RU128515U1 - HIGH PRESSURE MEMBRANE CONTACTOR AND ABSORPTION-DESORPTION DEVICE BASED ON IT FOR SEPARATION AND SEPARATION OF CARBON DIOXIDE FROM ASSOCIATED AND SMOKE GASES OF OIL AND CHEMICAL PROCESSES - Google Patents

HIGH PRESSURE MEMBRANE CONTACTOR AND ABSORPTION-DESORPTION DEVICE BASED ON IT FOR SEPARATION AND SEPARATION OF CARBON DIOXIDE FROM ASSOCIATED AND SMOKE GASES OF OIL AND CHEMICAL PROCESSES Download PDF

Info

Publication number
RU128515U1
RU128515U1 RU2012143073/05U RU2012143073U RU128515U1 RU 128515 U1 RU128515 U1 RU 128515U1 RU 2012143073/05 U RU2012143073/05 U RU 2012143073/05U RU 2012143073 U RU2012143073 U RU 2012143073U RU 128515 U1 RU128515 U1 RU 128515U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon dioxide
absorption
membrane
liquid
gas
Prior art date
Application number
RU2012143073/05U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Эдуард Борисович Платэ
Степан Дмитриевич Баженов
Владимир Васильевич Волков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН)
Priority to RU2012143073/05U priority Critical patent/RU128515U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU128515U1 publication Critical patent/RU128515U1/en

Links

Images

Landscapes

  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

1. Мембранный контактор высокого давления для разделения и выделения диоксида углерода из попутных и дымовых газов процессов нефтехимии и энергетики, характеризующийся тем, что он включает газовый и жидкостный блоки, разделенные полимерной мембраной из политриметилсилилпропина, таким образом, что между выемкой, имеющейся на верхней поверхности жидкостного блока, с одной стороны, и мембраной, с другой, образовано подмембранное пространство в виде жидкостного зазора толщиной до 200 мкм, причем надмембранное пространство контактора имеет параллельные линии лазерной насечки с размером до 75 мкм, сообщающиеся в один канал.2. Абсорбционно-десорбционное устройство для разделения и выделения диоксида углерода из попутных и дымовых газов процессов нефтехимии и энергетики, характеризующееся тем, что оно включает два последовательно соединенных между собой мембранных контактора высокого давления по п.1, один из которых работает в режиме абсорбции диоксида углерода из газовой смеси, а другой - в режиме десорбции, причем последний размещен в термостатирующем устройстве, поддерживающем температуру, необходимую для проведения процесса десорбции диоксида углерода из абсорбционной жидкости.1. A high pressure membrane contactor for separating and separating carbon dioxide from associated and flue gases of the petrochemical and energy processes, characterized in that it comprises gas and liquid blocks separated by a polytrimethylsilylpropine polymer membrane, so that between the recess located on the upper surface of the liquid block, on the one hand, and the membrane, on the other, a submembrane space is formed in the form of a liquid gap up to 200 μm thick, and the supranembrane space of the contactor has parallel lines of a laser notch with a size of up to 75 μm, communicating in one channel. 2. An absorption and desorption device for separating and separating carbon dioxide from associated and flue gases of the petrochemical and energy processes, characterized in that it includes two high pressure membrane contactors in series according to claim 1, one of which operates in the mode of absorption of carbon dioxide from gas mixture, and the other in the desorption mode, the latter being placed in a thermostatic device that maintains the temperature necessary for the carbon dioxide desorption process of the absorption liquid.

Description

Полезная модель относится к технике разделения и очистки газов, в частности, к устройствам для выделения диоксида углерода (СО2) из газовых смесей различного происхождения, например, дымовых газов тепловых энергогенерирующих производств, попутных нефтяных газов, природного газа, а также в процессах получения синтез-газа для дальнейшего производства водорода, аммиака, метанола, оксо-синтеза и др., и может быть использована в химической и нефтехимической промышленности и энергетике.The invention relates to a technique for gas separation and purification, in particular, to devices for the separation of carbon dioxide (CO 2 ) from gas mixtures of various origins, for example, flue gases from thermal power generating plants, associated petroleum gases, natural gas, and also in the processes of synthesis gas for the further production of hydrogen, ammonia, methanol, oxo-synthesis, etc., and can be used in the chemical and petrochemical industries and energy.

Выделение диоксида углерода из газовых смесей различного происхождения и его экономически разумное использование становится все более актуальной задачей. В странах ЕС, например, разрабатываются специальные программы по оснащению действующих и новых производств, в первую очередь в энергетике, специальными системами, которые обеспечат нулевой сброс этого газа в атмосферу.The separation of carbon dioxide from gas mixtures of various origins and its economically reasonable use is becoming an increasingly urgent task. In the EU countries, for example, special programs are being developed to equip existing and new industries, primarily in the energy sector, with special systems that will ensure zero discharge of this gas into the atmosphere.

Самая распространенная и хорошо отработанная технология - это абсорбция растворами, среди которых преобладают водные растворы различных органических аминов, из которых самым востребованным для очистки дымовых газов от диоксида углерода является моноэтаноламин (МЭА) [Коуль Л., Ризенфельд Ф.С.Очистка газа. Пер. с англ. под ред. И.И.Абрамсона. М.: Недра, 1988. 390 с.].The most common and well-developed technology is absorption by solutions, among which aqueous solutions of various organic amines predominate, of which monoethanolamine (MEA) is the most popular for the purification of flue gases [Cole L., Riesenfeld F.C. Gas purification. Per. from English under the editorship of I.I. Abramson. M .: Nedra, 1988.390 s.].

Однако, повышение концентрации МЭА и/или достижение более высоких степеней насыщения по СO2 приводит к резкому увеличению коррозионной активности растворов МЭА, загрязнению их коррозионноактивными примесями, к которым неустойчивы и нержавеющие стали [Buwell K.F., Kubek D.J., Sigmund P.W. // Hydrocarbon Processing. 1982. V.61. P.I 08].However, an increase in the concentration of MEA and / or the achievement of higher degrees of saturation with respect to CO 2 leads to a sharp increase in the corrosion activity of MEA solutions, contamination with their corrosive impurities, which are unstable and stainless steels [Buwell KF, Kubek DJ, Sigmund PW // Hydrocarbon Processing. 1982. V.61. PI 08].

Другой существенный недостаток этих систем - высокие массогабаритные характеристики, зависимость жидкостных и газовых потоков в процессе, что может приводить к вспениванию абсорбента, а также технологические ограничения на вертикальное расположение абсорбционных и десорбционных колонн, которые обычно имеют высоту от 10-15 метров. Все эти обстоятельства определяют высокие значения как удельных капитальных, так и эксплуатационных затрат.Another significant drawback of these systems is the high weight and size characteristics, the dependence of liquid and gas flows in the process, which can lead to foaming of the absorbent, as well as technological restrictions on the vertical arrangement of absorption and desorption columns, which usually have a height of 10-15 meters. All these circumstances determine the high values of both specific capital and operating costs.

Обозначенные проблемы решаются благодаря использованию мембранных контакторов газ-жидкость, в которых селективность удаления СО2 обеспечивается абсорбционной жидкостью, а мембрана служит разделительной перегородкой между газовой и жидкой фазами, которая обеспечивает высокую поверхность контакта двух фаз (до 1500 м2/м3) и независимость управления потоками разделяемой газовой смеси и жидкого абсорбента. Применение мембранных контакторов может позволить снизить габариты абсорбционно-десорбционной группы аппаратов более, чем на 60% [Falk-Pedersen О., Dannstrom H. // Energy Conversion and Management. 1997. V. 38. P. 81].The indicated problems are solved through the use of gas-liquid membrane contactors, in which the selectivity of CO 2 removal is ensured by the absorption liquid, and the membrane serves as a separation wall between the gas and liquid phases, which provides a high contact surface of two phases (up to 1500 m 2 / m 3 ) and independence control flows of a shared gas mixture and liquid absorbent. The use of membrane contactors can reduce the size of the absorption-desorption group of devices by more than 60% [Falk-Pedersen O., Dannstrom H. // Energy Conversion and Management. 1997. V. 38. P. 81].

Однако указанные абсорбционно-десорбционные устройства не применяются для выделения СО2 из попутных нефтяных газов.However, these absorption and desorption devices are not used to separate CO 2 from associated petroleum gases.

В настоящее время в мембранных контакторах чаще всего используются пористые мембраны на основе гидрофобных полимеров, прежде всего, полипропилена (ПП), политетрафторэтилена (ПТФЭ) и поливинилиденфторида (ПВДФ), которые имеют ряд недостатков, некоторые из которых - снижение массообменных характеристик системы за счет постепенного смачивания пор мембраны абсорбентом, ограничение на реализацию повышенных перепадов давления на мембране (от 3-10 атм.) за счет большого размера пор [Li J.-L, Chen. В.-Н. // Sep.Purif. Technol. 2005. V. 41. P. 109; Mansourizadeh A., Ismail A.F. // Journal of hazardous materials. 2009. V. 171. P. 38]. Этот отрицательный эффект, в частности, проявился при пилотных испытаниях мембранного абсорбера с пористыми половолоконными мембранами ПВДФ в процессе удаления С02 из дымовых газов с использованием МЭА в качестве абсорбента [Yeon S.H., Lee K.S., Sea В., Park Y.I., Lee K.H. // Journal of Membrane Science. 2005, V. 257. P. 156.Currently, porous membranes based on hydrophobic polymers, primarily polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyvinylidene fluoride (PVDF), which have a number of drawbacks, some of which are a decrease in the mass transfer characteristics of the system due to gradual, are most often used in membrane contactors. wetting the pores of the membrane with an absorbent; limiting the implementation of increased pressure drops on the membrane (from 3-10 atm.) due to the large pore size [Li J.-L, Chen. B.-N. // Sep. Purif. Technol. 2005. V. 41. P. 109; Mansourizadeh A., Ismail A.F. // Journal of hazardous materials. 2009. V. 171. P. 38]. This negative effect, in particular, was manifested during pilot tests of a membrane absorber with porous PVDF hollow fiber membranes during the removal of CO2 from flue gases using MEA as an absorbent [Yeon S.H., Lee K.S., Sea B., Park Y.I., Lee K.H. // Journal of Membrane Science. 2005, V. 257. P. 156.

Задача предлагаемой полезной модели заключается в разработке мембранного контактора высокого давления и абсорбционно-десорбционного устройства на его основе для разделения и выделения диоксида углерода из технологических газов процессов нефтехимии, а также природного и попутного газов.The objective of the proposed utility model is to develop a high-pressure membrane contactor and an absorption-desorption device based on it for separating and separating carbon dioxide from process gases of petrochemical processes, as well as natural and associated gases.

Поставленная задача решается тем, что предложен мембранный контактор высокого давления для разделения и выделения диоксида углерода из попутных и дымовых газов процессов нефтехимии, характеризующийся тем, что он включает газовый и жидкостной блоки, разделенные полимерной мембраной из политриметилсилилпропина, таким образом, что между выемкой, имеющейся на верхней поверхности жидкостного блока, с одной стороны, и мембраной, с другой, образовано подмембранное пространство в виде жидкостного зазора толщиной до 200 мкм, причем надмембранное пространство контактора, имеет параллельные линии лазерной насечки с размером до 75 мкм, сообщающиеся в один канал.The problem is solved in that a high-pressure membrane contactor is proposed for separating and separating carbon dioxide from associated and flue gases of petrochemical processes, characterized in that it includes gas and liquid blocks separated by a polymeric membrane of polytrimethylsilylpropine, so that between the recess on the upper surface of the liquid block, on the one hand, and the membrane, on the other, a submembrane space is formed in the form of a liquid gap up to 200 μm thick, and above the membrane e contactor space, has parallel laser cut lines with a size of up to 75 microns, communicating in one channel.

Предложено также абсорбционно-десорбционное устройство для разделения и выделения диоксида углерода из попутных и дымовых газов процессов нефтехимии, характеризующееся тем, что оно включает два последовательно соединенных между собой мембранных контактора высокого давления по п.1, один из которых работает в режиме абсорбции диоксида углерода из газовой смеси, а другой - в режиме десорбции, причем последний размещен в термостатирующем устройстве, поддерживающем температуру, необходимую для проведения процесса десорбции диоксида углерода из абсорбционной жидкости.Also proposed is an absorption-desorption device for separating and separating carbon dioxide from associated and flue gases of petrochemical processes, characterized in that it includes two high-pressure membrane contactors in series according to claim 1, one of which operates in the mode of absorption of carbon dioxide from gas mixture, and the other in the desorption mode, the latter being placed in a thermostatic device that maintains the temperature necessary for the desorption of carbon dioxide Ode from the absorption liquid.

Технический результат, который может быть получен от использования полезной модели, заключается:The technical result that can be obtained from the use of a utility model is:

1) в обеспечении удаление диоксида углерода до остаточных содержаний его в газе менее 1%;1) in ensuring the removal of carbon dioxide to a residual content in the gas of less than 1%;

2) в обеспечении отсутствия протекания абсорбентов СО2 при повышенных давлении (до 4 МПа) и температуре (до 100°С), а также возможности реализовать процесс регенерации абсорбционных жидкостей, что, в свою очередь, позволяет исключить необходимость добавления абсорбционных растворов;2) in ensuring the absence of leakage of CO 2 absorbents at elevated pressure (up to 4 MPa) and temperature (up to 100 ° C), as well as the ability to implement the process of regeneration of absorption liquids, which, in turn, eliminates the need to add absorption solutions;

3) в возможности снижения габаритных характеристик установки для разделения и выделения двуокиси углерода из попутных и дымовых газов процессов нефтехимии.3) the possibility of reducing the overall characteristics of the installation for the separation and separation of carbon dioxide from associated and flue gases of petrochemical processes.

Использование полимерных мембран с селективным слоем на основе высокопроницаемого стеклообразного полимера с температурой стеклования выше 150°С, например - поли(триметилсилилпропин)а позволяет предотвратить смачивание пор мембраны абсорбентом и повысить давление в газовой фазе без образования пузырей газа в жидком абсорбенте.The use of polymer membranes with a selective layer based on a highly permeable glassy polymer with a glass transition temperature above 150 ° C, for example, poly (trimethylsilylpropine) and prevents the pores from being wetted by the absorbent and increase the pressure in the gas phase without the formation of gas bubbles in the liquid absorbent.

Толщина подмембранного пространства (жидкостного зазора) составляет 100-200 мкм, что является оптимальной величиной, при которой диффузионные затруднения массопереносу СО2 из объема жидкостной фазы к поверхности мембраны минимальны.The thickness of the submembrane space (liquid gap) is 100-200 μm, which is the optimal value at which diffusion difficulties in the mass transfer of CO 2 from the volume of the liquid phase to the membrane surface are minimal.

Параллельные и сообщающиеся в один каналы, выполненные посредством лазерной насечки, образуют надмембранное пространство, и, с одной стороны, обеспечивают свободный транспорт молекул СО2 либо из очищаемого газа к мембране, либо десорбированного СО2; с другой стороны они предотвращают механическое разрушение пористого суппорта и мембраны в целом. Ширина одной линии лазерной насечки составляет не более 75 мкм (оптимальная величина - не более 30 мкм).Parallel and communicating in one channel, made by means of a laser notch, form a supmembrane space, and, on the one hand, provide free transport of CO 2 molecules from either the gas being purified to the membrane or desorbed CO 2 ; on the other hand, they prevent mechanical destruction of the porous support and the membrane as a whole. The width of one line of the laser notch is not more than 75 microns (the optimal value is not more than 30 microns).

Полимерная мембрана выбирается таким образом, чтобы производительность по углекислому газу была не менее 1.4-10-8 м3(н.у.)/м2·ч·атм.The polymer membrane is selected so that the carbon dioxide productivity is not less than 1.4-10 -8 m 3 (nu) / m 2 · h · atm.

Мембранный контактор высокого давления - абсорбер (МКВД-А).High pressure membrane contactor - absorber (MKVD-A).

Принципиальная схема мембранного контактора высокого давления -абсорбера (МКВД-А) изображена на фиг.1.A schematic diagram of a high-pressure membrane contactor-absorber (MKVD-A) is shown in figure 1.

Мембранный контактор - абсорбер представляет собой два металлических цилиндра - газовый блок 5 и жидкостной блок 10, скрепленных между собой накидной гайкой 4 и болтами 3. Газовый блок 5 снабжен штуцером входа очищаемого газа - 1; штуцером выхода очищенного газа - 2. Жидкостной блок 10 снабжен пористым суппортом - 6; мембраной (рабочая площадь - 16.6 см2) - 7; резиновыми кольцами для герметизации - 9; входным штуцером абсорбента - 11; выходным штуцером абсорбента - 12. Потоки: I - очищаемый газ, содержащий СО2; II - очищенный газ с низким содержанием CO2, III - чистый абсорбент; IV - абсорбент, насыщенный CO2.The membrane contactor - absorber consists of two metal cylinders - a gas block 5 and a liquid block 10, fastened together by a union nut 4 and bolts 3. The gas block 5 is equipped with an inlet for the gas to be cleaned - 1; the outlet for the purified gas - 2. The liquid block 10 is equipped with a porous caliper - 6; a membrane (working area - 16.6 cm 2 ) - 7; rubber rings for sealing - 9; the inlet fitting of the absorbent - 11; the outlet fitting of the absorbent - 12. Streams: I - purified gas containing CO 2 ; II - purified gas with a low content of CO 2 ; III - pure absorbent; IV - absorbent, saturated with CO 2 .

Каналы, в которых находятся резиновые уплотнительные кольца, отличаются по глубине. Канал внутреннего кольца глубже на 200 мкм. Это позволяет при помощи внутреннего кольца предотвратить проникновение абсорбента в газовый блок контактора МКВД-А, сохраняя при этом геометрию суппорта 6 и мембраны 7. Внешнее кольцо, образуя купол, предотвращает выход очищаемого газа через торцы контактора и направляет весь поток очищаемого газа на контакт с мембраной.The channels in which the rubber o-rings are located vary in depth. The inner ring channel is 200 microns deeper. This allows using the inner ring to prevent the penetration of absorbent material into the gas block of the MKVD-A contactor, while maintaining the geometry of the caliper 6 and membrane 7. The outer ring, forming a dome, prevents the outlet of the gas being cleaned from the ends of the contactor and directs the entire stream of gas to be cleaned into contact with the membrane .

МКВД-А работает следующим образом.MKVD-A works as follows.

Газ, подвергаемый очистке и содержащий диоксид углерода I под давлением (до 4 МПа) поступает через штуцер входа очищаемого газа 1 в надмембранное пространство в газовом блоке 5. Надмембранное пространство представляет собой параллельные каналы глубиной и шириной не более 75 мкм (оптимально - не более 30 мкм), выполненные посредством лазерной насечки и сообщающиеся в один канал. Насечки, а также пористый суппорт 6 предназначены для предотвращения механического разрушения мембраны. Чистый абсорбент (ненасыщенный СО2) III под давлением (до 4 МПа) поступает во входной штуцер абсорбента 11 и попадает в подмембранное пространство (жидкостной зазор) 8, образованное с одной стороны выемкой в жидкостном блоке 10, с другой стороны мембраной 7. За счет разности парциальных давлений СО2 в очищаемом газе и в абсорбенте, молекулы СО2 проникают через пористый суппорт 6 и диффундируют через мембрану 7. Далее молекулы СО2, прошедшие через мембрану 7 растворяются в чистом абсорбенте, проходящем в подмембранном пространстве (жидкостном зазоре) 8 жидкостного блока 10. Для минимизации диффузионных затруднений толщина жидкостного зазора должна составлять не более 0.2 мм (200 мкм). Абсорбент, насыщенный СО2 IV покидает контактор через выходной штуцер абсорбента 12. Очищенный газ с пониженным содержанием СО2 II покидает контактор через штуцер выхода очищенного газа 2.The gas to be purified and containing carbon dioxide I under pressure (up to 4 MPa) enters through the inlet of the gas to be cleaned 1 into the supmembrane space in the gas block 5. The supmembrane space is parallel channels with a depth and width of not more than 75 μm (optimally not more than 30 μm) made by laser notching and communicating in one channel. The notches, as well as the porous support 6, are designed to prevent mechanical destruction of the membrane. Pure absorbent (unsaturated CO 2 ) III under pressure (up to 4 MPa) enters the inlet of the absorbent 11 and enters the submembrane space (liquid gap) 8, formed on one side by a recess in the liquid block 10, on the other hand by the membrane 7. Due to the difference of the partial pressures of CO 2 in the purified gas and the absorbent molecules of CO 2 penetrate through the porous support 6 and diffuse through the membrane 7. Further, the CO 2 molecule, passed through the membrane 7 are dissolved in pure absorbent, passing a submembrane space (liquid ZAZ D) 8 liquid unit 10. In order to minimize diffusion difficulties gap thickness of liquid should not exceed 0.2 mm (200 microns). Absorbent saturated with CO 2 IV leaves the contactor through the outlet of the absorbent 12. Purified gas with a reduced content of CO 2 II leaves the contactor through the outlet of the purified gas 2.

Герметизация фаз происходит благодаря использованию резиновых колец 9. Внутреннее кольцо предотвращает проникновение абсорбента в газовый блок 5. Внешнее кольцо предотвращает выход очищаемого газа через торцы контактора и направляет весь поток очищаемого газа на контакт с мембраной 7.The sealing of the phases occurs due to the use of rubber rings 9. The inner ring prevents the penetration of absorbent into the gas block 5. The outer ring prevents the outlet of the gas to be cleaned through the ends of the contactor and directs the entire stream of gas to be cleaned into contact with the membrane 7.

Мембранный контактор высокого давления-десорбер (МКВД-Д).Membrane contactor of a high pressure desorber (MKVD-D).

Принципиальная схема мембранного контактора высокого давления-десорбера (МКВД-Д), изображена на фиг.2.Schematic diagram of the membrane contactor of a high pressure stripper (MKVD-D), is shown in figure 2.

Мембранный контактор - десорбер представляет собой два металлических цилиндра - газовый блок 4 и жидкостной блок 9, скрепленных между собой накидной гайкой 3 и болтами 2. Газовый блок 4 снабжен двумя штуцерами выхода CO2 - 1. Жидкостной блок 9 снабжен пористым суппортом -5; мембраной (рабочая площадь - 16.6 см2) - 6; резиновыми кольцами для герметизации - 8; входным штуцером абсорбента - 10; выходным штуцером абсорбента -11. Потоки: I - десорбированный СО2; II - абсорбент, насыщенный CO2; III - регенерированный абсорбент.The membrane contactor - stripper is two metal cylinders - a gas block 4 and a liquid block 9, fastened together by a union nut 3 and bolts 2. The gas block 4 is equipped with two CO 2 - 1 outlet fittings. The liquid block 9 is equipped with a porous support -5; a membrane (working area - 16.6 cm 2 ) - 6; rubber rings for sealing - 8; the input fitting of the absorbent - 10; absorbent outlet fitting -11. Streams: I - desorbed CO 2 ; II — absorbent saturated with CO 2 ; III - regenerated absorbent.

Каналы, в которых находятся резиновые уплотнительные кольца, отличаются по глубине. Канал внутреннего кольца глубже на 200 мкм. Это позволяет при помощи внутреннего кольца предотвратить проникновение абсорбента в газовый блок контактора МКВД-Д, сохраняя при этом геометрию суппорта 5 и мембраны 6. Внешнее кольцо, образуя купол, предотвращает выход десорбированного СО2 через торцы контактора и направляет весь поток СО2 в штуцеры выхода СO2.The channels in which the rubber o-rings are located vary in depth. The inner ring channel is 200 microns deeper. This allows using the inner ring to prevent the penetration of absorbent into the gas block of the MKVD-D contactor, while maintaining the geometry of the caliper 5 and membrane 6. The outer ring, forming a dome, prevents the escape of desorbed CO 2 through the ends of the contactor and directs the entire flow of CO2 to the CO outlet fittings 2 .

МКВД-Д работает следующим образом.MKVD-D works as follows.

Абсорбент, насыщенный СО2 II под давлением (до 4 МПа) поступает во входной штуцер абсорбента 10 и попадает в подмембранное пространство (жидкостной зазор) 7, образованное с одной стороны выемкой в жидкостном блоке 9, с другой стороны мембраной 6. Связанные абсорбентом молекулы СО2 при термическом воздействии (поскольку вся ячейка предварительно термостатирована при высокой температуре) начинают десорбироваться и диффундировать через мембрану 6. Для минимизации диффузионных затруднений толщина жидкостного зазора 7 должна составлять не более 0.2 мм (200 мкм). Десорбирующийся СО2 диффундирует через мембрану 6, проходит через пористый суппорт 5 (диск из пористой нержавеющей стали) и попадает в надмембранное пространство в газовом блоке 4. Надмембранное пространство представляет собой параллельные каналы глубиной и шириной не более 75 мкм (оптимально - не более 30 мкм), выполненными посредством лазерной насечки и сообщающимися в один канал. Насечки, а также пористый суппорт 5 предназначены для предотвращения механического разрушения мембраны, поскольку давление в ячейке создается со стороны абсорбента - в жидкостном блоке 9, а давление в газовом блоке 4 - атмосферное.The absorbent saturated with CO 2 II under pressure (up to 4 MPa) enters the inlet fitting of the absorbent 10 and enters the submembrane space (liquid gap) 7, formed on one side by a recess in the liquid block 9, on the other hand with a membrane 6. CO molecules bound by the absorbent 2 during thermal exposure (since the entire cell is pre-thermostated at high temperature) begin to desorb and diffuse through the membrane 6. To minimize diffusion difficulties, the thickness of the liquid gap 7 should be no more than 0.2 mm (200 μm). The desorbed CO 2 diffuses through the membrane 6, passes through the porous support 5 (a disk made of porous stainless steel) and enters the supramembrane space in the gas block 4. The supmembrane space consists of parallel channels with a depth and width of not more than 75 μm (optimally not more than 30 μm ) made by means of a laser notch and communicating in one channel. The notches, as well as the porous support 5, are designed to prevent mechanical destruction of the membrane, since the pressure in the cell is created from the side of the absorbent in the liquid block 9, and the pressure in the gas block 4 is atmospheric.

Герметизация фаз происходит благодаря использованию резиновых колец 8. Внутреннее кольцо предотвращает проникновение абсорбента в газовый блок 4. Внешнее кольцо предотвращает выход десорбированного СО2 через торцы контактора - другими словами, создает купол и направляет весь поток CO2 в штуцеры выхода CO2 1.The sealing of the phases occurs due to the use of rubber rings 8. The inner ring prevents the absorption of absorbent material into the gas block 4. The outer ring prevents the desorbed CO 2 from coming out through the ends of the contactor - in other words, it creates a dome and directs the entire CO 2 stream to the CO 2 1 outlet fittings.

Десорбированный СО2 I покидает контактор через штуцеры выхода CO2 1 в газовом блоке 4. Регенерированный абсорбент III (с пониженным содержанием СО2) покидает жидкостной блок 9 через выходной штуцер абсорбента 11.Desorbed CO 2 I leaves the contactor through the CO 2 1 outlet fittings in the gas block 4. The regenerated absorbent III (with a reduced CO 2 content) leaves the liquid block 9 through the outlet of the absorbent 11.

Абсорбционно-десорбционное устройство на основе МКВДAbsorption-desorption device based on MKVD

Принципиальная схема абсорбционно-десорбционного устройства представлена на фиг.3A schematic diagram of an absorption-desorption device is shown in FIG. 3

Абсорбционно-десорбционное устройство представляет собой два последовательно соединенных между собой мембранных контактора высокого давления: мембранного контактора высокого давления - абсорбера - 1 (МКВД-А), работающего в режиме абсорбции диоксида углерода из очищаемого газа, мембранного контактора высокого давления - десорбера - 2 (МКВД-Д), работающего в режиме десорбции диоксида углерода из насыщенного СО2 абсорбента. МКВД-Д при этом размещен в термостатирующем устройстве - 3, поддерживающем температуру, необходимую для проведения процесса десорбции диоксида углерода из абсорбционной жидкости.The absorption and desorption device consists of two high-pressure membrane contactors in series: a high-pressure membrane contactor - absorber - 1 (MKVD-A) operating in the mode of carbon dioxide absorption from the gas being cleaned, a high-pressure membrane contactor - stripper - 2 (MKVD -D), operating in the mode of desorption of carbon dioxide from saturated CO 2 absorbent. MKVD-D is placed in a thermostatic device - 3, which maintains the temperature necessary for the desorption of carbon dioxide from the absorption liquid.

Абсорбционно-десорбционное устройство работает следующим образом.The absorption-desorption device operates as follows.

Очищаемый газ, содержащий СО2 -1 - подается в газовую часть МКВД-А 1. Чистый абсорбент - II - подается в жидкостную часть МКВД-А 1. В МКВД-А абсорбентом через мембрану селективно поглощается CO2. Очищенный газ с низким содержанием СО2 - III - покидает МКВД-А 1. Абсорбент, насыщенный СО2, - IV - покидает МКВД-А 1 и направляется в жидкостную часть МКВД-Д 2. Поскольку МКВД-Д 2 помещен в термостатирующее устройство 3 и нагрет до 100°С, из насыщенного абсорбента через мембрану начинает десорбироваться прежде связанный в МКВД-А 1 диоксид углерода. Десорбированный СО2 - V - покидает газовую часть МКВД-Д 2. Регенерированный абсорбент - VI - покидает жидкостную часть МКВД - Д 2.The gas to be purified containing CO 2 -1 is supplied to the gas part of MKVD-A 1. Pure absorbent - II is supplied to the liquid part of MKVD-A 1. In MKVD-A, CO 2 is selectively absorbed through the membrane through the membrane. Purified gas with a low content of CO 2 - III - leaves MKVD-A 1. Absorbent saturated with CO 2 - IV - leaves MKVD-A 1 and is sent to the liquid part of MKVD-D 2. Since MKVD-D 2 is placed in thermostatic device 3 and heated to 100 ° C, from the saturated absorbent through the membrane carbon dioxide previously bound in MKVD-A 1 begins to be desorbed. Desorbed CO 2 - V - leaves the gas part of the MKVD-D 2. Regenerated absorbent - VI - leaves the liquid part of the MKVD-D 2.

ПримерExample

В работе используют плоские мембраны на основе ПТМСП, полученные методом полива раствора полимера (1% масс.) в толуоле и производительностью по углекислому газу 2.5-10-6 м3(н.у)/м2·ч·атм.The work uses flat membranes based on PTMSP obtained by the method of watering a polymer solution (1% wt.) In toluene and a carbon dioxide productivity of 2.5-10 -6 m 3 (nu) / m 2 · h · atm.

В качестве исходной абсорбционной жидкости используют модельный 50%-ный водный раствор метилдиэтаноламина (МДЭА) со степенью насыщения СО2 0.4 моль СО2/моль МДЭА. На всех стадиях его получения составы растворов определяют весовым методом, а также по значениям удельной объемной электропроводности (УОЭП).As the initial absorption liquid using a model 50% aqueous solution of methyldiethanolamine (MDEA) with a degree of saturation of CO 2 0.4 mol of CO 2 / mol of MDEA. At all stages of its preparation, the compositions of the solutions are determined by the gravimetric method, as well as by the values of the specific volumetric electrical conductivity (UOEP).

Полезная модель, работающая в режиме абсорбера, обеспечивает удаление диоксида углерода из модельного синтез газа, содержащего СО2 - 8%, Н2 - 62%, N2 - 30%, до остаточных содержаний его в газе менее 1%. Полезная модель, используемая в режиме десорбции диоксида углерода обеспечивает регенерацию абсорбционной жидкости при температуре 100°С до остаточного содержания СО2 в растворе 0.1 моль СО2 /моль МДЭА При этом давление в полезной модели составляет 4 МПа, а протекание абсорбента через мембрану отсутствует. Толщина жидкостного зазора в используемых вариантах полезной модели составляет 100 мкм. Ширина и глубина каналов надмембранного пространства составляет 25 мкм.A utility model operating in an absorber mode provides the removal of carbon dioxide from a model synthesis gas containing CO 2 - 8%, H 2 - 62%, N 2 - 30%, to its residual gas content less than 1%. The utility model used in the carbon dioxide desorption mode provides regeneration of the absorption liquid at a temperature of 100 ° C to a residual CO 2 content of 0.1 mol CO 2 / mol MDEA in the solution.In this case, the pressure in the utility model is 4 MPa, and there is no absorbent flow through the membrane. The thickness of the liquid gap in the used variants of the utility model is 100 μm. The width and depth of the channels of the supmembrane space is 25 μm.

Claims (2)

1. Мембранный контактор высокого давления для разделения и выделения диоксида углерода из попутных и дымовых газов процессов нефтехимии и энергетики, характеризующийся тем, что он включает газовый и жидкостный блоки, разделенные полимерной мембраной из политриметилсилилпропина, таким образом, что между выемкой, имеющейся на верхней поверхности жидкостного блока, с одной стороны, и мембраной, с другой, образовано подмембранное пространство в виде жидкостного зазора толщиной до 200 мкм, причем надмембранное пространство контактора имеет параллельные линии лазерной насечки с размером до 75 мкм, сообщающиеся в один канал.1. A high pressure membrane contactor for separating and separating carbon dioxide from associated and flue gases of the petrochemical and energy processes, characterized in that it comprises gas and liquid blocks separated by a polytrimethylsilylpropine polymer membrane, so that between the recess located on the upper surface of the liquid block, on the one hand, and the membrane, on the other, a submembrane space is formed in the form of a liquid gap up to 200 μm thick, and the supranembrane space of the contactor has parallel lines of a laser notch with a size of up to 75 microns, communicating in one channel. 2. Абсорбционно-десорбционное устройство для разделения и выделения диоксида углерода из попутных и дымовых газов процессов нефтехимии и энергетики, характеризующееся тем, что оно включает два последовательно соединенных между собой мембранных контактора высокого давления по п.1, один из которых работает в режиме абсорбции диоксида углерода из газовой смеси, а другой - в режиме десорбции, причем последний размещен в термостатирующем устройстве, поддерживающем температуру, необходимую для проведения процесса десорбции диоксида углерода из абсорбционной жидкости.
Figure 00000001
2. An absorption and desorption device for separating and separating carbon dioxide from associated and flue gases of the petrochemical and energy processes, characterized in that it includes two high-pressure membrane contactors in series according to claim 1, one of which operates in a dioxide absorption mode carbon from the gas mixture, and the other in the desorption mode, the latter being placed in a thermostatic device that maintains the temperature necessary for the carbon dioxide desorption process from the absorption liquid.
Figure 00000001
RU2012143073/05U 2012-10-10 2012-10-10 HIGH PRESSURE MEMBRANE CONTACTOR AND ABSORPTION-DESORPTION DEVICE BASED ON IT FOR SEPARATION AND SEPARATION OF CARBON DIOXIDE FROM ASSOCIATED AND SMOKE GASES OF OIL AND CHEMICAL PROCESSES RU128515U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012143073/05U RU128515U1 (en) 2012-10-10 2012-10-10 HIGH PRESSURE MEMBRANE CONTACTOR AND ABSORPTION-DESORPTION DEVICE BASED ON IT FOR SEPARATION AND SEPARATION OF CARBON DIOXIDE FROM ASSOCIATED AND SMOKE GASES OF OIL AND CHEMICAL PROCESSES

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012143073/05U RU128515U1 (en) 2012-10-10 2012-10-10 HIGH PRESSURE MEMBRANE CONTACTOR AND ABSORPTION-DESORPTION DEVICE BASED ON IT FOR SEPARATION AND SEPARATION OF CARBON DIOXIDE FROM ASSOCIATED AND SMOKE GASES OF OIL AND CHEMICAL PROCESSES

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU128515U1 true RU128515U1 (en) 2013-05-27

Family

ID=48804558

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012143073/05U RU128515U1 (en) 2012-10-10 2012-10-10 HIGH PRESSURE MEMBRANE CONTACTOR AND ABSORPTION-DESORPTION DEVICE BASED ON IT FOR SEPARATION AND SEPARATION OF CARBON DIOXIDE FROM ASSOCIATED AND SMOKE GASES OF OIL AND CHEMICAL PROCESSES

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU128515U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2672452C1 (en) * 2018-01-25 2018-11-14 Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть") Membrane contactor for cleaning natural and technological gases from acid components
DE112017005224T5 (en) 2016-10-14 2019-07-11 Rosneft Oil Company (Rosneft) Process for extracting components from gas mixtures by pertraction on nanoporous membranes

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112017005224T5 (en) 2016-10-14 2019-07-11 Rosneft Oil Company (Rosneft) Process for extracting components from gas mixtures by pertraction on nanoporous membranes
US10828599B2 (en) 2016-10-14 2020-11-10 Rosneft Oil Company (Rosneft) Method of extracting components of gas mixtures by pertraction on nanoporous membranes
DE112017005224B4 (en) 2016-10-14 2021-11-11 Rosneft Oil Company (Rosneft) Process for extracting components from gas mixtures by pertraction on nanoporous membranes
RU2672452C1 (en) * 2018-01-25 2018-11-14 Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть") Membrane contactor for cleaning natural and technological gases from acid components

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lv et al. Experimental studies on simultaneous removal of CO2 and SO2 in a polypropylene hollow fiber membrane contactor
Yeon et al. Application of pilot-scale membrane contactor hybrid system for removal of carbon dioxide from flue gas
Atchariyawut et al. Separation of CO2 from CH4 by using gas–liquid membrane contacting process
Yang et al. Effects of SO2 on CO2 capture using a hollow fiber membrane contactor
Tilahun et al. Performance of polydimethylsiloxane membrane contactor process for selective hydrogen sulfide removal from biogas
Lin et al. Absorption of carbon dioxide by the absorbent composed of piperazine and 2-amino-2-methyl-1-propanol in PVDF membrane contactor
Li et al. Use of permeation and absorption methods for CO2 removal in hollow fibre membrane modules
AU2014238156B2 (en) Method and apparatus for desorption using microporous membrane operated in wetted mode
US20110174156A1 (en) Modular Reactor and Process for Carbon-Dioxide Extraction
Atlaskin et al. Comprehensive experimental study of acid gases removal process by membrane-assisted gas absorption using imidazolium ionic liquids solutions absorbent
KR101354680B1 (en) Carbon dioxide separating apparatus using silicone separators
Lin et al. Determination of mass transfer resistance during absorption of carbon dioxide by mixed absorbents in PVDF and PP membrane contactor
Niknam et al. Experimental and modeling study of CO2 absorption by L-Proline promoted potassium carbonate using hollow fiber membrane contactor
WO2018070904A1 (en) Method of extracting components of gas mixtures by pertraction on nanoporous membranes
Lu et al. Membrane contactor for CO2 absorption applying amino-acid salt solutions
Kim et al. Practical designs of membrane contactors and their performances in CO2/CH4 separation
RU128515U1 (en) HIGH PRESSURE MEMBRANE CONTACTOR AND ABSORPTION-DESORPTION DEVICE BASED ON IT FOR SEPARATION AND SEPARATION OF CARBON DIOXIDE FROM ASSOCIATED AND SMOKE GASES OF OIL AND CHEMICAL PROCESSES
Guha et al. Gas separation modes in a hollow fiber contained liquid membrane permeator
KR20170098385A (en) High purity methane gas purification apparatus and method from the biogas
Mirfendereski et al. Investigation of H2S and CO2 removal from gas streams using hollow fiber membrane gas–liquid contactors
Listiyana et al. CO2 desorption from activated DEA using membrane contactor with vacuum regeneration technology
Chen et al. Selective removal of H2S over CO2 in a membrane gas–liquid microdisperison microreactor
Xu et al. Separation and fixation of carbon dioxide using polymeric membrane contactor
LU et al. Membrane-based CO2 absorption into blended amine solutions
Api Biohydrogen purification from palm oil mill effluent fermentation for fuel cell application

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20191011