KR20240041365A - 상이한 변동 가스 유동들의 동시 처리를 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스 분리막에 의한 상이한 조성들을 갖는 다중 가스 스트림들의 동시 분리의 신규 장치 및 방법에 관한 것으로, 장치 및 방법에 공급되는 각 가스 스트림들은 각각 체적 유량 및 조성이 변동될 수 있다.
Description
본 발명은 가스 분리막에 의한 상이한 조성들을 갖는 다중 가스 스트림들의 동시 분리의 신규 장치 및 방법에 관한 것으로, 장치 및 방법에 공급되는 각 가스 스트림들은 각각 체적 유량 및 조성이 변동될 수 있다.
상이하고 변동하는 조성들을 갖는 다수의 가스 스트림들의 동시 분리는, 예를 들어, 종종 풍력 전력과 같은 재생가능 공급원으로부터의 전력으로 가동된 전기분해로부터의 수소에 대한 경우와 같이, 수소 스트림이 변동하는 체적으로만 이용가능한 때 바이오가스 또는 수소와 비교가능한 가스의 현장외 메탄화 (ex-situ methanation) 의 경우에 필요할 수 있다. WO2015/017875 는 메탄화로부터 바이오가스와 생성 가스의 동시 또는 교대 분리가 존재하는 공정을 기술한다. 반응물 및 생성물 스트림들의 변동 레벨의 문제는 복잡한 가스 및 액체 저장 수단을 통해 해결된다.
가스 분리막들을 갖는 상이한 변동하는 가스 스트림들의 처리를 위한 대안적인 접근법은, 상이한 가스 스트림들을 위해 별개의 분리 유닛들이 제공되거나 스트림들이 혼합되어 혼합 스트림으로서 분리 유닛에 공급되는 공정들이며, 이는 원하는 분리 결과가, 적어도, 별개의 추가 복잡성만으로 달성될 수 있음을 의미한다. 또한, 양 또는 조성에 관한 가스 스트림들의 변동들은 압력, 온도 및 막 면적과 같은 작동 파라미터들에의 간섭 (intervention; 이들 중 일부는 중요하다) 에 의해 보상되어야 한다. 대응하는 과용량 또는 가스 저장 수단의 제공은 비용이 많이 든다.
따라서, 예를 들어, US 2020/0254383 은 단지 하나의 공급물 가스 도관을 갖는 가스 혼합물들의 분리를 위한 장치를 개시한다. 이 장치는 상이한 조성들 및 체적 유량들을 갖는 2개의 상이한 변동하는 가스 스트림들을 복잡한 제어 및 조절 기술 없이 효율적으로 처리할 수 없다.
따라서, 상이한 조성들을 갖는 다수의 가스 스트림들의 동시 분리를 위한 효율적인 장치 및 방법에 대한 큰 요구가 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 장치 및 방법의 단점을 적어도 단지 감소된 정도로 갖는 신규 장치 및 신규 방법을 제공하는 것이었다.
본 발명의 특정 목적은 상이한 변동하는 가스 스트림들의 처리가 매우 간단한 장치 또는 간단한 방법으로, 바람직하게는 막 면적 및/또는 가스 저장 수단 및/또는 압축기 출력 및/또는 온도 제어 및/또는 압력 제어에 관하여 가능한 한 감소된 과용량으로 달성될 수 있는 신규 장치 및 신규 방법을 제공하는 것이었다.
본 발명의 추가 구체적인 목적은 복잡한 제어 및 조절 기술을 필요로 하지 않는 신규 장치 및 신규 방법을 제공하는 것이었다.
본 발명의 추가 구체적인 목적은 분리 후 수득되는 가스 스트림들의 사용에 관하여 매우 높은 유연성을 갖는 신규 장치 및 신규 방법을 제공하는 것이었다.
본 발명의 추가 구체적인 목적은 매우 변동하는 양으로만 이용 가능한 재생가능한 에너지의 이용에 적합하여 기후 보호에 기여하는 신규 장치 및 신규 방법을 제공하는 것이었다.
본 발명의 추가 구체적인 목적은, 일부 경우에는 상당한 정도로, 반대 방향으로 변동하는 가스 스트림들이 최대 단순성의 장치로 임의의 가능한 작동점에 대해 각각의 생성물 스트림들의 원하는 목표 순도로 될 수 있게 하는 신규 장치 및 신규 방법을 제공하는 것이었다.
명시적으로 언급되지 않은 추가의 목적들은 다음의 설명, 청구항들, 예들 및 도면들의 전체 맥락으로부터 명백할 것이다.
본 발명자들은 이제 놀랍게도 언급된 목적들이 청구항 1 에 따른 장치 및 청구항 16 에 따른 방법에 의해 달성되는 것을 발견하였다. 바람직한 구현예들은 종속 청구항들에서 청구된다.
본 발명에 따른 장치 및 방법의 특징은, 상이한 조성의 2 이상의 공급물 가스 스트림들이 막 분리 스테이지에 공급되고,
- 막 분리 스테이지는 하나의 막 블록 또는 다수의 막 블록들을 포함하고,
- 막 블록 또는 막 블록들은 각각 병렬로 연결된 다수의 막 분리 유닛들을 포함하고,
- 공급물 가스 스트림들은 공간적으로 분리된 장소에서 가스 분배기에 공급되어, 2개 또는 바람직하게는 2개 초과의 막 분리 유닛들이 공급물 가스 스트림들의 부착점들 사이에 배치된다는 것이다.
2개의 공급물 가스 스트림들 (1, 2) 이 공급된 막 블록의 예를 사용하여 상세히 설명하자면, 이는 막 블록의 하나 이상의 막 분리 유닛(들)이 본 발명에 따른 가스 분배 시스템에 의해, 조성물 (1) 을 갖는 공급물 가스 스트림 (1) 을 공급받고, 막 블록의 하나 이상의 상이한 막 분리 유닛(들)이 본 발명에 따른 가스 분배 시스템에 의해, 조성물 (2) 을 갖는 공급물 가스 스트림 (2) 을 공급받는다는 것을 의미한다. 상기한 막 분리 유닛들과는 상이한, 막 블록 내의 추가의 막 분리 유닛들이 또한 본 발명에 따른 가스 분배 시스템에 의해 공급물 가스 스트림들 (1, 2) 의 혼합물을 함유하는, 바람직하게는 이로 이루어진 혼합 가스 스트림들을 공급받을 수 있다. 바람직하게는, 막 블록의 최소 수의 막 분리 유닛들이 혼합 가스 스트림들을 공급받고, 더 바람직하게는 막 블록의 막 분리 유닛들이 혼합 가스 스트림들을 공급받지 않고, 최대 수의 막 분리 유닛들은 공급물 스트림 (1) 또는 공급물 스트림 (2) 를 공급받는다.
본 발명에 따른 가스 분배 시스템은 각각 상이한 가스 스트림들이 공급되는 막 분리 유닛의 수를 조정하거나 그렇지 않으면 능동적으로 제어 또는 조절할 수 있다. 조정은 바람직하게는 각각의 공급물 가스 스트림들의 체적 유량 또는 질량 유량을 통해 그리고/또는 공급물 가스 스트림들의 서로에 대한 입구 압력을 통해 달성된다. 이는, 예를 들어, 공급물 가스 스트림의 체적 유량 및/또는 질량 유량 및/또는 압력이 감소할 때, 이는 각각의 막 블록들에서 더 적은 막 분리 유닛들에 공급되고 동시에 상이한 공급물 가스 스트림이 더 많은 막 분리 유닛들에 차례로 공급된다는 것을 의미한다. 공급물 가스 스트림들의 압력을 통해 제어가 달성되는 경우, 본 발명에 따라 사용될 수 있는 공급물 가스 스트림들 사이의 압력차 범위는 막 블록의 적어도 하나의 막 분리 유닛에 각각의 공급물 가스 스트림의 공급으로부터 발생하는 압력차로 제한된다. 이는, 압력차가 너무 커지면, 더 낮은 압력을 갖는 공급물 가스 스트림이 막 분리 스테이지로부터 완전히 변위되는 것이 가능할 것이기 때문이다.
본 발명에 따른 장치 및 본 발명에 따른 방법은, 분리될 공급물 가스 스트림들의 대립되는 용량 요구들의 경우, 유연하고 빠르게 반응할 수 있으며, 분리 스테이지들 및 막 블록들에서의 분리 용량을 항상 최적의 방식으로 활용할 수 있다는 장점이 있다. 본 발명에 따른 장치 및 본 발명에 따른 방법의 특히 큰 이점은 제어 및 조절이 임의의 큰 장치 및 제어 복잡성 없이, 예를 들어, 많은 수의 자동 밸브 없이 달성될 수 있고, 하나의 공급물 가스 스트림을 다른 공급물 가스 스트림보다 더 많이 처리하는 것이 가능하다는 것이다.
본 발명에 따른 가스 분배 시스템은 추가적으로, 정제될 가스 스트림들이 적어도 낮은 혼합 정도만으로 개별 막 분리 유닛에 공급될 수 있도록 구성될 수 있다는 이점이 있다. 이는 그들의 원래 또는 대체로 원래의 조성으로 분리될 공급물 가스 스트림들로 상이한 막 분리 유닛들이 충전될 수 있게 한다. 이러한 시스템은 결국, 상이한 공급물 가스 스트림들이 하나의 동일한 설비 내에서 매우 실질적으로 개별적으로 처리될 수 있다는 이점을 갖는다.
개개의 막 분리 유닛들에 그들의 원래 또는 대체로 원래의 조성에서 상이한 가스 스트림들을 공급할 가능성은 조성 및/또는 체적 유량에 관하여 상이한 막 분리 유닛들에서 상이한 투과물 및 잔류물 스트림들을 초래한다.
본 발명에 따른 장치 및 본 발명에 따른 방법은 복잡한 추가 장비를 필요로 하지 않거나, 뚜렷하게 더 적거나 더 작은 피스의 추가 장비, 예를 들어 정제될 상이한 가스 스트림들의 변동을 흡수하기 위한 버퍼 용기 및/또는 압력 저장소를 필요로 한다. 따라서 이들은 상당한 경제적 이익을 갖는다. 본 발명에 따른 장치 및 방법의 특별한 특징은 이러한 변동들이 최소 레벨의 장치 복잡성으로 보상될 수 있어서, 일정한 생성물 스트림들이 그들의 체적 유량 및/또는 조성의 관점에서 수득될 수 있다는 것이다.
예를 들어, 제 2 공급물 가스 스트림에 대한 압력차에 대해 본 발명에 따라 허용되는 범위 내에서 제 1 공급물 가스 스트림의 압력 강하가 존재하는 경우, 이는 단지 본 발명에 따른 장치 또는 본 발명에 따른 방법에서 이 공급물 가스 스트림이 더 적은 수의 막 분리 유닛들에 공급되고, 제 2 공급물 가스 스트림이 결국 더 많은 막 분리 유닛들에 공급되는 효과를 갖는다. 어떠한 막 분리 유닛도 부분 부하 하에서 구동되지 않아야 하고, 투과물 및 잔류물 압력들은 일정하게 유지될 수 있다. 대조적으로, 비교예에서와 같이 장치가 사용된다면, 즉, 제 1 공급물 가스 스트림이 제 1 막 분리 스테이지에 공급되고 제 2 공급물 가스 스트림이 제 2 막 분리 스테이지에 공급되고 제 1 공급물 가스 스트림의 압력이 저하된다면, 이는 제 1 막 분리 스테이지의 잔류물 가스 스트림들의 압력의 동시 강하 및 이들 잔류물 가스 스트림들의 재압축을 위해 제 2 압축기를 사용할 필요성을 수반할 것이다.
예를 들어, 제 1 공급물 가스 스트림의 부피 감소가 존재하는 경우, 이는 단지 본 발명에 따른 장치 또는 본 발명에 따른 방법에서 이 공급물 가스 스트림이 더 적은 막 분리 유닛들에 공급되고 동시에 제 2 공급물 가스 스트림이 더 많은 막 분리 유닛들에 공급되는 효과를 갖는다. 어떠한 막 분리 유닛도 부분 부하 하에서 구동되지 않아야 하고, 투과물 및 잔류물 압력들은 일정하게 유지될 수 있다. 대조적으로, 비교예에서와 같이 장치를 사용된다면, 즉 제 1 공급물 가스 스트림이 제 1 막 분리 스테이지에 공급되고 제 2 공급물 가스 스트림이 제 2 막 분리 스테이지에 공급되고 제 1 공급물 가스 스트림의 부피가 감소한다면, 제 1 막 분리 스테이지의 분리 용량을 조절할 필요가 있을 것이다. 가능한 조치는 밸브들에 의한 막 분리 유닛들의 셧다운, 작동 온도의 조정, 투과물 압력의 증가 또는 잔류물 압력의 감소일 것이다. 잔류물 압력의 감소는 여전히 비교적 낮은 복잡성으로 구현될 수 있지만, 잔류물 가스 스트림들의 일정한 압력이 잔류물의 추가 사용의 경우에 빈번하게 요구되기 때문에, 잔류물 가스 스트림들의 압력 강하는 잔류물 가스 스트림들의 재압축을 위한 제 2 압축기 또는 부스터를 빈번하게 필요로 할 것이다.
본 발명에 따른 장치 및 본 발명에 따른 방법은 재생가능 에너지들의 입력을 증가시키는 데 특히 유리한데, 이들이 상당히 변동하는 양들에서만 빈번하게 이용가능하기 때문이다. 따라서 이들은 기후 보호에 중요한 기여를 한다.
명시적으로 언급되지 않은 추가적인 이득들은 다음의 설명, 청구항들, 예들 및 도면들의 전체 맥락으로부터 명백할 것이다.
특정 작업 예들과 관련하여 이하에서 표시 및/또는 도시된 개별 특징들은 이들 작업 예들 또는 이들 작업 예들의 다른 특징들과의 조합으로 제한되지 않고, 이들이 본 문헌에서 별도로 논의되지 않더라도, 임의의 다른 변형들과 기술적으로 가능한 경우에 조합될 수 있다.
개별 도면들 및 도면들의 예시들에서 동일한 참조 부호들은 동일하거나 유사한 컴포넌트들 또는 동일하거나 유사한 방식으로 작용하는 컴포넌트들을 식별한다. 도면에서의 묘사들은 또한 그러한 특징들이 후속적으로 설명되는지 여부에 관계없이, 참조 부호들 없이 그러한 특징들을 예시한다. 반면, 본 설명에 포함되지만 도면에 도시되지 않은 특징들은 또한 당업자에게 용이하게 명백할 것이다.
본 발명은 하기를 포함하는 가스 혼합물들의 분리를 위한 디바이스를 제공한다:
a. 제 1 공급물 가스 스트림을 수송하도록 적합화되거나 구성된 제 1 공급물 가스 도관 (7), 및 제 1 공급물 가스 스트림과 상이한 조성의 제 2 공급물 가스 스트림을 수송하도록 적합화되거나 구성된 제 2 공급물 가스 도관 (8),
b. 하나의 막 블록 (1) 또는 다수의 막 블록들 (1) 을 포함하는 막 분리 스테이지로서, 상기 막 블록(들) (1) 은 각각 병렬로 연결된 다수의 막 분리 유닛들 (2) 을 포함하고,
o
각각의 막 분리 유닛 (2) 은 가스 입구 (3) 및 가스 분리막들을 갖고, 가스 입구 (3) 를 통해 공급된 가스 혼합물은 가스 분리막들에 의해 잔류물 가스 스트림 및 투과물 가스 스트림으로 분리되고,
o
각각의 막 분리 유닛 (2) 은 바람직하게는 잔류물 가스 도관 (9) 에 연결되거나 하나 이상의 잔류물 연결 도관(들) (32) 에 의해 동일한 막 블록 (1) 의 인접한 막 분리 유닛(들) (2) 의 하나 또는 두 개의 잔류물 가스 출구(들) (30) 에 연결되는 잔류물 가스 스트림을 위한 잔류물 가스 출구 (30), 및 바람직하게는 투과물 가스 도관 (10) 에 연결되거나 하나 이상의 투과물 연결 도관(들) (33) 에 의해 동일한 막 블록 (1) 의 인접한 막 분리 유닛(들) (2) 의 하나 또는 두 개의 투과물 가스 출구(들) (31) 에 연결되는 투과물 가스 스트림을 위한 투과물 가스 출구 (31) 를 갖는, 상기 막 분리 스테이지,
그리고
c. 다음과 같이 구성된 가스 분배기
제 1 공급물 가스 도관 (7) 과 제 2 공급물 가스 도관 (8) 의 부착점들 사이의 브랜치들 (5) 및/또는 가스 입구들 (3) 의 수는 바람직하게는 적어도 3, 더 바람직하게는 적어도 4, 보다 더 바람직하게는 적어도 5, 특히 바람직하게는 적어도 7, 매우 특히 바람직하게는 적어도 9 이다. 상한은, 예를 들어 블록당 막 분리 유닛의 수에 상응할 수 있지만, 예를 들어 도 4a 및 도 5a 에 도시된 바와 같이, 막 분리 스테이지당 다수의 막 블록들의 경우에 또한 더 증가할 수 있다.
본 발명에 따른 막 분리 스테이지에 2개 초과의 공급물 가스 도관들이 공급되는 경우, 공급물 가스 도관들의 부착점들은 바람직하게는 각각의 경우에 2개 이상의 브랜치들 (5) 및/또는 2개 이상의 가스 입구들 (3) 이 2개의 공급물 가스 도관들의 부착점들 사이에 배치되도록 공간적으로 배열된다. 이에 대한 예들은 도 4 내지 도 9 에서 확인할 수 있다.
본 발명의 맥락에서 "도관" 은 가스 스트림들이 관류하는 파이프 도관들을 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명의 맥락에서 "다른 도관에 즉시 그리고 직접 부착된 도관"이 의미하는 것은 가스 스트림이, 서로 즉시 그리고 직접 부착된 2개의 도관들 중 제 1 도관으로부터 나오는 순간에, 즉시 그리고 직접 부착된 도관들 중 제 2 도관에 들어가는, 즉 제 1 파이프 도관과 제 2 파이프 도관 사이에 어떠한 제 3 도관을 통과할 필요가 없다는 것이다.
막 분리 유닛은 본질적으로, 분리될 가스 스트림 (가스 입구 (3))(공급물 또는 공급물 스트림 또는 공급물 가스 또는 공급물 가스 스트림이라고 칭함) 의 막 재료로의 압력-측 공급, 및 잔류물 또는 잔류물 가스 또는 잔류물 가스 스트림 또는 잔류물 스트림이라고 칭하는 것의 가스 압력 측으로부터의 제거, 및 투과물 또는 투과물 가스 또는 투과물 가스 스트림 또는 투과물 스트림이라고 칭하는, 막 재료를 통과한 가스(들)의 제거를 위한 산업적으로 이용 가능한 포트들의 존재를 특징으로 한다. 퍼지 가스에 의한 구동력 발생의 경우, 그러한 퍼지 가스에 대한 투과물-측 연결 옵션이 존재한다. 각각의 주 유동 방향으로의 압력-측 농도, 압력 및 온도 프로파일은 연속적이고, 공통 투과물 공간, 예를 들어 각각의 막 분리 유닛의 하우징 또는 투과물 튜브에서 중간 단계 없이 투과물이 수득되는 것이 바람직하다.
바람직한 막 분리 유닛들은 다음의 실시형태들이다:
A.
가스 분리 모듈,
B.
직렬로 연결된 다수의 가스 분리 카트리지들 또는 가스 분리 카트리지를 구비한 하우징으로서, 직렬로 연결된 다수의 가스 분리 카트리지들을 갖는 실시형태의 막 분리 유닛은 바람직하게는, 각각의 가스 분리 카트리지들의 잔류물 가스 출구가 가스 도관에 의해 각각의 다운스트림 가스 분리 카트리지의 가스 입구에 직접 연결되고 모든 가스 분리 카트리지들로부터의 투과물이 직접 연통하는 가스 공간, 예를 들어 하우징 공간에서 수득되거나, 각각의 가스 분리 카트리지의 잔류물 가스 출구가 연통하는 가스 공간, 예를 들어 하우징 공간에 의해 각각의 다운스트림 가스 분리 카트리지의 가스 입구에 연결되고, 각각의 카트리지가 가스 도관에 의해 각각의 다운스트림 가스 분리 카트리지의 투과물 수집 파이프에 직접 연결된 투과물 수집 파이프를 갖도록 구성되는, 상기 하우징,
C.
직렬로 연결된 다수의 가스 분리 모듈들로서, 각각의 가스 분리 모듈의 잔류물 가스 출구는 가스 도관에 의해 각각의 다운스트림 가스 분리 모듈의 가스 입구에 직접 연결되고, 막 분리 유닛은, 예를 들어, 막 분리 유닛의 모든 가스 분리 모듈들로부터의 투과물이 조합되도록 막 분리 유닛의 투과물 파이프에 의해 구성되는, 상기 다수의 가스 분리 모듈들,
D.
가스 분리 카트리지 또는 다수의 직렬-연결된 가스 분리 카트리지들을 구비하는 다수의 직렬-연결된 하우징들로서, 각각의 개별 하우징은 바람직하게는 실시형태 B.에 대해 설명된 바와 같이 구성되고, 직렬-연결된 하우징들은 각각의 하우징의 잔류물 가스 출구가 각각의 경우에 가스 도관에 의해 각각의 다운스트림 하우징의 가스 입구에 직접 연결되도록 구성되며, 막 분리 유닛은 예를 들어 각각의 막 분리 유닛의 투과물 파이프에 의해 구성되어, 막 분리 유닛의 모든 하우징들로부터의 투과물이 조합되는, 상기 다수의 직렬-연결된 하우징들.
하나 이상의 직렬-연결된 가스 분리 카트리지들이 구비된 바람직한 가스 분리 카트리지들 및 하우징들이 EP 3307424 B1 에 개시되어 있다. 이 특허 명세서의 내용은 이로써 본 명세서의 내용에 통합된다.
가스 분리 모듈은 내압성 하우징을 포함하는, 완전한 분리 유닛을 구성한다는 점에서 가스 분리 카트리지와 상이하다. 대조적으로, 카트리지는 별도의 내압성 하우징 내에, 바람직하게는 분리 디바이스에 고정식으로 설치된 하우징 내에 사용되고; 이 경우에, 하우징 내에 카트리지, 또한 연속적으로 직렬-연결된 여러 카트리지들을 사용하는 것이 가능하다. 카트리지는, 고가의 내압성 하우징을 또한 교체할 필요가 없기 때문에, 모듈의 경우보다 교체 비용이 적게 드는 이점이 있다.
일반적으로 작은 체적 카트리지 또는 모듈이 바이오가스 처리 분야에서 사용되지만, 예를 들어, 큰 체적의 가스에 대처할 수 있도록 천연 가스의 정제 분야에서는 큰 체적 카트리지 또는 모듈이 요구된다. 또한, 이러한 사용 분야는 바람직하게는 30 내지 100 bar 의, 비교적 높은 공급물 가스 압력에서 사용될 수 있는 카트리지 및 모듈을 필요로 한다.
가스 분리 모듈 및 카트리지는 예를 들어 중앙 배열의 투과물 파이프 주위에 감긴 평평한 막을 포함할 수 있다.
게다가, 중공 섬유 막 (hollow fibre membrane) 을 포함하는 카트리지 또는 모듈이 존재한다. 이들의 예는 US 3422008, US 3455460, US 3475331, US 4207192, US 4210536, US 4220489, US 4430219, US 4631128, US 4715953, US 4865736, US 4881955, US 5084073, US 5160042,US 5299749, US 5411662, US 5702601, US 5837032, US 5837033, US 5897729, US 7410580, US 7998254, US 8747980, US 8778062 에서 발견될 수 있다. 이 공보들의 내용은 이로써 본 설명의 내용에 명시적으로 포함된다.
본 발명의 맥락에서, 원칙적으로, 당업자에게 공지된 임의의 막 분리 유닛을 사용할 수 있다. 바람직한 막 분리 유닛들은 US 2016/0151744, US 10,933,378, US2018/0221824 에 기재되어 있다. 이 공보들의 내용은 이로써 본 설명의 내용에 명시적으로 포함된다.
본 발명에 따른 막 분리 스테이지는 "막 블록" 또는 다수의 "막 블록들"을 포함하며, 이 경우에 막 블록 또는 막 블록들 각각은 결국 다수의 병렬 연결된 막 분리 유닛들을 포함한다. 본 발명에 따른 막 분리 스테이지의 각각의 막 블록은 바람직하게는 적어도 2개, 더 바람직하게는 5개 초과, 가장 바람직하게는 10개 초과의 막 분리 유닛들을 포함한다. 막 블록당 막 분리 유닛들의 수는 가스 소스들, 특히 처리될 가스 체적에 의해 안내된다. 막을 이용한 가스 분리 분야에서 수백 개의 막 분리 유닛들의 사용이 가능하다.
본 발명에 따른 디바이스는 "가스 분배기"를 추가로 포함한다. 가스 분배기는 바람직하게는, 공급물 가스 스트림들이 막 블록 내의 도관에서 서로를 향해 유동하고/하거나 막 분리 스테이지의 막 블록들을 상호연결하는 하나 이상의 도관들에서 서로를 향해 유동하는 방식으로, 가스 분배기에 의해 막 블록 또는 각각의 막 블록들의 막 분리 유닛들에 공급되도록 구성된다.
"도관에서 서로를 향해 유동"에 의해 포함되는 것은 다음의 실시형태들 (불완전한 목록) 이다:
-
2개의 가스 스트림들이 하나의 동일한 파이프 내에서 서로를 향해 유동하고,
-
2개의 연결 도관들이 본 발명에 따른 막 분리 스테이지의 막 블록의 막 분리 유닛의 가스 입구에 부착된다. 2개의 공급물 가스 스트림들은 2개의 연결 도관들을 통해 서로를 향해 유동하고, 가스 입구에서 만나고,
-
브랜치들을 포함하는 본 발명에 따른 분배기 도관에서, 2개의 공급물 가스 스트림들은 서로를 향해 유동하고, 2개의 브랜치들 사이에서 또는 브랜치에서 서로 만나며,
-
막 분리 스테이지의 다수의 막 블록들을 서로 연결하고 따라서 각각의 막 블록들에 대한 브랜치를 갖는 본 발명에 따른 가스 도관에서, 2개의 공급물 가스 스트림들은 서로를 향해 유동하고, 2개의 브랜치들 사이에서 또는 브랜치에서 서로 만난다.
더 바람직하게는, 공급물 가스 스트림들은 막 블록의 적어도 2개의 막 분리 유닛들, 더 바람직하게는 각각의 경우에 막 분리 스테이지의 다수의 막 블록들의 적어도 2개의 막 분리 유닛들, 가장 바람직하게는 각각의 경우에 막 분리 스테이지의 모든 막 블록들에서 적어도 2개의 막 분리 유닛들에 각각 상이한 조성의 가스 스트림들이 공급되는 방식으로 막 블록 또는 각각의 막 블록들의 막 분리 유닛들에 가스 분배기에 의해 공급된다.
따라서, 전술한 2개의 바람직한 실시형태들에서, 제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 제 2 공급물 가스 도관 (8) 의 부착점들은 더 바람직하게는
제 1 공급물 가스 스트림 및 제 2 공급물 가스 스트림이 막 분리 스테이지의 하나의 막 블록 (1) 또는 다수의 막 블록들 (1) 내에서, 바람직하게는 하나 이상의 분배기 도관(들) (4) 및/또는 연결 도관(들) (18) 내에서, 및/또는 막 분리 스테이지의 막 블록들 (1) 을 서로 연결하는 도관(들) 내에서, 바람직하게는 도관(들) (19a, 19b, 20a, 20b) 내에서 서로를 향해 유동하는 방식으로,
그리고/또는
막 분리 스테이지의 하나의 막 블록 (1), 바람직하게는 다수의 막 블록들 (1), 더 바람직하게는 모든 막 블록들 (1) 에서 적어도 2개의 상이한 막 분리 유닛들 (2) 에 각각 상이한 조성의 가스 스트림들이 공급되는 방식으로
공간적으로 독립적으로 배열된다.
본 발명에 따른 가스 분배기는 바람직하게는, 공급물 가스 스트림들이 전술한 바와 같이 서로를 향해 유동하도록 구성되어, 가스 분배기에 공급되는 공급물 가스 스트림들이 만나는 본 발명에 따른 디바이스 내의 접촉 장소들이 존재한다. 이 접촉 장소들에서, 공급물 가스 스트림들의 어느 정도의 혼합이 존재할 수 있다. 바람직하게는 본 발명에 따르면, 이는 아마도 혼합을 대체로 억제 및/또는 조절하는 것이어야 한다. 이는 잠재적 접촉점들 (potential contact points) 에서 본 발명에 따른 디바이스에서 적응된 보조 구성 조치 (adapted supplementary construction measures) 에 의해 달성될 수 있다. 바람직한 구성 조치는 도관 단면의 감소 및/또는 도관 섹션의 확장 및/또는 정적 혼합기의 도입 및/또는 가스 도관에서의 피그 (pig) 의 사용이다. 사용되는 피그는 패시브 피그 (passive pig), 즉 가스 분배기의 가스 도관 내에서의 위치가 공급물 가스 스트림의 특성, 예를 들어 그 압력 또는 체적 유량을 통해 제어되는 피그, 또는 능동적으로 제어되는 피그, 즉 가스 분배기의 가스 도관 내에서의 위치가 공급물 스트림의 특성과 무관하게, 예를 들어 자석에 의해, 고정되는 피그일 수 있다. 패시브 피그를 사용하는 것이 선호된다.
막 블록의 막 분리 유닛들에서 생성된 투과물 스트림들은
-
완전히 결합되어 투과물 가스 스트림을 제공한 후, 제거, 추가 처리 또는 폐기되거나, 또는
-
부분적으로 결합되어, 나중에 제거, 추가 처리 또는 독립적으로 폐기되는 다수의 투과물 가스 스트림들을 제공하거나, 또는
-
부분적으로 결합되어, 나중에 독립적으로 제거, 추가 처리 또는 폐기되고 어느 정도 개별적으로 제거, 추가 처리 또는 폐기되는 하나 이상의 투과물 가스 스트림(들)을 제공하거나, 또는
-
모두 개별적으로 제거, 추가 처리 또는 폐기될 수도 있다.
투과물 가스 스트림들의 결과적인 수가 공급물 가스 스트림들의 수에 대응하는 방식으로 투과물 가스 스트림들을 결합하는 것이 선호되고, 투과물 가스 스트림들의 조성은 최대 정도의 차이를 갖는다. 더 바람직하게는, 동일한 공급물 가스 스트림이 공급된 막 블록의 막 분리 유닛들로부터의 모든 투과 가스 스트림이 결합된다. 이는 실시예 1 에서 보여지는 바와 같이, 투과물 가스 스트림들에서의 최대 정도의 차이를 초래한다. 막 블록의 일부 막 분리 유닛들에 상이한 공급물 가스 스트림들으로부터 형성된 혼합 가스 스트림이 공급되는 경우, 이 막 분리 유닛들에서 수득된 투과물 스트림들은 바람직하게는 분할되고, 서브스트림들은 실시예 2 에서 보여지는 바와 같이, 순수 공급물 가스 스트림이 공급된 막 분리 유닛들로부터 수득된 전술한 투과물 가스 스트림들 중 하나와 각각 결합된다.
잔류물 스트림들과의 절차는 유사할 수 있다. 이는 단일 시스템으로부터 수득된 가스 스트림들에 관하여 본 발명에 따른 장치 및 방법의 매우 높은 유연성을 초래한다.
이하에서, 도 1 내지 도 11 에 따른 구체적인 실시형태들을 참조하여, 본 발명에 따른 디바이스 및 방법의 바람직한 구성과 본 발명에 따른 일반적인 기본 원리를 상세히 설명한다.
제 1 바람직한 실시형태에서, 본 발명에 따른 막 분리 스테이지는 하나의 막 블록 (1) 또는 다수의 막 블록들 (1) 을 포함하며, 각각은 다수의 브랜치들 (5) 및 공급 도관들 (6) 을 갖는 분배기 도관 (4) 을 가지며, 각각의 경우에 공급 도관 (6) 이 각각의 경우에 브랜치 (5) 를 막 분리 유닛 (2) 의 가스 입구 (3) 에 연결하고,
그리고
제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 제 2 공급물 가스 도관 (8) 은 분배기 도관(들) (4) 및/또는 브랜치들 (5) 에, 바람직하게는 유동 경로의 관점에서 서로로부터 최대 거리를 갖는 지점들에서, 더 바람직하게는 분배기 도관(들) (4) 의 각각의 대향 단부들에 개별적으로 그리고 독립적으로 연결된다.
본 발명에 따른 디바이스 또는 방법의 이러한 제 1 바람직한 실시형태의 일례가 도 1 에 도시되어 있다. 이는 다수의 병렬-연결된 막 분리 유닛들 (21) 내지 (2n) 을 포함하는 막 블록 (1) 을 포함하며, 여기서 인덱스 n 은, 각각 가스 입구 (31) 내지 (3n) 을 갖는, 막 블록 (1) 의 병렬-연결된 막 분리 유닛들의 일련 번호 및 숫자 n 내지 개수에 대응한다. 막 분리 유닛 (21) 내지 (2n) 의 가스 입구 (31) 내지 (3n) 은 본 발명에 따른 가스 분배기에 의해 서로 연결된다.
가스 분배기는
-
다수의 브랜치들 (5) 을 갖는 분배기 도관 (4),
-
각각의 브랜치 (5) 를 막 분리 유닛들 (21) 내지 (2n) 의 가스 입구들 (31) 내지 (3n) 에 연결하는 공급 도관들 (61) 내지 (6n) 을 포함하고,
도 1 에서 제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 제 2 공급물 가스 도관 (8) 이 분배기 도관 (4) 의 각각의 대향 단부에 개별적으로 연결되는 방식으로 구성된다.
도 1 의 수정예로서, 제 1 공급물 가스 도관 (7) 및/또는 제 2 공급물 가스 도관 (8) 은 또한 상이한 지점에서 분배기 도관 (4) 또는 브랜치 (5) 에 개별적으로 연결될 수 있으며, 부착점들은 바람직하게는 유동 경로의 관점에서 서로로부터 최대 거리를 갖는다. 더 바람직하게는, 제 1 공급물 가스 도관 (7) 및/또는 제 2 공급물 가스 도관 (8) 은 각각 분배기 도관 (4) 의 일 단부에 연결된다.
본 발명에 따른 방법이 도 1 에 따른 디바이스에서 실행되는 경우, 본 발명에 따른 막 블록 (1) 에서, 상이한 조성의 제 1 및 제 2 공급물 가스 스트림들은 서로를 향해 유동하고 분배기 도관 (4) 에서 만난다. 2개의 가스 스트림들이 만나는 지점에서만 가스 스트림들의 혼합이 일어난다.
본 발명에 따른 기본 원리의 예시를 위해, 다음의 예는 단순화 가정 하에서 고려된다. 주된 단순화 가정은 다음을 포함한다:
이 예에서, 2개의 가스 스트림들은 제 1 및 제 2 공급물 가스 스트림들의 동일한 압력 및 체적 유량으로 분배기 도관 (4) 의 중간에서 만난다. 이는 제 1 공급물 가스 스트림이 막 분리 유닛들 (21) 및 (22) 에 공급되고, 여기서 잔류물 스트림들 및 투과물 스트림들로 분리됨을 의미한다. 상응하게, 제 2 공급물 가스 스트림은 막 분리 유닛 (2n-1) 및 (2n) 에 공급되고, 여기서 막 분리 유닛 (21) 및 (22) 에서 생성되는 투과물 및 잔류물 가스 스트림들과 조성이 상이한 잔류물 스트림들 및 투과물 스트림들로 분리된다. 막 블록 (1) 의 중간에 배치된 추가의 막 분리 유닛들에는 제 1 및 제 2 공급물 가스 스트림의 혼합물이 선택적으로 공급된다. 그 후, 예를 들어, 제 1 공급물 가스 스트림의 압력 또는 체적 유량에 강하가 존재하면, 분배기 도관 (4) 내의 2개의 공급물 가스 스트림들에 대한 합류점은 제 1 공급물 가스 스트림이 공급되는 분배기 도관의 단부의 방향으로 이동한다. 결과적으로, 이제 더 많은 막 분리 유닛들에 제 2 공급물 가스 스트림이 공급되고, 더 적은 막 분리 유닛들에 제 1 공급물 가스 스트림이 공급된다.
바람직하게는, 분배기 도관 (4) 의 도관 단면의 감소 및/또는 도관 섹션의 확장 및/또는 정적 혼합기의 도입 및/또는 분배기 도관 (4) 내의 상이한 가스 스트림들 사이의 피그의 사용은 잠재적 접촉점에서 공급물 가스 스트림들의 혼합을 방지하거나 원하는 정도로 감소시킨다. 패시브 피그를 사용하는 것이 선호된다.
도 1 에 따른 방법 및 디바이스에서, 막 분리 유닛들 (21) 내지 (2n) 으로부터의 잔류물 스트림들은 잔류물 가스 도관들 (91) 내지 (9n) 에서 잔류물 가스 수집 파이프 (11) 에 공급된다. 막 분리 유닛 (21) 에 근접하게 배치된 그의 제 1 단부에서, 적절히 조정된 회수 체적에 의해, 주로 제 1 공급물 가스 스트림의 잔류물 가스로 농후화된 제 1 잔류물 가스 스트림이 얻어지고, 이는 제 1 잔류물 가스 배출 도관 (12) 에 공급된다. 막 분리 유닛 (2n) 에 근접하게 배치된 잔류물 가스 수집 파이프 (11) 의 제 2 단부에서, 주로 제 2 공급물 가스 스트림의 잔류물 가스로 농후화된 제 2 잔류물 가스 스트림이 수득되고, 이는 제 2 잔류물 가스 배출 도관 (13) 에 공급된다.
유사하게, 막 분리 유닛들 (21) 내지 (2n) 으로부터의 투과물 스트림들은 도 1 의 막 블록 (1) 의 투과물 가스 도관들 (101) 내지 (10n) 의 투과물 가스 수집 파이프 (14) 에 공급된다. 막 분리 유닛 (21) 에 근접하게 배치된 그의 제 1 단부에서, 적절히 조정된 회수 체적들에 의해, 주로 제 1 공급물 가스 스트림의 투과물 가스로 농후화된 제 1 투과 가스 스트림이 수득되고, 이는 제 1 투과물 가스 배출 도관 (15) 에 공급된다. 막 분리 유닛 (2n) 에 근접하게 배치된 투과물 가스 수집 파이프 (14) 의 제 2 단부에서, 주로 제 2 공급물 가스 스트림의 투과물 가스로 농후화된 제 2 투과물 가스 스트림이 수득되고, 이는 제 2 투과물 가스 배출 도관 (16) 에 공급된다.
분배기 도관 (4) 에서의 방식과 유사하게, 잔류물 수집 파이프 (11) 에서, 각각의 스트림들의 혼합을 최소화 또는 방지하거나 적절한 회수 체적들을 확립하기 위해, 다양한 막 분리 유닛들로부터의 잔류물 스트림들의 잠재적 접촉점들에서, 특히 제 1 공급물 가스 스트림의 잔류물 가스로 주로 농후화된 잔류물 스트림들이 제 2 공급물 가스 스트림의 잔류물 가스로 주로 농후화된 잔류물 스트림들과 만나는 접촉점에서, 보충적 조치를 구현하는 것이 또한 가능하다. 적응된 조치는 도관 단면의 감소 및/또는 도관 섹션의 확장 및/또는 피그의 사용일 것이며, 여기서 능동적으로 제어되는 피그의 사용이 선호된다.
유사하게, 각각의 스트림들의 혼합을 최소화 또는 방지하거나 적절한 회수 체적들을 확립하기 위해, 다양한 막 분리 유닛들로부터의 투과물 스트림들의 잠재적 접촉점들에서, 특히 제 1 공급물 가스 스트림의 투과물 가스로 주로 농후화된 투과물 스트림들이 제 2 공급물 가스 스트림의 투과물 가스로 주로 농후화된 투과물 스트림들과 만나는 접촉점에서, 보충적 조치를 구현하는 것이 투과물 수집 파이프 (14) 에서 또한 가능하다. 적응된 조치는 도관 단면의 감소 및/또는 도관 섹션의 확장 및/또는 피그의 사용일 것이며, 여기서 능동적으로 제어되는 피그의 사용이 선호된다.
투과물 또는 잔류물 스트림들 내의 회수 체적들의 조정은 또한, 예를 들어 잔류물 가스 도관들 (9) 및/또는 투과물 가스 도관들 (10) 및/또는 잔류물 수집 파이프 (11) 및/또는 투과물 수집 파이프 (14) 및/또는 제 1 잔류물 가스 배출 도관 (12) 및/또는 제 2 잔류물 가스 배출 도관 (13) 및/또는 제 1 투과물 가스 배출 도관 (15) 및/또는 제 2 투과물 가스 배출 도관들 (16) 내의 적절한 밸브들을 통해 달성될 수 있고/있거나, 아래에서 더 설명되는 도 3 에 따른 실시형태에서, 잔류물 연결 도관들 (32) 및/또는 투과물 연결 도관들 (33) 을 통해 달성될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 목적을 위해, 밸브들은 각각의 경우에 하나의 투과물 가스 배출 도관 및 모든 잔류물 가스 배출 도관들에서, 또는 더 바람직하게는 모든 투과물 및 모든 잔류물 가스 배출 도관들에서 사용된다. 이러한 목적을 위해, 모든 투과물 및 모든 잔류물 가스 배출 도관들 내의 제어가능한 밸브들을 사용하는 것이 매우 특히 바람직하다.
제 2 바람직한 실시형태에서, 본 발명에 따른 막 분리 스테이지는 하나의 막 블록 (1) 또는 막 블록 (1) 내의 인접한 막 분리 유닛(들) (2) 의 가스 입구(들) (3) 에 막 분리 유닛 (2) 의 가스 입구(들) (3) 를 각각 연결하는 다수의 연결 도관들 (18) 을 각각 갖는 다수의 막 블록들을 포함하고,
그리고
제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 제 2 공급물 가스 도관 (8) 은 막 분리 유닛 (2) 의 하나의 가스 입구 (3) 또는 막 분리 유닛들 (2) 의 다수의 가스 입구들 (3) 에 그리고/또는 하나의 연결 도관 (18) 또는 다수의 연결 도관들 (18) 에 각각 개별적으로 그리고 독립적으로 연결된다.
본 발명에 따른 디바이스 또는 방법의 이러한 제 2 바람직한 실시형태의 일례가 도 2 에 도시되어 있다. 도시된 막 블록 (1) 은 다수의 병렬-연결된 막 분리 유닛들 (21) 내지 (2n) 을 포함하고, 여기서 인덱스 n 은, 각각 가스 입구 (31) 내지 (3n) 을 갖는, 막 블록 (1) 의 병렬-연결된 막 분리 유닛들의 일련 번호 및 숫자 n 내지 개수에 대응한다. 막 분리 유닛들 (21) 내지 (2n) 은 본 발명에 따른 가스 분배기에 의해 서로 연결된다.
도 2 에 따른 디바이스 또는 방법에 있어서, 가스 분배기는, 막 분리 유닛 (2) 의 가스 입구 (3) 를 양 인접한 막 분리 유닛들의 가스 입구들 (3) 에 각각 연결하고 막 블록 (1) 의 개별 단부들에 배치된 막 분리 유닛들 (21) 및 (2n) 의 경우에는 각각의 경우에 인접한 막 분리 유닛의 가스 입구 (3) 에 연결하는 연결 도관들 (18) 을 포함한다. 도 2 의 공급물 가스 도관 (7) 은 가스 입구 (31) 에 부착되고, 공급물 가스 도관 (8) 은 가스 입구 (3n) 에 부착된다. 제 1 및 제 2 공급물 가스 스트림들은 그 지점으로부터 연결 도관들 (18) 을 통해, 서로 병합하여, 막 분리 유닛들 (21) 및 (2n) 사이에 배치된 막 분리 유닛들로 분배된다.
그 기능의 관점에서, 도 2 에 따른 막 블록은 도 1 의 막 블록에 해당하는데, 차이점은 도 1 의 디바이스에서 브랜치들 (5) 이 도 2 의 가스 입구들 (3) 에 통합되어 있다는 것이다. 바람직하게는, 도 2 에 따른 실시형태에서, 도 1 에서 독립적인 구성요소로서 실행되는 브랜치들 (5), 공급물 도관 (6) 및 가스 입구들 (3) 은 각각의 막 분리 유닛의 압력 하우징의 일부로서 구성된다. 따라서, 도 1 에 대한 본 발명에 따른 기본 원리에 관한 설명은 도 2 에 따른 실시형태에도 또한 유사하게 적용될 수 있다.
도 2 에 따른 실시형태는 본 발명의 범위 내에서 수정될 수 있다. 예를 들어, 막 분리 유닛들 (21) 및 (2n) 의 가스 입구들 (31) 및 (3n) 이 아니라, 그 대신에 사이에 배치된 막 분리 유닛들의 가스 입구들에, 예컨대 가스 입구들 (32) 및/또는 (3n-1) 에 공급물 가스 도관 (7) 및/또는 공급물 가스 도관 (8) 을 부착하는 것이 가능하다. 이 경우에 제 1 공급물 가스 스트림은 하나의 연결 도관 (18) 을 통해 막 분리 유닛 (21) 의 가스 입구 (32) 로부터 가스 입구 (31) 로 그리고 다른 연결 도관 (18) 을 통해 막 분리 유닛 (23) 의 가스 입구 (33) 로 전방으로 전달될 것이다. 따라서, 이 실시형태에서, 제 1 공급물 가스 스트림은 임의의 경우에 막 분리 유닛들 (21) 및 (22) 에서 분리될 것이다.
도 2 에 따른 실시형태의 또 다른 독창적인 수정예는 가스 도관 (7) 및/또는 공급물 가스 도관 (8) 이 막 분리 유닛들 (21) 및 (2n) 의 가스 입구들 (31) 또는 (3n) 에 부착되지 않고, 오히려 하나 또는 양 공급물 가스 도관(들)이 연결 도관 (18) 에 부착되도록 구성되며; 예를 들어, 막 분리 유닛들 (21) 및/또는 (21) 의 가스 입구들 사이의 연결 도관 (18) 에 공급물 가스 도관 (7) 을 부착하는 것이 가능하다.
본 발명에 따르면, 개별 막 유닛을 각각의 경우에 가능한 한 원래의 조성에 가까운 각각의 공급물 스트림들로 충전하기 위해, 공급물 스트림들의 혼합의 최소 레벨을 생성하는 디바이스 및 방법의 실시형태들이 바람직하다. 따라서, 바람직하게는, 공급물 가스 스트림들의 잠재적 접촉점들에서, 연결 도관 (18) 의 도관 단면의 감소 및/또는 도관 섹션의 확장 및/또는 정적 혼합기의 도입 및/또는 연결 도관 (18) 내의 상이한 가스 스트림들 사이의 피그의 사용은 공급물 가스 스트림들의 혼합을 정지시키거나, 이를 원하는 정도로 감소시킨다. 패시브 피그를 사용하는 것이 선호된다.
도 2 에 따른 본 발명에 따른 디바이스의 잔류물- 및 투과물-측 구성, 즉 잔류물 및 투과물 스트림들의 독창적인 추가 처리는 도 1 에 대해 설명된 방식과 유사하게 달성된다.
추가의 수정예들은 본 발명에 따른 원리를 적용하는 당업자에 의해 쉽게 발견 가능하다.
따라서, 본 발명에 따른 디바이스 및 방법은 더 바람직하게는 가스 분배기를 포함하는 막 블록 (1) 을 포함하고, 각각의 막 블록 (1) 내의 가스 분배기는 막 분리 유닛 (2) 의 가스 입구 (3) 를 막 블록 (1) 내의 인접한 막 분리 유닛(들) (2) 의 가스 입구(들) (3) 에 각각 연결하는 연결 도관들 (18) 을 포함한다. 공급물 가스 도관들은 막 분리 유닛 (2) 의 하나의 가스 입구 (3) 또는 막 분리 유닛들 (2) 의 다수의 가스 입구들 (3) 에 그리고/또는 하나의 연결 도관 (18) 또는 다수의 연결 도관들 (18) 에 각각 개별적으로 그리고 독립적으로 연결된다. 바람직하게는, 연결 도관들을 통해, 2개의 공급물 가스 스트림들은 이어서 서로를 향해 개별 막 분리 유닛들로 유동하면서 공급된다.
게다가, 가스 분배기에서 과도하게 높은 압력 강하를 회피하는 것이 유리하고 바람직하다. 마지막으로, 매우 낮은 장치 복잡도 및 작동 복잡도는 시스템의 제어 및 규제에 유리하다. 도 1 및 도 2 에 따른 실시형태들은 모든 이러한 이점들을 가지며, 따라서 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 추가의 바람직한 실시형태에서, 도 2 의 예를 사용하여 전술한 브랜치들 (5) 및 공급물 도관들 (6) 을 결합하는 원리가 잔류물 처리 시스템 및/또는 투과물 처리 시스템에 적용된다. 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 잔류물 가스 도관들 (9) 을 통해 막 블록 (1) 의 막 분리 유닛들 (2) 로부터 잔류물 스트림들을 잔류물 가스 수집 파이프 (11) 에 연결하기 보다는, 이 실시형태에서, 막 분리 유닛들 (2) 의 잔류물 가스 출구들 (30) 은 잔류물 연결 도관들 (32) 에 의해 연결된다. 잔류물 가스 배출 도관들 (12 및 13) 은 잔류물 가스 출구 (30) 또는 잔류물 연결 도관 (32) 에 부착된다. 바람직하게는, 잔류물 가스 배출 도관들 (12) 은 잔류물 가스 출구 (301) 에 또는 구성 측면에서 잔류물 가스 출구 또는 그 근방의 잔류물 연결 도관에 부착되고, 잔류물 가스 배출 도관들 (13) 은 잔류물 가스 출구 (30n) 에 또는 구성 측면에서 잔류물 가스 출구 또는 그 근방의 잔류물 연결 도관에 부착된다. 도 2 에 따른 가스 분배 시스템과 결합한 해당 실시형태가 도 3 에 도시되어 있다. 유사하게, 도 3 에 따른 잔류물 처리 시스템은 대안적으로 도 1 에 따른 가스 분배 시스템과 결합될 수 있다.
잔류물 처리 시스템에 대해 전술한 바와 같은 투과물 처리 시스템과 유사하게 진행하는 것이 또한 가능하다. 막 블록 내에 잔류물 수집 파이프 및 투과물 수집 파이프를 갖고, 막 블록 내의 잔류물 연결 도관들 및 투과물 연결 도관들을 갖고, 막 블록 내의 잔류물 수집 도관 및 투과물 연결 도관들을 갖고, 막 블록 내의 잔류물 연결 도관 및 투과물 수집 도관을 갖는 양 실시형태들은 본 발명에 포함된다. 또한, 예를 들어, 막 블록으로부터의 잔류물 가스들의 일부가 잔류물 수집 도관에 공급되고 다른 것이 잔류물 연결 도관들을 통해 제거되는 실시형태들의 조합들이 본 발명에 포함되고, 당업자에 의해 쉽게 발견 가능하다. 이는 막 블록에서의 투과물 스트림들에 대한 대응하는 조합에 적용된다.
따라서, 본 발명에 따른 전술한 디바이스들 및 그 바람직한 구성들은 막 블록 (1) 내에 병렬-연결된 막 분리 유닛들 (2) 의 수 "n"이 증가 또는 감소하도록 스케일링될 수 있다. 따라서, 막 분리 유닛 자체를 변경함이 없이, 각각의 막 블록 (1) 및 따라서 각각의 막 분리 스테이지의 분리 용량을 조정할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 예를 들어 막 분리 면적 및/또는 막의 선택도 및/또는 막의 투과도를 조정함으로써, 막 분리 유닛 자체를 변화시키는 것도 또한 가능하다.
하나의 막 블록 (1) 내의 막 분리 유닛들 (2) 에서 상이한 막들을 사용하는 것이 추가적으로 가능하다. 분리되는 공급물 가스 스트림들의 조성에 따라, 배타적으로 또는 주로 제 1 공급물 가스 스트림이 분리되는 막 분리 유닛들에서 제 1 공급물 가스 스트림에 최적화된 막들을 사용하고, 배타적으로 또는 주로 제 2 공급물 가스 스트림이 분리되는 분리 스테이지들에서 제 2 공급물 가스 스트림에 최적화된 막들을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명에 따른 가스 분배기는 전술한 바와 같이, 바람직하게는 공급물 가스 스트림들의 특성들에 따라, 예를 들어 각각의 공급물 가스 스트림의 현재 체적 유량 및/또는 질량 유량 및/또는 압력에 따라, 개별 분리 스테이지들로의 공급물 가스 스트림들 또는 이들의 혼합물들의 공급을 제어하기 때문에, 디바이스 또는 방법의 작동의 일부 시점에, 막 분리 유닛들에는 주 구성성분으로서 제 1 공급물 가스 스트림을 갖는 가스 혼합물이 공급되고, 이후의 시점에는, 주 구성성분으로서 제 2 공급물 가스 스트림을 갖는 가스 혼합물이 공급되는 경우일 수 있다. 따라서, 분리 스테이지 (1) 의 모든 막 분리 유닛들 (2) 에서 동일한 막을 사용하는 것이 바람직하다.
대안적으로 또는 추가적으로, 작동 온도를 통해 막 분리 유닛들의 용량 및 선택성을 조정하는 것이 가능하다. 바람직한 실행에서, 공급물 가스 스트림들은 상이한 입구 온도들을 갖는다. 작동 온도의 제어된 조절은, 예를 들어, 하나 이상의 잔류물 가스 및/또는 투과물 가스의 조성 또는 적어도 하나의 가스 구성성분의 수율에 관하여 사양 값들의 달성을 위해 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 막 분리 스테이지의 분리 용량의 조정에 대한 추가의 바람직한 실시형태가 도 4 및 도 5 에 도시되어 있다. 여기서, 막 분리 스테이지에서는 병렬로 연결된 막 블록들 (1) 이 각각의 경우에 사용된다. 전술한 모든 막 블록들이 여기서 사용될 수 있다. 막 블록들 자체의 확대보다는 다수의 병렬-연결된 막 블록들의 사용, 즉 40개의 병렬-연결된 막 분리 유닛들을 갖는 하나의 블록보다는 10개의 막 분리 유닛들을 각각 갖는 4개의 막 블록들의 사용이, 압력 제어, 특히 압력 강하의 회피에 관한 이점, 및 단순화된 랙 설계에 관한 이점을 갖는다.
도 4 는 병렬로 연결된 도 1 에 따른 "o"개의 막 블록들 (1) 을 사용하며, 인덱스 (o) 는 병렬로 연결된 막 블록들 (1) 의 개수를 나타낸다. 이들 각각의 막 블록들 (11) 내지 (1o) 은 각각 분배기 도관들 (41) 내지 (4o) 을 갖는다. 각각의 막 블록들의 막 분리 유닛들 (21) 을 향해 배치된 분배기 도관들 (41) 내지 (4o) 의 단부들은 가스 도관 (19a) 에 의해 서로 연결된다. 각각의 막 블록들의 막 분리 유닛들 (2n) 을 향해 배치된 분배기 도관들 (41) 내지 (4o) 의 단부들은 마찬가지로 각각 가스 도관 (19b) 에 의해 서로 연결된다. 도 4 는 단순화를 통해, 단지 공급물 가스 도관들 (7) 및 (8), 분배기 도관들 (41) 내지 (4o) 및 각각의 분배기 도관들에서의 브랜치들 (5) 을 도시한다. 개별 막 분리 유닛들 (2) 에 대해 도 1 에 나타낸 바와 같이, 브랜치들 (5) 각각으로부터 공급 도관들 (6) 이 나온다. 마찬가지로 도 4 에 도시되지 않은 투과물 및 잔류물 처리 시스템들은 바람직하게는 추가로 설명되는 바와 같이, 더 바람직하게는 도 1 내지 도 3 중 임의의 것에 도시된 바와 같이 실행된다.
공급물 가스 스트림들은 막 블록들의 이러한 상호 연결에 의해 표현되는 옵션들의 불완전한 제시로 도 4 에 도시된 바와 같이 상이한 방식으로 공급될 수 있다.
도 4a 는, 제 1 공급물 가스 도관 (7) 이 제 1 막 블록 (11) 의 막 분리 유닛 (21) 을 향해 가스 도관 (19a) 에 연결되고, 제 2 공급물 가스 도관 (8) 이 마지막 막 블록 (1o) 의 막 분리 유닛 (2n) 을 향해 가스 도관 (19b) 에 연결되는 상호 연결 및 방법을 도시한다.
도 4b 는, 제 1 공급물 가스 도관 (7) 이 제 1 막 블록 (11) 의 막 분리 유닛 (21) 을 향해 가스 도관 (19a) 에 연결되고, 제 2 공급물 가스 도관 (8) 이 제 1 막 블록 (11) 의 막 분리 유닛 (2n) 을 향해 가스 도관 (19b) 에 연결되는 상호 연결 및 방법을 도시한다.
도 4c 는, 제 1 공급물 가스 도관 (7) 이 각각의 경우에 2개의 막 블록들 사이에서, 막 분리 유닛 (21) 을 향해 배치된 가스 도관 (19a) 에 연결되고, 제 2 공급물 가스 도관 (8) 이 이에 대향하여, 즉 막 분리 유닛 (2n) 을 향해 배치된 가스 도관 (19b) 에 연결되는 상호 연결을 도시한다.
도 4d 는, 제 1 공급물 가스 도관 (7) 이 분배기 도관 (41) 의 중간에 배치되고 제 2 공급물 가스 도관 (8) 이 이에 대항하여 분배기 도관 (4o) 의 중간에 배치되는 상호 연결을 도시한다.
이 바람직한 실시형태에서, 본 발명에 따른 디바이스는 더 바람직하게는 다음을 특징으로 한다:
막 분리 스테이지는 다수의 막 블록들 (1) 을 포함하고,
가스 분배기는 막 블록 (1) 당 다수의 브랜치들 (5) 및 공급 도관을 (6) 을 갖는 하나의 분배기 도관 (4) 을 포함하며, 각각의 경우에 공급 도관 (6) 이 브랜치 (5) 를 막 분리 유닛 (2) 의 가스 입구 (3) 에 연결하고,
막 분리 스테이지의 각각의 막 블록들 (1) 의 분배기 도관들 (4) 은 도관들 (19a, 19b) 에 의해 서로 연결되고,
그리고
제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 제 2 공급물 가스 도관 (8) 은 공간적으로 분리된 장소들에서 분배기 도관 (4) 또는 브랜치 (5) 에 또는 도관 (19a, 19b) 에 독립적으로 연결되며, 부착점들은 2개 이상의 브랜치들 (5) 및/또는 2개 이상의 가스 입구들 (3) 이 제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 제 2 공급물 가스 도관 (8) 의 부착점들 사이에 배치되도록 배열된다.
도 5 에서, 병려로 연결되는 도 2 에 따른 "o"개의 막 블록들이 사용된다. 각각의 막 블록들 (11) 내지 (1o) (도 5 에 점선 타원으로 표시됨) 의 막 분리 유닛들 (21) 의 막 입구들 (31) 은 각각 여기서 가스 도관 (20a) 에 의해 서로 연결된다. 반대측의 각각의 막 블록들 (11 내지 (1o) 의 막 입구들 (3n) 은 마찬가지로 각각 가스 도관 (20b) 에 의해 서로 연결된다. 도 5 는 단순화해서 단지 공급물 가스 도관들 (7) 및 (8) 과 연결 도관들 (18) 및 가스 입구들 (3) 을 보여준다. 도 5 에 도시되지 않은 투과물 및 잔류물 처리 시스템들은 바람직하게는 추가로 설명되는 바와 같이, 더 바람직하게는 도 1 내지 3 중 임의의 것에 도시된 바와 같이 실행된다.
공급물 가스 스트림들은 막 블록들의 이러한 상호 연결에 의해 표현되는 옵션들의 불완전한 제시로 도 5 에 도시된 바와 같이 상이한 방식으로 공급될 수 있다.
도 5a 는, 제 1 공급물 가스 도관 (7) 이 제 1 막 블록 (11) 의 막 분리 유닛 (21) 을 향해 분배기 도관 (20a) 에 연결되고, 제 2 공급물 가스 도관 (8) 이 막 블록 (1o) 의 막 분리 유닛 (2n) 을 향해 분배기 도관 (20b) 에 연결되는 상호 연결을 도시한다.
도 5b 는, 제 1 공급물 가스 도관 (7) 이 제 1 막 블록 (11) 의 막 분리 유닛 (21) 을 향해 분배기 도관 (20a) 에 연결되고, 제 2 공급물 가스 도관 (8) 이 제 1 막 블록 (11) 의 막 분리 유닛 (2n) 을 향해 분배기 도관 (20b) 에 연결되는 상호 연결을 도시한다.
도 5c 는, 제 1 공급물 가스 도관 (7) 이 연결 도관 (20a) 에 연결되고, 각각의 경우에 2개의 막 블록들 사이에서, 제 2 공급물 가스 도관 (8) 이 그에 대항하여, 즉 막 분리 유닛 (2n) 을 향해 배치된 연결 도관 (20b) 에 연결되는 상호 연결을 도시한다.
도 5d 는, 제 1 공급물 가스 도관 (7) 이 제 1 막 블록 (11) 의 연결 도관 (18) 에 연결되고, 제 2 공급물 가스 도관 (8) 이 그에 대항하여 막 블록 (1o) 의 연결 도관 (18) 에 연결되는 상호 연결을 도시한다.
이 바람직한 실시형태에서, 본 발명에 따른 디바이스는 더 바람직하게는 다음을 특징으로 한다:
막 분리 스테이지는 다수의 막 블록들 (1) 을 포함하고,
각각의 막 블록 (1) 내의 가스 분배기는 막 분리 유닛 (2) 의 가스 입구 (3) 를 막 블록 (1) 내의 인접한 막 분리 유닛(들) (2) 의 가스 입구(들) (3) 에 각각 연결하는 연결 도관들 (18) 을 포함하고,
막 분리 스테이지의 막 블록들 (1) 은 도관들 (20a, 20b) 에 의해 서로 연결되고, 각각의 막 블록 내의 도관들 (20a, 20b) 은 하나 이상의 연결 도관(들) (18) 및/또는 하나 이상의 가스 입구(들) (3) 에 각각 연결되고, 바람직하게는 각각의 막 블록 (1) 내의 도관 (20a) 은 연결 도관 (18) 또는 가스 입구 (3) 에 연결되고, 각각의 막 블록 내의 도관 (20b) 은 상이한 연결 도관 (18) 또는 상이한 가스 입구 (3) 에 연결되며,
그리고
제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 제 2 공급물 가스 도관 (8) 은 공간적으로 분리된 장소들에서 하나 이상의 연결 도관(들) (18) 에 또는 하나 이상의 도관(들) (20a, 20b) 에, 또는 하나 이상의 가스 입구(들) (3) 에 독립적으로 연결되며, 부착점들은 2개 이상의 가스 입구들 (3) 이 제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 제 2 공급물 가스 도관 (8) 의 부착점들 사이에 배치되도록 배열된다.
도 5 에 따른 실시형태의 독창적인 확장이 도 6 에 도시되어 있다. 도 5 의 보충으로써, 여기서 막 블록들 (11) 내지 (1n) 의 가스 입구들 (31) 및 (3n) 이 각각 가스 도관들 (20a) 및 (20b) 에 의해 서로 연결될 뿐만 아니라, 막 블록들 (11) 내지 (1o) 의 가스 입구들 (32) 내지 (3n-1) 이 또한 막 분리 유닛들의 레벨에서 추가의 가스 도관들 (20) 에 의해 서로 연결되어 "완전 격자"를 제공한다.
가스들의 분리를 위한 본 발명에 따른 디바이스는 상이한 조성을 갖는 2개의 공급물 가스 스트림들의 동시 분리로 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 원리는 또한 다수의 공급물 가스 스트림들로 확장될 수 있다.
본 발명에 따른 디바이스는 바람직하게는 하나, 둘 또는 세 개의 추가 공급물 가스 도관(들) 3 (21), 4 및 5 를 포함하고, 공급물 가스 도관들 3 (21), 4 및 5 는 제 1 및 제 2 공급물 가스 스트림들과 상이한 조성의 하나, 둘 또는 세 개의 추가 가스 스트림들을 수송하기에 적합하고, 추가 공급물 가스 도관(들) 3 (21), 4 및 5 는 가스 분배기에 연결되어 가스 스트림들 3 (21) 또는 3 (21) 및 4 또는 3 (21), 4 및 5 가 가스 분배기에 의해 막 분리 유닛에 공급될 수 있다.
제 1 바람직한 실시형태에서, 추가 공급물 가스 도관들은 하나 이상의 분배기 도관(들) (4) 에, 바람직하게는 공급물 가스 도관들 (7 및 8) 의 부착부들 사이에, 부착된다. 추가적인 제 3 공급물 가스 도관 (21) 을 갖는 이러한 구성의 일례가 도 7a 에 도시되어 있다.
제 2 및 제 3 바람직한 실시형태에서, 추가 공급물 가스 도관들은 하나 이상의 연결 도관(들) (18) 및/또는 하나 이상의 가스 입구(들) (3) 에 부착된다. 연결 장소(들)는 바람직하게는 제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 제 2 공급물 가스 도관 (8) 이 부착되는 가스 입구들 (3) 이외의 하나 이상의 연결 도관(들) (18) 및/또는 가스 입구(들) (3) 에 배치되고, 이는 제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 제 2 공급물 가스 도관 (8) 의 부착부들 사이에 배치된다. 더 바람직하게는, 추가 공급물 가스 도관(들)은 가스 입구들 (32) 내지 (3n-1) 중 하나 또는 그 사이에 배치된 연결 도관 (18) 에 부착된다. 추가의 제 3 공급물 가스 도관 (21) 을 갖는 이러한 실시형태의 예들이 도 7b 및 도 7c 에 도시되어 있다.
추가의 바람직한 실시형태들에서, 각각의 경우에 상이한 조성 유동을 갖는 공급물 가스들이 관류하는 2개의 공급물 가스 도관들이 부착되는 본 발명에 따른 다수의 막 블록들 (1) 이 서로 결합된다.
바람직한 실시형태에서, 막 블록들은 선형 방식으로 결합, 즉 상호연결될 수 있고, 각각의 막 블록 (11) 내지 (1o) (여기서 o 는 각각의 막 블록의 일련 번호에 대응함) 에는 2개의 공급물 가스 스트림들이 공급된다. 그러한 디바이스의 일례가 도 8 에 도시되어 있다. 여기서, 공급물 가스 도관들 (7) 및 (8) 은 제 1 막 블록 (11) 의 분배기 도관 (41) 에 연결된다. 이 제 1 막 블록 (11) 은 제 2 막 블록 (12) 과 결합되며, 공급물 가스 도관들 (8 및 21) 은 제 2 막 블록 (12) 의 분배기 도관 (42) 에 연결된다. 이러한 시스템은 추가적인 공급물 가스 스트림들에 대해 원하는 대로 확장될 수 있다.
마찬가지로 바람직한 대안적인 실시형태에서, 링 회로를 형성하기 위해 본 발명에 따른 다수의 막 블록들 (11) 내지 (1o) 을 결합, 즉 상호연결하는 것이 가능하며, 이 경우 바람직하게는 각각의 막 블록 (11) 내지 (1o) 은 2개의 공급물 가스 도관들에 연결된다. 그러한 배열의 일례가 도 9 에 도시되어 있다. 여기서, 3개의 막 블록들 (11), (12) 및 (13) 이 분배기 도관들 (41), (42) 및 (43) 과 결합되어 링 회로를 형성한다. 분배기 도관 (41) 은 공급물 가스 도관들 (7, 8) 을 연결하고, 분배기 도관 (42) 은 공급물 가스 도관들 (7, 21) 을 연결하고, 분배기 도관 (43) 은 공급물 가스 도관들 (8, 21) 을 연결한다. 그러한 링 회로들은, 예를 들어 사중 또는 오중 상호연결을 형성하기 위해 본 발명에 따른 추가적인 막 블록들에 의해 확장될 수 있다.
마찬가지로 도 7 내지 도 9 의 실시형태들을 서로 결합하는 것이 가능하다. 예를 들어, 도 9 로부터의 링 회로에서, 공급물 가스 도관들 (7, 8) 의 부착부들 사이의 분배기 도관 (41) 에 제 4 공급물 가스 도관을 공급하는 것이 가능할 것이다.
도 7, 도 8 및 도 9 는 단순화를 통해 단지 공급물 가스 도관들 (7, 8, 21), 및 분배기 도관들 (41 내지 43) 및 브랜치들 (5) 을 도시한다. 개별 막 분리 유닛들에 대해 도 1 에 나타낸 바와 같이, 브랜치들 각각으로부터 공급 도관들이 나온다. 마찬가지로 도 7, 도 8 및 도 9 에 도시되지 않은 투과물 및 잔류물 처리 시스템들은 바람직하게는 추가로 설명되는 바와 같이, 더 바람직하게는 도 1 내지 3 중 임의의 것에 도시된 바와 같이 실행되고, 분배기 도관들에 유사하게 서로 연결된다.
도 8 및 도 9 의 실시형태들은 물론 또한 도 2 및 도 3 으로부터의 막 블록들, 즉 예를 들어 막 블록당 다수의 연결 도관들 (18) 로 실행될 수 있다. 대응하는 구성들은 본 발명에 따른 전술한 교시로부터 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명에 따른 디바이스 및 방법은, 전술한 일반적인 실시형태들에서, 그리고 또한 모든 바람직한 실시형태들에서, 하나 이상의 분배기 도관(들) 및/또는 하나 이상의 공급 도관(들) 및/또는 하나 이상의 연결 도관(들)에서 막 분리 유닛들의 개별 가스 입구들로의 가스 공급이 제어되거나 영향을 받을 수 있게 하는 하나 이상의 밸브 또는 다른 제어 디바이스를 포함할 수도 있다.
디바이스는, 예를 들어, 공급물 가스 도관에 공급된 가스 체적의 변화의 경우에 하나 이상의 막 분리 유닛이 스위치 온 또는 오프될 수 있도록 밸브들 또는 다른 제어 디바이스들에 의해 제어되거나 구성될 수 있다.
사용되는 밸브는 차단 밸브 및/또는 니들 밸브일 수 있다. 가스 분배 시스템 내의 가스 유동은 대안적으로 감소, 예를 들어 애퍼쳐 플레이트와 같은 다른 조절기들에 의해 영향을 받고/받거나 제어될 수 있다.
특히 분배기 도관 및/또는 연결 도관을 갖는 실시형태들에서, 본 발명에 따른 분배 시스템은, 서로 병합되는 공급물 스트림들 덕분에, 막 블록 내에서 제어 가능한 밸브를 사용할 필요 없이, 예를 들어 공급물 가스 스트림의 체적 유량 및/또는 질량 유량 및/또는 압력을 통해, 대체로 완전히 자가-조절 가능하다. 따라서, 순전히 밸브에 의해 제어되는 가스 분배기와 비교하여, 고가의 제어가능한 밸브의 수가 매우 현저하게 감소될 수 있으며; 바람직하게는, 본 발명에 따른 디바이스는 가스 스트림의 제어를 위한 밸브를 분배 도관(들) 및/또는 공급물 도관(들) 및/또는 연결 도관(들) 중 단 하나에 포함하거나, 가장 바람직하게는 이 중 어디에도 포함하지 않는다. 그러나, 마찬가지로 바람직한 실시형태에서, 막 분리 유닛들은, 손상의 경우에, 결함 있는 막을 나머지 막들로부터 신속하게 분리하기 위해 간단한 수동 밸브들을 포함한다.
본 발명에 따른 막 블록들에서 수득된 투과물 및 잔류물 스트림들은 바람직하게는, 도 1 내지 도 3 에 도시된 바와 같이, 각각의 막 블록을 위한 투과물 처리 시스템 및 잔류물 처리 시스템에 각각 공급된다. 투과물 및 잔류물 처리 시스템들은, 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 잔류물 및/또는 투과물 수집 파이프들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 이들은, 도 3 에 도시된 바와 같이, 각각의 막 블록들의 각각의 막 분리 유닛들의 잔류물 또는 투과물 출구들 사이에 잔류물 및/또는 투과물 연결 도관들을 포함할 수 있다. 결합, 예를 들어 도 3 에 도시된 바와 같이, 잔류물 연결 도관들 및 투과물 수집 튜브들의 사용이 마찬가지로 가능하다.
잔류물 및/또는 투과물 수집 파이프들 및/또는 잔류물 및/또는 투과물 연결 도관들을 통해, 잔류물 또는 투과물 스트림들이 유출 도관들에 공급된다. 제 1 바람직한 실시형태에서, 수집 파이프의 2개의 지점, 바람직하게는 서로로부터 가능한 멀리 떨어진 2개의 지점, 더 바람직하게는 양 단부는 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 유출 도관들에 연결된다. 이는 막 분리 유닛 (21) 에 근접하게 배치된 유출 도관들로부터의 제 1 공급물 스트림의 투과물 또는 잔류물 가스로 주로 구성된 투과물 또는 잔류물 스트림의 제거를 가능하게 한다. 막 분리 유닛 (2n) 에 근접하게 배치된 유출 도관에 의해, 제 2 공급물 스트림의 투과물 또는 잔류물 가스로 주로 구성된 투과물 또는 잔류물 스트림들을 제거하는 것이 가능하다. 잔류물 또는 투과물 수집 파이프들 대신에 잔류물 또는 투과물 연결 도관들이 사용되는 때 동일한 기술적 효과가 달성될 수 있다. 이 경우, 막 분리 유닛 (21) 의 잔류물 가스 출구 (301) 에 가까운 유출 도관을 막 분리 유닛의 잔류물 가스 출구 또는 연결 도관에 부착하고, 막 분리 유닛 (2n) 의 잔류물 가스 출구 (30n) 에 가까운 제 2 유출 도관을 막 분리 유닛의 가스 출구 또는 연결 도관에 부착하는 것이 바람직하다. 예를 들어 투과물 스트림들에 대해, 대응적으로 유사한 구성들이 당업자에 의해 용이하게 실행된다.
추가의 배출 도관들은, 예를 들어, 잔류물 또는 투과물 수집 파이프들의 중간에, 또는 잔류물 또는 투과물 연결 도관들이 사용될 때, 예를 들어, 제 1 및 제 2 공급물 스트림들의 투과물 또는 잔류물 가스들의 혼합물로 본질적으로 이루어진 투과물 또는 잔류물 스트림들을 수득하기 위해, 막 분리 유닛들 (22) 또는 (2n-1) 의 가스 출구 또는 연결 도관에 부착될 수 있다. 그러한 추가 유출 도관들은, 오히려, 막 블록들 (1) 의 중간 영역에 부착되는 것이 바람직하다.
투과물 또는 잔류물 스트림들 내의 회수 체적들의 조정은 또한, 예를 들어 잔류물 가스 도관들 (9) 및/또는 투과물 가스 도관들 (10) 및/또는 잔류물 수집 파이프 (11) 및/또는 투과물 수집 파이프 (14) 및/또는 제 1 잔류물 가스 배출 도관 (12) 및/또는 제 2 잔류물 가스 배출 도관 (13) 및/또는 제 1 투과물 가스 배출 도관 (15) 및/또는 제 2 투과물 가스 배출 도관 (16) 내의 적절한 밸브들을 통해 달성될 수 있고/있거나, 도 3 에 따른 실시형태에서, 잔류물 연결 도관들 (32) 및/또는 투과물 연결 도관들 (33) 을 통해 달성될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 목적을 위해, 밸브들은 각각의 경우에 하나의 투과물 가스 배출 도관 및 모든 잔류물 가스 배출 도관들에서, 또는 더 바람직하게는 모든 투과물 및 모든 잔류물 가스 배출 도관들에서 사용된다. 이러한 목적을 위해, 모든 투과물 및 모든 잔류물 가스 배출 도관들 내의 제어가능한 밸브들을 사용하는 것이 매우 특히 바람직하다.
대안적인 마찬가지로 바람직한 실시형태에서, 투과액 수집 파이프 또는 잔류물 수집 파이프가 단지 한 지점에서 배출 도관에 연결되는 것이 또한 가능하다. 이러한 경우에, 모든 투과물 또는 잔류물 스트림들은 각각의 수집 파이프에서 결합되고, 각각의 경우에 결합된 혼합 스트림으로서 시스템으로부터 인출된다. 잔류물 또는 투과물 수집 파이프들 대신에 잔류물 또는 투과물 연결 도관들이 사용되는 때 동일한 기술적 효과가 달성될 수 있다. 이 경우에, 하나의 유출 도관은 막 블록의 막 분리 유닛의 잔류물 또는 투과물 연결 도관 또는 잔류물 또는 투과물 출구에 부착된다. 해당 구성들은 당업자에 의해 용이하게 실행될 수 있다. 동일한 기술적 효과를 달성하기 위해, 다수의 잔류물 또는 투과물 배출 도관들을 연결하여 하나의 도관을 형성하는 것도 마찬가지로 가능하다.
추가의 대안적인 마찬가지로 바람직한 실시형태에서, 투과액 수집 파이프 및 잔류물 수집 파이프가 단지 한 지점에서 배출 도관에 각각 연결되는 것이 또한 가능하다. 이러한 경우에, 모든 투과물 또는 잔류물 스트림들은 각각의 수집 파이프에서 결합되고, 결합된 혼합 스트림으로서 시스템으로부터 인출된다. 잔류물 또는 투과물 수집 파이프들 대신에 잔류물 또는 투과물 연결 도관들이 사용되는 때 동일한 기술적 효과가 달성될 수 있다. 이 경우에, 하나의 배출 도관은 막 블록의 막 분리 유닛 (21) 의 잔류물 또는 투과물 연결 도관 또는 잔류물 또는 투과물 출구에 부착된다. 해당 구성들은 당업자에 의해 용이하게 실행될 수 있다. 동일한 기술적 효과를 달성하기 위해, 다수의 잔류물 또는 투과물 유출 도관들을 연결하여 하나의 도관을 형성하는 것도 마찬가지로 가능하다.
더 바람직하게는, 본 발명에 따른 디바이스들 및 방법들에서,
막 블록 (1) 의 막 분리 유닛들 (2) 로부터의 잔류물 스트림들, 바람직하게는 모든 잔류물 스트림들이 잔류물 가스 도관들 (9) 의 도움으로 잔류물 가스 수집 파이프 (11) 에 공급되고, 잔류물 가스 수집 파이프 (11) 는 적어도 제 1 잔류물 가스 배출 도관 (12), 바람직하게는 적어도 2개의 잔류물 가스 배출 도관들 (12, 13) 에 연결되고, 이를 통해 하나 이상의 잔류물 가스 스트림들이 그들이 생성되는 막 분리 스테이지로부터 제거되고,
그리고/또는
막 블록 (1) 의 막 분리 유닛들 (2) 로부터의 투과물 스트림들, 바람직하게는 모든 투과물 스트림들은 투과물 가스 도관들 (10) 의 도움으로 투과물 가스 수집 파이프 (14) 에 공급되고, 투과물 가스 수집 파이프 (14) 는 적어도 제 1 투과물 가스 배출 도관 (15), 바람직하게는 적어도 2개의 투과물 가스 배출 도관들 (15, 16) 에 연결되며, 이를 통해 하나 이상의 투과물 가스 스트림들이 그들이 생성되는 막 분리 스테이지로부터 제거된다.
마찬가지로 더 바람직하게는, 본 발명에 따른 디바이스들 및 방법들에서, 막 블록의 막 분리 유닛들로부터의 잔류물 스트림들, 바람직하게는 모든 잔류물 스트림들은 잔류물 가스 출구들 사이의 잔류물 연결 도관들의 도움으로, 하나 이상의 잔류물 유출 도관들에 공급되고, 이를 통해 하나 이상의 잔류물 가스 스트림들이 막 블록으로부터 제거되며, 이 경우에 디바이스는 막 분리 스테이지의 막 블록 (1) 의 막 분리 유닛들 (2) 의 잔류물 가스 출구들 (30) 사이의 잔류물 연결 도관들 (32) 을 포함하고, 적어도 하나의 잔류물 연결 도관 (32) 또는 적어도 하나의 잔류물 가스 출구 (30) 는 적어도 하나의 잔류물 가스 배출 도관 (12) 에 추가적으로 연결되고, 하나 이상의 잔류물 연결 도관(들) (32) 및/또는 하나 이상의 잔류물 가스 출구(들) (30) 는 막 분리 스테이지의 막 블록 (1) 내의 2개의 잔류물 가스 배출 도관들 (12, 13) 에 연결되는 것이 바람직하고,
그리고/또는
막 블록의 막 분리 유닛들로부터의 투과물 스트림들, 바람직하게는 모든 투과물 스트림들은 투과물 가스 출구들 사이의 투과물 연결 도관들의 도움으로 하나 이상의 투과물 유출 도관들에 공급되고, 이를 통해 하나 이상의 투과물 가스 스트림들이 막 블록으로부터 제거되고, 이 경우에 디바이스는 막 분리 스테이지의 막 블록 (1) 의 막 분리 유닛들 (2) 의 투과물 가스 유출구들 (31) 사이의 투과물 연결 도관들 (33) 을 포함하고, 적어도 하나의 투과물 연결 도관 (33) 또는 적어도 하나의 투과물 가스 출구 (31) 는 적어도 하나의 투과물 가스 배출 도관 (15) 에 연결되고, 하나 이상의 투과물 연결 도관(들) (33) 및/또는 하나 이상의 투과물 가스 출구(들) (31) 는 막 분리 스테이지의 막 블록 (1) 에서 2개의 투과물 가스 배출 도관들 (15, 16) 에 연결되는 것이 바람직하다.
다수의 막 블록들을 갖는 막 분리 스테이지가 본 발명에 따른 디바이스 또는 본 발명에 따른 방법에서 사용되는 경우, 막 분리 스테이지의 각각의 막 블록들로부터의 투과물 및 잔류물 스트림들은 바람직하게 결합되어 막 분리 스테이지당 하나 또는 2개의 투과물 스트림들 또는 하나 또는 2개의 잔류물 스트림들을 제공한다. 여기서, 각각의 막 블록들 (1) 의 제 1 잔류물 가스 배출 도관 (12) 에서 수득된 모든 제 1 잔류물 스트림들을 결합하여 막 분리 스테이지로부터의 제 1 잔류물 스트림을 제공하는 것이 바람직하다.
막 블록들 (1) 에서, 제 2 잔류물 스트림들이 또한 각각의 막 블록들 (1) 로부터의 제 2 잔류물 가스 배출 도관 (13) 에서 수득되는 경우, 이 제 2 잔류물 스트림들은 바람직하게 결합되어 막 분리 스테이지로부터의 제 2 잔류물 스트림을 제공한다. 추가의 잔류물 스트림들이 각각의 막 블록들에서 수득될 때 유사하게 진행하는 것이 가능하다.
잔류물 스트림들에 대해 전술한 바와 같이 막 분리 스테이지로부터의 각각의 막 블록들 (1) 로부터의 투과물 스트림들로 유사하게 진행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 막 분리 스테이지로부터 수득된 투과물 및 잔류물 스트림들은 생성물 스트림으로서 인출되거나, 추가로 처리되거나 폐기될 수 있지만, 적어도 하나의 투과물 스트림 및/또는 잔류물 스트림은 생성물 스트림으로서 인출되거나 추가로 처리된다. 더 바람직하게는, 적어도 2개의 투과물 스트림들 또는 적어도 2개의 잔류물 스트림들이 각각의 막 분리 스테이지에서 생성되고, 이 중 적어도 하나는 생성물 스트림으로서 인출되거나 추가로 처리된다.
본 발명에 따른 디바이스는 본 발명에 따른 막 분리 스테이지 또는 다수의 상호연결된 막 분리 스테이지들을 포함할 수 있지만,
본 발명에 따른 적어도 하나의 막 분리 스테이지는, 하나의 막 블록 (1) 또는 다수의 막 블록들 (1) 을 포함하며, 이들 각각은 결국 병렬로 연결된 다수의 막 분리 유닛들 (2) 을 포함하고,
다음과 같이 구성된 본 발명에 따른 가스 분배기와 함께 사용된다:
본 발명은 또한 본 발명에 따른 다수의 막 분리 스테이지들이 상호연결되는 실시형태들을 포함한다.
예를 들어, 도 10 은 2개의 본 발명의 막 분리 스테이지들 (A, B) 이 잔류물 측에서 상호연결되는 2-스테이지 상호연결을 도시한다. 도 10 에 따른 디바이스에서, 상이한 조성의 2개의 공급물 가스 스트림들이 제 1 막 분리 스테이지 (A) 의 공급물 가스 도관들 (7, 8) 에 의해 공급되며, 이는 바람직하게는 도 1 에 도시된 바와 같이 그리고 추가로 설명되는 바와 같이 구성된다. 제 1 막 분리 스테이지 (A) 의 투과물 수집 파이프로부터 수득된 2개의 투과물 스트림들은, 투과물 가스 배출 도관들 (15, 16) 에 의해, 독립적으로 생성물 스트림들로서 인출되거나, 추가로 처리되거나 폐기된다. 2개의 투과물 스트림들은 동일한 방식으로 처리될 수 있거나 또는 독립적으로 상이하게 처리될 수 있다. 제 1 막 분리 스테이지 (A) 의 잔류물 수집 파이프로부터 수득된 2 개의 잔류물 스트림들은 새로운 공급물 스트림들로서 잔류물 가스 배출 도관들 (12, 13) 에 의해 막 분리 스테이지 (B) 에 공급된다. 도 1 에 대해 전술한 바와 같이, 제 1 막 분리 스테이지의 잔류물 수집 파이프로부터 수득된 2개의 잔류물 스트림들은 그 조성이 상이하다. 잔류물 가스 배출 도관 (12) 에서 제거되는 잔류물 스트림은 제 1 공급물 스트림의 잔류물 가스를 주로 포함하고, 잔류물 가스 배출 도관 (13) 에서 제거되는 제 2 잔류물 스트림은 제 2 공급물 스트림의 잔류물 가스를 주로 포함한다. 두 잔류물 스트림들 내의 잔류물 가스들은 동일하거나 상이할 수 있다. 이들이 동일하다면, 그럼에도 불구하고 2개의 잔류물 가스 스트림들은 함량의 관점에서, 즉 그들의 정량적 조성의 관점에서 상이할 것이다.
막 분리 스테이지 (A) 로부터의 2개의 잔류물 스트림들은 그 조성이 상이하기 때문에, 막 분리 스테이지 (A) 에서와 동일한 전제조건이 제 2 막 분리 스테이지 (B) 에 적용가능하며, 즉, 2개의 공급물 가스 스트림들이 공급되고, 제 2 공급물 가스 스트림은 그 조성의 관점에서 제 1 공급물 가스 스트림과 상이하다. 막 분리 스테이지 (B) 는 바람직하게는 도 1 에 보여진 바와 같은 구성이다. 투과물 가스 배출 도관들 (22, 23) 에 의해, 제 2 막 분리 스테이지 (B) 의 투과물 수집 파이프로부터 수득된 2개의 투과물 스트림들은 공급물 가스 도관들 (7, 8) 로 재순환된다. 잔류물 가스 배출 도관들 (24, 25) 에 의해, 제 2 막 분리 스테이지 (B) 의 잔류물 수집 파이프로부터 수득된 2개의 잔류물 스트림들은 독립적으로 생성물 스트림으로서 인출되거나, 추가로 처리되거나 폐기된다.
막 분리 유닛의 작동을 위해, 분압 차이 (partial pressure differential) 그리고 따라서 일반적으로 잔류물 측과 투과물 측 사이의 압력 차이가 필요하다. 잔류물 측에서의 압력은 투과물 측에서보다 높아야 한다. 이는, 예를 들어, 압축기에 의해 상승된 압력으로 공급물 가스 스트림을 발생시킴으로써, 또는 예컨대 진공 펌프에 의해, 막의 투과물 측에 감소된 압력을 발생시킴으로써 보장될 수 있다. 해당 기술은 당업자에게 공지되어 있다. 이것이 도 10 에 따른 상호연결에 대해 의미하는 것은 투과물 가스 배출 도관들 (22, 23) 에서의 압력이 일반적으로 공급물 가스 도관들 (7, 8) 에서보다 낮다는 것이다. 따라서, 재순환된 투과물 스트림들은 압축 유닛들 (P1, P2) 의 공급물 가스 도관들 (7, 8) 에서 공급물 스트림들의 압력에 도달되어야 한다. 압축 유닛들 (P1, P2) 은 동일하거나 상이한 구성일 수 있다. 예를 들어, 투과물 가스 배출 도관들 (22 및/또는 23) 중 하나 또는 둘 모두에 압축기가 사용되는 것이 가능하다. 이러한 구성은 바람직하게는 도 10 에 도시되지 않은 미정제 가스 스트림들 중 하나 또는 둘 모두가 이미 충분한 압력 하에 있을 때 선택될 것이다.
대안적으로, 압축 유닛들 (P1, P2) 에서, 투과물 가스 배출 도관들 (22, 23) 에서 재순환된 투과물 스트림들 중 하나 또는 둘 모두는 도 10 에 도시되지 않은 미정제 가스 스트림들 중 하나에 각각 공급될 수 있고, 결과적인 혼합 스트림 또는 결과적인 2개의 혼합 스트림들은 응축될 수 있고, 따라서 공급물 스트림 또는 2개의 공급물 스트림들은 공급물 가스 도관들 (7 및/또는 8) 에서 생성될 수 있다.
추가의 대안에서, 압축 유닛 (P1, P2) 에서, 투과물 가스 배출 도관들 (22, 23) 에서 재순환된 투과물 스트림들 중 하나 또는 둘 모두는 공급물 가스 도관들 (7, 8) 에서 2개의 공급물 스트림들 중 하나를 생성하는 압축기에 직접 공급될 수 있다.
미정제 가스 스트림(들)이 공급물 스트림들보다 낮은 압력을 가질 때 2개의 후자의 대안들이 바람직하게 채용된다.
대안적으로 또는 추가적으로, 분압 차이는 또한 투과물 측에서 퍼지 가스 스트림에 의해 생성되거나 증가될 수 있다. 이 절차는 또한 당업자에게 알려져 있다.
투과물 가스 배출 도관들 (15 및 16 및/또는 22 및 23) 내의 압력을 증가시키기 위한 디바이스는 구동력을 증가시키기 위해 바람직하지만, 장치의 복잡성으로 인해 덜 바람직하다.
대안적으로 그러나 마찬가지로 바람직하게는, 특히 도 2 또는 도 3 에 의해 도시된 바와 같이, 추가로 논의되는 다른 바람직한 실시형태들에서처럼 도 10 의 막 분리 스테이지 A 및/또는 B 중 하나 또는 둘 모두를 구성하는 것이 또한 가능하다.
도 10 에 따른 상호연결은 다양한 방식으로 달라질 수 있다. 예는 다음을 포함한다:
- 막 분리 스테이지 A 또는 B 로부터의 2개의 투과물 스트림들 또는 막 분리 스테이지 B 로부터의 잔류물 스트림들 중 적어도 하나는 생성물 스트림으로서 인출되거나 추가로 처리된다는 조건으로, 막 분리 스테이지 B 로부터 수득된 투과물 스트림들은 독립적으로 생성물 스트림으로서 인출되거나, 추가로 처리되거나 폐기될 수도 있고,
- 막 분리 스테이지 A 로부터의 2개의 투과물 스트림들 또는 막 분리 스테이지 B 로부터의 잔류물 스트림들 중 적어도 하나가 생성물 스트림으로서 인출된다는 조건으로, 막 분리 스테이지 B 로부터 수득된 투과물 스트림들 중 하나, 바람직하게는 둘 다는 막 분리 스테이지 A 로부터의 각각의 원래의 공급물 스트림으로 재순환되고, 동시에, 막 분리 스테이지 B 로부터 수득된 잔류물 스트림들은 생성물 스트림으로서 독립적으로 인출되거나, 추가로 처리되거나 폐기되고,
- 막 분리 스테이지 A 로부터 수득된 투과물 스트림들 둘 다는 공급물 스트림들로서 제 2 막 분리 스테이지 B 에 공급되고, 막 분리 스테이지 A 로부터 수득된 2개의 잔류물 스트림들은 생성물 스트림으로서 독립적으로 인출되거나, 추가로 처리되거나 폐기된다.
2-스테이지 상호연결의 추가적인 수정들은 본 발명에 따른 교시를 참조하여 당업자에 의해 용이하게 발견 가능하다.
따라서, 더 바람직하게는, 본 발명에 따른 디바이스 및 본 발명에 따른 방법은 다음을 특징으로 한다:
이들은 2개의 막 분리 스테이지들 (A, B) 를 포함하고, 2개의 막 분리 스테이지들 (A, B) 각각은 병렬로 연결된 다수의 막 분리 유닛들 (2) 을 각각 포함하는 다수의 막 블록들 (1) 또는 막 블록 (1) 을 포함하며,
제 1 막 분리 스테이지 (A) 의 가스 분배기는, 막 분리 스테이지 (A) 의 각각의 막 블록 (1) 에서, 적어도 2개의 상이한 막 분리 유닛들 (2) 에 상이한 조성의 가스 스트림들이 공급되는 방식으로, 제 1 막 분리 스테이지 (A) 의 막 분리 유닛들 (2) 의 가스 입구들 (3) 에 제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 제 2 공급물 가스 도관 (8) 을 연결하도록 구성되고,
제 1 막 분리 스테이지 (A) 는 2개의 상이한 잔류물 스트림들이 제 1 잔류물 가스 배출 도관 (12) 및 제 2 잔류물 가스 배출 도관 (13) 에서 수득되고/되거나 2개의 상이한 투과물 스트림들이 제 1 투과물 가스 배출 도관 (15) 및 제 2 투과물 가스 배출 도관 (16) 에서 수득되도록 구성되고,
제 1 막 분리 스테이지 (A) 로부터의 2개의 잔류물 스트림들 또는 2개의 투과물 스트림들은 공급물 스트림으로서 제 2 막 분리 스테이지 (B) 에 공급되고,
제 2 막 분리 스테이지 (B) 의 가스 분배기는, 제 2 막 분리 스테이지 (B) 의 각각의 막 블록 (1) 에서, 적어도 2개의 상이한 막 분리 유닛들 (2) 에 상이한 조성의 가스 스트림들이 공급되는 방식으로, 제 1 잔류물 가스 배출 도관 (12) 및 제 2 잔류물 가스 배출 도관 (13) 또는 제 1 투과물 가스 배출 도관 (15) 및 제 2 투과물 가스 배출 도관 (16) 을 제 2 막 분리 스테이지 (B) 의 막 분리 유닛들 (2) 의 가스 입구들 (3) 에 연결하도록 구성된다.
더 바람직하게는, 제 2 막 분리 스테이지 (B) 는 2개의 상이한 잔류물 스트림들이 제 1 잔류물 가스 배출 도관 (24) 및 제 2 잔류물 가스 배출 도관 (25) 에서 수득되고/되거나 2개의 상이한 투과물 스트림들이 제 1 투과물 가스 배출 도관 (22) 및 제 2 투과물 가스 배출 도관 (23) 에서 수득되도록 구성된다.
도 11 은, 본 발명에 따른 추가의 특히 바람직한 실시형태로서, 본 발명에 따른 3개의 막 분리 스테이지들이, 막 분리 스테이지 A 로부터의 2개의 잔류물 스트림들이 막 분리 스테이지 B 에 공급물 스트림으로서 공급되고 막 분리 스테이지 A로부터의 2개의 투과물 스트림들이 막 분리 스테이지 C 에 공급물 스트림으로서 공급되는 방식으로 상호연결되는 3-스테이지 상호연결을 나타낸다.
이 경우, 상이한 조성의 2개의 공급물 가스 스트림들이 제 1 막 분리 스테이지 (A) 의 공급물 가스 도관들 (7 및 8) 에 의해 공급되며, 이는 바람직하게는 도 1 에 도시된 바와 같이 구성된다. 제 1 막 분리 스테이지 (A) 의 투과물 수집 파이프로부터 수득된 2개의 투과물 스트림들은 투과물 가스 배출 도관들 (15 및 16) 에 의해 새로운 공급물 가스 스트림들로서 막 분리 스테이지 (C) 에 공급된다. 제 1 막 분리 스테이지 (A) 의 잔류물 수집 파이프로부터 수득된 2 개의 잔류물 스트림들은 새로운 공급 스트림들로서 잔류물 가스 배출 도관들 (12, 13) 에 의해 막 분리 스테이지 (B) 에 공급된다. 도 1 및 도 10 에 대해 전술한 바와 같이, 제 1 막 분리 스테이지 (A) 로부터 수득된 2개의 잔류물 가스 스트림들은 그 조성이 상이하다. 제 1 막 분리 스테이지 (A) 로부터 수득된 투과물 가스 스트림들에 관하여도 동일하다.
막 분리 스테이지 (A) 로부터의 2개의 잔류물 스트림들은 그 조성이 상이하기 때문에, 막 분리 스테이지 (A) 에서와 동일한 전제조건이 제 2 막 분리 스테이지 (B) 에 적용가능하며, 즉, 2개의 공급 가스 스트림들이 공급되고, 제 2 공급 가스 스트림은 그 조성의 관점에서 제 1 공급 가스 스트림과 상이하다. 막 분리 스테이지 (B) 는 바람직하게는 도 1 에 보여진 바와 같은 구성이다. 잔류물 가스 배출 도관들 (24, 25) 에 의해, 제 2 막 분리 스테이지 (B) 의 잔류물 수집 파이프로부터 수득된 2개의 잔류물 스트림들은 독립적으로 생성물 스트림으로서 인출되거나, 추가로 처리되거나 폐기된다. 투과물 가스 배출 도관들 (22, 23) 에 의해, 제 2 막 분리 스테이지 (B) 의 투과물 수집 파이프로부터 수득된 2개의 투과물 스트림들은 공급 가스 도관들 (7, 8) 로 재순환된다.
막 분리 스테이지 (A) 로부터의 2개의 투과물 스트림들은 그 조성이 상이하기 때문에, 막 분리 스테이지 (A) 에서와 동일한 전제조건이 제 3 막 분리 스테이지 (C) 에 적용가능하며, 즉, 2개의 공급 가스 스트림들이 공급되고, 제 2 공급 가스 스트림은 그 조성의 관점에서 제 1 공급 가스 스트림과 상이하다. 막 분리 스테이지 (C) 는 마찬가지로 도 1 에 보여진 바와 같은 구성이다. 제 3 막 분리 스테이지 (C) 의 투과물 수집 파이프로부터 수득된 2개의 투과물 스트림들은, 투과물 가스 배출 도관들 (26, 27) 에 의해, 독립적으로 생성물 스트림들로서 인출되거나, 추가로 처리되거나 폐기된다. 잔류물 가스 배출 도관들 (28, 29) 에 의해, 제 3 막 분리 스테이지 (C) 의 잔류물 수집 파이프로부터 수득된 2 개의 잔류물 스트림들은 공급물 가스 도관들 (7, 8) 로 재순환된다.
대안적으로 그러나 마찬가지로 바람직하게는, 특히 도 2 또는 도 3 에 의해 도시된 바와 같이, 위에서 논의된 다른 바람직한 실시형태들에서처럼 도 11 의 막 분리 스테이지 A, B 및/또는 C 중 하나, 둘 또는 셋 모두를 구성하는 것이 또한 가능하다.
도 11 에 따른 상호연결에 대해, 도 10 에서와 동일하게 적용되며, 즉 투과물 가스 배출 도관들 (22 및 23) 및 잔류물 가스 배출 도관들 (28 및 29) 내의 압력은 공급물 가스 도관들 (7 및 8) 에서보다 낮다. 따라서, 재순환된 가스 스트림들은 압축 유닛들 (P1 및 P2) 에서 공급물 가스 도관들 (7 및 8) 에서 공급물 가스 스트림들의 압력에 도달되어야 한다. 압축 유닛들 (P1, P2) 은 동일하거나 상이한 구성일 수 있다.
따라서, 투과물 가스 배출 도관 (22) 은 바람직하게는 잔류물 가스 배출 도관 (28) 과 결합되고, 추가 가스 도관을 통해 압축 유닛 (P1) 에 공급된다. 투과물 가스 배출 도관 (23) 은 바람직하게는 잔류물 가스 배출 도관 (29) 과 결합되고, 추가 가스 도관을 통해 압축 유닛 (P2) 에 공급된다.
압축 유닛들 (P1, P2) 에 공급되는 가스 도관들 중 하나 또는 둘 모두에는 압축기가 배치될 수 있다. 이러한 구성은 바람직하게는 도 11 에 도시되지 않은 미정제 가스 스트림들 중 하나 또는 둘 모두가 이미 충분한 압력 하에 있을 때 선택될 것이다.
대안적으로, 압축 유닛들 (P1 및 P2) 에서, 압축 유닛들 (P1 및 P2) 에 공급된 가스 도관들에서 재순환된 가스 스트림들 중 하나 또는 둘 다는 각각 도 11 에 도시되지 않은 미정제 가스 스트림들 중 하나에 공급될 수 있고, 결과적인 혼합 스트림 또는 결과적인 혼합 스트림들은 응축될 수 있고, 따라서 공급물 스트림/공급물 스트림들은 공급물 가스 도관들 (7 및/또는 8) 에서 생성될 수 있다.
추가의 대안에서, 압축 유닛들 (P1 및 P2) 에서, 압축 유닛들 (P1 및 P2) 에 공급되는 가스 도관들 내에서 재순환되는 가스 스트림들 중 하나 또는 둘 모두는 공급물 가스 도관들 (7 및/또는 8) 에서 2개의 공급물 가스 스트림들 또는 공급물 스트림들 중 하나를 생성하는 압축기에 직접 공급될 수 있다.
미정제 가스 스트림(들)이 공급물 스트림보다 낮은 압력을 가질 때 두 개의 후자의 대안들이 바람직하게 채용된다.
대안적으로, 분압 차이는 또한 투과물 측에서 퍼지 가스에 의해 생성될 수 있다. 이 절차는 또한 당업자에게 알려져 있다.
투과물 가스 배출 도관들 (15 및 16 및/또는 22 및 23 및/또는 26 및 27) 내의 압력을 증가시키기 위한 디바이스는 구동력을 증가시키기 위해 바람직하지만, 장치의 복잡성으로 인해 바람직하지 않다.
3-스테이지 상호연결의 추가적인 수정들은 본 발명에 따른 교시를 참조하여 당업자에 의해 용이하게 발견 가능하다.
따라서, 더 바람직하게는, 본 발명에 따른 디바이스 및 본 발명에 따른 방법은 다음을 특징으로 한다:
이들은 3개의 막 분리 스테이지 A, B 및 C를 포함하고, 여기서 3개의 막 분리 스테이지 A, B 및 C 모두는 각각 병렬로 연결된 다수의 막 분리 유닛 (2) 을 각각 포함하는 다수의 막 블록들 (1) 또는 막 블록 (1) 을 포함하고,
그리고
제 1 막 분리 스테이지 (A) 의 가스 분배기는, 막 분리 스테이지 (A) 의 각각의 막 블록 (1) 에서, 적어도 2개의 상이한 막 분리 유닛들 (2) 에 상이한 조성의 가스 스트림들이 공급되는 방식으로, 제 1 막 분리 스테이지 (A) 의 막 분리 유닛들 (2) 의 가스 입구들 (3) 에 제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 제 2 공급물 가스 도관 (8) 을 연결하도록 구성되고,
제 1 막 분리 스테이지 (A) 는 2개의 상이한 잔류물 스트림들이 제 1 잔류물 가스 배출 도관 (12) 및 제 2 잔류물 가스 배출 도관 (13) 에서 수득되고, 2개의 상이한 투과물 스트림들이 제 1 투과물 가스 배출 도관 (15) 및 제 2 투과물 가스 배출 도관 (16) 에서 수득되도록 구성되고,
제 1 막 분리 스테이지 (A) 로부터의 2개의 잔류물 스트림들은 제 2 막 분리 스테이지 (B) 에 공급물 스트림들로서 공급되고, 잔류물 가스 배출 도관들 (12 및 13) 은 제 2 막 분리 스테이지 (B) 의 가스 분배기에 연결되고,
제 1 막 분리 스테이지 (A) 로부터의 2 개의 투과물 스트림들은 제 3 막 분리 스테이지 (C) 에 공급물 스트림들로서 공급되고, 투과물 가스 배출 도관들 (15 및 16) 은 제 3 막 분리 스테이지 (C) 의 가스 분배기에 연결되고,
제 2 막 분리 스테이지 (B) 의 가스 분배기는, 제 2 막 분리 스테이지 (B) 의 각각의 막 블록 (1) 에서, 적어도 2 개의 상이한 막 분리 유닛들 (2) 에 상이한 조성의 가스 스트림들이 공급되는 방식으로, 제 1 잔류물 가스 배출 도관 (12) 및 제 2 잔류물 가스 배출 도관 (13) 을 제 2 막 분리 스테이지 (B) 의 막 분리 유닛들 (2) 의 가스 입구들 (3) 에 연결하도록 구성되고,
그리고
제 3 막 분리 스테이지 (C) 의 가스 분배기는, 제 3 막 분리 스테이지 (C) 의 각각의 막 블록 (1) 에서, 적어도 2개의 상이한 막 분리 유닛들 (2) 에 상이한 조성의 가스 스트림들이 공급되는 방식으로, 제 1 투과물 가스 배출 도관 (15) 및 제 2 투과물 가스 배출 도관 (16) 을 제 3 막 분리 스테이지 (C) 의 막 분리 유닛들 (2) 의 가스 입구들 (3) 에 연결하도록 구성된다.
더 바람직하게는, 제 2 막 분리 스테이지 (B) 는 2개의 상이한 잔류물 스트림들이 제 1 잔류물 가스 배출 도관 (24) 및 제 2 잔류물 가스 배출 도관 (25) 에서 수득되고/되거나 2개의 상이한 투과물 스트림들이 제 1 투과물 가스 배출 도관 (22) 및 제 2 투과물 가스 배출 도관 (23) 에서 수득되도록 구성되고, 그리고/또는 제 3 막 분리 스테이지 (C) 는 2개의 상이한 잔류물 스트림들이 제 1 잔류물 가스 배출 도관 (28) 및 제 2 잔류물 가스 배출 도관 (29) 에서 수득되고/되거나 2개의 상이한 투과물 스트림들이 제 1 투과물 가스 배출 도관 (26) 및 제 2 투과물 가스 배출 도관 (27) 에서 수득되도록 구성된다.
2- 및 3-스테이지 상호연결을 참조하여 예로서 위에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 구성된 막 분리 스테이지들은 임의의 종류의 다중스테이지 상호연결, 더 바람직하게는 2-, 3-, 4- 및 5-스테이지 상호연결, 가장 바람직하게는 2-, 3- 및 4-스테이지 상호연결을 제공하도록 결합될 수 있다. 분리를 위해 단지 하나의 가스 스트림이 공급되는 "통상적인" 막 분리 스테이지들에 대해 상응하는 상호연결이 당업자에게 알려져 있다. 본 발명의 맥락에서 3-스테이지 상호연결이 가장 바람직하다.
본 발명에 따른 디바이스들에서, 적어도 2개의 상이한 공급물 가스 스트림들을 분리하는 본 발명에 따른 막 분리 스테이지들은 또한 단 하나의 가스 스트림을 투과물 스트림 및 잔류물 스트림으로 분리하는 "통상적인" 막 분리 스테이지들과 결합될 수 있다. 예를 들어, 통상적인 막 분리 스테이지들은 하나 이상의 공급물 가스 스트림(들)의 생성을 위해 상류에서 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 막 분리 스테이지의 하류에서 통상적인 막 분리 스테이지들을 사용하는 것이 대안적으로 가능하다. 예를 들어, 본 발명에 따른 막 분리 스테이지로부터 수득된 투과물 및/또는 잔류물 스트림들 중 하나가 이러한 통상적인 막 분리 스테이지에 공급될 수 있다. 또한 - 전술한 바와 같이 - 각각의 경우에 단지 하나의 투과물 스트림 및/또는 단지 하나의 잔류물 스트림이 수득되는 방식으로 본 발명에 따른 막 분리 스테이지들을 구성하는 것이 가능하다. 이들 투과물 또는 잔류물 스트림들은 이어서 통상적인 막 분리 스테이지들에서 추가로 처리될 수 있다.
도 10 및 도 11 에 따른 특정 실시형태들에 대해 이미 제시된 바와 같이, 본 발명에 따른 디바이스 및 본 발명에 따른 방법에 포함되는 막 분리 스테이지들은 막의 잔류물 측과 투과물 측 사이의 분압 차이를 필요로 한다. 따라서, 본 발명의 모든 실시형태들에 대해, 각각의 막 분리 스테이지들로부터의 공급물 가스 스트림들이 막 분리 스테이지들의 투과물 측에 대해 적절한 분압 차이를 갖지 않아야 한다면, 막의 투과물 측에서 진공 펌프 및/또는 공급물 가스 도관에서 압축기를 사용하는 것이 바람직하다. 마찬가지로 바람직하게는, 대안으로 또는 조합으로, 분압 차이를 증가시키기 위해 퍼지 가스를 투과물 공간에 공급하는 것이 가능하다. 이는 "스윕(sweep)"이라는 용어로 당업자에게 알려져 있다. 본 발명에 따른 제 1 분리 스테이지의 상류에서 단지 하나 이상의 공급물 스트림들에서 압축기를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명은 - 이미 전술한 바와 같이 - 상이한 조성의 2개 이상의 가스 스트림들의 동시 정제 방법을 포함한다. 본 발명에 따른 방법은 본 발명에 따른 디바이스에서 수행된다.
더 바람직하게는, 본 발명에 따른 방법은 하기 단계들을 포함한다:
i)
제 1 공급물 가스 스트림을 제공하는 단계,
ii)
제 1 공급물 가스 스트림과 상이한 조성의 제 2 공급물 가스 스트림을 제공하는 단계,
iii)
제 1 및 제 2 공급물 가스 스트림들을 막 분리 스테이지에 공급하는 단계, 여기서
그리고
제 1 및 제 2 공급물 가스 스트림들은 공간적으로 분리된 장소에서 분배기 도관 (4) 또는 연결 도관 (18) 또는 브랜치 (5), 또는 존재한다면, 막 분리 스테이지의 막 블록들 (1) 을 서로 연결하는 도관(들), 바람직하게는 도관(들) (19a, 19b, 20a, 20b), 또는 가스 입구 (3) 에 에 각각 독립적으로 공급되고, 제 1 및 제 2 공급물 가스 스트림들의 부착점들은 2개 이상의 브랜치들 (5) 및/또는 2개 이상의 가스 입구들 (3) 이 부착점들 사이에 배치되도록 배열되고,
iv)
가스 분배기에 의해 제 1 및 제 2 공급물 가스 스트림들을 막 분리 스테이지의 막 분리 유닛들 (2) 의 가스 입구들 (3) 에 공급하는 단계,
v)
가스 입구들 (3) 을 통해 막 분리 유닛들 (2) 에 공급된 가스 혼합물들을, 각각의 경우에 막 분리 유닛들 (2) 내의 가스 분리막들에 의해 잔류물 가스 스트림 및 투과물 가스 스트림으로 분리하는 단계.
보다 바람직하게는, 본 발명의 방법은 하기 단계들을 추가로 포함한다:
vi)
막 블록 (1) 의 막 분리 유닛들 (2) 로부터의 잔류물 스트림들을, 바람직하게는 모두, 결합하여 하나 이상의 잔류물 가스 스트림(들)을 제공하는 단계,
그리고/또는
vii)
막 블록 (1) 의 막 분리 유닛들 (2) 로부터의 투과물 스트림들을, 바람직하게는 모두, 결합하여 하나 이상의 투과물 가스 스트림(들)을 제공하는 단계.
투과물 스트림들 및/또는 잔류물 스트림들의 결합은, 추가로 기재된 바와 같이, 바람직하게는 투과물 및/또는 잔류물 수집 도관들에 의해, 또는 막 분리 유닛들의 상응하는 가스 출구들 사이의 잔류물 및/또는 투과물 연결 도관들을 통해 달성될 수 있다.
추가의 바람직한 방법 단계들은 본 발명에 따른 디바이스 및 방법의 상기 설명, 및 예들 및 청구항들로부터 명백할 것이다.
본 발명에 따른 디바이스 및 방법은 특히, 가스 분리막들에 의한 상이한 조성을 갖는 다수의 가스 스트림들의 동시 분리가 필요한 공정에 사용될 수 있다. 특히 분리될 가스 스트림들이 이들의 체적 유량들 및 조성들의 관점에서 변동될 수 있는 공정들에서 또한 사용될 수 있다. 이는 특히 재생가능 에너지가 사용되는 방법에 적용 가능한데, 그 이유는 재생가능 에너지가 상당히 변동하는 체적에서만 빈번하게 이용 가능하기 때문이다. 적용을 위한 추가의 예는, 예를 들어, 가스 소스당 하나의 가스 분리 디바이스에서보다는 공통 가스 분리 디바이스에서 처리되는 상이한 가스 소스들을 갖는 천연 가스 분야, 또는 메탄이 가스 분리 디바이스에서 헬륨으로부터 분리되고, 이어서 메탄이 열적으로 이용되고, 열 이용으로부터의 오프가스가 마찬가지로 가스 분리에 의해 분리되는 헬륨 가스 소스이다. 실시예 1 및 2 는 2개의 별개의 가스 분리 디바이스들에서보다는 본 발명에 따른 디바이스에서 2개의 가스 분리가 매우 훨씬 더 효과적으로 수행될 수 있음을 보여준다.
예
예의 확립을 위해, 공정 시뮬레이션 계산은 Aspen Custom Modeller (ACM) 에서 Scholz 등의 모델, "Modeling Gas Permeation by Linking Nonideal Effects", Industrial & Engineering Chemistry Research, 2013, 52, 1079-1088 에 의해 수행되었다. 시뮬레이션에 사용된 Scholz 등으로부터의 모델 깊이는 다음과 같다:
사용되는 모듈 지오메트리는 다음과 같다: 중공 막 섬유의 외부 직경은 415 ㎛ 이고, 중공 막 섬유의 벽 두께는 74 ㎛ 이다. 섬유 길이는 1 m 이고, 모듈 직경은 0.16 m 이다. 예들에서, 막 분리 유닛은 시뮬레이션에서 막 모듈에 해당한다. 섬유 카운트는 76 700 이다. 섬유의 열전달 계수는 4 W/(㎡ K) 이다. 예들에서, 막 분리 유닛은 시뮬레이션에서 막 모듈에 해당한다.
예 시리즈 1 (예 1.1 내지 1.9):
예 시리즈 1 에서는 도 1 에 해당하는 분리 시스템이 사용된다. 제 1 공급물 가스 스트림 (A) 은 10 부피%의 헬륨 (He) 및 90 부피%의 메탄 (CH4) 으로 이루어진다. 제 2 공급물 가스 스트림 (B) 은 40 부피%의 CO2 및 60 부피%의 N2 로 이루어진다. 공급물 가스 스트림 A 및 공급물 가스 스트림 B 는 10개의 막 분리 유닛들 (MTE) (21 - 210) 을 갖는 막 블록 (1) 으로 이루어진 막 분리 스테이지에 공급된다. 각각의 MTE들로부터의 투과물들 및 잔류물들은 투과물 가스 도관들 (101 - 1010) 을 통해 투과물 수집 파이프 (14) 에 공급되고, 잔류물 가스 도관들 (91 - 910) 을 통해 잔류물 수집 파이프 (11) 에 공급된다. 개별 MTE들은 각각 동일하고, 역류로 작동되는 중공 폴리이미드 섬유 막들을 포함한다. 2개의 공급물 가스 스트림들 A 및 B 는 25℃의 동일한 공급물 가스 온도에서 공급물 가스 도관 (7 및 8) 에 의해 이의 반대편 단부들에서 분배기 도관 (4) 에 공급되고, 이어서 공급물 도관들 (61 - 610) 을 통해 각각의 MTE들 (21 - 210) 에 공급된다. 잔류물 가스 스트림들의 압력은 잔류물 가스 배출 도관들 (12 및 13) 내의 밸브들에 의해 10.00 bara 의 동일한 압력으로 유지된다. 공급물 도관들 (7 또는 8) 에서의 공급물 가스 스트림의 압력에 대해, 10.08 내지 10.1 bara의 약간 상이한 값은 체적 유량의 변화를 통한 압력 강하로부터 기인한다. 2개의 공급물 가스 스트림들 A 및 B 의 조성, 온도, 체적 유량 및 압력은 표 1a 및 표 1b 에서 찾을 수 있다. 투과물 가스 스트림들의 압력은 투과물 가스 배출 도관들 (15 및 16) 내의 밸브들에 의해 1.01 bara 로 설정된다. 명시된 조건들 하에서, 각각의 MTE들은 헬륨 (He) 에 대해 40 000 GPU*㎡, CO2 에 대해 26 700 GPU*㎡, N2 에 대해 800 GPU*㎡ 및 CH4 에 대해 530 GPU*m㎡ 의 분리 용량을 갖는다. 따라서, 선택도, 즉 MTE들에 사용되는 막의 투과율들의 비는 He/CH4 의 경우 75 이고, CO2/N2 의 경우 33 이다.
이 예에서, 2개의 공급물 가스 스트림들의 체적 유량들의 총계는 항상 1000 ㎥/h (STP) 이다. 그러나, 실시예 1.1 내지 예 1.9 의 예 시리즈에서, 개별 체적 유량들은 각각, 공급물 스트림 A 의 체적 유량이 예마다 증가하고 공급물 스트림 B 의 체적 유량이 예마다 동일한 정도로 감소하도록 변화된다.
예 시리즈 1 에서, 상이한 공급물 가스 스트림들은 각각 MTE들로 혼합 없이 유동하고, 잔류물 가스 및 투과물 가스 스트림들은 또한 혼합 없이 인출된다. 이는 분배기 도관 (4) 또는 투과물 수집 파이프 (14) 및 잔류물 수집 파이프 (11) 에서 대응하는 피그들에 의해 보장된다. 본 예에서 분배기 도관 (4) 및 브랜치들 (5) 에 걸친 압력 강하는 단지 수 mbar이며, 이는 공급물 가스가 MTE들 사이의 양의 관점에서 사실상 이상적으로 분할됨을 의미한다.
실시예 1.1 에서, 공급물 가스 스트림 A의 낮은 체적 유량 때문에, 오로지 공급 도관 (61) 을 통해 MTE (21) 로 공급되고, MTE (21) 로부터의 잔류물 가스는 배타적으로 잔류물 가스 배출 도관 (12) 을 통해 잔류물 가스 도관 (91) 으로부터 인출되고, MTE (21) 로부터의 투과물 가스는 배타적으로 투과물 가스 배출 도관 (15) 을 통해 투과물 가스 배출 도관 (101) 으로부터 인출된다. 대응하게, 공급물 가스 스트림 B 는 공급 도관들 (62 내지 610) 을 통해 나머지 MTE들 (22 내지 210) 에 공급되고, 잔류물 가스 도관들 (92 내지 910) 로부터의 잔류물 가스는 배타적으로 잔류물 가스 배출 도관 (13) 을 통해 제거되고, 투과물 가스 도관들 (102 내지 1010) 로부터의 투과물 가스는 배타적으로 투과물 가스 배출 도관 (16) 을 통해 인출된다. 모든 4개의 가스 배출 도관들 (잔류 가스 배출 도관들 (12 및 13), 및 투과 가스 배출 도관들 (15 및 16)) 에서의 분리 결과는 각각의 경우에, 순도와 수율의 곱 (product) 이 최대인 이상적으로 달성가능한 순도 및 수율이다.
각각의 실시예 1.1 내지 1.9 에서 수득된 2개의 투과물 스트림들 (15 및 16) 및 2개의 잔류물 스트림들 (12 및 13) 의 조성, 온도, 체적 유량, 압력 및 수율은 표 2a 및 표 2d 에서 찾을 수 있다.
[표 1a]
[표 1b]
[표 2a]
[표 2b]
[표 2c]
[표 2d]
예 시리즈 2 (예 2.1 내지 2.8)
예 시리즈 2 는, 공급물 가스 스트림들이 덜 이상적으로 분리된 형태로 MTE들에 도달하고 덜 이상적 방식으로 잔류물 가스 및 투과물 가스로서 제거된다는 것을 제외하고는, 예 시리즈 1 에 대응한다. 즉, 실시예 1 에서 연결 도관 (4) 에 사용된 피그는 생략되고, 2개의 가스 스트림들은 그들이 만나는 장소에서 적은 정도로 혼합될 수 있다. 예 시리즈 2 에서, 공급물 가스 스트림 A 및 공급물 가스 스트림 B 의 만남은 각각의 경우에 50 ㎥ (STP)/h 공급물 가스 스트림 A 및 50 ㎥ (STP)/h 공급물 가스 스트림 B 가 각각의 경우에 가장 가까운 공급 도관을 통해 대응하는 MTE 에 공급되는 방식으로 일어난다. 이는, 예 2.1 의 경우, MTE (21) 에 순수 공급물 스트림 A 가 공급되고, MTE (22) 에 50 부피%의 공급물 스트림 A 와 50 부피%의 공급물 스트림 B 의 혼합물이 공급되고, MTE들 (23 내지 210)에 순수 공급물 스트림 B 가 공급된다는 것을 의미한다.
예 2.1 에서 MTE (22) 인, 혼합 가스를 분리하는 MTE 의 잔류물 가스 도관으로부터의 잔류물 가스는 잔류물 가스 배출 도관 (12 또는 13) 의 방향으로 동일한 비율로 유동한다. 혼합 가스를 분리하는 MTE 로부터의 투과물 가스는 또한 투과물 가스 배출 도관 (15 또는 16) 의 방향으로 동일한 비율로 유동한다. 예 2.1 에서 MTE (21) 인, 공급물 가스 스트림 A 만을 분리하는 MTE들로부터의 잔류물 가스들은 잔류물 가스 배출 도관 (12) 으로 완전히 유동하고, 예 2.1에서 MTE (21) 인, 공급물 가스 스트림 B 만을 분리하는 MTE들로부터의 잔류물 가스들은 잔류물 가스 배출 도관 (13) 으로 완전히 유동한다. 상황은 각각의 MTE들로부터의 투과물 스트림들과 유사하다. 잔류물 가스 배출 도관 (12 또는 13) 또는 투과물 가스 배출 도관 (15 또는 16) 사이의 유동들의 전술한 분할은 잔류물 가스 배출 도관 (12 또는 13) 또는 투과물 가스 배출 도관 (15 또는 16) 내의 적절한 밸브들에 의해 제어된다.
2개의 공급물 가스 스트림들 A 및 B 의 조성, 온도, 체적 유량 및 압력은 표 3a 및 표 3b 에서 찾을 수 있다. 표 4a 내지 표 4d 는 예 2.1 내지 2.8 의 결과를 요약한다. 그러한 작동 형태가 공급되는 정량적으로 더 적은 공급물 가스 스트림에 대한 분리 결과를 희생하는 것은 명백하다. 예를 들어, 예 2.1 에 따르면, 공급물 가스 스트림 B 에 비해 매우 작은 공급물 가스 스트림 A 의 경우에, 메탄의 농후화와 같은 임의의 분리 목표가 달성되지 않는다. 잔류물 가스 배출 도관 (12) 내의 메탄 순도는 표 2a 로부터의 이상적인 경우에 달성되는 99.4%가 아니라 단지 88.6 부피%에 도달한다. 그럼에도 불구하고, 예 2.1 은 투과물 가스 배출 도관 (15) 내의 헬륨의 별개의 농후화를 공급물 가스 스트림 A 내의 10% 로부터 28.7% 로 달성한다. 그러나, 예 시리즈 1 로부터의 이상적인 경우에, 42.1% 가 달성 가능할 것이다.
예 2.3 내지 2.7 에서 공급물 가스 스트림들 A 와 B 사이의 더 균형잡힌 체적 유량들의 경우에, 공급물 가스 스트림들의 더 낮은 혼합으로의 작동에도 불구하고, 모든 가스 배출 도관들 (12, 13, 15, 16) 에서 양호한 분리 결과가 발견된다.
[표 3a]
[표 3b]
[표 4a]
[표 4b]
[표 4c]
[표 4d]
비교예 1:
발명 외의 예로서, 예 1 및 예 2 의 2개의 공급물 가스 스트림들 A 및 B 가 별개의 막 분리 스테이지 1 또는 2 에 각각 개별적으로 공급되는 시스템이 고려된다.
각각의 공급물 가스 스트림들의 체적 유량들은 예 시리즈 1 및 2 에서와 같이 변동될 수 있기 때문에, 막 분리 스테이지들 1 및 2 각각에서 병렬로 연결된 MTE들의 수는 최대 체적 유량을 위해 설계되어야 한다. 이는, 본 발명 예 1 및 2 에서의 10개의 MTE들과 비교하여, 이제 필요한 10개 MTE들의 2 다수, 즉 2배 많은 MTE들이 존재함을 의미한다. 그러나, 2개의 공급물 가스 스트림들의 체적 유량들에 변동이 있기 때문에, 각각의 막 분리 스테이지 (1 또는 2) 내의 모든 MTE들이 매 작동 시점에 최대 부하 하에 있는 것은 아니다. 이러한 조건 하에서의 분리, 즉 부분 부하 하에서의 MTE들의 작동의 결과가 표 6a 내지 d 에 보여진다. 2개의 공급물 가스 스트림들 A 및 B 의 조성, 온도, 체적 유량 및 압력은 표 5a 및 표 5b 에서 찾을 수 있다.
[표 5a]
[표 5b]
[표 6a]
[표 6b]
[표 6c]
[표 6d]
표 6a 내지 표 6d 로부터의 결과는, 공급물 스트림들의 변동들에 의해 야기되는, 부분-부하 범위에서의 MTE들의 작동의 경우, 본 발명 예 1 및 2 에 비해 사용된 MTE들의 수의 2배에도 불구하고, 각각의 경우에 만족스러운 분리 결과를 달성할 수 없음을 보여준다.
그리고, 비교예에 사용된 장치에서, 예컨대 개별 MTE들을 차단하기 위한 추가적인 밸브들의 설치를 통해, 차단되지 않은 MTE들이 항상 최대-부하 범위에서 작동되는 것을 보장하는 것이 가능할 것이다. 그러나, 이는 MTE 수의 배가로 인해 장치 복잡도를 훨씬 더 뚜렷하게 증가시키며, 추가적인 제어-관련 복잡도를 초래할 것이다.
실시예 1 및 2 와 비교예 1 의 분리 효율의 비교
도 12 에, 비교를 위해 실시예 1 및 2 와 비교예의 결과를 플롯하였다. 플롯된 것은 ㎥ (STP)/h 단위의 공급물 가스의 양에 대한 최대 달성가능한 값에 기초한 잔류물 (잔류물 가스 도관 (12)) 중의 메탄의 수율과 순도의 곱이다. 본 발명 예 1 은 항상 CH4 순도와 CH4 수율의 최대 달성가능한 곱, 따라서 100%의 상대값을 제공한다. 비교예 1 에서, 1000 ㎥ (STP)/h 의 전 부하 (full load) 에서만 최대값이 달성된 후, 빠르게 감소하였다. 본 발명 예 2 는 넓은 부분-부하 범위에 걸쳐 비교적 높은 값을 유지한다.
예컨대 동일한 총 설치된 총 분리 용량에 대해 더 낮은 분리 용량을 갖는 MTE들의 이용을 통해, 예 시리즈 2 에서의 MTE 의 수의 증가는 본 발명에 따른 장치에서의 희석 효과로부터 초래되는 공급물 가스 스트림들의 부분적 혼합의 설명된 악영향을 뚜렷하게 감소시킬 수 있다. 제한 값의 평가에서, 무한히 높은 수의 MTE가 주어지면, 실시예 1의 이상적인 결과가 발견된다.
수백 개의 막 분리 유닛의 사용은 가스 분리 분야에서 전적으로 현실적이다.
실시예 3
실시예 3 에서는, 헬륨 소스 가스의 분야에서 도 1 에 따라 병렬로 연결된 10개의 막 분리 유닛들 (2) 을 갖는 막 블록 (19) 을 갖는 막 분리 스테이지의 본 발명의 작동이 고려된다. 개별 막 분리 유닛들 (2) 은 실시예 1 에 기재된 특성들을 갖는다. 공급물 가스 도관들 (7 및 8) 에서 개별적으로 공급되는 공급물 가스 스트림들은 또한 실시예 1 에서와 같이 이상적으로 분할된다. 실시예 1 과 대조적으로, 단지 잔류물 가스 스트림 (12) 및 투과물 가스 스트림 (15) 이 잔류물 및 투과물 가스 도관들 (9 및 10) 에 의해 막 분리 유닛들 (2) 로부터 잔류물 가스 수집 파이프 (11) 또는 투과물 가스 수집 파이프 (14) 에 잔류물 또는 투과물 스트림들을 공급함으로써 생성되고, 이들의 각각은 오로지 잔류물 가스 배출 도관 (12) 또는 투과물 가스 배출 도관 (15) 에 연결된다. 개별 막 분리 유닛들 (2) 의 잔류물 농도를 확인하기 위해 잔류물 가스 도관들 (9) 에 샘플링 사이트들이 장착되었다.
헬륨 소스 가스는 헬륨-함유 천연 가스 소스들이다. 지역에 따라 그리고 어느 정도로 또한 더 작은 지역 내의 소스에 따라, 어떤 경우에는 뚜렷하게 상이한 헬륨 농도가 존재한다. 실시예 3 에서는, 단순화에 의해, 논의되는 2개의 소스들이 배타적으로 헬륨과 메탄을 함유한다고 상정한다. 소스 1 (공급물 가스 스트림 1) 은 1% 헬륨을 함유하고, 소스 2 (공급물 가스 스트림 2) 는 3% 헬륨을 함유한다. 분리의 목적은, 투과물에서 비교적 양호한 헬륨 수율을 여전히 달성하기 위해, 두 공급물 가스 스트림들에 대해 잔류물 중에 단지 0.2%의 헬륨 함량을 수득하는 것이다. 표 7 에 나타낸 공급물 가스 스트림들의 공급에 대해, 각각의 잔류물 가스 도관에서 0.2%의 헬륨 농도가 발견된다. 표 7 은 잔류물 및 투과물 가스 스트림들의 유량 및 농도를 보여준다.
[표 7]
비교예 2
실시예 3 에 관한 본 발명 외의 비교예 2 에서, 소스 1 의 공급물 가스 스트림 1 과 소스 2 의 공급물 가스 스트림 2 가 혼합된 다음, 하나의 공급물 가스 스트림으로서 공급물 가스 도관을 통해 10개의 막 분리 유닛들에 공급되어, 각각의 막 분리 유닛은 동일한 공급물 가스 스트림을 분리한다. 막 분리 스테이지의 나머지 구성은 실시예 3 에 대응한다. 결과를 표 8 에 요약한다.
[표 8]
그리고 실시예 3 및 비교예 2 를 비교하면, 실시예 3 에 따른 공급물 가스 스트림들의 개별 공급이 전체적으로 더 양호한 분리 결과를 초래한다는 것이 발견된다. 우선, 실시예 3 에서 달성되는 투과물 중 헬륨 및 잔류물 중 메탄의 순도가 비교예 2 에서보다 높다. 또한, 투과물 중 헬륨의 수율, 즉 공급물 가스 스트림 중 헬륨의 양에 기초한 투과물 가스 스트림 중 헬륨의 양은 비교예 2 에서보다 실시예 3 에서 더 높다. 즉, 더 가치있는 헬륨이 더 높은 헬륨 순도에서 수득된다. 잔류물 가스 스트림 중 메탄에 대해 상황을 비교하면, 심지어 실시예 3 에서의 메탄 순도와 메탄 수율의 곱이 비교예 2 에서보다 약간 더 높다는 것이 발견된다.
1
본 발명에 따른 막 블록
2 막 분리 유닛; 막 블록에서 병렬로 연결된 각각의 막 분리 유닛들은 (21) 내지 (2n) 로 인덱싱되며, 여기서 인덱스 n 은 일련 번호에 해당하고, 숫자 n 은 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 수에 해당함
3 막 분리 유닛의 가스 입구; 막 블록에서 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 각각의 가스 입구들은 (31) 내지 (3n) 으로 인덱싱되고, 여기서 인덱스 n 은 일련 번호에 해당하고, 숫자 n 은 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 수에 해당함
4 분배기 도관; 하나의 막 분리 스테이지에 다수의 막 블록들 및 따라서 다수의 분배기 도관들이 존재한다면, 이들은 (41) 내지 (4o) 로 인덱싱되고, 여기서 o 는 일련 번호에 해당하고 숫자 o 는 막 분리 스테이지에 존재하는 분배기 도관의 수에 해당함
5 브랜치
6 막 분리 유닛의 가스 입구로의 공급 도관; 막 블록에서 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 각각의 공급 도관들은 (61) 내지 (6n) 으로 인덱싱되고, 여기서 인덱스 n 은 일련 번호에 해당하고, 숫자 n 은 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 수에 해당함
7 제 1 공급물 가스 도관
8 제 2 공급물 가스 도관
9 막 분리 유닛의 잔류물 가스 도관; 막 블록에서 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 각각의 잔류물 가스 도관들은 (91) 내지 (9n) 으로 인덱싱되고, 여기서 인덱스 n 은 일련 번호에 해당하고, 숫자 n 은 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 수에 해당함
10 막 분리 유닛의 투과물 가스 도관; 막 블록에서 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 각각의 투과물 가스 도관들은 (101) 내지 (10n) 으로 인덱싱되고, 여기서 인덱스 n 은 일련 번호에 해당하고, 숫자 n 은 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 수에 해당함
11 잔류물 가스 수집 파이프
12 제 1 잔류물 가스 배출 도관
13 제 2 잔류물 가스 배출 도관
14 투과물 가스 수집 파이프
15 제 1 투과물 가스 배출 도관
16 제 2 투과물 가스 배출 도관
17
18 연결 도관들
19a 가스 도관
19b 가스 도관
20a 가스 도관
20b 가스 도관
21 제 3 공급물 가스 도관
22 제 2 막 분리 스테이지 (B) 의 제 1 투과물 가스 도관
23 제 2 막 분리 스테이지 (B) 의 제 2 투과물 가스 도관
24 제 2 막 분리 스테이지 (B) 의 제 1 잔류물 가스 도관
25 제 2 막 분리 스테이지 (B) 의 제 2 잔류물 가스 도관
26 제 3 막 분리 스테이지 (C) 의 제 1 투과물 가스 도관
27 제 3 막 분리 스테이지 (C) 의 제 2 투과물 가스 도관
28 제 3 막 분리 스테이지 (C) 의 제 1 잔류물 가스 도관
29 제 3 막 분리 스테이지 (C) 의 제 2 잔류물 가스 도관
30 막 분리 유닛의 잔류물 가스 출구; 막 블록에서 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 각각의 잔류물 가스 출구들은 (301) 내지 (30n) 으로 인덱싱되고, 여기서 인덱스 n 은 일련 번호에 해당하고, 숫자 n 은 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 수에 해당함
31 막 분리 유닛의 투과물 가스 출구; 막 블록에서 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 각각의 투과물 가스 출구들은 (311) 내지 (31n) 으로 인덱싱되고, 여기서 인덱스 n 은 일련 번호에 해당하고, 숫자 n 은 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 수에 해당함
32 서로 나란히 배열된 막 블록의 2개의 막 분리 유닛들의 2개의 잔류물 가스 출구들 사이의 잔류물 연결 도관
33 서로 나란히 배열된 막 블록의 2개의 막 분리 유닛들의 2개의 투과물 가스 출구들 사이의 투과물 연결 도관
2 막 분리 유닛; 막 블록에서 병렬로 연결된 각각의 막 분리 유닛들은 (21) 내지 (2n) 로 인덱싱되며, 여기서 인덱스 n 은 일련 번호에 해당하고, 숫자 n 은 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 수에 해당함
3 막 분리 유닛의 가스 입구; 막 블록에서 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 각각의 가스 입구들은 (31) 내지 (3n) 으로 인덱싱되고, 여기서 인덱스 n 은 일련 번호에 해당하고, 숫자 n 은 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 수에 해당함
4 분배기 도관; 하나의 막 분리 스테이지에 다수의 막 블록들 및 따라서 다수의 분배기 도관들이 존재한다면, 이들은 (41) 내지 (4o) 로 인덱싱되고, 여기서 o 는 일련 번호에 해당하고 숫자 o 는 막 분리 스테이지에 존재하는 분배기 도관의 수에 해당함
5 브랜치
6 막 분리 유닛의 가스 입구로의 공급 도관; 막 블록에서 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 각각의 공급 도관들은 (61) 내지 (6n) 으로 인덱싱되고, 여기서 인덱스 n 은 일련 번호에 해당하고, 숫자 n 은 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 수에 해당함
7 제 1 공급물 가스 도관
8 제 2 공급물 가스 도관
9 막 분리 유닛의 잔류물 가스 도관; 막 블록에서 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 각각의 잔류물 가스 도관들은 (91) 내지 (9n) 으로 인덱싱되고, 여기서 인덱스 n 은 일련 번호에 해당하고, 숫자 n 은 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 수에 해당함
10 막 분리 유닛의 투과물 가스 도관; 막 블록에서 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 각각의 투과물 가스 도관들은 (101) 내지 (10n) 으로 인덱싱되고, 여기서 인덱스 n 은 일련 번호에 해당하고, 숫자 n 은 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 수에 해당함
11 잔류물 가스 수집 파이프
12 제 1 잔류물 가스 배출 도관
13 제 2 잔류물 가스 배출 도관
14 투과물 가스 수집 파이프
15 제 1 투과물 가스 배출 도관
16 제 2 투과물 가스 배출 도관
17
18 연결 도관들
19a 가스 도관
19b 가스 도관
20a 가스 도관
20b 가스 도관
21 제 3 공급물 가스 도관
22 제 2 막 분리 스테이지 (B) 의 제 1 투과물 가스 도관
23 제 2 막 분리 스테이지 (B) 의 제 2 투과물 가스 도관
24 제 2 막 분리 스테이지 (B) 의 제 1 잔류물 가스 도관
25 제 2 막 분리 스테이지 (B) 의 제 2 잔류물 가스 도관
26 제 3 막 분리 스테이지 (C) 의 제 1 투과물 가스 도관
27 제 3 막 분리 스테이지 (C) 의 제 2 투과물 가스 도관
28 제 3 막 분리 스테이지 (C) 의 제 1 잔류물 가스 도관
29 제 3 막 분리 스테이지 (C) 의 제 2 잔류물 가스 도관
30 막 분리 유닛의 잔류물 가스 출구; 막 블록에서 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 각각의 잔류물 가스 출구들은 (301) 내지 (30n) 으로 인덱싱되고, 여기서 인덱스 n 은 일련 번호에 해당하고, 숫자 n 은 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 수에 해당함
31 막 분리 유닛의 투과물 가스 출구; 막 블록에서 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 각각의 투과물 가스 출구들은 (311) 내지 (31n) 으로 인덱싱되고, 여기서 인덱스 n 은 일련 번호에 해당하고, 숫자 n 은 병렬로 연결된 막 분리 유닛들의 수에 해당함
32 서로 나란히 배열된 막 블록의 2개의 막 분리 유닛들의 2개의 잔류물 가스 출구들 사이의 잔류물 연결 도관
33 서로 나란히 배열된 막 블록의 2개의 막 분리 유닛들의 2개의 투과물 가스 출구들 사이의 투과물 연결 도관
Claims (32)
- 가스 혼합물들의 분리를 위한 디바이스로서,
a. 제 1 공급물 가스 스트림을 수송하도록 적합화되거나 구성된 제 1 공급물 가스 도관 (7), 및 상기 제 1 공급물 가스 스트림과 상이한 조성의 제 2 공급물 가스 스트림을 수송하도록 적합화되거나 구성된 제 2 공급물 가스 도관 (8),
b. 하나의 막 블록 (1) 또는 다수의 막 블록들 (1) 을 포함하는 막 분리 스테이지로서, 상기 막 블록(들) (1) 은 병렬로 연결된 다수의 막 분리 유닛들 (2) 을 각각 포함하고,
o 각각의 막 분리 유닛 (2) 은 가스 입구 (3) 및 가스 분리막들을 갖고, 상기 가스 입구 (3) 를 통해 공급된 가스 혼합물은 상기 가스 분리막들에 의해 잔류물 가스 스트림 및 투과물 가스 스트림으로 분리되고,
o 각각의 막 분리 유닛 (2) 은 바람직하게는 잔류물 가스 도관 (9) 에 연결되거나 하나 이상의 잔류물 연결 도관(들) (32) 에 의해 동일한 막 블록 (1) 의 인접한 막 분리 유닛(들) (2) 의 하나 또는 두 개의 잔류물 가스 출구(들) (30) 에 연결되는 잔류물 가스 스트림을 위한 잔류물 가스 출구 (30), 및 바람직하게는 투과물 가스 도관 (10) 에 연결되거나 하나 이상의 투과물 연결 도관(들) (33) 에 의해 동일한 막 블록 (1) 의 인접한 막 분리 유닛(들) (2) 의 하나 또는 두 개의 투과물 가스 출구(들) (31) 에 연결되는 투과물 가스 스트림을 위한 투과물 가스 출구 (31) 를 갖는, 상기 막 분리 스테이지,
및
c. 가스 분배기로서,
상기 가스 분배기는 막 블록 (1) 의 2개의 인접한 막 분리 유닛들 (2) 의 가스 입구들 (3) 을 서로 각각 연결하는 연결 도관들 (18) 을 포함하고/하거나, 공급 도관들 (6) 에 의해 막 블록 (1) 의 개별 막 분리 유닛들 (2) 의 가스 입구들 (3) 에 각각 연결되는 다수의 브랜치들 (5) 을 각각 포함하는 하나 이상의 분배기 도관(들) (4) 을 포함하도록 구성되고, 하나 이상의 브랜치(들) (5) 는 또한 공급물 가스 도관을 위한 부착 수단을 추가로 가질 수 있어서, 각각의 경우에 브랜치(들) (5) 에 의해 공급물 가스 도관 및 공급 도관 (6) 이 각각의 분배기 도관 (4) 에 동시에 연결될 수 있고,
상기 막 분리 스테이지가 다수의 막 블록들 (1) 을 포함한다면, 상기 가스 분배기는 도관들, 바람직하게는 상기 막 분리 스테이지의 막 블록들 (1) 을 서로 연결하는 도관들 (19a, 19b, 20a, 20b) 을 포함하도록 구성되고,
상기 제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 상기 제 2 공급물 가스 도관 (8) 은 공간적으로 분리된 장소들에서 분배기 도관 (4) 또는 연결 도관 (18) 또는 브랜치 (5) 에, 또는 존재한다면, 상기 막 분리 스테이지의 막 블록들 (1) 을 서로 연결하는 도관, 바람직하게는 도관 (19a, 19b, 20a 또는 20b) 에, 또는 가스 입구 (3) 에 각각 독립적으로 연결되고, 부착점들은 2개 이상의 브랜치들 (5) 및/또는 2개 이상의 가스 입구들 (3) 이 상기 제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 상기 제 2 공급물 가스 도관 (8) 의 부착점들 사이에 배치되게 배열되도록 구성된, 상기 가스 분배기
를 포함하는, 가스 혼합물들의 분리를 위한 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 상기 제 2 공급물 가스 도관 (8) 의 부착점들은
상기 제 1 공급물 가스 스트림 및 상기 제 2 공급물 가스 스트림이 상기 막 분리 스테이지의 하나의 막 블록 (1) 또는 다수의 막 블록들 (1) 내에서, 바람직하게는 하나 이상의 분배기 도관(들) (4) 및/또는 연결 도관(들) (18) 내에서, 또는 상기 막 분리 스테이지의 막 블록들 (1) 을 서로 연결하는 도관(들), 바람직하게는 도관(들) (19a, 19b, 20a, 20b) 내에서 서로를 향해 유동하도록
배열되는 것을 특징으로 하는, 가스 혼합물들의 분리를 위한 디바이스. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 막 분리 스테이지는 하나의 막 블록 (1) 또는 다수의 막 블록들 (1) 을 포함하고, 각각은 다수의 브랜치들 (5) 및 공급 도관들 (6) 을 갖는 분배기 도관 (4) 을 가지며, 각각의 경우에 공급 도관 (6) 이 브랜치 (5) 를 막 분리 유닛 (2) 의 가스 입구 (3) 에 연결하고,
상기 제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 제 2 공급물 가스 도관 (8) 은 상기 분배기 도관(들) (4) 및/또는 브랜치들 (5) 에, 더 바람직하게는 상기 분배기 도관(들) (4) 의 각각의 대향 단부들에 개별적으로 그리고 독립적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 가스 혼합물들의 분리를 위한 디바이스. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 막 분리 스테이지는 하나의 막 블록 (1) 또는 다수의 막 블록들 (1) 을 포함하고, 각각은 상기 막 블록 (1) 내의 인접한 막 분리 유닛(들) (2) 의 가스 입구(들) (3) 에 막 분리 유닛 (2) 의 가스 입구 (3) 를 각각 연결하는 다수의 연결 도관들 (18) 을 포함하고,
상기 제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 상기 제 2 공급물 가스 도관 (8) 은 막 분리 유닛 (2) 의 하나의 가스 입구 (3) 또는 막 분리 유닛들 (2) 의 다수의 가스 입구들 (3) 에 그리고/또는 하나의 연결 도관 (18) 또는 다수의 연결 도관들 (18) 에 각각 개별적으로 그리고 독립적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 가스 혼합물들의 분리를 위한 디바이스. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 1 및 제 2 공급물 가스 스트림들과 상이한 조성의 하나, 둘 또는 세 개의 추가 가스 스트림들을 수송하기에 적합한 하나, 둘 또는 세 개의 공급물 가스 도관(들) 3 (21), 4 및 5 를 추가로 포함하고,
추가의 공급물 가스 도관(들) 3 (21), 4 및 5 는 상기 가스 분배기에 연결되어, 가스 스트림 3 (21) 또는 가스 스트림 3 (21) 및 4 또는 가스 스트림들 3 (21), 4 및 5 가 상기 가스 분배기에 의해 막 분리 유닛들에 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는, 가스 혼합물들의 분리를 위한 디바이스. - 제 5 항에 있어서,
공급물 가스 도관(들) 3 (21) 또는 3 (21) 및 4 또는 3 (21), 4 및 5 는 각각 독립적으로
바람직하게는 상기 제 1 공급물 가스 도관 (7) 과 상기 제 2 공급물 가스 도관 (8) 의 부착부들 사이에서, 하나 이상의 분배기 도관(들) (4) 에 부착되고,
그리고/또는
바람직하게는 상기 제 1 공급물 가스 도관 (7) 과 상기 제 2 공급물 가스 도관 (8) 의 부착부들 사이에서, 하나 이상의 연결 도관(들) (18) 에 부착되고,
그리고/또는
하나의 가스 입구 (3) 또는 다수의 가스 입구들 (3) 에 부착되며, 상기 가스 입구 (3) 또는 상기 가스 입구들 (3) 은 더 바람직하게는 상기 제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 상기 제 2 공급물 가스 도관 (8) 이 부착되는 가스 입구들 (3) 과 상이하며,
그리고/또는
하나의 가스 입구 (3) 또는 다수의 가스 입구들 (3) 및 하나의 연결 도관 (18) 또는 다수의 연결 도관들 (18) 에 부착되며, 이들 가스 입구들 (3) 은 바람직하게는 상기 제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 상기 제 2 공급물 가스 도관 (8) 이 부착되는 가스 입구들 (3) 과 상이한 것을 특징으로 하는, 가스 혼합물들의 분리를 위한 디바이스.
- 제 5 항에 있어서,
상기 막 분리 스테이지가 링 회로를 형성하도록 결합되는 다수의 막 블록들 (1) 을 포함하고, 각각의 막 블록 (1) 은 바람직하게는 2개의 공급물 가스 도관들에 연결되는 것을 특징으로 하는, 가스 혼합물들의 분리를 위한 디바이스. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 막 분리 스테이지는 병렬로 연결된 다수의 막 블록들 (1) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가스 혼합물들의 분리를 위한 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 가스 분배기는 막 블록 (1) 당 다수의 브랜치들 (5) 및 공급 도관을 (6) 을 갖는 하나의 분배기 도관 (4) 을 포함하며, 각각의 경우에 공급 도관 (6) 이 브랜치 (5) 를 막 분리 유닛 (2) 의 가스 입구 (3) 에 연결하고,
상기 막 분리 스테이지의 각각의 막 블록들 (1) 의 분배기 도관들 (4) 은 도관들 (19a, 19b) 에 의해 서로 연결되고,
상기 제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 제 2 공급물 가스 도관 (8) 은 공간적으로 분리된 장소들에서 분배기 도관 (4) 또는 브랜치 (5) 에 또는 도관 (19a, 19b) 에 독립적으로 연결되며, 부착점들은 2개 이상의 브랜치들 (5) 및/또는 2개 이상의 가스 입구들 (3) 이 상기 제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 상기 제 2 공급물 가스 도관 (8) 의 부착점들 사이에 배치되도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 가스 혼합물들의 분리를 위한 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
각각의 막 블록 (1) 내의 가스 분배기는 막 분리 유닛 (2) 의 가스 입구 (3) 를 상기 막 블록 (1) 내의 인접한 막 분리 유닛(들) (2) 의 가스 입구(들) (3) 또는 가스 입구 (3) 에 각각 연결하는 연결 도관들 (18) 을 포함하고,
상기 막 분리 스테이지의 막 블록들 (1) 은 도관들 (20a, 20b) 에 의해 서로 연결되고, 각각의 막 블록 (1) 내의 도관들 (20a, 20b) 은 하나 이상의 연결 도관(들) (18) 및/또는 하나 이상의 가스 입구(들) (3) 에 각각 연결되고, 바람직하게는 각각의 막 블록 (1) 내의 파이프 도관 (20a) 은 연결 도관 (18) 또는 가스 입구 (3) 에 연결되고, 각각의 막 블록 내의 파이프 도관 (20b) 은 상이한 연결 도관 (18) 또는 상이한 가스 입구 (3) 에 연결되며,
상기 제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 상기 제 2 공급물 가스 도관 (8) 은 공간적으로 분리된 장소들에서 하나 이상의 연결 도관(들) (18) 에 또는 하나 이상의 도관(들) (20a, 20b) 에, 또는 하나 이상의 가스 입구(들) (3) 에 독립적으로 연결되며, 부착점들은 2개 이상의 가스 입구들 (3) 이 상기 제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 상기 제 2 공급물 가스 도관 (8) 의 부착점들 사이에 배치되도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 가스 혼합물들의 분리를 위한 디바이스. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 분배기 도관(들) (4) 및/또는 하나 이상의 연결 도관(들) (18) 및/또는 하나 이상의 도관(들) (19a, 19b, 20a, 20b) 내에서, 도관에서 만나는 공급물 가스 스트림들의 잠재적 접촉 장소들에서, 공급물 가스 스트림들의 혼합 제어 및/또는 완전 혼합의 실질적 방지를 위한, 바람직하게는 도관 단면의 감소, 도관 섹션의 확장, 정적 혼합기의 도입, 가스 도관에 피그의 삽입, 및 이들의 조합으로 이루어진 조치들의 군으로부터 선택되는, 구성 조치가 취해지는 것을 특징으로 하는, 가스 혼합물들의 분리를 위한 디바이스. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 막 분리 스테이지의 막 블록 (1) 의 막 분리 유닛들 (2) 의 잔류물 가스 도관들 (9), 바람직하게는 모든 잔류물 가스 도관들 (9) 은 잔류물 가스 수집 파이프 (11) 에 연결되고, 상기 잔류물 가스 수집 파이프 (11) 는 적어도 하나의 제 1 잔류물 가스 배출 도관 (12), 바람직하게는 적어도 2개의 잔류물 가스 배출 도관들 (12 및 13) 에 연결되고,
그리고/또는
상기 막 분리 스테이지의 막 블록 (1) 의 막 분리 유닛들 (2) 의 투과물 가스 도관들 (10), 바람직하게는 모든 투과물 가스 도관들 (10) 은 투과물 가스 수집 파이프 (14) 에 공급되고, 투과물 가스 수집 파이프는 적어도 하나의 제 1 투과물 가스 배출 도관 (15), 바람직하게는 적어도 2개의 투과물 가스 배출 도관들 (15 및 16) 에 연결되는 것을 특징으로 하는, 가스 혼합물들의 분리를 위한 디바이스. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 막 분리 스테이지의 막 블록 (1) 의 막 분리 유닛들 (2) 의 잔류물 가스 출구들 (30) 사이에 잔류물 연결 도관들 (32) 을 포함하고, 적어도 하나의 잔류물 연결 도관 (32) 또는 적어도 하나의 잔류물 가스 출구 (30) 가 적어도 하나의 잔류물 가스 배출 도관 (12) 에 추가로 연결되고, 바람직하게는 상기 막 분리 스테이지의 하나의 막 블록 (1) 내의 하나 이상의 잔류물 연결 도관(들) (32) 및/또는 하나 이상의 잔류물 가스 출구(들) (30) 는 잔류물 가스 배출 도관 (12 또는 13) 에 각각 독립적으로 연결되고,
그리고/또는
상기 막 분리 스테이지의 막 블록 (1) 의 막 분리 유닛들 (2) 의 투과물 가스 출구들 (31) 사이에 투과물 연결 도관들 (33) 을 포함하고, 적어도 하나의 투과물 연결 도관 (33) 또는 적어도 하나의 투과물 가스 출구 (31) 가 적어도 하나의 투과 가스 배출 도관 (15) 에 추가로 연결되고, 바람직하게는 상기 막 분리 스테이지의 하나의 막 블록 (1) 내의 하나 이상의 투과물 연결 도관(들) (33) 및/또는 하나 이상의 투과물 가스 출구(들) (31) 는 투과물 가스 배출 도관 (15 또는 16) 에 각각 독립적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 가스 혼합물들의 분리를 위한 디바이스. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 1 항에 따른 2개의 막 분리 스테이지들 (A 및 B) 를 포함하고,
제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 제 2 공급물 가스 도관 (8) 이 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 바와 같이 제 1 막 분리 스테이지 (A) 의 가스 분배기에 연결되고,
상기 제 1 막 분리 스테이지 (A) 는 2개의 상이한 잔류물 스트림들이 제 1 잔류물 가스 배출 도관 (12) 및 제 2 잔류물 가스 배출 도관 (13) 에서 수득되고/되거나 2개의 상이한 투과물 스트림들이 제 1 투과물 가스 배출 도관 (15) 및 제 2 투과물 가스 배출 도관 (16) 에서 수득되도록 구성되고,
상기 제 1 잔류물 가스 배출 도관 (12) 및 상기 제 2 잔류물 가스 배출 도관 (13) 또는 상기 제 1 투과물 가스 배출 도관 (15) 및 상기 제 2 투과물 가스 배출 도관 (16) 은 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 바와 같이 제 2 막 분리 스테이지 (B) 의 가스 분배기에 연결되는 것을 특징으로 하는, 가스 혼합물들의 분리를 위한 디바이스. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 1 항에 따른 3개의 막 분리 스테이지들 (A, B 및 C) 를 포함하고,
제 1 공급물 가스 도관 (7) 및 제 2 공급물 가스 도관 (8) 이 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 바와 같이 제 1 막 분리 스테이지 (A) 의 가스 분배기에 연결되고,
상기 제 1 막 분리 스테이지 (A) 는 2개의 상이한 잔류물 스트림들이 제 1 잔류물 가스 배출 도관 (12) 및 제 2 잔류물 가스 배출 도관 (13) 에서 수득되고/되거나 2개의 상이한 투과물 스트림들이 제 1 투과물 가스 배출 도관 (15) 및 제 2 투과물 가스 배출 도관 (16) 에서 수득되도록 구성되고,
상기 제 1 잔류물 가스 배출 도관 (12) 및 상기 제 2 잔류물 가스 배출 도관 (13) 은 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 바와 같이 제 2 막 분리 스테이지 (B) 의 가스 분배기에 연결되고,
상기 제 1 투과물 가스 배출 도관 (15) 및 상기 제 2 투과물 가스 배출 도관 (16) 은 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 바와 같이 제 3 막 분리 스테이지 (C) 의 가스 분배기에 연결되는 것을 특징으로 하는, 가스 혼합물들의 분리를 위한 디바이스. - 각각 상이한 조성의 2 이상의 가스 스트림들을 동시에 정제하는 방법으로서, 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 디바이스에서 가스들의 분리가 수행되는 것을 특징으로 하는, 가스 스트림들을 동시에 정제하는 방법.
- 제 16 항에 있어서,
i) 제 1 공급물 가스 스트림을 제공하는 단계,
ii) 상기 제 1 공급물 가스 스트림과 상이한 조성의 제 2 공급물 가스 스트림을 제공하는 단계,
iii) 제 1 및 제 2 공급물 가스 스트림들을 막 분리 스테이지에 공급하는 단계로서,
상기 막 분리 스테이지는 하나의 막 분리 블록 (1) 또는 다수의 막 블록들 (1) 을 가지며, 막 분리 블록(들) (1) 은 병렬로 연결된 다수의 막 분리 유닛들 (2) 을 각각 포함하고,
상기 막 분리 스테이지는, 막 블록 (1) 의 2개의 인접한 막 분리 유닛들 (2) 의 가스 입구들 (3) 을 서로 각각 연결하는 연결 도관들 (18), 및/또는 분리된 공급 도관들 (6) 에 의해 막 블록 (1) 의 개별 막 분리 유닛들 (2) 의 가스 입구들 (3) 에 각각 연결되는 다수의 브랜치들 (5) 을 포함하는 분배기 도관들 (4) 을 포함하는 가스 분배기를 가지며, 하나 이상의 브랜치(들) (5) 은 또한 공급물 가스 도관을 위한 부착 수단을 추가적으로로 가질 수도 있어서, 브랜치(들) (5) 에 의해, 공급물 가스 도관 및 공급 도관 (6) 이 분배기 도관 (4) 에 동시에 연결될 수도 있고,
상기 막 분리 스테이지는, 다수의 막 블록들 (1) 을 포함한다면, 도관들, 바람직하게는 상기 막 분리 스테이지의 막 블록들 (1) 을 서로 연결하는 도관들 (19a, 19b, 20a, 20b) 을 포함하고,
제 1 및 제 2 공급물 가스 스트림들은 공간적으로 분리된 장소들에서 분배기 도관 (4) 또는 연결 도관 (18) 또는 브랜치 (5), 또는 존재한다면, 상기 막 분리 스테이지의 막 블록들 (1) 을 서로 연결하는 도관, 바람직하게는 도관 (19a, 19b, 20a, 20b), 또는 가스 입구 (3) 에 에 각각 독립적으로 공급되고, 제 1 및 제 2 공급물 가스 스트림들의 부착점들은 2개 이상의 브랜치들 (5) 및/또는 2개 이상의 가스 입구들 (3) 이 상기 부착점들 사이에 배치되도록 배열되는, 상기 제 1 및 제 2 공급물 가스 스트림들을 상기 막 분리 스테이지에 공급하는 단계,
iv) 상기 가스 분배기에 의해 상기 제 1 및 제 2 공급물 가스 스트림들을 상기 막 분리 스테이지의 막 분리 유닛들 (2) 의 가스 입구들 (3) 에 공급하는 단계,
v) 상기 가스 입구들 (3) 를 통해 상기 막 분리 유닛들 (2) 에 공급된 가스 혼합물들을, 각각의 경우에 막 분리 유닛들 (2) 내의 가스 분리막들에 의해 잔류물 가스 스트림 및 투과물 가스 스트림으로 분리하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가스 스트림들을 동시에 정제하는 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 제 1 공급물 가스 스트림 및 상기 제 2 공급물 가스 스트림이 상기 막 분리 스테이지의 하나의 막 블록 (1) 또는 다수의 막 블록들 (1) 내에서, 바람직하게는 하나 이상의 분배기 도관(들) (4) 및/또는 하나 이상의 연결 도관(들) (18) 내에서, 및/또는 상기 막 분리 스테이지의 막 블록들 (1) 을 서로 연결하는 도관(들) 내에서, 바람직하게는 도관(들) (19a, 19b, 20a, 20b) 내에서 서로를 향해 유동하는 방식으로,
그리고/또는
상기 막 분리 스테이지의 하나의 막 블록 (1), 바람직하게는 다수의 막 블록들 (1), 더 바람직하게는 모든 막 블록들 (1) 내의 적어도 2개의 상이한 막 분리 유닛들 (2) 에 각각 상이한 조성의 가스 스트림들이 공급되는 방식으로
제 1 및 제 2 공급물 가스 스트림들이 가스 분배기에 의해 제 1 막 분리 스테이지의 막 분리 유닛들 (2) 의 가스 입구들 (3) 에 공급되는 것을 특징으로 하는, 가스 스트림들을 동시에 정제하는 방법. - 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
상기 막 분리 스테이지는 하나의 막 블록 (1) 또는 다수의 막 블록들 (1) 을 포함하며, 각각은 다수의 브랜치들 (5) 및 공급 도관들 (6) 을 갖는 분배기 도관 (4) 을 가지며, 공급 도관 (6) 이 각각의 경우에 브랜치 (5) 를 막 분리 유닛 (2) 의 가스 입구 (3) 에 연결하고,
상기 제 1 공급물 가스 스트림 및 상기 제 2 공급물 가스 스트림은 분배기 도관(들) (4) 에, 더 바람직하게는 분배기 도관(들) (4) 의 각각의 대향 단부들에 개별적으로 그리고 독립적으로 공급되는 것을 특징으로 하는, 가스 스트림들을 동시에 정제하는 방법. - 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
상기 막 분리 스테이지는 하나의 막 블록 (1) 또는 다수의 막 블록들 (1) 을 포함하고, 각각은 상기 막 블록 (1) 내의 인접한 막 분리 유닛(들) (2) 의 가스 입구(들) (3) 에 막 분리 유닛 (2) 의 가스 입구 (3) 를 각각 연결하는 다수의 연결 도관들 (18) 을 포함하고,
상기 제 1 공급물 가스 스트림 및 상기 제 2 공급물 가스 스트림은 막 분리 유닛 (2) 의 하나의 가스 입구 또는 막 분리 유닛들 (2) 의 다수의 가스 입구들 (3) 및/또는 하나의 연결 도관 (18) 또는 다수의 연결 도관들 (18) 에 각각 개별적으로 그리고 독립적으로 공급되는 것을 특징으로 하는, 가스 스트림들을 동시에 정제하는 방법. - 제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 1 및 제 2 공급물 가스 스트림들과 상이한 조성을 갖는 하나, 2 또는 3개의 추가적인 가스 스트림(들)이 공급물 가스 도관(들) 3 (21), 3 (21) 및 4 또는 3 (21), 4 및 5 에 의해 상기 가스 분배기에 공급되는 것을 특징으로 하는, 가스 스트림들을 동시에 정제하는 방법. - 제 21 항에 있어서,
공급물 가스 스트림 3 또는 공급물 가스 스트림들 3 및 4 또는 공급물 가스 스트림들 3, 4 및 5 가 각각
바람직하게는 상기 제 1 공급물 가스 도관 (7) 과 상기 제 2 공급물 가스 도관 (8) 의 부착부들 사이에서, 하나 이상의 분배기 도관(들) (4) 에 공급되고,
그리고/또는
바람직하게는 상기 제 1 공급물 가스 도관 (7) 과 상기 제 2 공급물 가스 도관 (8) 의 부착부들 사이에서, 하나 이상의 연결 도관(들) (18) 에 공급되고,
그리고/또는
바람직하게는 연결 도관들 (18) 을 포함하는 막 블록 (1) 내의, 하나의 가스 입구 (3) 또는 다수의 가스 입구들 (3) 에 공급되며, 이 가스 입구들 (3) 은 더 바람직하게는 상기 제 1 공급물 가스 스트림 또는 상기 제 2 공급물 가스 스트림이 공급되는 가스 입구들 (3) 과 상이하고,
그리고/또는
하나의 가스 입구 (3) 또는 다수의 가스 입구들 (3) 및 하나 이상의 연결 도관(들) (18) 에 공급되고, 이 가스 입구들 (3) 은 바람직하게는 상기 제 1 공급물 가스 스트림 또는 상기 제 2 공급물 가스 스트림이 공급되는 가스 입구들 (3) 및 연결 도관(들) (18) 과 상이한 것을 특징으로 하는, 가스 스트림들을 동시에 정제하는 방법.
- 제 22 항에 있어서,
상기 막 분리 스테이지의 다수의 막 블록들 (1) 이 결합되어 링 회로를 형성하고, 2개의 공급물 가스 스트림들이 바람직하게는 각각의 막 블록 (1) 에 공급되는 것을 특징으로 하는, 가스 스트림들을 동시에 정제하는 방법. - 제 17 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 막 분리 스테이지의 복수의 막 블록들 (1) 은 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는, 가스 스트림들을 동시에 정제하는 방법. - 제 24 항에 있어서,
상기 가스 분배기는 막 블록 (1) 당 다수의 브랜치들 (5) 및 공급 도관들 (6) 을 갖는 하나의 분배기 도관 (4) 을 포함하며, 공급 도관 (6) 이 각각의 경우에 브랜치 (5) 를 막 분리 유닛 (2) 의 가스 입구 (3) 에 연결하고,
상기 막 분리 스테이지의 각각의 막 블록들 (1) 의 분배기 도관들 (4) 은 도관들 (19a, 19b) 에 의해 서로 연결되고,
상기 제 1 공급물 가스 스트림 및 상기 제 2 공급물 가스 스트림은 하나 이상의 분배기 도관(들) (4) 및/또는 도관(들) (19a, 19b) 에 개별적으로 그리고 독립적으로 공급되는 것을 특징으로 하는, 가스 스트림들을 동시에 정제하는 방법. - 제 24 항에 있어서,
각각의 막 블록 (1) 내의 가스 분배기는 막 분리 유닛 (2) 의 가스 입구 (3) 를 막 블록 (1) 내의 인접한 막 분리 유닛(들) (2) 의 가스 입구(들) (3) 에 각각 연결하는 연결 도관들 (18) 을 포함하고,
상기 막 분리 스테이지의 막 블록들 (1) 은 도관들 (20a, 20b) 에 의해 서로 연결되고, 각각의 막 블록 내의 도관들 (20a, 20b) 은 하나 이상의 연결 도관(들) (18) 또는 가스 입구(들) (3) 에 연결되고, 바람직하게는 각각의 막 블록 내의 도관 (20a) 은 연결 도관 (18) 또는 가스 입구 (3) 에 연결되고, 각각의 막 블록 내의 도관 (20b) 은 상이한 연결 도관 (18) 또는 상이한 가스 입구 (3) 에 연결되며,
상기 제 1 공급물 가스 스트림 및 상기 제 2 공급물 가스 스트림은, 상기 제 1 공급물 가스 스트림 및 상기 제 2 공급물 가스 스트림이 동일한 가스 입구들 (3) 또는 연결 도관들 (18) 에 동시에 공급되지 않거나 하나 이상의 동일하거나 다수의 동일하지 않은 가스 입구들 (3) 또는 연결 도관들 (18) 에 동시에 공급된다는 조건으로, 막 분리 유닛들 (2) 의 하나의 가스 입구 (3) 또는 다수의 가스 입구들 (3) 및/또는 막 분리 스테이지의 각각의 막 블록들 (1) 의 하나 이상의 연결 도관(들) (18) 및/또는 도관(들) (20a, 20b) 에 개별적으로 그리고 독립적으로 공급되는 것을 특징으로 하는, 가스 스트림들을 동시에 정제하는 방법. - 제 17 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 분배기 도관(들) (4) 및/또는 하나 이상의 연결 도관(들) (18) 및/또는 하나 이상의 도관(들) (19a, 19b, 20a, 20b) 내에서, 도관 내에서 만나는 공급물 가스 스트림들의 잠재적 접촉 장소들에서, 공급물 가스 스트림들의 혼합의 제어 및/또는 완전 혼합의 실질적 방지를 위한, 바람직하게는 도관 단면의 감소, 도관 섹션의 확장, 정적 혼합기의 도입, 가스 도관에 피그의 삽입, 및 이들의 조합으로 이루어진 조치들의 군으로부터 선택되는, 구성 조치가 취해지는 것을 특징으로 하는, 가스 스트림들을 동시에 정제하는 방법. - 제 17 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
vi) 막 블록 (1) 의 막 분리 유닛들 (2) 로부터의 잔류물 가스 스트림들을 결합하여 하나 이상의 잔류물 가스 스트림(들)을 제공하는 단계,
및/또는
vii) 막 블록 (1) 의 막 분리 유닛들 (2) 로부터의 투과물 스트림들을 결합하여 하나 이상의 투과물 가스 스트림(들)을 제공하는 단계
를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 가스 스트림들을 동시에 정제하는 방법. - 제 28 항에 있어서,
상기 막 분리 스테이지의 막 블록 (1) 의 막 분리 유닛들 (2) 로부터의 잔류물 스트림들은 잔류물 가스 수집 파이프 (11) 에 공급되고, 이들은 결합되어 하나의 잔류물 가스 스트림을 형성하고 잔류물 가스 배출 도관 (12) 에 공급되거나, 또는 이들은 적어도 2개의 잔류물 가스 스트림들 (1 및 2) 로 분할되고 적어도 2개의 잔류물 가스 배출 도관들 (12 및 13) 에 공급되고,
그리고/또는
상기 막 분리 스테이지의 막 블록 (1) 의 막 분리 유닛들 (2) 로부터의 투과물 스트림들은 투과물 가스 수집 파이프 (14) 에 공급되고, 이들은 결합되어 하나의 투과물 가스 스트림을 형성하고 투과물 가스 배출 도관 (15) 에 공급되거나, 또는 이들은 적어도 2개의 투과물 가스 스트림들 (1 및 2) 로 분할되고 적어도 2개의 투과물 가스 배출 도관들 (15 및 16) 에 공급되는 것을 특징으로 하는, 가스 스트림들을 동시에 정제하는 방법. - 제 28 항에 있어서,
상기 막 분리 스테이지의 막 블록 (1) 의 막 분리 유닛들 (2) 로부터의 잔류물 가스 스트림들은 상기 막 분리 스테이지의 막 블록 (1) 의 막 분리 유닛들 (2) 의 잔류물 가스 출구들 (30) 사이의 잔류물 연결 도관들 (32) 에 의해 결합되어 하나의 잔류물 가스 스트림을 형성하고 잔류물 가스 배출 도관 (12) 에 공급되거나, 또는 이들은 적어도 2개의 잔류물 가스 스트림들 (1 및 2) 로 분할되고 적어도 2개의 잔류물 가스 배출 도관들 (12 및 13) 에 공급되고,
그리고/또는
상기 막 분리 스테이지의 막 블록 (1) 의 막 분리 유닛들 (2) 로부터의 투과물 가스 스트림들은 상기 막 분리 스테이지의 막 블록 (1) 의 막 분리 유닛들 (2) 의 투과물 가스 출구들 (31) 사이의 투과물 연결 도관들 (33) 에 의해 결합되어 하나의 투과물 가스 스트림을 형성하고 투과물 가스 배출 도관 (15) 에 공급되거나, 또는 이들은 적어도 2개의 투과물 가스 스트림들 (1 및 2) 로 분할되고 적어도 2개의 투과물 가스 배출 도관들 (15 및 16) 에 공급되는 것을 특징으로 하는, 가스 스트림들을 동시에 정제하는 방법. - 제 17 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 제 14 항에 따른 2개의 막 분리 스테이지들 (A 및 B) 를 포함하는 디바이스에서 실행되고,
상이한 조성을 갖는 상기 제 1 공급물 가스 스트림 및 상기 제 2 공급물 가스 스트림은 제 17 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 기재된 바와 같이 막 분리 스테이지 (A) 에 공급되고,
상기 제 1 막 분리 스테이지 (A) 는 상기 제 1 공급물 가스 스트림 및 상기 제 2 공급물 가스 스트림을 상이한 조성의 제 1 잔류물 가스 스트림 및 제 2 잔류물 가스 스트림, 및/또는 상이한 조성의 제 1 투과물 가스 스트림 및 제 2 투과물 가스 스트림으로 분리하고,
상기 제 1 막 분리 스테이지 (A) 로부터의 2개의 잔류물 스트림들 또는 2개의 투과물 스트림들은 상이한 조성의 2개의 공급물 스트림들로서 제 2 막 분리 스테이지 (B) 에 공급되고,
상기 제 2 막 분리 스테이지 (B) 는 상기 제 1 막 분리 스테이지 (A) 로부터의 2개의 잔류물 또는 투과물 스트림들을 상이한 조성의 제 3 잔류물 가스 스트림 및 제 4 잔류물 가스 스트림으로, 및/또는 상이한 조성의 제 3 투과물 가스 스트림 및 제 4 투과물 가스 스트림으로 분리하는 것을 특징으로 하는, 가스 스트림들을 동시에 정제하는 방법. - 제 17 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 제 15 항에 따른 3개의 막 분리 스테이지들 (A, B 및 C) 를 포함하는 디바이스에서 실행되고,
상이한 조성을 갖는 상기 제 1 공급물 가스 스트림 및 상기 제 2 공급물 가스 스트림은 제 17 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 기재된 바와 같이 막 분리 스테이지 (A) 에 공급되고,
상기 제 1 막 분리 스테이지 (A) 는 상기 제 1 공급물 가스 스트림 및 상기 제 2 공급물 가스 스트림을 상이한 조성의 제 1 잔류물 가스 스트림 및 제 2 잔류물 가스 스트림으로, 그리고 상이한 조성의 제 1 투과물 가스 스트림 및 제 2 투과물 가스 스트림으로 분리하고,
상기 제 1 막 분리 스테이지 (A) 로부터의 2개의 잔류물 스트림들은 상이한 조성의 2개의 공급물 스트림들로서 제 2 막 분리 스테이지 (B) 에 공급되고,
상기 제 2 막 분리 스테이지 (B) 는 상기 제 1 막 분리 스테이지 (A) 로부터의 2개의 잔류물 가스 스트림들을 상이한 조성의 제 3 잔류물 가스 스트림 및 제4 잔류물 가스 스트림으로 분리하고,
상기 제 1 막 분리 스테이지 (A) 로부터의 2개의 투과물 가스 스트림들은 상이한 조성의 2개의 공급물 스트림들로서 제 3 막 분리 스테이지 (C) 에 공급되고,
상기 제 3 막 분리 스테이지 (C) 는 상기 막 분리 스테이지 (A) 로부터의 2개의 투과물 가스 스트림들을 상이한 조성의 제 5 투과물 가스 스트림 및 제 6 투과물 가스 스트림으로 분리하는 것을 특징으로 하는, 가스 스트림들을 동시에 정제하는 방법.
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