PL239373B1 - Sposób koncentracji gazu - Google Patents
Sposób koncentracji gazu Download PDFInfo
- Publication number
- PL239373B1 PL239373B1 PL421712A PL42171215A PL239373B1 PL 239373 B1 PL239373 B1 PL 239373B1 PL 421712 A PL421712 A PL 421712A PL 42171215 A PL42171215 A PL 42171215A PL 239373 B1 PL239373 B1 PL 239373B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- pressure
- adsorption
- adsorption column
- gas
- column
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 404
- 230000005494 condensation Effects 0.000 title abstract 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 title abstract 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 678
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 365
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 81
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims abstract description 67
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 366
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 128
- 230000006837 decompression Effects 0.000 claims description 37
- 230000000274 adsorptive effect Effects 0.000 claims description 16
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 claims description 5
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 claims description 4
- -1 metal complex compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 3
- 230000004313 glare Effects 0.000 claims 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 239000002156 adsorbate Substances 0.000 abstract 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 33
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 19
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 7
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 5
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000000881 depressing effect Effects 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011067 equilibration Methods 0.000 description 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
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
- B01D53/02—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 adsorption, e.g. preparative gas chromatography
- B01D53/04—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 adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
- B01D53/047—Pressure swing adsorption
-
- 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
-
- 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
- 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
- C10L3/105—Removal of contaminants of nitrogen
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/10—Inorganic adsorbents
- B01D2253/102—Carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/10—Inorganic adsorbents
- B01D2253/106—Silica or silicates
- B01D2253/108—Zeolites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/10—Inorganic adsorbents
- B01D2253/112—Metals or metal compounds not provided for in B01D2253/104 or B01D2253/106
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/10—Inorganic adsorbents
- B01D2253/116—Molecular sieves other than zeolites
-
- 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
- B01D2257/10—Single element gases other than halogens
- B01D2257/102—Nitrogen
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/10—Single element gases other than halogens
- B01D2257/104—Oxygen
-
- 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
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
- B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
- B01D2259/40035—Equalization
- B01D2259/40039—Equalization with three sub-steps
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
- B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
- B01D2259/40035—Equalization
- B01D2259/40041—Equalization with more than three sub-steps
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
- B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
- B01D2259/40058—Number of sequence steps, including sub-steps, per cycle
- B01D2259/4006—Less than four
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
- B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
- B01D2259/40058—Number of sequence steps, including sub-steps, per cycle
- B01D2259/40062—Four
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
- B01D2259/403—Further details for adsorption processes and devices using three beds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
- B01D2259/404—Further details for adsorption processes and devices using four beds
-
- 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
- C10L2290/542—Adsorption of impurities during preparation or upgrading of a fuel
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
Abstract
Wynalazek przedstawiony na rysunku podnosi współczynnik odzyskiwanego gazu w trakcie wytwarzania gazu wysokiej czystości. Sposób kondensacji gazu wykorzystywany przy konfiguracji, w której ustawiono trzy lub więcej wież adsorpcyjnych wypełnionych adsorbentem, gdzie adsorbuje się gazowy adsorbat, obejmuje etap, w którym, przed procesem wyrównania ciśnienia (redukcja ciśnienia) w pierwszej wieży adsorpcyjnej, która zakończyła proces adsorpcji, podczas gdy gaz wsadowy dostarcza się do drugiej wieży absorpcyjnej, która zakończyła przynajmniej proces wyrównania ciśnienia (wzrost ciśnienia) i ma wykonać wspomnianą adsorpcję w następnej kolejności, niezaadsorbowany gaz przenosi się z góry pierwszej wieży adsorpcyjnej na górę drugiej wieży adsorpcyjnej, i dokonuje się w ten sposób procesu wyrównania adsorpcji/ciśnienia (redukcja ciśnienia) w pierwszej wieży adsorpcyjnej oraz procesu wyrównania adsorpcji/ciśnienia (wzrost ciśnienia) w drugiej wieży adsorpcyjnej.
Description
Dziedzina techniki
Przedmiotem wynalazku jest sposób koncentracji gazu obejmujący:
trzy lub więcej kolumn adsorpcyjnych wypełnionych adsorbentem, który adsorbuje adsorpcyjny gaz docelowy;
gdzie przeprowadza się, dla każdej kolumny adsorpcyjnej, cykl procesów adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA (Pressure Swing Adsorption) powtarzających się w następującym porządku:
procesu adsorpcji polegającego na odbiorze doprowadzenia gazu źródłowego zawierającego adsorpcyjny gaz docelowy z dolnej części kolumny adsorpcyjnej, zaadsorbowaniu adsorpcyjnego gazu docelowego na adsorbencie i uwolnieniu gazu niezaadsorbowanego składającego się głównie ze składnika niezaadsorbowanego z górnej części kolumny adsorpcyjnej;
procesu wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) polegającego na przesyłaniu gazu w kolumnie adsorpcyjnej, w której zakończył się proces adsorpcji i która jest w stanie, wysokiego ciśnienia do innej kolumny adsorpcyjnej w stanie niższego ciśnienia, aby doprowadzić we wnętrzu kolumny adsorpcyjnej do stanu ciśnienia pośredniego;
procesu dekompresji, po obniżeniu ciśnienia w kolumnie adsorpcyjnej w procesie wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), polegającego na dalszej dekompresji adsorbentu do stanu niskiego ciśnienia w celu desorpcji adsorpcyjnego gazu docelowego zaadsorbowanego na adsorbencie i odzyskania tego adsorpcyjnego gazu docelowego z dolnej części kolumny adsorpcyjnej; oraz procesu wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia), po zakończeniu procesu dekompresji, polegającego na odbiorze gazu z innej kolumny adsorpcyjnej będącej w stanie wyższego ciśnienia, aby doprowadzić we wnętrzu kolumny adsorpcyjnej do stanu ciśnienia pośredniego, gdzie cykl adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA jest przeprowadzany kolejno dla trzech lub więcej kolumn adsorpcyjnych z przesunięciem w czasie.
Aktualny stan techniki
Jeśli chodzi o efektywne wykorzystanie gazu palnego, konieczne jest oddzielenie, gazu, takiego jak powietrze, od gazu źródłowego zawierającego gaz palny i zatężenie gazu palnego do odpowiedniego zakresu stężenia. Proponowano już różne tego rodzaju urządzenia i metody zatężania gazu palnego oraz proponowano wynalazki, w których gaz (tzw. gaz kopalniany) pozyskiwany z kopalni w postaci gazu zawierającego metan wykorzystuje się jako gaz źródłowy, powietrze (głównie zawierające azot, tlen i dwutlenek węgla), jest oddzielane od gazu źródłowego za pomocą adsorbentu, a gaz metanowy jest zatężany do użycia (np. Dokument Patentowy 1).
Dokładniej rzecz biorąc, Dokument Patentowy 1 stanowi propozycję wynalazku urządzenia i metody zatężania metanu. Według wynalazku, przy użyciu naturalnego zeolitu, który ma dużo mniejszą szybkość adsorpcji dla metanu niż dla azotu, jako adsorbent, to znaczy przy użyciu adsorbentu, który preferencyjnie adsorbuje gazy mieszane, takie jak azot, tlen i dwutlenek węgla, do metanu, gaz kopalniany zostaje wprowadzony do kolumny adsorpcyjnej, wypełnionej adsorbentem za pomocą sprężarki lub podobną metodą aż do osiągnięcia wcześniej określonego ciśnienia. Następnie gazy zmieszane zawarte w gazie kopalnianym są adsorbowane najpierw w przedniej części (dolnej części) kolumny adsorpcyjnej, a metan, dla którego tempo adsorpcji jest wolne, jest adsorbowany w tylnej części (górnej części) kolumny adsorpcyjnej. Następnie metan jest uwalniany z górnej części kolumny adsorpcyjnej aż do osiągnięcia ciśnienia atmosferycznego.
W ten sposób można oddzielić powietrze od gazu kopalnianego jako gazu źródłowego za pomocą adsorbentu, metan można zatężyć, a zatężony metan użyć jako paliwo lub w podobny sposób.
Zatem, jako cykl adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA, możliwa jest konfiguracja z zapewnionymi środkami sterowania do przeprowadzenia kolejno procesu adsorpcji polegającego na doprowadzeniu gazu źródłowego do kolumny adsorpcyjnej, zaadsorbowaniu gazów mieszanych na adsorbencie w kolumnie adsorpcyjnej i uwolnieniu metanu oraz procesu desorpcji polegającego na desorpcji gazów mieszanych z adsorbentu w kolumnie adsorpcyjnej w celu zregenerowania adsorbentu w kolumnie adsorpcyjnej.
PL 239 373 B1
W odniesieniu do takiego cyklu adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA, należy przeprowadzić proces wyrównywania ciśnienia polegający na przesyłaniu gazu w kolumnie adsorpcyjnej, w której zakończył się proces adsorpcji i która jest w stanie wysokiego ciśnienia do innej kolumny adsorpcyjnej w stanie, niższego ciśnienia, aby doprowadzić we wnętrzu kolumny adsorpcyjnej do stanu ciśnienia pośredniego, oraz proces wyrównywania ciśnienia, po zakończeniu procesu dekompresji, polegający na odbiorze gazu z innej kolumny adsorpcyjnej będącej w stanie wyższego ciśnienia, aby dopro wadzić we wnętrzu kolumny adsorpcyjnej do stanu ciśnienia pośredniego, poprawiając w ten sposób wydajność energii wymaganej do zwiększenia ciśnienia i obniżenia ciśnienia w kolumnach adsorpcyjnych, a także poprawiając wskaźnik odzysku gazu do oczyszczenia przy jednoczesnej poprawie czystości gazu do oczyszczenia.
Należy zauważyć, że w mniejszym wynalazku pary kolumn adsorpcyjnych, między którymi przeprowadzany jest proces wyrównywania ciśnienia, proces wyrównywania ciśnienia przeprowadzany w kolumnie adsorpcyjnej, której ciśnienie wewnętrzne jest obniżane przez przesyłanie gazu do drugiej kolumny nazywany jest procesem wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), natomiast proces wyrównywania ciśnienia przeprowadzany w kolumnie adsorpcyjnej, której ciśnienie wewnętrzne jest zwiększane przez odbiór gazu z drugiej kolumny nazywany jest procesem wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia).
Dokumenty ze stanu techniki
Dokumenty patentowe
Dokument patentowy 1: JP S58-198591A
Istota wynalazku w świetle stanu techniki
Problem do rozwiązania dzięki wynalazkowi
Zatem, w związku z wyżej opisanym stanem, celem wynalazku jest przeprowadzenie procesu wyrównywania ciśnienia w odpowiedni sposób podczas przeprowadzania zatężania gazu za pomocą adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA przy użyciu trzech lub więcej kolumn adsorpcyjnych, umożliwiając w ten sposób poprawę wydajności energii wymaganej do zwiększania ciśnienia i obniżania ciśnienia w kolumnach adsorpcyjnych, a także poprawiając wskaźnik odzysku gazu do oczyszczenia przy jednoczesnej poprawie czystości gazu do oczyszczenia.
Sposoby rozwiązania problemu
Charakterystycznym elementem sposobu koncentracji gazu według niniejszego wynalazku do osiągnięcia wyżej opisanego celu jest sposób koncentracji gazu obejmujący:
zapewnienie trzech lub więcej kolumn adsorpcyjnych wypełnionych adsorbentem, który adsorbuje adsorpcyjny gaz docelowy; oraz przeprowadzenie, dla każdej kolumny adsorpcyjnej, cyklu procesów adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA powtarzających się w porządku:
procesu adsorpcji polegającego na odbiorze doprowadzenia gazu źródłowego zawierającego adsorpcyjny gaz docelowy z dolnej części kolumny adsorpcyjnej, zaadsorbowaniu adsorpcyjnego gazu docelowego na adsorbencie i uwolnieniu gazu niezaadsorbowanego składającego się głównie ze składnika niezaadsorbowanego z górnej części kolumny adsorpcyjnej;
procesu wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) polegającego na przesyłaniu gazu w kolumnie adsorpcyjnej, w której zakończył się proces adsorpcji i która jest w stanie wysokiego ciśnienia do innej kolumny adsorpcyjnej w stanie niższego ciśnienia, aby doprowadzić we wnętrzu kolumny adsorpcyjnej do stanu ciśnienia pośredniego;
procesu dekompresji, po obniżeniu ciśnienia w kolumnie adsorpcyjnej w procesie wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), polegającego na dalszej dekompresji adsorbentu do stanu niskiego ciśnienia w celu desorpcji adsorpcyjnego gazu docelowego zaadsorbowanego na adsorbencie i odzyskania tego adsorpcyjnego gazu docelowego z dolnej części kolumny adsorpcyjnej; oraz procesu wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia), po zakończeniu procesu dekompresji, polegającego na odbiorze gazu z wnętrza innej kolumny adsorpcyjnej będącej w stanie wyższego ciśnienia, aby doprowadzić we wnętrzu kolum ny adsorpcyjnej do stanu ciśnienia pośredniego,
PL 239 373 B1 gdzie cykl adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA jest przeprowadzany kolejno dla trzech lub więcej kolumn adsorpcyjnych z przesunięciem w czasie, przy czym sposób ten obejmuje etap przed przeprowadzeniem procesu wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej, w której zakończył się proces adsorpcji oraz w stanie doprowadzania gazu źródłowego, w którym gaz źródłowy jest doprowadzany do co najmniej drugiej kolumny adsorpcyjnej, w której zakończył się proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), a następnie ma zostać przeprowadzony proces adsorpcji polegający na przesyłaniu gazu niezaadsorbowanego z górnej części pierwszej komory adsorpcyjnej do górnej części drugiej komory adsorpcyjnej, przeprowadzając w ten sposób proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej oraz proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) w drugiej kolumnie adsorpcyjnej.
Ponieważ wyżej opisana konfiguracja obejmuje podstawową konfigurację metody zatężania gazu, która wykorzystuje wyżej wymienione typowe urządzenie do zatężania gazu, możliwe jest zatężenie gazu palnego lub podobnego przez przeprowadzenie cyklu adsorpcji zmiennociśnienio wej PSA polegającego na doprowadzeniu gazu źródłowego zawierającego gaz palny lub podobny do kolumny adsorpcyjnej, adsorbującej adsorpcyjny gaz docelowy na adsorbencie w kolumnie adsorpcyjnej, i przeprowadzenie kolejno procesu adsorpcji i procesu desorpcji.
Standardowo opracowano konfigurację, w której po zastosowaniu procesu wyrównywania ciśnienia w takim cyklu adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA, przeprowadza się proces wyrównywania ciśnienia na etapie, w którym proces adsorpcji lub proces desorpcji jest przeprowadzany w którejkolwiek z kolumn adsorpcyjnych, gdzie proces wyrównywania ciśnienia jest przeprowadzany między parą kolumn adsorpcyjnych, taką jak kolumna adsorpcyjna bezpośrednio po procesie adsorpcji i kolumna adsorpcyjna bezpośrednio po procesie desorpcji, w odniesieniu do których wskazane jest wcześniejsze zwiększenie i obniżenie ciśnienia wewnętrznego odpowiednich kolumn adsorpcyjnych, przed rozpoczęciem kolejnego procesu. Uważa się, że proces ten pozwala na zmniejszenie mocy potrzebnej do przeprowadzenia cyklu adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA poprzez wyrównywanie ciśnienia wewnętrznego odpowiednich kolumn adsorpcyjnych przez zwiększanie lub obniżanie ciśnień wewnętrznych przy jednoczesnym efektywnym odzyskiwaniu niezaadsorbowanego gazu przy użyciu ciśnienia różnicowego między kolumnami adsorpcyjnymi.
Jednakże, mimo, że wskazane jest wielokrotne przeprowadzenie takiego procesu wyrównywania ciśnienia w przypadku dużej liczby kolumn adsorpcyjnych, uznano, że na przykład w przypadku czterech kolumn adsorpcyjnych proces wyrównywania ciśnienia może być przeprowadzony maksymalnie tylko cztery razy na kolumnę w jednym cyklu adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA. Oznacza to, że podczas przeprowadzania procesu adsorpcji w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej, proces wyrównywania ciśnienia może być przeprowadzany tylko między drugą kolumną adsorpcyjną a czwartą kolumną adsorpcyjną oraz między trzecią kolumną adsorpcyjną a czwartą kolumną adsorpcyjną jeśli w kolejnym etapie następującym po zakończeniu procesu adsorpcji w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej - kolumna adsorpcyjna, w której ma zostać przeprowadzony proces adsorpcji, jest drugą kolumną adsorpcyjną a kolumna adsorpcyjna w której ma zostać przeprowadzony proces desorpcji, jest czwartą kolumną adsorpcyjną. W związku z tym uznano, że w odniesieniu do pierwszej kolumny adsorpcyjnej, w której zakończono proces adsorpcji, proces wyrównywania ciśnienia może być przeprowadzany tylko cztery razy: jeden proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) i jeden proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) dla każdej z dwóch kolumn adsorpcyjnych, czyli trzeciej i czwartej kolumny adsorpcyjnej innej niż druga kolumna adsorpcyjna, w której ma być następnie przeprowadzony proces, adsorpcji. W związku z tym w procesie wyrównywania ciśnienia przed procesem adsorpcji, ciśnienie w odpowiedniej kolumnie adsorpcyjnej zwiększa się tylko do ciśnienia niższego niż ciśnienie, pod którym przeprowadzany ma być proces adsorpcji.
W takiej sytuacji twórcy niniejszego wynalazku opracowali technikę przeprowadzania procesu adsorpcji i wyrównywania ciśnienia, w którym proces wyrównywania ciśnienia przeprowadza się jednocześnie ze zwiększaniem ciśnienia w kolumnie adsorpcyjnej. Umożliwia to dostosowanie cyklu adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA tak, że w przypadku urządzenia do zatężania gazu zawierającego na przykład cztery kolumny adsorpcyjne, proces wyrównywania ciśnienia może być przeprowadzany sześć razy. Oznacza to, że przed przeprowadzeniem procesu, wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej, w której zakończył się proces adsorpcji, następuje etap,
PL 239 373 B1 w którym w stanie doprowadzania gazu źródłowego, w którym gaz źródłowy doprowadzany jest do co najmniej drugiej kolumny adsorpcyjnej, w której zakończył się proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) i następnie ma zostać przeprowadzony proces adsorpcji - gaz niezaadsorbowany z pierwszej kolumny adsorpcyjnej jest przesyłany przez górną część pierwszej kolumny adsorpcyjnej do górnej części drugiej kolumny adsorpcyjnej, tym samym przeprowadzany jest proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej i proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) w drugiej kolumnie adsorpcyjnej.
Zatem gaz niezaadsorbowany odprowadzony z pierwszej kolumny adsorpcyjnej może być przesyłany i doprowadzany z pierwszej kolumny adsorpcyjnej do drugiej kolumny adsorpcyjnej, natomiast gaz źródłowy jest doprowadzany do co najmniej drugiej kolumny adsorpcyjnej. W związku z tym obniżanie ciśnienia w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej i zwiększanie ciśnienia w drugiej kolumnie adsorpcyjnej przeprowadza się w tym samym czasie, w wyniku czego wyrównywanie ciśnienia może być przeprowadzane między pierwszą kolumną adsorpcyjną a drugą kolumną adsorpcyjną. Ponadto w tym czasie gaz źródłowy może być doprowadzany do drugiej kolumny adsorpcyjnej w sposób ciągły, bez przerwy, a zatem ma to niewielki wpływ na cały cykl adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA obejmujący inne kolumny adsorpcyjne. W związku z tym bez dokonywania poważnej zmiany w konfiguracji podstawowej i sposobie działania typowego urządzenia do zatężania gazu wykorzystującego cykl adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA, możliwe jest przeprowadzenie procesu wyrównywania ciśnien ia czyli procesu adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) oraz procesu adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) między pierwszą kolumną adsorpcyjną a drugą kolumną adsorpcyjną, a tym samym przeprowadzenie procesu wyrównywania ciśnienia jeszcze dwukrotnie, jako jeden proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) i jeden proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) dla każdej z kolumn adsorpcyjnych. W tym przypadku możliwości odzysku gazu niezaadsorbowanego w kolumnach adsorpcyjnych mogą być większe, a tym samym może się to przyczynić do poprawy wskaźnika odzysku z jakim gaz niezaadsorbowany jest odzyskiwany. Oznacza to, że zwiększenie ilości przeprowadzanych procesów wyrównywania ciśnienia umożliwia zmniejszenie ciśnienia w każdej kolumnie adsorpcyjnej w trakcie procesu dekompresji do jeszcze niższej wartości. Następnie w trakcie procesu dekompresji ilość gazu niezaadsorbowanego pozostającego w kolumnie adsorpcyjnej może być również zmniejszona. Zatem ilość gazu niezaadsorbowanego wyrzucanego wraz z, adsorpcyjnym gazem docelowym z wnętrza kolumny adsorpcyjnej w trakcie procesu dekompresji zostanie zmniejszona, a tym samym wskaźnik odzysku gazu niezaadsorbowanego może się poprawić. Należy zauważyć, że gaz niezaadsorbowany zawiera jeszcze gaz do oczyszczenia.
Ponadto w tym czasie gaz niezaadsorbowany, który jest przesyłany i doprowadzany z pierwszej kolumny adsorpcyjnej do drugiej kolumny adsorpcyjnej jest przesyłany z górnej części pierwszej kolumny adsorpcyjnej do górnej części drugiej kolumny adsorpcyjnej, tak aby można było odzyskać gaz niezaadsorbowany zawierający stosunkowo małą ilość zanieczyszczeń w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej w końcowym etapie procesu adsorpcji. W związku z tym wskaźnik odzysku gazu niezaadsorbowanego będzie się skutecznie poprawiał. Co więcej, ponieważ gaz niezaadsorbowany, który jest w tym czasie odzyskiwany, jest doprowadzany z górnej części pierwszej kolumny adsorpcyjnej do górnej części drugiej kolumny adsorpcyjnej, gaz niezaadsorbowany o stosunkowo, wysokiej czystości jest doprowadzany do drugiej kolumny adsorpcyjnej, gdzie jest poddawany dalszemu oczyszczaniu przez adsorbent, a następnie może być odzyskiwany jako produkt gazowy w kolejnym procesie adsorpcji przeprowadzanym w drugiej kolumnie adsorpcyjnej, na co nie ma wpływu doprowadzenie gazu źródłowego do drugiej kolumny adsorpcyjnej. Oznacza to,, że gaz niezaadsorbowany odzyskany z drugiej kolumny adsorpcyjnej bezpośrednio po procesie adsorpcji i wyrównywania ciśnienia jest gazem o zwiększonej czystości w porównaniu do przypadku zastosowania typowej konfiguracji.
Ponadto, w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej, po zakończeniu procesu adsorpcji, można skutecznie rozpocząć obniżanie ciśnienia, co pozwala na zwiększenie ogólnej liczby etapów obniżania ciśnienia i wydłużenie czasu, na jaki ciśnienie w kolumnie adsorpcyjnej może być obniżone bez użycia mocy, a tym samym można uzyskać efekt zmniejszenia mocy wymaganej do obniżenia ciśnienia w kolumnach adsorpcyjnych urządzenia do koncentracji gazu. Z drugiej strony, również w drugiej kolumnie adsorpcyjnej będą zwiększone, możliwości utrzymywania cyrkulacji gazu niezaadsorbowanego zawierającego adsorpcyjny gaz docelowy i ponownego odzysku gazu niezaadsorbowanego przy jednoczesnym zwiększaniu ciśnienia w kolumnie adsorpcyjnej, a zatem można stwierdzić, że poprawi się skuteczność oddzielania gazów, co prowadzi również do poprawy wskaźnika odzysku.
PL 239 373 B1
Należy zauważyć, że oczywistym jest, że proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia można również zastosować w przypadku przeprowadzania cyklu adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA z wykorzystaniem trzech kolumn, a ponadto proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia można również zastosować w przypadku wykorzystania dużej liczby kolumn, czyli pięciu lub więcej, i spodziewane jest uzyskanie takich samych efektów, jak w przypadku przeprowadzania cyklu z wykorzystaniem czterech kolumn.
Kolejną charakterystyczną cechą sposobu koncentracji gazu według mniejszego wynalazku jest to, że stan doprowadzania gazu źródłowego to stan, w którym gaz źródłowy jest jednocześnie doprowadzany zarówno do pierwszej kolumny adsorpcyjnej, w której zakończy! się proces adsorpcji, a następnie ma zostać przeprowadzony proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), jak i do drugiej kolumny adsorpcyjnej, w której, zakończył się proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia), a następnie ma zostać przeprowadzony proces adsorpcji.
Możliwe jest zastosowanie etapu doprowadzania gazu źródłowego do pierwszej kolumny adsorpcyjnej, w której zakończył się proces adsorpcji, a następnie ma zostać przeprowadzony proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) i jednoczesnego doprowadzania gazu źródłowego również do drugiej kolumny adsorpcyjnej, w której zakończył się proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia), a następnie ma zostać przeprowadzony proces adsorpcji oraz doprowadzania gazu niezaadsorbowanego z pierwszej kolumny adsorpcyjnej do drugiej kolumny adsorpcyjnej, czyli w stanie doprowadzania gazu źródłowego, przeprowadzając tym samym proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej i proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) w drugiej kolumnie adsorpcyjnej.
Następnie gaz niezaadsorbowany, który jest odprowadzany z wnętrza pierwszej kolumny adsorpcyjnej po wejściu w kontakt z adsorbentem w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej zostanie przesłany i doprowadzony z pierwszej kolumny adsorpcyjnej do drugiej kolumny adsorpcyjnej przy wykorzystaniu ciśnienia doprowadzającego gazu źródłowego, który jest doprowadzany do pierwszej kolumny adsorpcyjnej i drugiej kolumny adsorpcyjnej. W związku z tym podczas przeprowadzania adsorpcji w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej, zostaje przeprowadzone obniżenie ciśnienia w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej i jednocześnie zostaje przeprowadzone zwiększenie ciśnienia w drugiej kolumnie adsorpcyjnej. W efekcie wyrównywanie ciśnienia może zostać przeprowadzone między pierwszą kolumną adsorpcyjną a drugą kolumną adsorpcyjną.
Należy zauważyć, że gdy gaz źródłowy jest jednocześnie doprowadzany do dwóch kolumn, ciśnienie doprowadzające gazu źródłowego dla kolumny spada, a zatem ciśnienie doprowadzające gazu źródłowego staje się niższe od ciśnienia wewnętrznego pierwszej kolumny adsorpcyjnej. W tym przypadku zakłada się, że gaz niezaadsorbowany może być przesyłany do drugiej kolumny adsorpcyjnej również z dolnej części pierwszej kolumny adsorpcyjnej, jednakże takich sytuacji można uniknąć dzięki odpowiedniemu ustawieniu ciśnienia doprowadzającego gazu źródłowego.
[0021] Kolejną charakterystyczną cechą metody koncentracji gazu według niniejszego wynalazku jest to, że stan doprowadzania gazu źródłowego to stan, w którym mimo, że gaz źródłowy nie jest doprowadzany do pierwszej kolumny adsorpcyjnej, w której zakończył się proces adsorpcji, a następnie ma zostać przeprowadzony proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), gaz źródłowy jest doprowadzany do drugiej kolumny adsorpcyjnej, w której zakończył się proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia), a następnie ma zostać przeprowadzony proces adsorpcji.
Możliwe jest zastosowanie etapu doprowadzania gazu źródłowego do drugiej kolumny adsorpcyjnej, w której zakończy! się proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia), a następnie ma zostać przeprowadzony proces adsorpcji, bez doprowadzania gazu źródłowego do pierwszej kolumny adsorpcyjnej, w której zakończył się proces adsorpcji, a następnie ma zostać przeprowadzony proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) oraz doprowadzania gazu niezaadsorbowanego, który jest odprowadzany z wnętrza pierwszej kolumny adsorpcyjnej po wejściu w kontakt z adsorbentem w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej do drugiej kolumny adsorpcyjnej, która jest w stanie doprowadzania gazu źródłowego, przeprowadzając tym samym proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej i proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) w drugiej kolumnie adsorpcyjnej.
Następnie gaz niezaadsorbowany, który jest odprowadzany z wnętrza pierwszej kolumny adsorpcyjnej po wejściu w kontakt z adsorbentem w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej jest przesyłany i doprowadzany do drugiej kolumny adsorpcyjnej. W związku z tym proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej oraz proces adsorpcji i wyrównywa
PL 239 373 B1 nia ciśnienia (zwiększania ciśnienia) w drugiej kolumnie adsorpcyjnej będą przeprowadzane w tym samym czasie i w efekcie będzie można przeprowadzić wyrównywanie ciśnienia między pierwszą kolumną adsorpcyjną a drugą kolumną adsorpcyjną.
Ponadto w tym przypadku gaz źródłowy jest doprowadzany tylko do drugiej kolumny adsorpcyjnej, a zatem inaczej niż w przypadku, w którym wyrównywanie ciśnienia jest przeprowadzane między pierwszą kolumną adsorpcyjną a drugą kolumną adsorpcyjną, przy jednoczesnym doprowadzaniu gazu źródłowego do pierwszej kolumny adsorpcyjnej i drugiej kolumny adsorpcyjnej, sytuacja, w której ciśnienie doprowadzające gazu źródłowego staje się niższe od ciśnienia wewnętrznego pierwszej kolumny adsorpcyjnej, powodując tym samym przesył gazu niezaadsorbowanego do drugiej kolumny adsorpcyjnej z dolnej części pierwszej kolumny adsorpcyjnej jest również mało prawdopodobna i nie ma już konieczności uwzględniania równowagi między ciśnieniami doprowadzającymi gazu źródłowego doprowadzanego do dolnych części dwóch kolumn adsorpcyjnych.
Oprócz konfiguracji opisanej powyżej, istnieje możliwość wykorzystania czterech lub więcej wymienionych kolumn adsorpcyjnych, istnieje możliwość ustawienia wielu różnych stanów ciśnienia w kolumnach adsorpcyjnych jako stan ciśnienia pośredniego, i wówczas proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) może obejmować:
proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia polegający na przesyłaniu gazu w jednej z kolumn adsorpcyjnych będącej w stanie wysokiego ciśnienia do innej kolumny adsorpcyjnej będącej w stanie ciśnienia pośredniego pod ciśnieniem niższym niż ciśnienie jednej z kolumn adsorpcyjnych, aby doprowadzić w jednej z kolumn adsorpcyjnych do stanu ciśnienia, pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia; oraz proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia polegający na przesyłaniu gazu w jednej z kolumn adsorpcyjnych będącej w stanie ciśnienia pośredniego pod ciśnieniem wyższym niż stan niskiego ciśnienia do innej kolumny adsorpcyjnej będącej w stanie niskiego ciśnienia, aby doprowadzić w jednej z kolumn adsorpcyjnych do stanu ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia, proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) może obejmować:
proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia polegający na odbiorze, do jednej z kolumn adsorpcyjnych będącej, w stanie niskiego ciśnienia, gazu w innej kolumnie adsorpcyjnej będącej w stanie ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia, aby doprowadzić w jednej z kolumn adsorpcyjnych do stanu ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia; oraz proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia polegający na odbiorze, do jednej z kolumn adsorpcyjnych będącej w stanie ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia, gazu w innej kolumnie adsorpcyjnej będącej w stanie wysokiego ciśnienia, aby doprowadzić w jednej z kolumn adsorpcyjnych do stanu ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia, oraz gaz może być przesyłany z jednej z kolumn adsorpcyjnych, w której przeprowadzany jest proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) do innej kolumny adsorpcyjnej, w której przeprowadzany jest proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia), gdzie gaz jest przesyłany z górnej części jednej z kolumn adsorpcyjnych do górnej części drugiej kolumny adsorpcyjnej.
Oznacza to, że konfiguracja opisana powyżej umożliwia, w przypadku użycia czterech lub więcej kolumn adsorpcyjnych, obniżenie ciśnienia w każdej kolumnie adsorpcyjnej za pomocą co najmniej trzech stanów wyrównywania ciśnienia, czyli procesu adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), procesu wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) p o stronie wysokiego ciśnienia i procesu wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia, a ciśnienie w każdej kolumnie adsorpcyjnej można zmienić za pomocą co najmniej trzech stanów wyrównywania ciśnienia, czyli procesu wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia, procesu wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia oraz procesu adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia). W związku z tym moc wymagana do zwiększenia ciśnienia w kolumnach adsorpcyjnych oraz moc
PL 239 373 B1 wymagana do obniżenia ciśnienia w kolumnach adsorpcyjnych może być zmniejszona. Ponadto w przypadku zapewnienia jeszcze większej liczby kolumn adsorpcyjnych, istnieje możliwość ustawienia jeszcze większej liczby stanów ciśnie nia.
Ponadto gaz źródłowy może składać się głównie z jednego gazu wyselekcjonowanego z gazu kopalnianego, biogazu, gazu reformowanego oraz gazu ziemnego, a gazem do oczyszczenia może być metan.
Gdy gazem źródłowym jest gaz kopalniany, biogaz, gaz reformowany, gaz ziemny lub podobny, a gazem do oczyszczenia jest metan, metan o wyższej czystości może być zatężany z wyższym wskaźnikiem odzysku, a tym samym zasoby paliwowe mogą być efektywnie wykorzystywane.
Ponadto adsorbent może zawierać, jako główny składnik, co najmniej jeden wyselekcjonowany z węgli aktywnych, węglowych sit molekularnych, zeolitów i związków kompleksowych metali porowatych.
Opisany wyżej adsorbent może skutecznie i selektywnie adsorbować i desorbować gazy inne niż metan, a zatem w przypadku wykorzystania gazu zawierającego metan jako gazu źródłowego, zatężanie metanu może być skutecznie przeprowadzone.
W szczególności adsorbent składający się głównie z materiału o wielkości porów 0,38 nm lub większych, gdzie wielkość porów jest określona za pomocą metody MP, objętości porów (V0,38) nie większej niż 0,01 cm3/g przy tej, wielkości porów i objętości porów (V0,34) równej lub większej niż 0,20 cm3/g przy wielkości porów 0,34 nm ma szczególnie wysoką wydajność wydzielania metanu i w związku z tym jest preferowany.
Efekty wynalazku
Zatem możliwym stało się zwiększenie liczby przeprowadzanych procesów wyrównywania ciśnienia w trakcie przeprowadzania zatężania gazu za pomocą adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA, a tym samym jeszcze większa poprawa wskaźnika odzysku gazu w odniesieniu do czystości tego samego gazu źródłowego.
Krótki opis rysunków
FIG. 1 schemat urządzenia do. koncentracji gazu (cztery kolumny) do przeprowadzania sposobu koncentracji gazu.
FIG. 2 schemat przedstawiający zmiany ciśnienia wewnętrznego kolumn adsorpcyjnych (cztery kolumny) w wyniku zastosowania sposobu koncentracji gazu.
FIG. 3 schemat urządzenia do zatężania gazu (trzy kolumny), do stosowania sposobu koncentracji gazu.
FIG. 4 schemat przedstawiający zmiany ciśnienia wewnętrznego kolumn adsorpcyjnych (trzy kolumny) w wyniku zastosowania sposobu koncentracji gazu.
Przykłady wykonania wynalazku
W dalszej części zostanie opisany sposób koncentracji gazu, zgodnie z przykładami wykonania niniejszego wynalazku. Mimo, że poniżej zostaną opisane przykłady korzystne, przykłady te opisano w celu bardziej szczegółowego przedstawienia niniejszego wynalazku. Można dokonywać różnych modyfikacji bez odchodzenia od istoty wynalazku a niniejszy wynalazek nie ogranicza się do poniższego opisu.
(Urządzenie do koncentracji metanu)
Jak pokazano na rysunku FIG. 1, urządzenie do zatężania gazu wykorzystywane do przeprowadzania metody zatężania gazu według niniejszego wynalazku wyposażone jest w kolumny adsorpcyjne A1 do A4 wypełnione adsorbentami A11 do A41, urządzenie doprowadzające L1 i urządzenie do odzysku L2 do doprowadzania biogazu (przykład gazu źródłowego) ze zbiornika gazu źródłowego T1 i odzysku metanu, który nie został zaadsorbowany na adsorbentach A11 do A41, urządzenie do dekompresji L3 do dekompresji i odzysku gazów mieszanych innych niż metan, które zostały zaadsorbowane na adsorbentach A11 do A41 oraz urządzenie sterujące C, które steruje operacjami urządzenia doprowadzającego 1, urządzenia do odzysku L2 i urządzenia do dekompresji L3.
Należy zauważyć, że adsorbenty A11 do A41 nie są ograniczone dopóki mogą selektywnie (preferencyjnie) adsorbować gazy mieszane, takie jak dwutlenek węgla i azot, inne niż gaz palny, taki jak gaz metanowy, lecz stosowanie adsorbentów A11 do A41 mogących selektywnie adsorbować gazy mieszane w warunkach ciśnienia atmosferycznego i przy temperaturze 298 K pozwala na to, aby gazy mieszane były wystarczająco zaadsorbowane na adsorbentach A11 do A41 nawet w warunkach ciśnienia atmosferycznego i przy temperaturze 298 K.
Korzystne jest zastosowanie adsorbentów A11 do A41 składających się z co najmniej jednego wybranego z grupy składającej się z węglowych sit molekularnych, węgli aktywnych, zeolitów, żeli krzemionkowych i organometalicznych związków kompleksowych o wielkości porów 0,38 nm lub więk
PL 239 373 B1 szych, gdzie wielkość porów jest określona za pomocą metody MP, objętości porów (V0,38) nie większej niż 0,01 cm3/g przy tej wielkości porów i objętości porów (V0,34) równej lub większej niż 0,20 cm3/g przy wielkości porów 0,34 nm.
(Kolumny adsorpcyjne)
Kolumny adsorpcyjne A1 do A4 są wypełnione odpowiednio adsorbentami A11 do A41. Ponadto linie gazowe L11 do L41 do doprowadzania biogazu jako gazu źródłowego ze zbiornika gazu źródłowego T1 za pomocą pompy doprowadzającej P1 znajdują się poniżej kolumn adsorpcyjnych A1 do A4 i tworzą urządzenie doprowadzające L1. L1nie gazowe L12 do L42 do uwalniania metanu zatężonego jako gaz niezaadsorbowany głównie w wyniku zaadsorbowania azotu i dwutlenku węgla - zawartych w biogazie doprowadzanym do kolumn adsorpcyjnych A1 do A4 - jako adsorpcyjne gazy źródłowe, znajdują się powyżej kolumn adsorpcyjnych A1 do A4 i tworzą urządzenie do odzysku L2. W tej konfiguracji biogaz jest doprowadzany z urządzenia doprowadzającego L1 do kolumn adsorpcyjnych A1 do A4, natomiast gaz niezaadsorbowany, który, nie został zaadsorbowany na adsorbentach A11 do A41 jest odprowadzany z urządzenia do odzysku L2. Zatem adsorpcyjne gazy docelowe mogą być adsorbowane na adsorbentach A11 do A41 i wydzielane od gazu niezaadsorbowanego. Ponadto dla kolumn adsorpcyjnych A1 do A4, linie gazowe L13 do L43 do odprowadzania adsorpcyjnych gazów docelowych zaadsorbowanych na adsorbentach A11 do A41 znajdują się poniżej kolumn adsorpcyjnych A1 do A4 i tworzą urządzenie do dekompresji L3. Dzięki temu urządzeniu do dekompresji L3 adsorpcyjne gazy docelowe o wysokim stężeniu, które zostały zaadsorbowane na adsorbentach A11 do A41 i zatężone mogą być: odbierane z biogazu doprowadzanego z urządzenia doprowadzającego L1. Urządzenie do dekompresji L3 jest skonfigurowane tak, aby odbierać adsorpcyjne gazy docelowe z kolumn adsorpcyjnych A1 do A4 za pośrednictwem linii gazowych L13 do L43.
Ponadto linie gazowe L14 do L44 do zapewniania połączenia między kolumnami adsorpcyjnymi A1 do A4 są podłączone do górnych części kolumn adsorpcyjnych A1 do A4 i tworzą urządzenie do wyrównywania ciśnienia L4 do przesyłania gazu wewnątrz każdej kolumny adsorpcyjnej A1 do A4 do innej kolumny adsorpcyjnej A1 do A4, z górnej części każdej kolumny adsorpcyjnej A1 do A4 do górnej części drugiej kolumny adsorpcyjnej A1 do A4.
Należy zauważyć, że zawory przełączające V11 do V44 znajdują się w liniach gazowych L11 do L44, zapewniając w ten sposób konfigurację, która umożliwia urządzeniu sterującemu C prowadzenie ogólnej kontroli nad przełączaniem między doprowadzaniem, odprowadzaniem a wstrzymywaniem gazu, do kolumn adsorpcyjnych A1 do A4 dzięki pracy pompy doprowadzającej P1.
(Sposób koncentracji metanu)
Jak pokazano w tabeli 1, urządzenie sterujące C steruje zaworami przełączającymi V11 do V44 i pompą doprowadzającą P1, by sterować pracą kolumn adsorpcyjnych A1 do A4 w taki sposób, aby przeprowadzać w odniesieniu do kolumny adsorpcyjnej A1 następujące procesy w następującym porządku:
proces adsorpcji polegający na odbiorze doprowadzenia biogazu z dolnej części kolumny adsorpcyjnej A1, zaadsorbowaniu gazów innych niż metan na adsorbencie A11 i uwolnieniu gazu niezaadsorbowanego składającego się głównie z metanu z górnej części kolumny adsorpcyjnej A1;
proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), w stanie doprowadzania gazu źródłowego, w którym gaz źródłowy jest jednocześnie doprowadzany zarówno do kolumny adsorpcyjnej A1, w której zakończył się proces adsorpcji a następnie ma zostać przeprowadzony proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), jak i kolumny adsorpcyjnej A2, w której zakończył się proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) a następnie ma zostać przeprowadzony proces adsorpcji, polegający na przesyłaniu gazu niezaadsorbowanego z górnej części kolumny adsorpcyjnej A1 do górnej części kolumny adsorpcyjnej A2, aby doprowadzić w kolumnie adsorpcyjnej A1 do stanu nieco wyższego ciśnienia;
proces gotowości;
proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia polegający na przesyłaniu gazu w kolumnie adsorpcyjnej A1 będącej w stanie nieco wyższego ciśnienia do innej kolumny adsorpcyjnej A3 będącej w stanie ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia pod ciśnieniem niższym niż ciśnienie kolumny adsorpcyjnej A1, aby doprowadzić ciśnienie w kolumnie adsorpcyjnej A1 do stanu ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia;
proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia polegający na przesyłaniu gazu w kolumnie adsorpcyjnej A1 będącej w stanie ciśnienia pośredniego
PL 239 373 B1 po stronie, wysokiego ciśnienia, gdzie gaz ma stężenie gazu adsorbowanego, które nieznacznie wzrosło w odniesieniu do stężenia w procesie wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia, do innej kolumny adsorpcyjnej A4 będącej w stanie niskiego ciśnienia, aby doprowadzić ciśnienie, w kolumnie adsorpcyjnej A1 do stanu ciśnienia pośredniego, po stronie niskiego ciśnienia;
proces dekompresji, po obniżeniu ciśnienia w kolumnie adsorpcyjnej w procesie wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po. stronie niskiego ciśnienia, polegający na dalszej dekompresji adsorbentu A11 do stanu niskiego ciśnienia w celu desorpcji gazów mieszanych zaadsorbowanych na adsorbencie A11 i odzyskaniu gazów mieszanych z dolnej części kolumny adsorpcyjnej A1;
proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia pol egający na odbiorze, do kolumny adsorpcyjnej A1 będącej w stanie niskiego ciśnienia, gazu w kolumnie adsorpcyjnej A2 będącej w stanie ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia, aby doprowadzić w kolumnie adsorpcyjnej A1 do stanu ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia;
proces gotowości;
proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia polegający na odbiorze, do kolumny adsorpcyjnej A1 będącej w stanie ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia, gazu w innej kolumnie adsorpcyjnej A3 będącej w stanie nieco wyższego ciśnienia, aby doprowadzić ciśnienie w kolumnie adsorpcyjnej A1 do stanu ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia;
proces gotowości; oraz proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia), odpowiadający procesowi adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), polegający na odbiorze doprowadzenia gazu źródłowego i gazu niezaadsorbowanego z kolumny adsorpcyjnej A4 będącej w stanie wysokiego ciśnienia, aby doprowadzić w kolumnie adsorpcyjnej A1 do stanu nieco wyższego ciśnienia. Mimo, że ta sama operacja będzie również wykonywana dla innych kolumn adsorpcyjnych A2 do A4 z przesunięciem fazowym (w czasie), jej szczegółowy opis pominięto i zastąpiono opisem w odniesieniu do tabeli 1, aby uniknąć nadmiaru informacji.
W tabeli 1 puste kółka wskazują, że odpowiednie zawory przełączające V11 do V44 są otwarte lub odpowiednia pompa P1 jest włączona.
PL 239 373 BI
Dzięki takiemu sterowaniu zmiany w wewnętrznych ciśnieniach kolumn absorpcyjnych A1 do A4 przechodzą, jak pokazano na FIG. 2.
Zostanie to opisane bardziej szczegółowo przy użyciu kolumny absorpcyjnej A1 jako przykłabu: sterowanie pracą obbywa się w następujący sposób. Należy zauważyć, że w poniższym opisie etap X jest zapisywany w skrócie jako <X>.
< 1 bo 3> Proces absorpcji
Biogaz jest wprowabzany bo pierwszej kolumny absorpcyjnej A1 jako, gaz źróbłowy ze zbiornika gazu źróbłowego T1. W tym czasie, gby ciśnienie w pierwszej kolumnie absorpcyj
PL 239 373 B1 nej A1 wzrasta ze stanu nieco wyższego ciśnienia do stanu wysokiego ciśnienia i jest utrzymywane w stanie wysokiego ciśnienia, jak pokazano na rysunku FIG. 3, gazy inne niż metan zawarte w biogazie doprowadzanym ze zbiornika gazu źródłowego T1 poprzez zawór przełączający V11 linii gazowej L11 urządzenia doprowadzającego L1 są adsorbowane na adsorbencie A11 pierwszej kolumny adsorpcyjnej A1, a metan jest odprowadzany poprzez zawór przełączający V12 linii gazowej L12 urządzenia do odzysku L2.
Należy zauważyć, że w niniejszym przykładzie wykonania, jak pokazano na rysunku FIG. 2, powinny następować zmiany ciśnienia w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 między stanem wysokiego ciśnienia, stanem nieco wyższego ciśnienia, stanem ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia, stanem ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia a stanem niskiego ciśnienia w kolejności malejącej ciśnienia.
Należy zauważyć, że w tym czasie, jak pokazano w tabeli 1, w drugiej kolumnie adsorpcyjnej A2 odbywa się <1, 3> proces gotowości i <2> proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia.
Co więcej w trzeciej, kolumnie adsorpcyjnej A3 przeprowadzany jest <1, 2> proces dekompresji, a następnie <3> proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia.
Ponadto w czwartej kolumnie adsorpcyjnej A4 odbywa się <1> proces gotowości, a następnie <2> proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia oraz <3> proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia.
< 4> Proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia)
W pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1, w której zakończył się etap adsorpcji zostaje przeprowadzony proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) między nią a drugą kolumną adsorpcyjną A2, w której zakończył się proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia, a następnie ma zostać przeprowadzony proces adsorpcji. Oznacza to, że w stanie doprowadzania gazu źródłowego, w którym pierwsza kolumna adsorpcyjna A1 odbiera doprowadzenie biogazu ze zbiornika gazu źródłowego T1 przez zawór przełączający V11 linii gazowej L11 urządzenia doprowadzającego L1, a druga kolumna adsorpcyjna A2 również odbiera doprowadzenie biogazu ze zbiornika gazu źródłowego T1 przez zawór przełączający V21 linii gazowej L21 urządzenia doprowadzającego L1, gaz niezaadsorbowany w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 jest odprowadzany przez zawór przełączający V14 linii gazowej L14 urządzenia do. wyrównywania ciśnienia L4 i przesyłany do drugiej kolumny adsorpcyjnej A2 przez zawór przełączający V24 linii gazowej L24 urządzenia do wyrównywania ciśnienia L4. Zatem, jak pokazano na rysunku FIG. 2, wyrównywanie ciśnienia zostaje przeprowadzone między pierwszą kolumną adsorpcyjną A1 a drugą kolumną adsorpcyjną A2, będącą w stanie ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia, a pierwsza kolumna adsorpcyjna A1 przechodzi ze stanu wysokiego ciśnienia do stanu nieco wyższego ciśnienia.
Należy zauważyć, że w tym czasie dzięki działaniu zaworów otwierających/zamykających itp., jak pokazano w tabeli 1, w trzeciej kolumnie adsorpcyjnej A3 odbywa się proces gotowości, a w czwartej kolumnie adsorpcyjnej A4 zostaje przeprowadzony proces dekompresji.
< 5> Proces gotowości.
Następnie pierwsza kolumna adsorpcyjna A1 wchodzi w stan gotowości i utrzymywany jest stan nieco wyższego ciśnienia, przy jednoczesnym zachowaniu równowagi w czasie z procesem adsorpcji, który wymaga najwięcej czasu. W tym czasie w drugiej kolumnie adsorpcyjnej A2 zostaje przeprowadzony proces adsorpcji, trzecia kolumna adsorpcyjna A3 również znajduje się w procesie gotowości, a czwarta kolumna adsorpcyjna A4 kontynuuje proces dekompresji.
< 6> Proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia
W pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1, w której zakończył się proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), zostaje przeprowadzony proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia między nią a trzecią kolumną adsorpcyjną A3, w której przeprowadzany jest proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia. Oznacza to, że niezaadsorbowany gaz w kolumnie jest odprowadzany przez zawór przełączający V14 linii gazowej L14 urządzenia do wyrównywania ciśnienia L4 i przesyłany do trzeciej kolumny adsorpcyjnej A3 przez zawór przełączający V34 linii gazowej L34 urządzenia do wyrównywania ciśnienia L4. W związku z tym, jak pokazano na rysunku FIG. 2, wyrównywanie ciśnienia zostaje przeprowadzone między pierwszą kolumną adsorpcyjną A1, a trzecią kolumną adsorpcyjną A3, która znajduje się w stanie ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia, a pierwsza kolumna ad
PL 239 373 B1 sorpcyjna A1 przechodzi ze stanu nieco wyższego ciśnienia do stanu ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia.
Należy zauważyć, że w tym czasie dzięki działaniu zaworów otwierających/zamykających itp., jak pokazano w tabeli 1, w drugiej kolumnie absorpcyjnej A2 zostaje przeprowadzony proces adsorpcji, a w czwartej kolumnie absorpcyjnej A4 zostaje przeprowadzony proces dekompresji.
< 7> Proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia
Następnie w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 zostaje przeprowadzony proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia między nią a czwartą kolumną adsorpcyjną A4, w której zakończył się proces dekompresji i przeprowadzany jest proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia. Oznacza to, że każdy niezaadsorbowany gaz w kolumnie i początkowo zaadsorbowany gaz składający się głównie z powietrza, z adsorbentu A11 są odprowadzane przez zawór przełączający V14 linii gazowej L14 urządzenia do wyrównywania ciśnienia L4 i przesyłane do czwartej kolumny adsorpcyjnej A4 przez zawór przełączający V44 linii gazowej L44 urządzenia do wyrównywania ciśnienia L4. W związku z tym, jak pokazano na rysunku FIG. 2, wyrównywanie ciśnienia jest przeprowadzane między pierwszą kolumną adsorpcyjną A1 a czwartą kolumną adsorpcyjną A4, w której zakończył się. proces dekompresji i która znajduje się w stanie niskiego ciśnienia, a pierwsza kolumna adsorpcyjna A1 przechodzi ze stanu ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia do stanu ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia.
Należy zauważyć, że w tym czasie dzięki działaniu, zaworów otwierających/zamykających itp., jak pokazano w tabeli 1, w drugiej kolumnie adsorpcyjnej A2 zostaje przeprowadzony proces adsorpcji, a w trzeciej kolumnie, adsorpcyjnej A3 odbywa się proces gotowości.
< 8 do 10> Proces dekompresji
P1erwsza kolumna adsorpcyjna A1, która osiągnęła stan ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia jest w stanie, w którym gazy mieszane o wysokim stężeniu zostają zaadsorbowane na adsorbencie A11 w kolumnie, a adsorpcyjne gazy docelowe o wysokim stężeniu (gazy mieszane) zaadsorbowane na adsorbencie, A11 zostają odprowadzone przez przeprowadzenie procesu dekompresji polegającym na dekompresji wnętrza kolumny ze stanu ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia do stanu niskiego ciśnienia. Oznacza to, że adsorpcyjne gazy docelowe są odbierane przez zawór przełączający V13 linii gazowej Ll3 urządzenia do dekompresji L3. W związku z tym, jak pokazano na rysunku FIG. 2, pierwsza kolumna adsorpcyjna A1 przechodzi ze stanu ciśnienia, pośredniego po stronie niskiego ciśnienia do stanu niskiego ciśnienia.
W związku z tym ciśnienie w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 w trakcie tego procesu: dekompresji może być jeszcze bardziej obniżone, a zatem w trakcie procesu dekompresji ilość niezaadsorbowanego gazu, który pozostaje w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 można zmniejszyć. Oznacza to, że ilość niezaadsorbowanego gazu zawierającego gaz do oczyszczenia, która zostaje usunięta z wnętrza kolumny adsorpcyjnej A1 w procesie dekompresji, będzie stanowiła tylko nie zwykle małą ilość niezaadsorbowanego gazu, który pozostaje w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 w stanie ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia. Zatem w niniejszym przykładzie wykonania, ilość niezaadsorbowanego gazu, który zostaje usunięty w procesie dekompresji stanowi jedną czwartą ilości gazu w przypadku, gdy proces adsorpcji i wyrównywania, ciśnienia oraz inne procesy wyrównywania ciśnienia nie są przeprowadzane w ogóle. Można przyjąć, że jest to niezwykle skuteczna konfiguracja pod względem wskaźnika odzysku niezaadsorbowanego gazu, ponieważ ilość niezaadsorbowanego gazu, która zostaje usunięta w procesie dekompresji może być znacznie zmniejszona w porównaniu z ilością niezaadsorbowanego gazu, która byłaby standardowo usunięta w przypadku przeprowadzenia czterech procesów wyrównywania ciśnienia (jeden proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia, jeden proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), jeden proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia i jeden proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia)) w jednym cyklu i byłaby to jedna trzecia ilości niezaadsorbowanego gazu usuniętego w przypadku nie przeprowadzenia żadnego procesu wyrównywania ciśnienia.
Należy zauważyć, że w tym czasie dzięki działaniu zaworów otwierających/zamykających itp., jak pokazano w tabeli 1, w drugiej, kolumnie adsorpcyjnej A2 zostaje przeprowadzony <8> proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) między nią a trzecią kolumną adsorpcyjną A3, a następnie odbywa się <9> proces gotowości, a po nim <10> proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia.
PL 239 373 B1
Ponadto w trzeciej kolumnie adsorpcyjnej A3 zostaje przeprowadzony <8> proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia), a następnie <9, 10> proces adsorpcji.
Ponadto w czwartej kolumnie adsorpcyjnej A4 odbywa się <8, 9> proces gotowości, a następnie <10> proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia.
< 11> Proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia
W pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1, która weszła w stan niskiego ciśnienia i w której zostały uwolnione zaadsorbowane gazy mieszane i w której został zregenerowany adsorbent A11, zostaje przeprowadzony proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia między nią a drugą kolumną adsorpcyjną A2, przywracając w ten sposób ciśnienie w kolumnie i odbierając gaz odlotowy, który został odprowadzony w procesie wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia w drugiej kolumnie adsorpcyjnej A2 i w której stężenie metanu wzrosło, pod wpływem wstępnie zaadsorbowanego gazu z adsorbentu A21. Oznacza to, że gaz w kolumnie odprowadzony z drugiej kolumny adsorpcyjnej A2 w stanie ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia jest odbierany w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 przez zawory przełączające V14 i V24 linii gazowych L14 i L24 urządzenia do wyrównywania ciśnienia L4. W związku z tym, jak pokazano na rysunku FIG. 2 pierwsza kolumna adsorpcyjna A1 przywraca swoje ciśnienie ze stanu niskiego ciśnienia do stanu ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia.
Należy zauważyć, że w tym czasie dzięki działaniu zaworów otwierających/zamykających itp., jak pokazano w tabeli 1, trzecia kolumna adsorpcyjna A3 kontynuuje proces adsorpcji, a w czwartej kolumnie adsorpcyjnej A4 odbywa się proces gotowości.
< 12, 13> Proces gotowości
Następnie pierwsza kolumna adsorpcyjna A1 wchodzi w stan gotowości i utrzymywany jest stan ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia.
Należy zauważyć, że w tym czasie w drugiej kolumnie adsorpcyjnej A2 zostaje przeprowadzony <12, 13> proces dekompresji; w trzeciej kolumnie adsorpcyjnej A3 zostaje przeprowadzony <12> proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), a następnie odbywa się <13> proces gotowości, a w czwartej kolumnie adsorpcyjnej A4 zostaje przeprowadzony <12> proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia),, a następnie <13> proces adsorpcji.
< 14> Proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia
W pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1, która przywróciła swoje ciśnienie do stanu ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia, ciśnienie w kolumnie zostaje następnie przywrócone przez przeprowadzenie procesu wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia między nią a trzecią kolumną adsorpcyjną A3, w której zakończył się proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) i zostaje przeprowadzony proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia. Oznacza to, że pierwsza kolumna adsorpcyjna A1 odbiera gaz w kolumnie odprowadzony z trzeciej kolumny adsorpcyjnej A3 będącej w stanie nieco wyższego ciśnienia przez zawory przełączające V14 i V34 linii gazowych L14 i L34 urządzenia do wyrównywania ciśnienia L4. W związku z tym, jak pokazano na rysunku FIG. 2, pierwsza kolumna adsorpcyjna A1 przywraca swoje ciśnienie ze stanu ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia do stanu ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia.
Należy zauważyć, że w tym czasie dzięki działaniu zaworów otwierających/zamykających itp., jak pokazano w tabeli 1, proces dekompresji zostaje przeprowadzony w drugiej kolumnie adsorpcyjnej A2, a proces adsorpcji zostaje, przeprowadzony w czwartej kolumnie adsorpcyjnej A4.
< 15> Proces gotowości
Następnie pierwsza kolumna adsorpcyjna A1 wchodzi w stan gotowości i utrzymywany jest stan ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia, przy jednoczesnym zachowaniu równowagi w czasie z procesem adsorpcji, który wymaga najwięcej czasu. W tym czasie w drugiej kolumnie adsorpcyjnej A2 zostaje przeprowadzony proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia między nią a trzecią kolumną adsorpcyjną A3, natomiast w trzeciej kolumnie adsorpcyjnej A3 zostaje przeprowadzony proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia. Czwarta kolumna adsorpcyjna A4 kontynuuje proces adsorpcji.
< 16> Proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia)
Następnie w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 zostaje przeprowadzony proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) między nią a czwartą kolumną adsorpcyjną A4 po zakończeniu procesu adsorpcji i przed rozpoczęciem procesu wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia). Oznacza to, że w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 zostaje przeprowadzony proces ad
PL 239 373 B1 sorpcji i wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia), w którym, w stanie doprowadzania gazu źródłowego, w którym pierwsza kolumna adsorpcyjna A1 odbiera doprowadzenie biogazu, ze zbiornika gazu źródłowego T1 poprzez zawór przełączający V11 linii gazowej L11 urządzenia doprowadzającego L1 i czwarta kolumna adsorpcyjna A4 również odbiera doprowadzenie biogazu ze zbiornika gazu źródłowego T1 poprzez zawór przełączający V41 linii gazowej L41 urządzenia doprowadzającego L1, niezaadsorbowany gaz z czwartej kolumny adsorpcyjnej A4 jest odbierany w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 poprzez zawory przełączające V14 i V44 linii gazowych L14 i L44 urządzenia do wyrównywania ciśnienia L4. W tym czasie odbywa się proces gotowości w drugiej kolumnie adsorpcyjnej A2 i zostaje przeprowadzony proces dekompresji w trzeciej kolumnie adsorpcyjnej A3.
W związku z tym, jak pokazano na rysunku FIG. 2, pierwsza kolumna, adsorpcyjna A1 przywraca swoje ciśnienie ze stanu ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia do stanu nieco wyższego ciśnienia .
W wyniku przeprowadzenia wyżej opisanych procesów, ciśnienia w kolumnach adsorpcyjnych ulegają zmianie, jak pokazano na rysunku FIG. 2. Należy zauważyć, że mimo iż etapy w cyklu czasu przedstawiono jako etapy o równych szerokościach, w rzeczywistości przebiegają one z zachowaniem poniższych proporcji czasowych.
< 1,5, 9, 13> 132 sekundy < 2, 6, 10, 14> 6 sekund < 3, 7,11, 15>6 sekund < 4, 8,12, 16> 1 sekunda (Przykład)
Jak opisano w powyższym przykładzie wykonania, przygotowano następujące cztery kolumny adsorpcyjne A1 do A4 i wypełniono je następującymi adsorbentami A11 do A41. Kolumny adsorpcyjne A1 do A4 połączono za pomocą przewodów rurowych, jak pokazano na rysunku FIG. 1, tym samym przygotowując urządzenie do koncentracji metanu. Do tego urządzenia do zatężania metanu doprowadzono symulowany biogaz o prędkości przepływu 25,1 l/min i przeprowadzono operację zatężania gazu metanowego pokazaną w tabeli 1 i na rysunku FIG. 2 w następujących warunkach pracy.
Kolumna adsorpcyjna: Cylindryczna (średnica wewnętrzna: 54 mm, pojemność: 5,726 l): Cztery kolumny
Adsorbent: Węglowe sito molekularne
Węglowe sito molekularne o rozkładzie wielkości porów, w którym przy wielkości porów 0,38 nm lub większych, objętość porów (V0,38) przy tej wielkości porów wynosi około 0,05 cm3/g, a objętość porów (V0,34) przy wielkości porów 0,34 nm wynosi 0,20 do 0,23 cm3/g, gdzie rozkład wielkości porów jest określany za pomocą metody MP.
Symulowany biogaz:
Metan 59%:
Dwutlenek węgla 40%:
Azot 0,6%
Warunki, pracy
Temperatura: 55°C
Prędkość przepływu: 25,1 l/min
Ciśnienie adsorpcji gazu (ciśnienie manometryczne) 0,75 MPa
Ciśnienie desorpcji gazu (ciśnienie manometryczne): 0,1 kPa
Warunek zakończenia procesu adsorpcji: upłynięcie 145 sekund od rozpoczęcia procesu adsorpcji
W rezultacie otrzymano metan o stężeniu metanu wynoszącym 98,1% objętościowych przy prędkości przepływu 12,6 l/min jako produkt gazowy. Wskaźnik odzysku ((ilość metanu w produkcie gazowym/ilość metanu w gazie źródłowym) x 100) wynosił 82,9%.
(Przykład porównawczy)
W celu oceny wydajności sposobu koncentracji metanu według niniejszego wynalazku przeprowadzono operację zatężania gazu przy zastosowaniu cyklu czasu adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA, w którym nie przeprowadzono procesu adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) i procesu adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia). W szczególności przeprowadzono operację koncentracji metanu przy użyciu urządzenia do koncentracji gazu na rysunku FIG. 1 i cyklu czasu, jak pokazano w tabeli 2. Należy zauważyć, że w tabeli 2 procesy oznaczone tymi samymi nazwami procesów, jak w tabeli 1 to te same procesy, co w przykładzie powyżej, a ich opis
PL 239 373 Β1 został pominięty; jednakże proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) zastąpiono procesem adsorpcji, a proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) zastąpiono procesem gotowości.
Koncentrację gazu przeprowadzono w taki sam sposób, jak w przykładzie powyżej przy zastosowaniu tego cyklu czasu. W rezultacie otrzymano metan o stężeniu metanu wynoszącym 98,3% objętościowych przy prędkości przepływu 12,1 l/min jako produkt gazowy. Wskaźnik odzysku wynosił 80,2%.
PL 239 373 B1
Należy zauważyć, że w tym przykładzie porównawczym określony cykl czasu dla kolumn adsorpcyjnych został ustawiony w następujący sposób w celu doprowadzenia do równowagi między powyższym przykładem a przykładem porównawczym.
<1+2,. 5+6, 9+10, 13+14> 142 sekundy <3, 7,11, 15>6 sekund <4, 8,12, 16>6 sekund
Warunek zakończenia procesu adsorpcji: upłynięcie 154 sekund od rozpoczęcia adsorpcji
Porównanie wyników przykładu i przykładu porównawczego pokazało, że w obu tych przykładach zatężenie metanu przeprowadzono do czystości metanu około 98% objętościowych lub wyższej, lecz wskaźnik odzysku w przykładzie wynosił 82,9%, podczas gdy wskaźnik odzysku w przykładzie porównawczym wynosił 80,2%. Zatem w przykładzie, mimo, że przeprowadzono koncentrację metanu do niezwykle wysokiej czystości, wskaźnik odzysku był o około 3% wyższy niż w przykładzie porównawczym i okazało się, że zastosowano jeszcze bardziej efektywną metodę koncentracji gazu.
(Inny przykład wykonania)
W przykładzie wykonania opisanym powyżej w etapie, w którym zostaje przeprowadzony <4> proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1, druga kolumna adsorpcyjna A2 została doprowadzona do stanu doprowadzania gazu źródłowego przez jednoczesne doprowadzenie gazu źródłowego zarówno do pierwszej kolumny adsorpcyjnej A1, w której zakończono proces adsorpcji, a następnie ma zostać przeprowadzony proces wyrównywania ciśnienia (obniżania 30 ciśnienia), jak i drugiej kolumny adsorpcyjnej A2, w której zakończył się proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia), a następnie ma zastać przeprowadzony proces adsorpcji;
jednakże istnieje również możliwość doprowadzenia gazu źródłowego do drugiej kolumny adsorpcyjnej A2, w której zakończył się proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia), a następnie ma zostać przeprowadzony proces adsorpcji, przy czym żaden gaz źródłowy nie jest doprowadzany do pierwszej kolumny adsorpcyjnej A1, w której zakończył się pr oces adsorpcji, a następnie ma zastać przeprowadzony proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), doprowadzając tym samym drugą kolumnę adsorpcyjną A2 do stanu doprowadzania gazu źródłowego.
Oznacza to, że taką konfigurację, jak opisana poniżej, można zastosować jako metodę koncentracji metanu.
Jak pokazano w tabeli 3, urządzenie sterujące C steruje zaworami przełączającymi V11 do V44 i pompą doprowadzającą P1, by sterować pracą kolumn adsorpcyjnych A1 do A4 w taki sposób, aby przeprowadzać w odniesieniu do kolumny adsorpcyjnej A1 następujące, procesy w następującym porządku:
proces adsorpcji polegający na odbiorze doprowadzenia biogazu z dolnej części kolumny adsorpcyjnej A1, zaadsorbowaniu gazów innych niż metan na adsorbencie. A11 i uwolnieniu gazu niezaadsorbowanego składającego się głównie z metanu z górnej części kolumny adsorpcyjnej A1;
proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), w stanie doprowadzania gazu źródłowego, w którym gaz źródłowy jest doprowadzany do kolumny adsorpcyjnej A2, w której zakończył się proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia), a następnie ma zostać przeprowadzony proces adsorpcji, przy czym żaden gaz źródłowy nie jest doprowadzany do kolumny adsorpcyjnej A1, w której zakończył się proces adsorpcji, a następnie ma zastać przeprowadzony proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), polegający na przesyłaniu gazu niezaadsorbowanego z górnej części kolumny adsorpcyjnej A1 do górnej części kolumny adsorpcyjnej A2, aby doprowadzić w kolumnie adsorpcyjnej A1 do stanu nieco wyższego ciśnienia;
proces gotowości;
proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia polegający na przesyłaniu gazu w kolumnie adsorpcyjnej A1 będącej w stanie nieco wyższego ciśnienia do innej kolumny adsorpcyjnej A3 będącej w stanie ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia pod ciśnieniem niższym niż ciśnienie kolumny adsorpcyjnej A1, aby doprowadzić ciśnienie w kolumnie adsorpcyjnej A1 do stanu ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia;
PL 239 373 B1 proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia polegający na przesyłaniu gazu w kolumnie adsorpcyjnej A1 będącej w stanie ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia, gdzie gaz ma stężenie gazu adsorbowanego, które nieznacznie wzrosło w odniesieniu do stężenia w procesie wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia, do innej kolumny adsorpcyjnej A4 będącej w stanie niskiego ciśnienia, aby doprowadzić ciśnienie w kolumnie adsorpcyjnej A1 do stanu ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia;
proces dekompresji, po obniżeniu ciśnienia w kolumnie w procesie wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia, polegający na dalszej dekompresji adsorbentu A11 do stanu niskiego ciśnienia w celu desorpcji gazów mieszanych zaabsorbowanych na adsorbencie A11 i odzysku gazów mieszanych z dolnej części kolumny adsorpcyjnej A1;
proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia polegający na odbiorze, do kolumny adsorpcyjnej A1 będącej w stanie niskiego ciśnienia, gazu w kolumnie adsorpcyjnej A2 będącej w stanie ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia, aby doprowadzić w kolumnie adsorpcyjnej A1 do stanu ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia;
proces gotowości;
proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia polegający na odbiorze, do kolumny adsorpcyjnej A1 będącej w stanie ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia, gazu w innej kolumnie adsorpcyjnej A3 będącej w stanie nieco wyższego ciśnienia, aby doprowadzić ciśnienie w kolumnie adsorpcyjnej A1 do stanu ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia;
proces gotowości; oraz proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia), odpowiadający procesowi adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), polegający na odbiorze doprowadzenia gazu źródłowego i gazu niezaadsorbowanego z kolumny adsorpcyjnej A4 będącej w stanie wysokiego ciśnienia, aby doprowadzić w kolumnie adsorpcyjnej A1 ze stanu ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia do stanu nieco wyższego ciśnienia. Mimo, że ta sama operacja będzie również wykonywana dla innych kolumn adsorpcyjnych A2 do A4 z przesunięciem fazowym (w czasie), jej szczegółowy opis pominięto i zastąpiono opisem w odniesieniu do tabeli 3, aby uniknąć nadmiaru informacji.
W tabeli 3 puste kółka wskazują, że odpowiednie zawory przełączające V11 do V44 są otwarte lub odpowiednia pompa doprowadzająca P1 jest włączona.
PL 239 373 BI
| O | 0 | O | O | o | ||||||||||||
| O | O | O | O | o | ||||||||||||
| 0 | o | o | o | o | o | |||||||||||
| o | o | o | o | |||||||||||||
| Q | o | 0 | o | o | ||||||||||||
| o | o | O | O | 0 | ||||||||||||
| o | o | O | o | 0 | 0 | |||||||||||
| o | O | o | o | |||||||||||||
| o | 0 | 0 | 0 | 0 | ||||||||||||
| o | o | o | o | o | ||||||||||||
| o | o | o | o | 0 | o | |||||||||||
| o | o | 0 | 0 | |||||||||||||
| 0 | o | o | o | o | ||||||||||||
| o | o | o | o | o | ||||||||||||
| o | o | o | 0 | 0 | ||||||||||||
| o | o | o | o | |||||||||||||
| > | V12 | V14 | V21 | ZZA | CZA | V24 | V31 | V32 | V33 | V34 | V41 | ZVA | V43 | V44 | | £ |
Dzięki takiemu sterowaniu zmiany w wewnętrznych ciśnieniach kolumn adsorpcyjnych A1 do A4 przechodzą w taki sam sposób, jak pokazano na rysunku FIG. 2 wyżej opisanego przykładu wykonania, chociaż wartości bezwzględne ciśnienia są nieco inne.
PL 239 373 B1
Zostanie to opisane bardziej szczegółowo poniżej przy użyciu kolumny adsorpcyjnej A1 jako przykładu: w etapie czwartym i szesnastym kontrola pracy przebiega w następujący sposób.
<4> Proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia)
W pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1, w której zakończył się proces adsorpcji, a następnie zostaje przeprowadzony proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), zostaje przeprowadzony proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) między nią a drugą kolumną adsorpcyjną A2, w której zakończył się proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia, a następnie ma zostać przeprowadzony proces adsorpcji. Oznacza to, że w stanie doprowadzania gazu źródłowego, w którym mimo, że, pierwsza kolumna adsorpcyjna A1 nie odbiera biogazu ze zbiornika gazu źródłowego T1, druga kolumna adsorpcyjna A2 odbiera doprowadzenie biogazu ze zbiornika gazu źródłowego T1 przez zawór przełączający V21 linii gazowej L21 urządzenia doprowadzającego L1, gaz niezaadsorbowany w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 jest odprowadzany przez zawór przełączający V14 linii gazowej L14 urządzenia do wyrównywania ciśnienia L4 i przesyłany do drugiej kolumny adsorpcyjnej A2 przez zawór przełączający V24 linii gazowej L24 urządzenia do wyrównywania ciśnienia L4. Zatem, jak pokazano na rysunku FIG. 2, wyrównywanie ciśnienia zostaje przeprowadzone między pierwszą kolumną adsorpcyjną A1 a drugą kolumną adsorpcyjną A2 będącą w stanie ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia, a pierwsza kolumna adsorpcyjna A1 przechodzi ze stanu wysokiego ciśnienia do stanu nieco wyższego ciśnienia.
Należy zauważyć, że w tym czasie dzięki działaniu zaworów otwierających/zamykających itp., jak pokazano w tabeli 3, w trzeciej kolumnie adsorpcyjnej A3 odbywa się proces gotowości, a w czwartej kolumnie adsorpcyjnej A4 zostaje przeprowadzony proces dekompresji.
<16> Proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia)
Następnie w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1, której zakończył się proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia, a następnie ma zostać przeprowadzony proces adsorpcji, zostaje przeprowadzony proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (zwiększania, ciśnienia)między nią a czwartą kolumną adsorpcyjną A4, w której zakończy! się proces adsorpcji, a następnie ma zostać przeprowadzony proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia. Oznacza to, że w stanie doprowadzania gazu źródłowego, w którym mimo, że czwarta kolumna adsorpcyjna A4 nie odbiera doprowadzenia biogazu ze zbiornika gazu źródłowego T1, pierwsza kolumna adsorpcyjna A1 odbiera biogaz ze zbiornika gazu źródłowego T1 przez zawór przełączający V11 linii gazowej L11 urządzenia doprowadzającego L1, gaz niezaadsorbowany w czwartej kolumnie adsorpcyjnej A4 jest odprowadzany przez zawory przełączające V14 i V44 linii gazowych L14 i L44 urządzenia do wyrównywania ciśnienia L4 i przesyłany do pierwszej kolumny adsorpcyjnej A1 przez zawór przełączający V44 linii gazowej L44 urządzenia do wyrównywania ciśnienia L4. Zatem, jak pokazano na rysunku FIG. 2, wyrównywanie ciśnienia zostaje przeprowadzone między pierwszą kolumną adsorpcyjną A1 a czwartą kolumną adsorpcyjną A4 będącą w stanie wysokiego ciśnienia, a pierwsza kolumna adsorpcyjna A1 przechodzi ze stanu ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia do stanu nieco wyższego ciśnienia. W tym czasie proces gotowości odbywa się w drugiej kolumnie adsorpcyjnej A2, a proces dekompresji zostaje przeprowadzony w trzeciej kolumnie adsorpcyjnej A3.
(Inny przykład)
Zatężanie gazu przeprowadzono w taki sam sposób, jak w przykładzie powyżej przez przeprowadzenie tego cyklu czasu. W rezultacie otrzymano metan o stężeniu metanu wynoszącym 98,2% objętościowych przy prędkości przepływu 12,3 l/min jako produkt gazowy. Wskaźnik odzysku wynosił 81,7%.
Porównanie wyników innego przykładu i przykładu porównawczego pokazało, że w obu tych przykładach zatężenie metanu przeprowadzono do czystości metanu około 98% objętościowych lub wyższej, lecz wskaźnik odzysku w innym przykładzie wynosił 81,7%, podczas gdy wskaźnik odzysku w przykładzie porównawczym wynosił 80,2%. Zatem w innym przykładzie, mimo, że przeprowadzono zatężenie gazu do niezwykle wysokiej czystości, wskaźnik odzysku był o około 2% wyższy niż w przykładzie porównawczym i okazało się, że zastosowano efektywną metodę koncentracji gazu, jak w przykładzie powyżej (wskaźnik odzysku: 82,9%).
(Inny przykład wykonania 2)
W obu przykładach wykonania opisanych powyżej mniejszy wynalazek został opisany za pomocą przykładu, w którym użyto cztery kolumny adsorpcyjne; jednakże tę samą metodę koncentracji gazu według niniejszego, zgłoszenia można również zastosować zużyciem trzech kolumn adsorpcyjnych (FIG. 3). Należy zauważyć, że na rysunku FIG. 3 te części, które mają takie same konfiguracje
PL 239 373 B1 lub funkcje, co konfiguracje na rysunku FIG. 1 są oznaczone tymi samymi numerami odniesienia, w związku z tym ich szczegółowy opis pominięto. Ponadto tę samą metodę zatężania gazu według niniejszego zgłoszenia można również zastosować z użyciem pięciu łub więcej kolumn, jednakże opis takich konfiguracji pomięto, ponieważ wynika to w sposób oczywisty z przykładów konfiguracji, w których użyto trzy lub cztery kolumny.
W szczególności, jak pokazano w tabeli 4, zawory przełączające V11 do V34 oraz pompa doprowadzająca P1 są sterowane, by sterować pracą kolumn adsorpcyjnych A1 do A3 w taki sposób, by przeprowadzić, w odniesieniu do kolumny adsorpcyjnej A1, następujące procesy w następującym porządku:
proces adsorpcji polegający na odbiorze doprowadzenia gazu źródłowego z dolnej części kolumny adsorpcyjnej A1, zaadsorbowaniu gazów innych niż metan na adsorbencie A11 i uwolnieniu gazu niezaadsorbowanego składającego się głównie z metanu z górnej części kolumny adsorpcyjnej A1;
proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), przed przeprowadzeniem procesu wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1, w której zakończył się proces adsorpcji, polegający na doprowadzeniu gazu źródłowego do co najmniej drugiej kolumny adsorpcyjnej A2, w której zakończył się proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia), a następnie ma zostać przeprowadzony proces adsorpcji i przesyłaniu gazu niezaadsorbowanego z górnej części pierwszej kolu mny adsorpcyjnej A1 do górnej części drugiej kolumny adsorpcyjnej A2, aby doprowadzić w kolumnie adsorpcyjnej A1 do stanu nieco wyższego ciśnienia, gdzie mimo, że druga kolumna adsorpcyjna A2 w tym procesie znajduje się w stanie doprowadzenia gazu źródłowego, pierwsza kolumna adsorpcyjna A1 może, lecz nie musi być w stanie doprowadzenia gazu źródłowego (oznaczonego pustymi trójkątami w tabeli 4);
proces gotowości;
proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) polegający na przesyłaniu gazu w kolumnie adsorpcyjnej A1 będącej w stanie nieco wyższego ciśnienia do innej kolumny adsorpcyjnej A3 będącej w stanie niższego, ciśnienia pod ciśnieniem niższym niż ciśnienie kolumny adsorpcyjnej A1, aby doprowadzić ciśnienie w kolumnie adsorpcyjnej A1 do stanu ciśnienia pośredniego;
proces dekompresji, po obniżeniu ciśnienia w kolumnie adsorpcyjnej w procesie wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), polegający na dalszej dekompresji adsorbentu A11 do stanu niskiego ciśnienia w celu desorpcji gazów innych niż metan zaadsorbowanych na adsorbencie A11 i odzyskaniu gazów z dolnej części kolumny adsorpcyjnej A1;
proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) polegający na odbiorze, do kolumny adsorpcyjnej A1 będącej w stanie niskiego ciśnienia, gazu w. kolumnie adsorpcyjnej A2 będącej w stanie ciśnienia pośredniego, aby doprowadzić w kolumnie adsorpcyjnej A1 do stanu ciśnienia pośredniego; oraz proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia), odpowiadający procesowi adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) kolumny adsorpcyjnej A3, polegający na odbiorze doprowadzenia gazu źródłowego i gazu niezaadsorbowanego z kolumny adsorpcyjnej A3 będącej w stanie wysokiego ciśnienia, aby doprowadzić w kolumnie adsorpcyjnej A1 do stanu nieco wyższego ciśnienia. Ta sama operacja może być również wykonana dla innych kolumn adsorpcyjnych A2 do A3 z przesunięciem fazowym (w czasie).
Należy zauważyć, że w mniejszym przykładzie wykonania, jak pokazano na rysunku FIG. 4, powinny następować zmiany ciśnienia w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 między stanem wysokiego ciśnienia, stanem nieco wyższego ciśnienia, stanem ciśnienia pośredniego a stanem niskiego ciśnienia w kolejności malejącej ciśnienia.
PL 239 373 BI
(Konfiguracja odniesienia)
Zbadano przypadek, w którym zamiast procesu adsorpcji i wyrównywania ciśnienia w przykładach wykonania opisanych powyżej, zostaje przeprowadzony tylko proces wyrównywania ciśnienia (dalej zwany „procesem wstrzymania doprowadzania i wyrównywania ciśnienia”) między pierwszą kolumną adsorpcyjną A1 a drugą kolumną adsorpcyjną A2, gdzie gaz źródłowy nie zostaje doprowadzony do pierwszej kolumny adsorpcyjnej A1, w której zakończył się proces adsorpcji, a następnie ma zostać przeprowadzony proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), i żaden gaz źródłowy nie zostaje doprowadzony do drugiej kolumny adsorpcyjnej A2, w której zakończył się proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia), a następnie ma zostać przeprowadzony proces adsorpcji.
Oznacza to, że taką konfigurację, jak opisana poniżej można zastosować jako metodę koncentracji metanu.
Urządzenie sterujące C steruje zaworami przełączającymi V11 do V44 i pompą doprowadzającą P1, jak pokazano w tabeli 5, by sterować pracą kolumn adsorpcyjnych A1 do A4 w taki sposób, aby przeprowadzić w odniesieniu do kolumny adsorpcyjnej A1 następujące procesy w następującym porządku:
PL 239 373 B1 proces adsorpcji polegający na odbiorze doprowadzenia biogazu z dolnej części kolumny adsorpcyjnej A1, zaadsorbowaniu gazów innych niż metan na adsorbencie A11 i uwolnieniu gazu niezaadsorbowanego składającego się głównie z metanu z górnej części kolumny adsorpcyjnej A1;
proces wstrzymania doprowadzania i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), w stanie, w którym żaden gaz źródłowy nie jest doprowadzany do kolumny adsorpcyjnej A1, w której zakończył się proces adsorpcji a następnie ma zostać przeprowadzony proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), a także żaden gaz źródłowy nie jest doprowadzany do kolumny adsorpcyjnej A2, w której zakończył się proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) a następnie ma zostać przeprowadzony proces adsorpcji, polegający na przesyłaniu gazu niezaadsorbowanego z górnej części kolumny adsorpcyjnej A1 do górnej części kolumny adsorpcyjnej A2, aby doprowadzić w kolumnie adsorpcyjnej A1 do stanu nieco wyższego ciśnienia;
proces gotowości;
proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia polegający na przesyłaniu gazu w kolumnie adsorpcyjnej A1 będącej w stanie nieco wyższego ciśnienia do innej kolumny adsorpcyjnej A3 będącej w stanie ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia pod ciśnieniem niższym niż ciśnienie kolumny adsorpcyjnej A1, aby doprowadzić ciśnienie w kolumnie adsorpcyjnej A1 do stanu ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia;
proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia polegający na przesyłaniu gazu w kolumnie adsorpcyjnej A1 będącej w stanie ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia, gdzie gaz ma stężenie gazu adsorbowanego, które nieznacznie wzrosło w odniesieniu do stężenia w procesie wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia, do innej kolumny adsorpcyjnej A4 będącej w stanie niskiego ciśnienia, aby doprowadzić ciśnienie w kolumnie adsorpcyjnej A1 do stanu ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia;
proces dekompresji, po obniżeniu ciśnienia w kolumnie adsorpcyjnej w procesie wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia, polegający na dalszej dekompresji adsorbentu A11 do stanu niskiego ciśnienia w celu desorpcji gazów mieszanych zaadsorbowanych na adsorbencie A11 i odzyskaniu gazów mieszanych z dolnej części kolumny adsorpcyjnej A1;
proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie niskiego ciśni enia polegający na odbiorze, do kolumny adsorpcyjnej A1 będącej w stanie niskiego ciśnienia, gazu w kolumnie adsorpcyjnej A2 będącej w stanie ciśnienia pośredniego, po stronie wysokiego, ciśnienia, aby doprowadzić w kolumnie adsorpcyjnej A1 do stanu ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia;
proces gotowości;
proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia polegający na odbiorze, do kolumny adsorpcyjnej A1 będącej w stanie ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia, gazu w innej kolumnie adsorpcyjnej A3 będącej w stanie nieco wyższego ciśnienia, aby doprowadzić ciśnienie w kolumnie adsorpcyjnej A1 do stanu ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia;
proces gotowości; oraz proces wstrzymania doprowadzania i wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia), odpowiadający procesowi adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), polegający na odbiorze doprowadzenia gazu z kolumny adsorpcyjnej A4 będącej w stanie wysokiego ciśnienia, aby doprowadzić w kolumnie adsorpcyjnej A1 ze stanu ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia do stanu nieco wyższego ciśnienia. Ponadto mimo, że ta sama operacja będzie również wykonywana dla innych kolumn adsorpcyjnych A2 do A4 z przesunięciem fazowym (w czasie), jej szczegółowy opis pominięto i zastąpiono opisem w odniesieniu do tabeli 5, aby uniknąć nadmiaru informacji.
Należy zauważyć, że w konfiguracji odniesienia powinny następować zmiany ciśnienia w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 między stanem wysokiego ciśnienia, stanem nieco wyższego ciśnienia, stanem ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia, stanem ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia a stanem niskiego ciśnienia w kolejności malejącej ciśnienia.
PL 239 373 BI
W tabeli 5 puste kółka wskazują, że odpowiednie zawory przełączające V11 do V44 są otwarte lub odpowiednia pompa doprowadzająca P1 jest włączona.
| 0 | O | 0 | ||||||||||||||
| O | O | o | o | 0 | ||||||||||||
| o | O | O | o | o | o | |||||||||||
| o | o | o | o | |||||||||||||
| o | O | O | ||||||||||||||
| o | o | O | o | o | ||||||||||||
| O | o | O | o | O | o | |||||||||||
| o | o | o | o | |||||||||||||
| o | o | O | ||||||||||||||
| o | o | o | o | o | ||||||||||||
| o | o | o | O | o | o | |||||||||||
| 0 | o | o | o | |||||||||||||
| o | G | o | ||||||||||||||
| O | o | O | o | o | ||||||||||||
| o | o | O | O | o | o | |||||||||||
| 0 | o | O | o | |||||||||||||
| > | V12 | V13 | HA | O) > | V22 | | V23 | | | V24 | | § | I V32 | | V33 | > | I V42 I | I EM | | i HA i | £ |
PL 239 373 B1
Dzięki takiemu sterowaniu zmiany w wewnętrznych ciśnieniach kolumn adsorpcyjnych A1 do A4 przechodzą w taki sam sposób, jak pokazano na rysunku FIG. 2 wyżej opisanego przykładu wykonania, chociaż wartości bezwzględne ciśnienia są nieco inne.
Zmiany w przykładach wykonania opisanych powyżej zostaną opisane bardziej szczegółowo poniżej przy użyciu kolumny adsorpcyjnej A1 jako przykładu: w etapie czwartym i szesnastym, sterowanie pracą odbywa się w następujący sposób.
< 4> Proces wstrzymania doprowadzania i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia)
W pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1, w której zakończył się proces adsorpcji, a następnie zostanie przeprowadzony proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), zostaje przeprowadzony proces wstrzymania doprowadzania i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) między nią a drugą kolumną adsorpcyjną A2, w której zakończył się proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia, a następnie zostanie przeprowadzony proces adsorpcji. Oznacza to, że w stanie, w którym pierwsza kolumna adsorpcyjna A1 nie odbiera doprowadzenia biogazu ze zbiornika gazu źródłowego T1 i druga kolumna adsorpcyjna A2 również nie odbiera biogazu ze zbiornika gazu źródłowego T1, gaz niezaadsorbowany w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1 jest odprowadzany przez zawór przełączający V14 linii gazowej L14 urządzenia do wyrównywania ciśnienia L4 i przesyłany do drugiej kolumny adsorpcyjnej A2 przez zawór przełączający V24 linii gazowej L24 urządzenia do wyrównywania ciśnienia L4. Zatem, jak pokazano na rysunku FIG. 2, wyrównywanie ciśnienia zostaje, przeprowadzone między pierwszą kolumną adsorpcyjną A1 a drugą kolumną adsorpcyjną A2 będącą w stanie ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia, a pierwsza kolumna adsorpcyjna A1 przechodzi ze stanu wysokiego ciśnienia do stanu nieco wyższego ciśnienia.
Należy zauważyć, że w tym czasie dzięki działaniu zaworów otwierających/zamykających itp., jak pokazano w tabeli 5, w trzeciej kolumnie adsorpcyjnej A3 odbywa się proces gotowości, a w czwartej kolumnie adsorpcyjnej A4 zostaje przeprowadzony proces dekompresji.
< 16> Proces wstrzymania doprowadzania i wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia)
Następnie w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej A1, w której zakończył się proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia, a następnie ma zostać przeprowadzony proces adsorpcji, zostaje przeprowadzony proces wstrzymania doprowadzania i wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) między nią a czwarta kolumną adsorpcyjną A4, w której zakończył się proces adsorpcji, a następnie ma zostać przeprowadzony proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia. Oznacza to, że w stanie, w którym czwarta kolumna adsorpcyjna A4 nie odbiera doprowadzenia biogazu ze zbiornika gazu źródłowego T11 pierwsza kolumna adsorpcyjna A1 również nie odbiera biogazu ze zbiornika gazu źródłowego T1 przez zawór przełączający V11 linii gazowej L11 urządzenia doprowadzającego L1, gaz niezaadsorbowany w czwartej kolumnie adsorpcyjnej A4 jest odprowadzany przez zawory przełączające V14 i V44 linii gazowych L14 i L44 urządzenia do wyrównywania ciśnienia L4 i przesyłany do pierwszej kolumny adsorpcyjnej A1 przez zawór przełączający V44 linii gazowej L44 urządzenia do wyrównywania ciśnienia L4. Zatem, jak pokazano na rysunku FIG. 2, wyrównywanie ciśnienia zostaje przeprowadzone między pierwszą kolumną adsorpcyjną A1 a czwartą kolumną adsorpcyjną A4 będącą w stanie wysokiego ciśnienia, a pierwsza kolumna adsorpcyjna A1. przechodzi ze stanu ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia do stanu nieco wyższego ciśnienia. W tym czasie proces gotowości odbywa się w drugiej kolumnie adsorpcyjnej A2, a proces dekompresji zostaje przeprowadzony w trzeciej kolumnie adsorpcyjnej A3.
(Przykład odniesienia)
Koncentrację gazu przeprowadzono przez przeprowadzenie tego cyklu czasowego. W rezultacie otrzymano metan o stężeniu metanu wynoszącym 98,3% objętościowych przy prędkości przepływu 12,3 l/min jako produkt gazowy.
Wskaźnik odzysku wynosił 80,9%.
Należy zauważyć, że w tym przykładzie odniesienia określony cykl czasu dla kolumn adsorpcyjnych został ustawiony w następujący sposób w celu doprowadzenia do równowagi między powyższym przykładem a niniejszym przykładem, odniesienia.
< 1,5, 9, 13> 131 sekund < 2, 6, 10, 14> 6 sekund < 3, 7,11, 15>6 sekund < 4, 8,12, 16> 1 sekunda
Warunek zakończenia procesu adsorpcji upłynięcie 143 sekund od rozpoczęcia adsorpcji
PL 239 373 B1
Porównanie przykładu odniesienia i przykładu porównawczego pokazało, że w obu tych przykładach zatężenie metanu przeprowadzono do czystości metanu około 98% objętościowych lub wyższej, lecz wskaźnik odzysku w przykładzie odniesienia wynosił 80,9%, podczas gdy wskaźnik odzysku w przykładzie porównawczym wynosił 80,2%. Jest zatem oczywistym, że w przykładzie odniesienia, mimo, że przeprowadzono zatężenie gazu do niezwykle wysokiej czystości, wskaźnik odzysku nieznacznie się poprawił, w porównaniu do przykładu porównawczego.
Zastosowanie w przemyśle
Sposób koncentracji gazu według mniejszego wynalazku może znaleźć zastosowanie w urządzeniu do koncentracji, gazu do odzyskiwania gazu o wysokiej czystości przy wysokim wskaźniku odzysku.
Wykaz oznaczeń referencyjnych
A1 do A4: Kolumny adsorpcyjne (kolumny adsorpcyjne od pierwszej do czwartej)
A11 do A41: Adsorbenty
C: Urządzenie sterujące
L1 : Urządzenie doprowadzające
L2: Urządzenie; do odzysku
L3: Urządzenie do dekompresji
L4: Urządzenie do wyrównywania ciśnienia
L11 do L44: Linie gazowe
P1: Pompa doprowadzająca
T1: Zbiornik gazu źródłowego
V11 do V44: Zawory przełączające
Claims (6)
1. Sposób koncentracji gazu polegający na tym, że:
- prowadzi się proces w trzech lub więcej kolumn adsorpcyjnych wypełnionych adsorbentem, który adsorbuje adsorpcyjny docelowy gaz; oraz
- przeprowadza się w każdej kolumnie adsorpcyjnej w cyklu adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA powtarzające się procesy w następującej kolejności:
- proces adsorpcji polegający na odbiorze doprowadzonego gazu źródłowego zawierającego adsorpcyjny gaz docelowy w dolnej części kolumny adsorpcyjnej, zaadsorbowaniu adsorpcyjnego gazu docelowego na adsorbencie i uwolnieniu gazu niezaadsorbowanego składającego się głównie ze składnika niezaadsorbowanego w górnej części kolumny adsorpcyjnej;
- proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) gdzie przesyła się gaz z kolumny adsorpcyjnej, w której zakończył się proces adsorpcji i która jest w stanie wysokiego ciśnienia do innej kolumny adsorpcyjnej znajdującej się w stanie niższego ciśnienia, aby doprowadzić we wnętrzu kolumny adsorpcyjnej do, stanu ciśnienia pośredniego;
- proces dekompresji, po obniżeniu ciśnienia w kolumnie adsorpcyjnej w procesie wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), polegającego na dalszej dekompresji adsorbentu do stanu niskiego ciśnienia w celu desorpcji adsorpcyjnego gazu docelowego zaadsorbowanego na adsorbencie i odzyskania tego adsorpcyjnego gazu docelowego z dolnej części kolumny adsorpcyjnej; oraz
- proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania olśnienia), po zakończeniu procesu dekompresji, polegającego na tym, że odbiera się gaz z wnętrza innej kolumny adsorpcyjnej będącej w stanie wyższego ciśnienia, aby doprowadzić we wnętrzu kolumny adsorpcyjnej do stanu ciśnienia pośredniego,
- gdzie cykl adsorpcji zmiennociśnieniowej PSA przeprowadza się kolejno w trzech lub więcej kolumnach adsorpcyjnych z przesunięciem w czasie, znamienny tym, że sposób ten obejmuje etap przed przeprowadzeniem procesu wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej, w której zakończył się proces adsorpcji oraz w stanie doprowadzania gazu źródłowego, w którym gaz źródłowy jest doprowadzany do co najmniej drugiej kolumny adsorpcyjnej, w której zakończył się pro
PL 239 373 B1 ces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia), a następnie ma zostać przeprowadzony proces adsorpcji polegający na tym, że przesyła się gaz niezaadsorbowany z górnej części pierwszej kolumny adsorpcyjnej do górnej części drugiej kolumny adsorpcyjnej, przeprowadzając w ten sposób proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) w pierwszej kolumnie adsorpcyjnej oraz proces adsorpcji i wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) w drugiej kolumnie adsorpcyjnej.
2. Sposób koncentracji gazu według zastrz. 1, znamienny tym, że w stanie doprowadzania gazu źródłowego gaz źródłowy jednocześnie doprowadza się zarówno do pierwszej kolumny adsorpcyjnej, w której zakończył się proces adsorpcji, a następnie ma zostać przeprowadzony proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), jak i do drugiej kolumny adsorpcyjnej, w której zakończył się proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia), a następnie ma zostać przeprowadzony proces adsorpcji.
3. Sposób koncentracji gazu według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że, w stanie doprowadzania gazu źródłowego gazu źródłowego nie doprowadza się do pierwszej kolumny adsorpcyjnej, w której zakończył się proces adsorpcji, a następnie ma zostać przeprowadzony proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia), lecz gaz źródłowy doprowadza się, do drugiej kolumny adsorpcyjnej, w której zakończył się proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia), a następnie ma zostać przeprowadzony proces adsorpcji.
4. Sposób koncentracji gazu według jednego z zastrzeżeń od 1 do 3, znamienny tym, że w układzie czterech lub więcej wymienionych kolumn adsorpcyjnych, ustawia się wiele różnych stanów ciśnienia w kolumnach adsorpcyjnych jako stan ciśnienia pośredniego, gdzie proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) obejmuje:
- proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia polegający na tym że przesyła się gaz z jednej z kolumn adsorpcyjnych będącej w stanie wysokiego ciśnienia do innej kolumny adsorpcyjnej będącej w stanie ciśnienia pośredniego pod ciśnieniem niższym niż ciśnienie jednej z kolumn adsorpcyjnych, aby doprowadzić ciśnienie w jednej z kolumn adsorpcyjnych do stanu ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia; oraz
- proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia polegający na tym, że przesyła się gaz w jednej z kolumn adsorpcyjnych będącej w stanie ciśnienia pośredniego pod ciśnieniem wyższym niż stan niskiego ciśnienia do innej kolumny adsorpcyjnej będącej w stanie niskiego ciśnienia, aby doprowadzić ciśnienie w jednej z kolumn adsorpcyjnych do stanu ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia, proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) obejmuje:
- proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie niskiego ciśnienia polegający na tym, że odbiera się do jednej z kolumn adsorpcyjnych będącej w stanie niskiego ciśnienia, gaz z innej kolumny adsorpcyjnej będącej w stanie ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia, aby doprowadzić ciśnienie w jednej z kolumn adsorpcyjnych do stanu ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia; i
- proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia) po stronie wysokiego ciśnienia proces polegający na tym, że odbiera się do jednej z kolumn adsorpcyjnych będącej w stanie ciśnienia pośredniego po stronie niskiego ciśnienia, gaz z innej kolumny adsorpcyjnej będącej w stanie wysokiego ciśnienia, aby doprowadzić ciśnienie w jednej z kolumn adsorpcyjnych do stanu ciśnienia pośredniego po stronie wysokiego ciśnienia, zaś gaz przesyła się z jednej z kolumn adsorpcyjnych, w której przeprowadzany jest proces wyrównywania ciśnienia (obniżania ciśnienia) do innej kolumny adsorpcyjnej, w której przeprowadzany jest proces wyrównywania ciśnienia (zwiększania ciśnienia), gdzie gaz przesyła się z górnej części jednej z kolumn adsorpcyjnych do górnej części innej kolumny adsorpcyjnej.
5. Sposób koncentracji gazu według jednego z zastrzeżeń od 1 do 4, znamienny tym, że przesyła się gaz źródłowy składający się głównie z jednego gazu wyselekcjonowanego z gazu kopalnianego, biogazu, gazu reformowanego oraz gazu ziemnego, a do oczyszczenia używa się metanu.
6. Sposób koncentracji gazu według jednego z zastrzeżeń od 1 do 5, znamienny tym, że adsorbent zawiera, jako główny składnik, co najmniej jeden wybrany z węgli aktywnych, węglowych sit molekularnych, zeolitów i związków kompleksowych metali porowatych.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014133150 | 2014-06-27 | ||
| JP2014-133150 | 2014-06-27 | ||
| PCT/JP2015/068534 WO2015199227A1 (ja) | 2014-06-27 | 2015-06-26 | ガス濃縮方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL421712A1 PL421712A1 (pl) | 2018-08-13 |
| PL239373B1 true PL239373B1 (pl) | 2021-11-29 |
Family
ID=54938304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL421712A PL239373B1 (pl) | 2014-06-27 | 2015-06-26 | Sposób koncentracji gazu |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10124287B2 (pl) |
| JP (1) | JP6351721B2 (pl) |
| CN (1) | CN106413851B (pl) |
| AU (1) | AU2015281014B2 (pl) |
| MY (1) | MY181837A (pl) |
| PH (1) | PH12016502584A1 (pl) |
| PL (1) | PL239373B1 (pl) |
| SG (1) | SG11201610842RA (pl) |
| WO (1) | WO2015199227A1 (pl) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017177066A (ja) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 大阪瓦斯株式会社 | 圧力変動吸着式ガス製造装置 |
| US10835856B2 (en) | 2018-08-14 | 2020-11-17 | Air Products And Chemicals, Inc. | Carbon molecular sieve adsorbent |
| US10730006B2 (en) | 2018-08-14 | 2020-08-04 | Air Products And Chemicals, Inc. | Port separation for rotary bed PSA |
| US10744450B2 (en) | 2018-08-14 | 2020-08-18 | Air Products And Chemicals, Inc. | Multi-bed rapid cycle kinetic PSA |
| JP7374925B2 (ja) * | 2018-11-19 | 2023-11-07 | 住友精化株式会社 | ガス分離装置及びガス分離方法 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58198591A (ja) | 1982-05-14 | 1983-11-18 | Shigeji Honda | メタン濃縮法 |
| US4756723A (en) * | 1987-03-04 | 1988-07-12 | Air Products And Chemicals, Inc. | Preparation of high purity oxygen |
| US6007606A (en) * | 1997-12-09 | 1999-12-28 | Praxair Technology, Inc. | PSA process and system |
| US6503299B2 (en) | 1999-11-03 | 2003-01-07 | Praxair Technology, Inc. | Pressure swing adsorption process for the production of hydrogen |
| US7179324B2 (en) | 2004-05-19 | 2007-02-20 | Praxair Technology, Inc. | Continuous feed three-bed pressure swing adsorption system |
| US7396387B2 (en) * | 2005-11-01 | 2008-07-08 | Praxair Technology, Inc. | Pressure swing adsorption process for large capacity oxygen production |
| CN100444933C (zh) * | 2006-03-22 | 2008-12-24 | 四川省达科特化工科技有限公司 | 一种变压吸附法回收低分压气体的方法 |
| US7763100B2 (en) * | 2006-07-06 | 2010-07-27 | Praxair Technology, Inc. | Vacuum pressure swing adsorption process and enhanced oxygen recovery |
| CN101617030B (zh) * | 2006-10-31 | 2014-10-22 | 大阪瓦斯株式会社 | 可燃性气体浓缩系统 |
| JP4878326B2 (ja) | 2007-03-30 | 2012-02-15 | 大阪瓦斯株式会社 | ガス製造装置 |
| US8216344B2 (en) * | 2008-09-26 | 2012-07-10 | Praxair Technology, Inc. | Purifying carbon dioxide using activated carbon |
| JP5537208B2 (ja) * | 2010-03-24 | 2014-07-02 | 大阪瓦斯株式会社 | 可燃性ガス濃縮方法 |
| EP2566600B1 (en) | 2010-05-05 | 2016-06-08 | Lummus Technology Inc. | Staged blowdown of adsorbent bed |
| JP5917169B2 (ja) | 2012-01-30 | 2016-05-11 | 大陽日酸株式会社 | 窒素富化ガス製造方法、ガス分離方法および窒素富化ガス製造装置 |
| CN102861499A (zh) | 2012-08-31 | 2013-01-09 | 杭州宝诺空分设备有限公司 | 四塔变压吸附气体分离方法及其设备 |
| US9732297B2 (en) * | 2013-03-19 | 2017-08-15 | Osaka Gas Co., Ltd. | Gas purification method |
-
2015
- 2015-06-26 JP JP2016529680A patent/JP6351721B2/ja active Active
- 2015-06-26 MY MYPI2016704762A patent/MY181837A/en unknown
- 2015-06-26 WO PCT/JP2015/068534 patent/WO2015199227A1/ja active Application Filing
- 2015-06-26 SG SG11201610842RA patent/SG11201610842RA/en unknown
- 2015-06-26 CN CN201580034245.9A patent/CN106413851B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2015-06-26 AU AU2015281014A patent/AU2015281014B2/en not_active Ceased
- 2015-06-26 US US15/321,814 patent/US10124287B2/en active Active
- 2015-06-26 PL PL421712A patent/PL239373B1/pl unknown
-
2016
- 2016-12-22 PH PH12016502584A patent/PH12016502584A1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6351721B2 (ja) | 2018-07-04 |
| PL421712A1 (pl) | 2018-08-13 |
| US20170144101A1 (en) | 2017-05-25 |
| AU2015281014B2 (en) | 2019-07-18 |
| MY181837A (en) | 2021-01-08 |
| CN106413851B (zh) | 2019-12-10 |
| PH12016502584B1 (en) | 2017-04-24 |
| SG11201610842RA (en) | 2017-02-27 |
| CN106413851A (zh) | 2017-02-15 |
| JPWO2015199227A1 (ja) | 2017-06-15 |
| PH12016502584A1 (en) | 2017-04-24 |
| US10124287B2 (en) | 2018-11-13 |
| AU2015281014A1 (en) | 2017-01-19 |
| WO2015199227A1 (ja) | 2015-12-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| PL239373B1 (pl) | Sposób koncentracji gazu | |
| KR101681543B1 (ko) | 질소 농축 가스 제조 방법, 가스 분리 방법 및 질소 농축 가스 제조 장치 | |
| JP5968252B2 (ja) | メタンガス濃縮方法 | |
| AU2018232927B2 (en) | Gas purification method | |
| JP6305938B2 (ja) | ガス精製装置 | |
| EA012820B1 (ru) | Способ разделения газов | |
| JP5319140B2 (ja) | 高炉ガスの分離方法、および高炉ガスの分離システム | |
| JP2017148715A (ja) | 圧力変動吸着式水素製造装置およびその運転方法 | |
| EP3768411B1 (en) | Process for separating a heavy gas component from a gaseous mixture | |
| JP2012106961A (ja) | メタン分離方法、およびメタン分離装置 | |
| KR100849987B1 (ko) | 유동층접촉분해 배가스로부터 에틸렌 농축 기술 | |
| CN112742172B (zh) | 一种能源气体净化方法 | |
| JP2012110824A (ja) | Ｐｓａ装置 | |
| CN102335542A (zh) | 变压吸附气体分离工艺 | |
| CN109316899B (zh) | Psa回收低浓度吸附相与非吸附相组分的解吸方法 | |
| JP2000317245A (ja) | ガスの分離精製方法 | |
| JP2587334B2 (ja) | Ｃｈ４を含まないｃｏガスの分離方法 | |
| KR20150050833A (ko) | 고체 흡착제가 충진된 흡착 컬럼을 이용한 선박 또는 해상 구조물의 산성가스 제거 시스템 및 방법 | |
| JP6136074B2 (ja) | 窒素分離装置及び方法 | |
| CN102172463A (zh) | 一种含有抽空置换步骤的变压吸附方法 | |
| JP2011078859A (ja) | 圧力スイング式ガス発生装置の運転方法 | |
| JP2018051447A (ja) | ガス分離装置の運転方法および、制御装置 |