고, 여기서 (10a)는 잔류물 제어 수단 (19)의 상류 및 상기 투과물 분리단 (3)의 하류의 부분-스트림인 것을 특징으로 하고, (10b)는 상기 잔류물 제어 수단 (19)의 하류의 부분-스트림인 것을 특징으로 하고, 상기 부분-스트림 (10b)은 상기 공급물 스트림 (5)으로 공급되고, 제3 투과물 스트림 (11)은 생성물로서 제거되거나 추가로 처리되거나 폐기되고,
    기체 분리용 장치는 하기 특징 a) 및 b):
    a) 상기 제2 투과물 스트림 (9a + 9b)은, 상기 잔류물 분리단 (2)의 투과물 압력을 상승시키거나 감소시킬 수 있으며, 상기 제1 잔류물 스트림 (7) 내의 1개 이상의 측정 수단 (20a), 또는 상기 제2 잔류물 스트림 (8) 내의 1개 이상의 측정 수단 (20b) 또는 상기 제1 잔류물 스트림 (7) 및 상기 제2 잔류물 스트림 (8) 두 가지 내의 측정 수단 (20a) 및 (20b)로부터의 측정치에 기초하여 제어되는 1개 이상의 투과물 제어 수단 (18)을 포함하는 것, 및
    b) 상기 제3 잔류물 스트림 (10a + 10b)은, 상기 투과물 분리단 (3)의 잔류물 압력을 상승시키거나 감소시킬 수 있으며, 상기 제1 투과물 스트림 (6) 내의 1개 이상의 측정 수단 (21a), 또는 상기 제3 투과물 스트림 (11) 내의 1개 이상의 측정 수단 (21b) 또는 상기 제1 투과물 스트림 (6) 및 상기 제3 투과물 스트림 (11) 두 가지 내의 측정 수단 (21a) 및 (21b)로부터의 측정치에 기초하여 제어되는 1개 이상의 잔류물 제어 수단 (19)을 포함하는 것
    중 하나 또는 둘 다를 만족하는 것을 특징으로 하는, 기체 분리용 장치.
  2. 제1항에 있어서, 기체 분리용 장치가 하기 a) 내지 f):
    a) 상기 제1 투과물 스트림 (6)이 재압축되지 않는 것,
    b) 30 이상, 35 이상, 40 이상, 또는 45 이상의 혼합 기체 선택도 CO2/CH4를 갖는 기체 분리 멤브레인 모듈이 적어도 상기 공급물 스트림 분리단 (1)에서, 또는 모든 3개의 멤브레인 분리단 (1) 내지 (3)에서 사용되는 것,
    c) 상기 멤브레인 분리단 (1) 내지 (3) 중 적어도 1개가 병렬로 또는 직렬로 또는 둘 다로 상호 연결된 1개 초과의 기체 분리 멤브레인 모듈을 포함하는 것,
    d) 기체 분리 멤브레인 모듈(들)이 중공사 멤브레인 또는 편평 멤브레인으로 또는 둘 다로 이루어진 것,
    e) 상기 기체 분리용 장치가, 상기 제2 투과물 스트림 (9b) 내에서 및 상기 제3 잔류물 스트림 (10b) 내에서 재순환된 기체 부피의 총량이, 원료 기체 스트림 (17)의 부피의 60 부피% 미만이 되도록 구성되는 것, 및
    f) 상기 기체 분리용 장치가, 상기 제2 투과물 스트림 (9b) 및 상기 제3 잔류물 스트림 (10b)의 복귀 후에, 상기 공급물 스트림 (5) 중에서 상기 공급물 스트림 분리단 (1)의 하나 이상의 투과물 기체의 농도가 상승되거나, 또는 상기 공급물 스트림 (5) 중에서 모두 상기 원료 기체 스트림 (17) 중에서의 농도에 비해 2% 이상, 3% 이상, 또는 3 내지 40% 상승되도록 구성되는 것
    중 하나 이상을 만족하는 것을 특징으로 하는 기체 분리용 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기체 분리용 장치가 하기 a) 내지 c):
    a) 상기 제2 투과물 스트림 (9b) 및 상기 제3 잔류물 스트림 (10b)이 상기 압축기 (4)의 흡인측으로 유도되는 것,
    b) 다단 압축기 (4)가 사용되고, 여기서 상기 제2 투과물 스트림 (9b) 또는 상기 제3 잔류물 스트림 (10b) 또는 두 가지 스트림이 2개의 압축단 사이에서 상기 압축기 (4)로 도입되는 것, 및
    c) 상기 압축기 (4)가 상기 공급물 스트림 분리단 (1)에서 압력 구배를 생성하도록 상기 기체 분리용 장치 내에 배열되는 것
    중 하나 이상을 만족하는 것을 특징으로 하는 기체 분리용 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기체 분리용 장치가 하기 a) 및 b):
    a) 상기 기체 분리용 장치가, 상기 압축기 (4)의 동력 요건 또는 그의 회전 속도를, 상기 제2 투과물 스트림 (9b), 상기 제3 잔류물 스트림 (10b) 및 상기 원료 기체 스트림 (17) 중 적어도 어느 하나의 변화에 적합화시키는 제어기 수단 (24)을 포함하는 것, 및
    b) 상기 기체 분리용 장치가, 상기 제2 투과물 스트림 (9b) 및 상기 제3 잔류물 스트림 (10b) 중 적어도 어느 하나로부터의 재순환 기체의 변화량이 원료 기체의 공급량의 조절에 의해 균등화되도록 구성되는 것
    중 하나 이상을 만족하는 것을 특징으로 하는 기체 분리용 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 잔류물 스트림 (7) 및 상기 제1 투과물 스트림 (6) 중 적어도 어느 하나 내의 측정 수단 (20a) 또는 (21a) 또는 둘 다로서 유량계가 사용되는 것,
    또는
    특정 기체 혼합물의 조성을 측정하기 위해 상기 제2 잔류물 스트림 (8) 및 상기 제3 투과물 스트림 (11) 중 적어도 어느 하나 내에 온라인 또는 오프라인 측정 수단 (20b) 또는 (21b) 또는 둘 다가 사용되는 것
    을 특징으로 하는 기체 분리용 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    멤브레인의 분리-활성 층에 사용되는 물질이 무정형 또는 부분 결정질 플라스틱, 예컨대, 비제한적 예로서 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리술폰, 셀룰로스 아세테이트 및 유도체, 폴리페닐렌 옥시드, 폴리실록산, 고유 미세다공도를 갖는 중합체, 혼합 매트릭스 멤브레인, 촉진 수송 멤브레인, 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드 또는 이들의 혼합물인 것
    을 특징으로 하는 기체 분리용 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    멤브레인의 분리-활성 층에 사용되는 물질이 하기 화학식의 폴리이미드
    Figure 112020005776506-pct00016

    (상기 식에서, 0 ≤ x ≤ 0.5 및 1 ≥ y ≥ 0.5이고, R은 라디칼 L1, L2, L3 및 L4로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 이상의 동일하거나 상이한 라디칼 R에 상응한다.
    Figure 112020005776506-pct00017

    Figure 112020005776506-pct00018
    ),
    또는 CAS 번호 9046-51-9의 폴리이미드, CAS 번호 134119-41-8의 폴리이미드 또는 이들의 조합인 것
    을 특징으로 하는 기체 분리용 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기체 분리용 장치가 하기 a) 및 b):
    a) 상기 원료 기체 스트림 (17)과 함께 상기 기체 분리용 장치 내로 유도된 공급물 스트림 분리단 (1) 잔류물 성분의 95% 이상, 97% 이상, 99% 이상, 또는 99.5% 이상이 상기 제2 잔류물 스트림 (8)을 통해 제거되는 것, 및
    b) 상기 원료 기체 스트림 (17)과 함께 상기 기체 분리용 장치 내로 유도된 공급물 스트림 분리단 (1) 잔류물 성분의 5% 이하, 3% 이하, 1% 이하, 또는 0.5% 이하가 상기 제3 투과물 스트림 (11)을 통해 제거되는 것
    중 하나 이상을 만족하는 것을 특징으로 하는 기체 분리용 장치.
  9. 하기 특징 i 및 ii, 또는 특징 iii 및 iv 또는 특징 i 내지 iv:
    i. 임의로는 또한 상관 파라미터를 통해 구한, 상기 제2 잔류물 스트림 (8)의 잔류물 기체 성분 B의 농도가 미리 정해진 설정치 미만으로 떨어지면, 상기 농도 또는 파라미터가 다시 설정치 범위 내에 있을 때까지 상기 제2 투과물 스트림 (9a)의 압력을 상기 투과물 제어 수단 (18)에 의해 감소시키고,
    ii. 임의로는 또한 상관 파라미터를 통해 구한, 상기 제2 잔류물 스트림 (8)의 잔류물 기체 성분 B의 농도가 미리 정해진 설정치 초과로 상승되면, 상기 농도 또는 파라미터가 다시 설정치 범위 내에 있을 때까지 상기 제2 투과물 스트림 (9a)의 압력을 상기 투과물 제어 수단 (18)에 의해 상승시키는 것,
    iii. 임의로는 또한 상관 파라미터를 통해 구한, 상기 제3 투과물 스트림 (11)의 잔류물 기체 성분 B의 농도가 미리 정해진 설정치 미만으로 떨어지면, 상기 농도 또는 파라미터가 다시 설정치 범위 내에 있을 때까지 상기 제3 잔류물 스트림 (10a)의 압력을 상기 잔류물 제어 수단 (19)에 의해 상승시키고,
    iv. 임의로는 또한 상관 파라미터를 통해 구한, 상기 제3 투과물 스트림 (11)의 잔류물 기체 성분 B의 농도가 미리 정해진 설정치 초과로 상승되면, 상기 농도 또는 파라미터가 다시 설정치 범위 내에 있을 때까지 상기 제3 잔류물 스트림 (10a)의 압력을 상기 잔류물 제어 수단 (19)에 의해 감소시키는 것
    중 어느 하나를 만족하는 것을 특징으로 하는, 제1항 또는 제2항에 따른 기체 분리용 장치의 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    농도를 온라인 또는 오프라인 또는 둘 다로 측정하는 것
    을 특징으로 하는 제어 방법.
  11. 하기 특징 v 및 vi, 또는 특징 vii 및 viii 또는 특징 v 내지 viii:
    v. 상기 제1 잔류물 스트림 (7)의 부피 유량이 증가하면, 보정 곡선에 의해 상기 제1 잔류물 스트림 (7)의 상기 부피 유량과 상관되는, 상기 제2 잔류물 스트림 (8)의 특성 또는 상기 제2 잔류물 스트림 (8)의 조성이, 다시 설정치 범위 내에 있을 때까지 상기 제2 투과물 스트림 (9a)의 압력을 상기 투과물 제어 수단 (18)에 의해 감소시키고,
    vi. 상기 제1 잔류물 스트림 (7)의 부피 유량이 감소하면, 보정 곡선에 의해 상기 제1 잔류물 스트림 (7)의 상기 부피 유량과 상관되는, 상기 제2 잔류물 스트림 (8)의 특성 또는 상기 제2 잔류물 스트림 (8)의 조성이, 다시 설정치 범위 내에 있을 때까지 상기 제2 투과물 스트림 (9a)의 압력을 상기 투과물 제어 수단 (18)에 의해 상승시키는 것,
    vii. 상기 제1 투과물 스트림 (6)의 부피 유량이 증가하면, 보정 곡선에 의해 상기 제1 투과물 스트림 (6)의 상기 부피 유량과 상관되는, 상기 제3 투과물 스트림 (11)의 특성 또는 상기 제3 투과물 스트림 (11)의 조성이, 다시 설정치 범위 내에 있을 때까지 상기 제3 잔류물 스트림 (10a)의 압력을 상기 잔류물 제어 수단 (19)에 의해 상승시키고,
    viii. 상기 제1 투과물 스트림 (6)의 부피 유량이 감소하면, 보정 곡선에 의해 상기 제1 투과물 스트림 (6)의 상기 부피 유량과 상관되는, 상기 제3 투과물 스트림 (11)의 특성 또는 상기 제3 투과물 스트림 (11)의 조성이, 다시 설정치 범위 내에 있을 때까지 상기 제3 잔류물 스트림 (10a)의 압력을 상기 잔류물 제어 수단 (19)에 의해 감소시키는 것
    중 어느 하나를 만족하는 것을 특징으로 하는, 제1항 또는 제2항에 따른 기체 분리용 장치의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    유량과 압력 사이의 상관관계를 갖는 보정 곡선을 일부 다른 기체 스트림에서의 농도 유지를 위한 제어 곡선으로서 사용하는 것
    을 특징으로 하는 제어 방법.
  13. 제9항에 있어서, 제어 방법이 하기 a) 및 b):
    a) 상기 공급물 스트림 분리단 (1)을 통한 압력 강하가 1 내지 30 bar, 2 내지 20 bar, 또는 3 내지 10 bar로 설정되는 것, 및
    b) 상기 공급물 스트림 분리단 (1) 및 상기 잔류물 분리단 (2)을 통한 압력 강하가 1 내지 100 bar, 5 내지 80 bar, 또는 10 내지 70 bar로 설정되는 것
    중 하나 이상을 만족하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  14. 제9항에 있어서, 제어 방법이 하기 a) 및 b):
    a) 분리 작업에 사용되는 구동력이, 특정 멤브레인 분리단에서의 잔류물측과 투과물측 사이의 분압차이고, 여기서 상기 분압차는 상기 공급물 스트림 분리단 (1)의 공급물측에 배열된 압축기 (4)에 의해, 및 임의로는, 상기 제2 투과물 스트림 (9a + 9b) 및 상기 제3 투과물 스트림 (11) 중 적어도 어느 하나 내의 1개 이상의, 또는 1 또는 2개의 진공 펌프(들)에 의해; 또는 투과물측 퍼지 기체 스트림에 의해; 또는 상기 진공 펌프(들) 및 상기 퍼지 기체 스트림 모두에 의해 생성되는 것, 및
    b) 상기 공급물 스트림 분리단 (1)의 투과물의 압력이 주변 압력과 동등한 또는 그에 비해 상승된 상태에 있어, 상기 투과물 분리단 (3)의 잔류물과 투과물 사이에 분압차가 여전히 존재하고, 따라서 상기 투과물 분리단 (3)의 상기 투과물이 주변 압력에 있거나 음압이 인가되면 구동력이 존재하는 것
    중 하나 이상을 만족하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  15. 제9항에 있어서, 제어 방법이 하기 a) 및 b):
    a) 제어기 수단 (24)이 상기 압축기 (4)의 동력 요건 또는 그의 회전 속도를, 상기 제2 투과물 스트림 (9b), 상기 제3 잔류물 스트림 (10b) 및 상기 원료 기체 스트림 (17) 중 적어도 어느 하나의 변화에 적합화시키는 것, 및
    b) 상기 제2 투과물 스트림 (9b) 및 상기 제3 잔류물 스트림 (10b) 중 적어도 어느 하나로부터의 재순환 기체의 변화량이 원료 기체의 공급량의 조절에 의해 균등화되는 것,
    중 하나 이상을 만족하는 것, 또는
    상기 압축기 (4)의 부피 처리량을 변화시킴으로써 본 발명의 플랜트의 성능을 상승시키거나 감소시키고, 여기서, 제어 방법은 하기 1) 내지 4):
    1) 결과적인 상기 제2 잔류물 스트림 (8) 중의 상기 잔류물 기체 성분 B의 농도 변화가 제어 방법 선택사항 i/ii에 따라 완화되는 것,
    2) 결과적인 상기 제3 투과물 스트림 (11) 중의 상기 잔류물 기체 성분 B의 농도 변화가 제어 방법 선택사항 iii/iv에 따라 완화되는 것,
    3) 결과적인 상기 제1 잔류물 스트림 (7)의 유량 변화가 제어 방법 선택사항 v/vi에 따라 완화되는 것, 및
    4) 결과적인 상기 제1 투과물 스트림 (6)의 유량 변화가 제어 방법 선택사항 vii/viii에 따라 완화되는 것
    중 하나 이상을 만족하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  16. 제9항에 있어서, 제어 방법이 하기 a) 및 b):
    a) 상기 제어 방법을 바이오가스 플랜트의 작동과 관련하여 실행하는 것, 및 압축기의 회전 속도 및 그에 따라 상기 압축기 (4)의 부피 처리량을 상기 바이오가스 플랜트 충전 레벨에 따라 제어하여, 발효기 및 중간 저장부 중 적어도 어느 하나에서의 충전 레벨이 변할 수 있거나 일정하게 유지될 수 있게 하는 것, 및
    b) 사용되는 기체 혼합물이, 이산화탄소 및 메탄이 대부분인, 그러나 전적인 것은 아닌 혼합물, 또는 수소 및 메탄이 대부분인, 그러나 전적인 것은 아닌 혼합물, 또는 일산화탄소 및 수소가 대부분인, 그러나 전적인 것은 아닌 혼합물, 또는 원료 바이오가스 또는 원료 천연 가스인 것
    중 하나 이상을 만족하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  17. 제1항 또는 제2항에 따른 기체 분리용 장치를 포함하는 바이오가스 플랜트.
KR1020157012294A 2012-11-14 2013-10-09 멤브레인을 갖는 기체 분리 시스템의 기체 조성의 제어 KR102097480B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12192571 2012-11-14
EP12192571.3 2012-11-14
EP13167835.1 2013-05-15
EP13167835 2013-05-15
PCT/EP2013/071039 WO2014075850A1 (de) 2012-11-14 2013-10-09 Steuerung der gaszusammensetzung einer gasseparationsanlage mit membranen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150083855A KR20150083855A (ko) 2015-07-20
KR102097480B1 true KR102097480B1 (ko) 2020-04-06

Family

ID=49322384

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157012294A KR102097480B1 (ko) 2012-11-14 2013-10-09 멤브레인을 갖는 기체 분리 시스템의 기체 조성의 제어

Country Status (25)

Country Link
US (1) US9770687B2 (ko)
EP (1) EP2919888B1 (ko)
JP (1) JP6400017B2 (ko)
KR (1) KR102097480B1 (ko)
CN (1) CN104797322B (ko)
AU (1) AU2013347150B2 (ko)
BR (1) BR112015010492B8 (ko)
CA (1) CA2891492C (ko)
DK (1) DK2919888T3 (ko)
EA (1) EA032909B1 (ko)
ES (1) ES2746099T3 (ko)
HR (1) HRP20191705T1 (ko)
HU (1) HUE045214T2 (ko)
IL (1) IL238397B (ko)
LT (1) LT2919888T (ko)
MX (1) MX2015006129A (ko)
MY (1) MY185177A (ko)
PH (1) PH12015501063B1 (ko)
PL (1) PL2919888T3 (ko)
PT (1) PT2919888T (ko)
RS (1) RS59147B1 (ko)
SG (1) SG11201503826RA (ko)
SI (1) SI2919888T1 (ko)
WO (1) WO2014075850A1 (ko)
ZA (1) ZA201503318B (ko)

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR112016012491B1 (pt) * 2013-12-02 2022-03-29 Braskem S.A. Método para separar e purificar um produto de fermentação de um gás residual fermentador
RU2663831C1 (ru) * 2013-12-17 2018-08-10 Эвоник Фибрес Гмбх Высокоселективные полиимидные мембраны с повышенной пропускающей способностью, причем указанные мембраны включают блок-сополиимиды
EP2974781A1 (en) * 2014-07-14 2016-01-20 DMT Milieutechnologie B.V. Combination of a biogas plant and a membrane filter unit for removal of carbon dioxide
WO2016038138A1 (en) * 2014-09-12 2016-03-17 Eaton Limited Fluid separation module for use in aircrafts
CN107106972B (zh) * 2014-12-29 2020-09-15 赢创纤维有限公司 具有降低的维护成本的气体分离方法
US9981221B2 (en) * 2015-03-30 2018-05-29 Ube Industries, Ltd. Gas separation system and enriched gas production method
EP3141295A1 (de) * 2015-09-10 2017-03-15 Axiom Angewandte Prozeßtechnik Ges. m.b.H. Vorrichtung und verfahren zur auftrennung eines gasgemisches mittels einer membraneinheit
WO2017206069A1 (en) * 2016-05-31 2017-12-07 Evonik Specialty Chemicals (Shanghai) Co., Ltd. Process and apparatus for separating gases
FR3055104B1 (fr) * 2016-08-19 2018-08-10 Prodeval Sas Systeme de traitement d'un gaz
CN108339377B (zh) * 2017-01-23 2021-02-26 神华集团有限责任公司 一种从含co2气流中分离co2的方法和膜分离系统
DE102017104642A1 (de) 2017-03-06 2018-09-06 Agraferm Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Biogasanlage
KR101919302B1 (ko) 2017-07-28 2018-11-19 한국전력공사 이산화탄소 분리막 플랜트 이상 감지 시스템
IT201800006416A1 (it) * 2018-06-18 2019-12-18 “metodo per controllare la generazione di gas”
FR3084840B1 (fr) * 2018-08-08 2020-07-31 Air Liquide Traitement par permeation membranaire avec ajustement de la temperature du premier retentat en fonction de la concentration en ch4 dans le troisieme et/ou quatrieme permeat
FR3084842B1 (fr) 2018-08-08 2020-07-24 Air Liquide Traitement par permeation membranaire avec ajustement du nombre de membranes mises en oeuvre en fonction de la pression du flux gazeux d'alimentation
FR3084841B1 (fr) 2018-08-08 2020-07-24 Air Liquide Traitement par permeation membranaire avec ajustement de la pression du flux gazeux d'alimentation en fonction de la concentration en ch4 dans le deuxieme retentat
JP2020032330A (ja) * 2018-08-28 2020-03-05 日立造船株式会社 ガス分離システム及びガス分離方法
EP3632525A1 (en) 2018-10-02 2020-04-08 Evonik Fibres GmbH A device and a process for separating methane from a gas mixture containing methane, carbon dioxide and hydrogen sulfide
FR3089821B1 (fr) * 2018-12-14 2021-06-18 Air Liquide Installation et procédé de traitement par perméation membranaire d'un courant gazeux avec ajustement de la pression d’aspiration du troisième perméat
FR3089819B1 (fr) * 2018-12-14 2020-11-27 Air Liquide Installation et procédé de traitement par perméation membranaire d'un courant gazeux avec ajustement de la pression d’aspiration du second perméat
FR3089820B1 (fr) * 2018-12-14 2020-11-27 Air Liquide Installation et procédé de traitement par perméation membranaire d'un courant gazeux avec ajustement de la concentration en méthane
DE202019001414U1 (de) 2019-02-01 2019-04-12 Evonik Canada Inc. Vorrichtung zum Trennen von Gaskomponenten aus einem Gasstrom mit veränderlicher Zusammensetzung oder Strömungsrate
EP3695897A1 (en) * 2019-02-12 2020-08-19 Haffmans B.V. System and method for separating a gas mixture
US11285434B2 (en) * 2020-03-30 2022-03-29 Air Products And Chemicals, Inc. Membrane process and system for high recovery of a nonpermeating gas
CN111594135B (zh) * 2020-04-22 2022-07-22 中国海洋石油集团有限公司 一种隔水管内钻井液气体检测装置及方法
US20230271130A1 (en) * 2020-07-14 2023-08-31 Evonik Operations Gmbh A facility and a membrane process for separating methane and carbon dioxide from a gas stream
FR3114250A1 (fr) * 2020-09-18 2022-03-25 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Commande d’une installation de traitement par perméation membranaire
FR3115472B1 (fr) * 2020-10-23 2023-03-03 Air Liquide Dispositif d’ajustement des équipements d’une installation de production de biométhane
FR3120803A1 (fr) * 2021-03-22 2022-09-23 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Installation pour le traitement par perméation membranaire d’un flux de biogaz avec une unité de séparation membranaire à deux modules
US20230114525A1 (en) * 2021-10-12 2023-04-13 Air Products And Chemicals, Inc. Biogas upgrading apparatus and process
US20230192486A1 (en) * 2021-12-20 2023-06-22 Evonik Operations Gmbh Process for producing carbon monoxide-containing streams
WO2023211822A1 (en) * 2022-04-26 2023-11-02 Tpe Midstream Llc Thermal oxidation apparatus, control, and associated methods
WO2024014494A1 (ja) * 2022-07-14 2024-01-18 Ｕｂｅ株式会社 ガス分離システム及び富化ガスの製造方法
WO2024014493A1 (ja) * 2022-07-14 2024-01-18 Ｕｂｅ株式会社 ガス分離システム及びメタン富化ガスの製造方法
WO2024074673A1 (en) 2022-10-06 2024-04-11 Evonik Operations Gmbh A computer-implemented method, a computer program and a computer for generating a digital twin for a chemical process or an apparatus or a system of a chemical plant

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0051469A1 (en) 1980-11-03 1982-05-12 Monsanto Company Process for separating a gas from a mixture of gases
US4806132A (en) 1987-06-23 1989-02-21 Union Carbide Corporation Turndown control method for membrane separation systems
WO2012000727A1 (de) * 2010-07-01 2012-01-05 Evonik Fibres Gmbh Verfahren zur trennung von gasen

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3587995T2 (de) * 1984-12-27 1995-10-12 Teijin Ltd Gerät zur Sauerstoffanreicherung.
JPS63296820A (ja) * 1987-05-29 1988-12-02 Ube Ind Ltd 高純度水素又はヘリウムの製造方法
JPH03109912A (ja) * 1989-09-25 1991-05-09 Nitto Denko Corp 有機蒸気含有ガスの処理方法
US5354474A (en) * 1989-12-22 1994-10-11 The Dow Chemical Company Dynamic membrane separation process for improved selectivity
US5053058A (en) * 1989-12-29 1991-10-01 Uop Control process and apparatus for membrane separation systems
US5281253A (en) * 1993-01-06 1994-01-25 Praxair Technology, Inc. Multistage membrane control system and process
US5383956A (en) * 1993-10-12 1995-01-24 Praxair Technology, Inc. Start-up and shut down processes for membrane systems and membrane systems useful for the same
US5785741A (en) * 1995-07-17 1998-07-28 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges, Claude Process and system for separation and recovery of perfluorocompound gases
US5709732A (en) * 1996-04-02 1998-01-20 Praxair Technology, Inc. Advanced membrane system for separating gaseous mixtures
IE80909B1 (en) * 1996-06-14 1999-06-16 Air Liquide An improved process and system for separation and recovery of perfluorocompound gases
US6168649B1 (en) 1998-12-09 2001-01-02 Mg Generon, Inc. Membrane for separation of xenon from oxygen and nitrogen and method of using same
JP4005733B2 (ja) * 1999-01-29 2007-11-14 ジャパン・エア・ガシズ株式会社 ガス濃縮装置
JP4018858B2 (ja) * 1999-12-20 2007-12-05 大同エアプロダクツ・エレクトロニクス株式会社 パーフルオロ化合物分離回収方法およびそれに用いるパーフルオロ化合物分離回収装置
AT408954B (de) 2000-09-26 2002-04-25 Axiom Angewandte Prozesstechni Vorrichtung und verfahren zur gaspermeation
EP1360985B1 (en) * 2001-01-25 2009-03-18 Ube Industries, Ltd. Method and apparatus for separating and recovering halide gas
US6565626B1 (en) 2001-12-28 2003-05-20 Membrane Technology And Research, Inc. Natural gas separation using nitrogen-selective membranes
US20040000513A1 (en) * 2002-06-27 2004-01-01 Colling Craig W. Apparatus using solid perm-selective membranes in multiple groups for simultaneous recovery of specified products from a fluid mixture
US7537641B2 (en) * 2005-12-02 2009-05-26 Membrane Technology And Research, Inc. Natural gas treatment process for stimulated well
US7947116B2 (en) * 2006-02-06 2011-05-24 Eltron Research & Development, Inc. Hydrogen separation process
JP2009242773A (ja) * 2008-03-14 2009-10-22 Air Water Inc メタンガス濃縮装置および方法ならびに燃料ガスの製造装置および方法
US8444749B2 (en) * 2009-06-10 2013-05-21 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method and system for membrane-based gas recovery
DE102009032915A1 (de) * 2009-07-14 2011-03-31 Lurgi Gmbh Verfahren und Anlage zur Herstellung von synthetischen Kraftstoffen
RU2566769C9 (ru) 2009-07-23 2016-07-10 Эвоник Файберс Гмбх Полиимидные мембраны из полимеризационных растворов
US20110077446A1 (en) * 2009-09-30 2011-03-31 American Air Liquide, Inc. Membrane Separation of a Mixture of Close Boiling Hydrocarbon Components
MY162635A (en) * 2010-10-15 2017-06-30 Daewoo Shipbuilding & Marine Method for producing pressurized liquefied natural gas, and production system used in same
WO2012118758A1 (en) * 2011-03-01 2012-09-07 Exxonmobil Upstream Research Company Methods of removing contaminants from a hydrocarbon stream by swing adsorption and related apparatus and systems
WO2013100304A1 (ko) * 2011-12-27 2013-07-04 대우조선해양 주식회사 이산화탄소의 처리 모듈 및 그 처리 방법
US8821614B1 (en) * 2012-09-28 2014-09-02 U.S. Department Of Energy Constant pressure high throughput membrane permeation testing system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0051469A1 (en) 1980-11-03 1982-05-12 Monsanto Company Process for separating a gas from a mixture of gases
US4806132A (en) 1987-06-23 1989-02-21 Union Carbide Corporation Turndown control method for membrane separation systems
WO2012000727A1 (de) * 2010-07-01 2012-01-05 Evonik Fibres Gmbh Verfahren zur trennung von gasen

Also Published As

Publication number Publication date
DK2919888T3 (da) 2019-10-14
JP6400017B2 (ja) 2018-10-03
BR112015010492B8 (pt) 2023-04-25
CA2891492A1 (en) 2014-05-22
KR20150083855A (ko) 2015-07-20
US20150336046A1 (en) 2015-11-26
PL2919888T3 (pl) 2019-12-31
LT2919888T (lt) 2019-10-10
MY185177A (en) 2021-04-30
PH12015501063A1 (en) 2015-07-27
HRP20191705T1 (hr) 2019-12-13
US9770687B2 (en) 2017-09-26
ZA201503318B (en) 2016-05-25
BR112015010492A2 (pt) 2017-07-11
EP2919888A1 (de) 2015-09-23
PT2919888T (pt) 2019-09-17
WO2014075850A1 (de) 2014-05-22
EP2919888B1 (de) 2019-07-17
AU2013347150A1 (en) 2015-05-07
ES2746099T3 (es) 2020-03-04
HUE045214T2 (hu) 2019-12-30
AU2013347150B2 (en) 2017-08-24
EA032909B1 (ru) 2019-08-30
SG11201503826RA (en) 2015-06-29
RS59147B1 (sr) 2019-09-30
PH12015501063B1 (en) 2015-07-27
SI2919888T1 (sl) 2019-09-30
JP2016505354A (ja) 2016-02-25
CN104797322A (zh) 2015-07-22
IL238397B (en) 2018-06-28
EA201500531A1 (ru) 2016-01-29
MX2015006129A (es) 2015-08-05
BR112015010492B1 (pt) 2021-10-05
CA2891492C (en) 2020-08-25
CN104797322B (zh) 2016-12-14
IL238397A0 (en) 2015-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102097480B1 (ko) 멤브레인을 갖는 기체 분리 시스템의 기체 조성의 제어
KR102005593B1 (ko) 기체 분리 방법
CN107106972B (zh) 具有降低的维护成本的气体分离方法
US11964231B2 (en) System and method for separating a gas mixture
KR102351162B1 (ko) 가스들을 분리하기 위한 프로세스 및 장치
US9309476B2 (en) Process for obtaining highly pure methane from biogas, and plant for carrying out the process
EP2996794A1 (de) Steuerung der gaszusammensetzung einer gasseparationsanlage mit membranen
WO2024014494A1 (ja) ガス分離システム及び富化ガスの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant