RU168132U1 - INSTALLATION OF A MEMBRANE SEPARATION OF HIGH PRESSURE GAS MIXTURES - Google Patents

INSTALLATION OF A MEMBRANE SEPARATION OF HIGH PRESSURE GAS MIXTURES Download PDF

Info

Publication number
RU168132U1
RU168132U1 RU2016102595U RU2016102595U RU168132U1 RU 168132 U1 RU168132 U1 RU 168132U1 RU 2016102595 U RU2016102595 U RU 2016102595U RU 2016102595 U RU2016102595 U RU 2016102595U RU 168132 U1 RU168132 U1 RU 168132U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stage
membrane
pressure
filter
pipe
Prior art date
Application number
RU2016102595U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Александрович Гулянский
Сергей Владимирович Потехин
Евгений Геннадиевич Крашенинников
Николай Леонидович Докучаев
Александр Александрович Котенко
Михаил Михайлович Челяк
Original Assignee
Акционерное Общество "Грасис"
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 Акционерное Общество "Грасис" filed Critical Акционерное Общество "Грасис"
Priority to RU2016102595U priority Critical patent/RU168132U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU168132U1 publication Critical patent/RU168132U1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation 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
    • B01D53/22Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion

Landscapes

  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области разделения газовых смесей высокого давления с помощью полупроницаемых мембран и может быть использована в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.Установка мембранного разделения газовой смеси высокого давления содержит мембранные устройства первой и второй ступеней, включающие мембранные модули с полостями высокого и низкого давления, разделенные полупроницаемой мембраной, а также межступенчатый компрессор, выход которого сообщен напорным трубопроводом межступенчатого потока с мембранным устройством второй ступени, которое состоит из по крайней мере двух последовательно расположенных стадий. На напорном трубопроводе последовательно установлены рекуперативный теплообменник, устройство воздушного охлаждения потока, фильтр-коалесцер и фильтр очистки от механических примесей. На участке напорного трубопровода между фильтром-коалесцером и фильтром очистки от механических примесей, в обход рекуперативного теплообменника, выполнен байпас, на котором установлено первое запорно-регулирующее устройство с ручным управлением. Второе запорно-регулирующее устройство установлено на напорном трубопроводе после рекуперативного теплообменника перед соединением с байпасом, причем это устройство автоматически управляется по сигналу датчика температуры, установленного сразу после соединения с байпасом.Технический результат полезной модели заключается в повышении стабильности рабочих параметров процесса и увеличении точности их поддержания во всех режимах работы мембранного разделения, в особенности при переходных режимах, связанных соThe utility model relates to the field of separation of high pressure gas mixtures using semipermeable membranes and can be used in gas, oil, chemical and other industries. The installation of membrane separation of high pressure gas mixtures contains membrane devices of the first and second stages, including membrane modules with high cavity and low pressure, separated by a semipermeable membrane, as well as an interstage compressor, the output of which is communicated by a pressure pipeline of an interstage outflow with a membrane device of the second stage, which consists of at least two stages in series. A recuperative heat exchanger, a flow air cooling device, a coalescer filter and a filter for removing mechanical impurities are sequentially installed on the pressure pipe. On the section of the pressure pipe between the filter-coalescer and the filter for removing mechanical impurities, bypassing the recuperative heat exchanger, a bypass was made, on which the first shut-off and regulating device with manual control was installed. The second shut-off and control device is installed on the pressure pipe after the recuperative heat exchanger before connecting to the bypass, and this device is automatically controlled by the signal of the temperature sensor installed immediately after connecting to the bypass. The technical result of the utility model is to increase the stability of the process parameters and increase the accuracy of their maintenance in all operating modes of membrane separation, especially during transient conditions associated with

Description

Полезная модель относится к области разделения газовых смесей высокого давления с помощью полупроницаемых мембран и может быть использована в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.The utility model relates to the field of separation of high pressure gas mixtures using semipermeable membranes and can be used in gas, oil, chemical and other industries.

Показатели эффективности работы мембранного газоразделительного блока в значительной степени зависят от стабильности основных рабочих параметров мембранного процесса разделения - температуры и давления подаваемого потока газа. Отклонение значений данных параметров от оптимальных для используемой мембраны негативно сказывается как на эффективности процесса газоразделения, так и на эксплуатационных характеристиках мембраны, заключающихся в снижении надежности и срока ее эксплуатации. Особое значение задача сохранения стабильности рабочих параметров мембраны приобретает в переходных режимах работы, связанных со значительными изменениями объема, температуры и состава разделяемой газовой смеси.The performance indicators of the membrane gas separation unit largely depend on the stability of the main operating parameters of the membrane separation process - the temperature and pressure of the supplied gas stream. Deviation of the values of these parameters from the optimal values for the used membrane negatively affects both the efficiency of the gas separation process and the operational characteristics of the membrane, which include a decrease in reliability and lifetime. Of particular importance is the task of maintaining the stability of the operating parameters of the membrane in transient conditions associated with significant changes in the volume, temperature and composition of the shared gas mixture.

Известна установка для очистки природного газа от гелия, содержащая одноступенчатый мембранный модуль с подводящим трубопроводом; входной компрессорный блок, включающий последовательно расположенные на входящем трубопроводе компрессор, холодильник и сепаратор; блок подготовки сжатой газовой смеси, состоящий из коалесцентного фильтра и нагревателя, который установлен на подводящем трубопроводе непосредственно перед мембранным модулем, а также вакуум-компрессор, установленный на трубопроводе отвода смеси проникшего и продувочного газов.A known installation for the purification of natural gas from helium, containing a single-stage membrane module with a supply pipe; an inlet compressor unit including a compressor, a refrigerator and a separator sequentially located on the inlet pipe; a compressed gas mixture preparation unit, consisting of a coalescence filter and a heater, which is installed on the inlet pipe directly in front of the membrane module, as well as a vacuum compressor, installed on the discharge pipe of the mixture of penetrated and purge gases.

Наличие в составе установки средств предварительной подготовки потока природного газа-сепаратора, фильтра-коалесцера и нагревателя, размещенного непосредственно перед мембранным модулем, позволяет оптимизировать работу мембранного модуля и повысить степень извлечения гелия.The presence in the installation of means of preliminary preparation of a natural gas separator stream, a coalescer filter and a heater located directly in front of the membrane module allows optimizing the operation of the membrane module and increasing the degree of helium recovery.

Однако конструкция установки не позволяет поддерживать стабильность рабочей температуры с достаточной точностью, особенно в переходных режимах работы, а также требует наличия внешнего источника подогрева. Кроме того, известная установка является одноступенчатой и не обеспечивает высокой степени очистки природного газа (Полезная модель РФ №103744, B01D 53/22, приоритет 18.11.2010 ).However, the design of the installation does not allow maintaining the stability of the operating temperature with sufficient accuracy, especially in transient modes of operation, and also requires an external heating source. In addition, the known installation is single-stage and does not provide a high degree of purification of natural gas (Utility Model of the Russian Federation No. 103744, B01D 53/22, priority 11/18/2010).

Известна также установка очистки природного газа высокого давления от гелия, содержащая два мембранных модуля с полостями высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной. Полость высокого давления первого мембранного модуля с одной стороны сообщена с подводящим трубопроводом, а с другой стороны с выходным трубопроводом, отводящим очищенный природный газ. Полость низкого давления первого мембранного модуля соединена трубопроводом отвода проникшего газа, в котором установлен первый компрессор, с полостью высокого давления второго мембранного модуля, подключенной с другой стороны к трубопроводу отвода непроникшей газовой смеси, при этом полость низкого давления второго мембранного модуля соединена вторым трубопроводом отвода проникшего газа с входом второго компрессора. Трубопровод отвода непроникшей газовой смеси в полости высокого давления второго мембранного модуля подключен к выходному трубопроводу, а к выходу второго компрессора подключен трубопровод отвода газовой смеси с повышенным содержанием гелия. Установка может быть снабжена дополнительными мембранными модулями.Also known is a unit for purification of high-pressure natural gas from helium, containing two membrane modules with high and low pressure cavities separated by a semipermeable membrane. The high-pressure cavity of the first membrane module is on the one hand connected with the inlet pipe, and on the other hand with the outlet pipe, which discharges the purified natural gas. The low-pressure cavity of the first membrane module is connected to the permeate gas exhaust pipe in which the first compressor is installed, with the high-pressure cavity of the second membrane module connected on the other hand to the non-permeable gas mixture discharge pipe, while the low-pressure cavity of the second membrane module is connected to the second permeate gas discharge pipe gas with the inlet of the second compressor. The non-penetrated gas mixture discharge pipe in the high pressure cavity of the second membrane module is connected to the outlet pipe, and the gas mixture discharge pipe with a high helium content is connected to the output of the second compressor. The installation can be equipped with additional membrane modules.

Особенностью указанной установки является то, что после компрессора, предназначенного для сжатия потока проникшего газа (пермеата), дополнительно установлен еще один мембранный блок, что делает установку двухступенчатой и позволяет повысить степень очистки природного газа от гелия и выход подготовленного газа по сравнению с одноступенчатой установкой.A feature of this installation is that after the compressor, designed to compress the flow of penetrated gas (permeate), another membrane unit is additionally installed, which makes the installation two-stage and allows to increase the degree of purification of natural gas from helium and the yield of prepared gas compared to a single-stage installation.

Однако схема данной установка не решает задачи по поддержанию стабильности оптимальных рабочих параметров, необходимых для эффективного осуществления процесса разделения, по следующим причинам:However, the scheme of this installation does not solve the problem of maintaining the stability of the optimal operating parameters necessary for the effective implementation of the separation process, for the following reasons:

для удаления неконденсирующихся компонентов, в частности гелия, разделение на мембранном модуле второй ступени требуется вести при повышенной температуре, что снижает эффективность разделения из-за высокого содержания воды и/или метанола и возможного выпадения водного или водно-метанольного конденсата, образующегося в результате проникновения в проникший поток первой ступени большей части воды и/или метанола, содержащихся в сырьевом газе;to remove non-condensable components, in particular helium, separation on the second-stage membrane module is required to be carried out at elevated temperature, which reduces the separation efficiency due to the high content of water and / or methanol and possible precipitation of water or water-methanol condensate resulting from penetration into the penetrated stream of the first stage of most of the water and / or methanol contained in the feed gas;

отсутствие возможности поддержания температуры с высокой точностью на входе в мембранный блок второй ступени снижает эффективность его работы по очистке, в связи с чем может потребоваться реализация значительных коэффициентов отбора газа (Полезная модель РФ №114423, B01D 53/00, приоритет 11.11.2011).the inability to maintain the temperature with high accuracy at the entrance to the second-stage membrane unit reduces the efficiency of its cleaning work, and therefore it may be necessary to implement significant gas extraction coefficients (Utility Model of the Russian Federation No. 114423, B01D 53/00, priority 11.11.2011).

Наиболее близкой к заявленной полезной модели является установка мембранного разделения газовой смеси высокого давления, которая содержит мембранные устройства первой и второй ступеней, включающие мембранные модули с полостями высокого и низкого давления, разделенные полупроницаемой мембраной. Мембранное устройство второй ступени содержит по меньшей мере две последовательно расположенные стадии.Closest to the claimed utility model is the installation of membrane separation of a high pressure gas mixture, which contains membrane devices of the first and second stages, including membrane modules with cavities of high and low pressure, separated by a semipermeable membrane. The membrane device of the second stage contains at least two successive stages.

Поток природного газа по подводящему трубопроводу, пройдя фильтр тонкой очистки, поступает на мембранное устройство первой ступени, откуда подготовленный газ отводится по выходному трубопроводу. Низконапорный проникший поток первой ступени отправляется на компримирование в межступенчатый компрессор для дальнейшего мембранного разделения на второй ступени. На нагнетательном трубопроводе межступенчатого компрессора последовательно установлены холодильник, сепаратор и нагреватель. Нагреватель подключен к трубопроводу подачи и трубопроводу отвода нагревающей среды, которые соединены с напорным трубопроводом межступенчатого компрессора, а по нагреваемой среде подключен к выходному трубопроводу сепаратора. На участке нагнетательного трубопровода межступенчатого компрессора между трубопроводом подачи нагревающей среды и трубопроводом отвода нагревающей среды расположено первое запорно-регулирующее устройство, а второе запорно-регулирующее устройство расположено на трубопроводе подачи нагревающей среды в нагреватель.The flow of natural gas through the inlet pipe, passing a fine filter, enters the membrane device of the first stage, from where the prepared gas is discharged through the outlet pipe. The low-pressure penetrated stream of the first stage is sent for compression to an interstage compressor for further membrane separation in the second stage. A refrigerator, a separator and a heater are installed in series on the discharge pipe of the interstage compressor. The heater is connected to the supply pipe and the pipe for removing the heating medium, which are connected to the pressure pipe of the interstage compressor, and through the heated medium is connected to the outlet pipe of the separator. On the section of the discharge pipe of the interstage compressor between the heating medium supply pipe and the heating medium drain pipe, the first shut-off and regulating device is located, and the second shut-off-regulating device is located on the pipeline for supplying the heating medium to the heater.

Особенностью указанной установки, выбранной за прототип, является то, что проникший поток первой ступени направляется в межступенчатый компрессор, а затем проходит через холодильник, сепаратор, нагреватель и поступает на доочистку во вторую ступень мембранного разделения, мембранное устройство которой содержит две последовательно расположенные стадии. При этом проникший поток второй стадии мембранного устройства второй ступени объединяется с проникшим потоком первой ступени и поступает на всасывающий трубопровод межступенчатого компрессора, а непроникший поток второй стадии второй ступени мембранного разделения объединяется с непроникшим потоком первой ступени мембранного разделения и поступает в трубопровод отвода целевого продукта. Кроме того, нагреватель выполнен в виде рекуперативного теплообменника, теплоносителем (нагревающей средой) которого является сжатый горячий газ, выходящий из межступенчатого компрессора, а нагреваемой средой является газовая смесь, выходящая из сепаратора. Также особенностью прототипа является то, что степень подогрева потока газа в рекуперативном теплообменнике регулируется с помощью установленных на участке нагнетательного трубопровода межступенчатого компрессора запорно-регулирующих устройств с ручным и автоматическим управлением (Полезная модель РФ №145348, B01D 63/00, приоритет 04.06.2014).A feature of this installation, chosen for the prototype, is that the penetrated stream of the first stage is sent to the interstage compressor, and then passes through a refrigerator, separator, heater and enters the second stage of membrane separation for purification, the membrane device of which contains two stages in series. In this case, the penetrated stream of the second stage of the membrane device of the second stage is combined with the penetrated stream of the first stage and enters the suction pipe of the interstage compressor, and the non-penetrated stream of the second stage of the second stage of the membrane separation is combined with the non-penetrated stream of the first stage of the membrane separation and enters the pipe for removal of the target product. In addition, the heater is made in the form of a regenerative heat exchanger, the heat transfer medium (heating medium) of which is compressed hot gas leaving the interstage compressor, and the heated medium is the gas mixture leaving the separator. Another feature of the prototype is that the degree of heating of the gas flow in the recuperative heat exchanger is regulated by means of manual and automatic shut-off and control devices installed on the injection pipeline section of the interstage compressor (Utility Model of the Russian Federation No. 145348, B01D 63/00, priority 04.06.2014) .

Известная установка очистки природного газа от гелия позволяет повысить степень извлечения целевого компонента из газовой смеси и частично устраняет большинство недостатков, описанных в предыдущих аналогах, однако при реализованной в ней схеме теплообмена поддержание стабильности температурного режима, оптимального для эффективного разделения в мембранных устройствах, является технически сложной задачей, особенно в переходных режимах работы.The known installation of natural gas purification from helium allows to increase the degree of extraction of the target component from the gas mixture and partially eliminates most of the disadvantages described in the previous analogues, however, with the heat exchange scheme implemented in it, maintaining the temperature regime optimal for effective separation in membrane devices is technically difficult task, especially in transient modes of operation.

Существенным недостатком прототипа является то, что описанная мембранная установка сильно подвержена риску спада эффективности процесса мембранного разделения в условиях переходных режимов, когда расход и состав газовой смеси на входе в установку сильно меняются и требуется оперативное поддержание стабильности основных рабочих параметров процесса. Поскольку в известной установке требуемая рабочая температура достигается за счет контроля расхода горячего газа, когда только его часть подается на подогрев всего объема нагреваемого газа, то даже незначительная погрешность в объеме подаваемого в рекуперативный теплообменник горячего газа ведет к заметному отклонению фактической температуры от заданной. Это особенно значимо при переходных режимах, когда существенно изменяется объем газа либо его температура. Из-за инерционности системы, даже при снижении объема подаваемого в теплообменник горячего газа, он не может сразу снизить температуру нагреваемого потока, что может привести к кратковременному локальному перегреву потока подогреваемого газа, поступающего в мембранный блок, и отрицательно скажется на работе мембраны вплоть до превышения допустимой температуры эксплуатации.A significant disadvantage of the prototype is that the described membrane installation is highly susceptible to a decrease in the efficiency of the membrane separation process under conditions of transient conditions, when the flow rate and composition of the gas mixture at the inlet of the installation change significantly and operational stability of the main process operating parameters is required. Since in a known installation the required operating temperature is achieved by controlling the flow of hot gas, when only part of it is supplied to heat the entire volume of the heated gas, even a slight error in the volume of hot gas supplied to the regenerative heat exchanger leads to a noticeable deviation of the actual temperature from the set one. This is especially significant during transient conditions, when the volume of the gas or its temperature changes significantly. Due to the inertia of the system, even with a decrease in the volume of hot gas supplied to the heat exchanger, it cannot immediately lower the temperature of the heated stream, which can lead to a short-term local overheating of the heated gas stream entering the membrane unit and adversely affect the membrane operation up to exceeding permissible operating temperature.

Еще одним недостатком прототипа является установка запорно-регулирующих устройств на трубопроводе подачи нагревающей среды, что, как правило, ведет к возникновению дроссель-эффекта, охлаждению газового потока и повышению риска образования конденсата после прохождения арматуры, поскольку из межступенчатого компрессора газовая смесь выходит в насыщенном состоянии.Another disadvantage of the prototype is the installation of shut-off and regulating devices on the pipeline for supplying a heating medium, which, as a rule, leads to a throttle effect, cooling of the gas stream and an increased risk of condensation after passage of valves, since the gas mixture leaves the interstage compressor in a saturated state .

Также к недостаткам известной установки можно отнести и отсутствие теплообменника на входном трубопроводе в первую ступень мембранного разделения, что не позволяет оперативно регулировать температуру разделения до оптимальных значений и снижает эффективность работы мембранного устройства первой ступени.The disadvantages of the known installation can be attributed to the lack of a heat exchanger in the inlet pipe to the first stage of the membrane separation, which does not allow you to quickly adjust the temperature of separation to optimal values and reduces the efficiency of the membrane device of the first stage.

Кроме того, недостатком этой схемы является то, что при высоких коэффициентах отбора на второй ступени мембранного разделения падение температуры газового потока после первой стадии второй ступени мембранного разделения может быть значительным, что приведет к невозможности сохранения оптимального температурного режима на второй стадии разделения.In addition, the disadvantage of this scheme is that at high selection coefficients in the second stage of membrane separation, the drop in the temperature of the gas stream after the first stage of the second stage of membrane separation can be significant, which will lead to the inability to maintain the optimal temperature regime in the second stage of separation.

Использование в качестве устройства очистки от конденсата сепаратора также негативно сказывается на дальнейшем процессе мембранного газоразделения, так как для данного типа оборудования характерно наличие уноса в газовый поток, подающийся на вторую ступень разделения, определенного количества конденсата, особенно в переходных режимах либо при расходах, значительно отличающихся от номинальных/расчетных.The use of a separator as a condensate cleaning device also negatively affects the further process of membrane gas separation, since this type of equipment is characterized by the entrainment of a certain amount of condensate into the gas stream, which flows to the second stage of separation, especially during transient conditions or at costs significantly different from nominal / rated.

Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении стабильности рабочих параметров процесса и увеличении точности их поддержания во всех режимах работы мембранного разделения, в особенности при переходных режимах.The technical result of the claimed utility model is to increase the stability of the process operating parameters and increase the accuracy of their maintenance in all operating modes of membrane separation, especially during transient conditions.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в установке мембранного разделения газовой смеси высокого давления, содержащей мембранные устройства первой и второй ступеней, включающие мембранные модули с полостями высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной, причем мембранное устройство второй ступени содержит по меньшей мере две последовательно расположенные стадии, полости высокого давления мембранных модулей которых сообщены между собой межстадийным трубопроводом, при этом полости высокого давления модулей мембранного устройства первой ступени сообщены с подводящим трубопроводом исходного потока, на котором установлен фильтр очистки от механических примесей с одной стороны и с трубопроводом выходного потока подготовленного газа первой ступени с другой стороны, а полости низкого давления модулей мембранного устройства первой ступени сообщены с трубопроводом отвода проникшего потока первой ступени, соединенным с всасывающим трубопроводом межступенчатого компрессора, выход которого сообщен напорным трубопроводом, в котором последовательно установлены рекуперативный теплообменник, первое и второе управляемые запорно-регулирующие устройства, устройство воздушного охлаждения, устройство очистки газа и фильтр очистки от механических примесей с полостями высокого давления модулей первой стадии мембранного устройства второй ступени, которые с другой стороны сообщены с полостями высокого давления модулей второй стадии мембранного устройства второй ступени, сообщенными с другой стороны с трубопроводом отвода потока подготовленного газа второй ступени; при этом полости низкого давления модулей первой стадии мембранного устройства второй ступени сообщены с трубопроводом отвода проникшего потока на утилизацию, а полости низкого давления модулей второй стадии мембранного устройства второй ступени сообщены с всасывающим трубопроводом межступенчатого компрессора, согласно полезной модели в качестве устройства очистки газа используется фильтр-коалесцер, а на участке напорного трубопровода между фильтром-коалесцером и фильтром очистки от механических примесей, в обход рекуперативного теплообменника, выполнен байпас, причем первое запорно-регулирующее устройство установлено на указанном байпасе и имеет ручное управление, а второе запорно-регулирующее устройство установлено на напорном трубопроводе после рекуперативного теплообменника перед соединением с байпасом и автоматически управляется по сигналу датчика температуры, установленного на напорном трубопроводе сразу после соединения с байпасом.The specified technical result is achieved due to the fact that in the installation of membrane separation of a high pressure gas mixture containing membrane devices of the first and second stages, including membrane modules with high and low pressure cavities separated by a semipermeable membrane, the membrane device of the second stage contains at least two successive stages, the high-pressure cavities of the membrane modules of which are interconnected by an interstage pipeline, while the cavities are high the pressure of the modules of the membrane device of the first stage are in communication with the inlet pipe of the initial stream, on which the filter for purification from mechanical impurities is installed on one side and with the pipeline of the outlet stream of the prepared gas of the first stage on the other side, and the low-pressure cavities of the modules of the membrane device of the first stage are in communication the removal of the penetrated stream of the first stage, connected to the suction pipe of an interstage compressor, the output of which is communicated by a pressure pipe, in which a recuperative heat exchanger, first and second controlled shut-off and control devices, an air cooling device, a gas purification device and a filter for cleaning mechanical solids with high-pressure cavities of modules of the first stage of the second-stage membrane device, which on the other hand are in communication with high-pressure cavities, are installed in series modules of the second stage of the membrane device of the second stage, connected on the other hand with the pipeline for the removal of the prepared gas stream of the second drop it; wherein the low-pressure cavities of the modules of the first stage of the membrane device of the second stage are in communication with the discharge pipe for disposal, and the low-pressure cavities of the modules of the second stage of the membrane of the second stage are connected with the suction pipe of an interstage compressor, according to a utility model, a filter coalescer, and in the section of the pressure pipe between the filter-coalescer and the filter for cleaning of mechanical impurities, bypassing the regenerative heat exchanger, a bypass is made, the first shut-off and control device installed on the specified bypass and has manual control, and the second shut-off and control device installed on the pressure pipe after the recuperative heat exchanger before connecting to the bypass and is automatically controlled by the signal of the temperature sensor installed on the pressure pipe immediately after connecting to bypass.

Технический результат достигается также за счет того, что на подводящем трубопроводе может быть выполнен байпас исходного потока в обход мембранного устройства первой ступени, соединяющий подводящий трубопровод с выходным трубопроводом потока подготовленного газа первой ступени. В этом случае на подводящем трубопроводе после отвода на байпас устанавливают запорно-регулирующее устройство, имеющее ручное управление, а непосредственно на байпасе - запорно-регулирующее устройство, автоматически управляемое по сигналу датчика концентрации, установленного на выходном трубопроводе подготовленного газа установки.The technical result is also achieved due to the fact that the bypass of the source stream can be bypassed bypassing the membrane device of the first stage, connecting the inlet pipe to the outlet pipe of the prepared gas stream of the first stage. In this case, after the outlet to the bypass, a shut-off control device with manual control is installed on the bypass, and a shut-off control device automatically controlled by the signal from the concentration sensor installed on the prepared gas outlet pipe of the installation is installed directly on the bypass.

Кроме того, установка может быть дополнительно оснащена подогревателями, установленными соответственно на подводящем трубопроводе перед фильтром очистки от механических примесей и мембранным устройством первой ступени, а также на межстадийном трубопроводе совместно с фильтром очистки от механических примесей.In addition, the installation can be additionally equipped with heaters installed, respectively, on the inlet pipe before the filter for cleaning from mechanical impurities and the membrane device of the first stage, as well as in the interstage pipeline together with a filter for cleaning from mechanical impurities.

Целесообразно выполнение подогревателей в виде рекуперативного теплообменника, а также комбинированного типа по источникам тепла.It is advisable to make heaters in the form of a regenerative heat exchanger, as well as a combined type of heat sources.

На напорном трубопроводе межступенчатого потока непосредственно после фильтра-коалесцера может быть установлен угольный адсорбер.A coal adsorber can be installed on the pressure pipe of the interstage flow directly after the coalescer filter.

Аппарат воздушного охлаждения может быть оснащен регулируемым приводом.The air cooler can be equipped with an adjustable drive.

Заявляемая полезная модель позволяет обеспечить стабильность рабочих параметров процесса разделения и повысить точность поддержания их значений наиболее близкими к оптимальным в течение всего технологического цикла мембранного разделения, в особенности при переходных режимах, что, в свою очередь, увеличивает эффективность процесса мембранного разделения по выходу и степени очистки потока подготовленного газа.The inventive utility model allows to ensure the stability of the operating parameters of the separation process and to improve the accuracy of maintaining their values closest to optimal throughout the entire technological cycle of membrane separation, especially during transient conditions, which, in turn, increases the efficiency of the membrane separation process in terms of yield and degree of purification flow of prepared gas.

Предложенное устройство также позволяет увеличить срок эксплуатации мембраны за счет устранения колебаний температуры подаваемого на нее газа, а также гарантированно исключить превышение максимально допустимой температуры работы мембраны.The proposed device also allows you to increase the life of the membrane by eliminating the temperature fluctuations of the gas supplied to it, and also guaranteed to exclude exceeding the maximum allowable temperature of the membrane.

Точное поддержание температуры газа на входе в мембранное устройство второй ступени во всех диапазонах работы, особенно в переходных режимах, обеспечивается за счет регулирования соотношения двух потоков: нагреваемого потока, протекающего через рекуперативный теплообменник, и охлажденного потока, отводящегося по байпасу в обход рекуперативного теплообменника, которое осуществляется посредством запорно-регулирующих устройств с ручным и автоматическим управлением. Также указанная схема позволяет снизить инерционность системы и тем самым избежать локального перегрева при резком снижении объема исходного потока газа.The exact maintenance of the gas temperature at the inlet to the second-stage membrane device in all operating ranges, especially in transient conditions, is ensured by controlling the ratio of two flows: the heated stream flowing through the recuperative heat exchanger, and the cooled stream diverted bypass bypassing the regenerative heat exchanger, which carried out by means of locking and regulating devices with manual and automatic control. Also, this scheme allows to reduce the inertia of the system and thereby avoid local overheating with a sharp decrease in the volume of the initial gas flow.

Установка запорно-регулирующего устройства с ручным управлением на байпасе более холодного, предварительно осушенного и очищенного потока также улучшает стабильность работы установки за счет устранения дроссель-эффекта и отсутствия выпадения конденсата.The installation of a manual shut-off and control device on the bypass of a colder, pre-drained and cleaned stream also improves the stability of the installation by eliminating the throttle effect and the absence of condensation.

Использование фильтра-коалесцера для очистки межступенчатого потока от механических примесей, водно-метанольного и масляного конденсата, в том числе аэрозольного, позволяет обеспечить требуемую степень очистки газовой смеси не только при стационарных, но и при переходных режимах работы, а также при несоблюдении расчетной влажности сырьевого газа, когда возрастает вероятность образования водно-метанольного конденсата, что положительно сказывается на стабильности рабочих параметров. В случае необходимости глубокой очистки газа дополнительно с фильтром-коалесцером может быть использован угольный адсорбер, который устанавливается на напорном трубопроводе непосредственно после фильтра-коалесцера.The use of a filter-coalescer for cleaning the interstage flow from mechanical impurities, water-methanol and oil condensate, including aerosol, can provide the required degree of purification of the gas mixture not only in stationary but also in transient modes of operation, as well as in case of non-compliance with the estimated humidity of the raw material gas, when the probability of formation of water-methanol condensate increases, which positively affects the stability of the operating parameters. If it is necessary to deeply purify the gas, in addition to the coalescer filter, a carbon adsorber can be used, which is installed on the pressure pipe immediately after the coalescer filter.

Наличие байпаса исходного потока в обход мембранного устройства первой ступени дает возможность, в случае необходимости незначительного снижения содержания удаляемого компонента, распределить поток таким образом, что часть потока отправляется в мембранный блок на подготовку, а часть отводится в байпас без подготовки. Это позволяет минимизировать потери рабочего давления при подготовке, контролировать степень очистки подготовленного газа, а также продлевает срок эксплуатации и ресурс мембраны.The presence of a bypass of the initial stream bypassing the membrane device of the first stage makes it possible, if necessary, to slightly reduce the content of the removed component, to distribute the stream so that part of the stream is sent to the membrane unit for preparation, and part is diverted to the bypass without preparation. This allows you to minimize the loss of working pressure during preparation, to control the degree of purification of the prepared gas, and also extends the life and life of the membrane.

Дополнительное оснащение установки подогревателями, установленными соответственно на подводящем трубопроводе перед фильтром очистки от механических примесей и мембранным устройством первой ступени, а также на межстадийном трубопроводе совместно с фильтром очистки от механических примесей позволяет оптимизировать процесс разделения путем обеспечения максимальной эффективности разделения либо увеличения производительности мембраны за счет поддержания оптимальной рабочей температуры и исключения возможности выпадения конденсата в процессе разделения. Подогреватели могут использовать как внутреннее тепло (например, от компрессора), так и тепло внешних источников.Additional equipment of the installation with heaters installed respectively on the supply pipe in front of the filter for removing mechanical impurities and the first stage membrane device, as well as in the interstage pipeline together with a filter for cleaning mechanical impurities, allows optimizing the separation process by ensuring maximum separation efficiency or increasing membrane productivity by maintaining optimal operating temperature and eliminating the possibility of condensation and in the separation process. Heaters can use both internal heat (for example, from a compressor) and the heat of external sources.

Оснащение аппарата воздушного охлаждения регулируемым приводом позволяет обеспечивать автоматическое поддержание требуемой температуры охлаждаемого газа в широком диапазоне расходов газа и внешних температур (температуры окружающей среды).Equipping the air-cooling apparatus with an adjustable drive allows automatic maintenance of the required temperature of the cooled gas in a wide range of gas flow rates and external temperatures (ambient temperature).

Заявленное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена основная схема установки мембранного разделения газовой смеси высокого давления, а на фиг. 2 - оснащение установки дополнительными элементами.The claimed technical solution is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a basic installation diagram of a membrane separation of a high pressure gas mixture, and FIG. 2 - equipping the installation with additional elements.

Установка мембранного разделения газовой смеси высокого давления содержит мембранные устройства 1, 2 первой и второй ступеней соответственно, включающие мембранные модули с полостями высокого и низкого давления, разделенные полупроницаемой мембраной. Мембранное устройство второй ступени состоит двух последовательно расположенных стадий 3 и 4, полости высокого давления модулей которых сообщены между собой межстадийным трубопроводом 5.The membrane separation unit for the high pressure gas mixture contains membrane devices 1, 2 of the first and second stages, respectively, including membrane modules with high and low pressure cavities separated by a semipermeable membrane. The membrane device of the second stage consists of two successively located stages 3 and 4, the high-pressure cavities of the modules of which are interconnected by an interstage pipeline 5.

Полости высокого давления модулей мембранного устройства первой ступени сообщены с подводящим трубопроводом 6 исходного потока, на котором установлен фильтр 7 очистки от механических примесей с одной стороны, и с выходным трубопроводом 8 потока подготовленного газа первой ступени с другой стороны.The high-pressure cavities of the modules of the membrane device of the first stage are in communication with the inlet pipe 6 of the initial stream, on which the filter 7 for cleaning of mechanical impurities is mounted on one side, and with the outlet pipe 8 of the prepared gas stream of the first stage on the other side.

Полости низкого давления модулей мембранного устройства первой ступени сообщены с трубопроводом 9 отвода проникшего потока первой ступени, соединенным с всасывающим трубопроводом 10 межступенчатого компрессора 11, выход которого сообщен напорным трубопроводом 12 межступенчатого потока с полостями высокого давления модулей первой стадии 3 мембранного устройства 2 второй ступени. На напорном трубопроводе последовательно установлены рекуперативный теплообменник 13, устройство 14 воздушного охлаждения потока, фильтр-коалесцер 15 и фильтр 16 очистки от механических примесей.The low-pressure cavities of the modules of the first-stage membrane device are in communication with the pipeline 9 for discharging the penetrated flow of the first stage, connected to the suction pipe 10 of the interstage compressor 11, the output of which is connected by the pressure pipe 12 of the interstage flow with the high-pressure cavities of the modules of the first stage 3 of the second-stage membrane device 2. A regenerative heat exchanger 13, an air flow cooling device 14, a filter-coalescer 15 and a filter 16 for removing mechanical impurities are sequentially installed on the pressure pipe.

На участке напорного трубопровода межступенчатого потока между фильтром-коалесцером 15 и фильтром 16, в обход рекуперативного теплообменника, выполнен байпас 17, на котором установлено первое запорно-регулирующее устройство 18 с ручным управлением.On the section of the pressure pipeline of the interstage flow between the filter-coalescer 15 and the filter 16, bypassing the recuperative heat exchanger, a bypass 17 is made on which the first shut-off-regulating device 18 with manual control is installed.

Второе запорно-регулирующее устройство 19 установлено на напорном трубопроводе межступенчатого потока после рекуперативного теплообменника перед соединением с байпасом, причем это устройство автоматически управляется по сигналу датчика 20 температуры, установленного на напорном трубопроводе сразу после соединения с байпасом.The second shut-off and control device 19 is installed on the pressure line of the interstage flow after the recuperative heat exchanger before connecting to the bypass, and this device is automatically controlled by the signal of the temperature sensor 20 installed on the pressure pipe immediately after connecting to the bypass.

С другой стороны полости высокого давления модулей первой стадии 3 мембранного устройства второй ступени 2 сообщены межстадийным трубопроводом 5 с полостями высокого давления модулей второй стадии 4 мембранного устройства 2 второй ступени.On the other hand, the high-pressure cavities of the modules of the first stage 3 of the membrane device of the second stage 2 are connected by an interstage pipe 5 with the high-pressure cavities of the modules of the second stage 4 of the membrane device 2 of the second stage.

В свою очередь, с другой стороны полости высокого давления модулей второй стадии мембранного устройства второй ступени сообщены с трубопроводом 21 выхода потока подготовленного газа второй ступени.In turn, on the other hand, the high-pressure cavities of the modules of the second stage of the membrane device of the second stage are in communication with the pipe 21 for the outlet of the prepared gas stream of the second stage.

Полости низкого давления модулей первой стадии мембранного устройства второй ступени сообщены с трубопроводом 22 отвода проникшего потока на утилизацию, а полости низкого давления модулей второй стадии мембранного устройства второй ступени сообщены трубопроводом 23 отвода проникшего потока второй стадии второй ступени с всасывающим трубопроводом 10 межступенчатого компрессора 11.The low-pressure cavities of the modules of the first stage of the second stage membrane device are communicated with the pipeline 22 for discharging the infiltrated stream for disposal, and the low-pressure cavities of the modules of the second stage of the second-stage membrane device of the second stage are communicated with the pipeline 23 for removing the penetrated stream of the second stage of the second stage with the suction pipe 10 of the interstage compressor 11.

Потоки подготовленного газа первой и второй ступеней по соответствующим выходным трубопроводам 8 и 21 поступают в выходной трубопровод 24 подготовленного газа установки.The streams of prepared gas of the first and second stages through the corresponding outlet pipelines 8 and 21 enter the outlet pipe 24 of the prepared gas of the installation.

Как показано на фиг. 2, установка может включать байпас 25 исходного потока, выполненный на подводящем трубопроводе 6 исходного газа в обход мембранного устройства 1 первой ступени и соединяющий подводящий трубопровод 6 исходного потока с трубопроводом 8 потока подготовленного газа первой ступени.As shown in FIG. 2, the installation may include a bypass 25 of the initial stream, performed on the inlet pipe 6 of the source gas bypassing the membrane device 1 of the first stage and connecting the inlet pipe 6 of the source stream to the pipe 8 of the prepared gas stream of the first stage.

В этом случае на подводящем трубопроводе 6 после отвода на байпас устанавливается запорно-регулирующее устройство 26, имеющее ручное управление, а непосредственно на байпасе - запорно-регулирующее устройство 27, автоматически управляемое по сигналу датчика 28 концентрации, установленного на выходном трубопроводе 24 подготовленного газа установки.In this case, after the outlet to the bypass 6, a shut-off and control device 26 with manual control is installed on the bypass, and a shut-off and control device 27, automatically controlled by the signal from the concentration sensor 28 installed on the outlet pipe 24 of the prepared gas of the installation, is installed directly on the bypass.

Кроме того, установка может быть дополнительно оснащена подогревателями 29, 30, установленными соответственно на подводящем трубопроводе перед фильтром 7 очистки от механических примесей и на межстадийном трубопроводе 5 совместно с дополнительным фильтром 31 очистки от механических примесей.In addition, the installation can be additionally equipped with heaters 29, 30, respectively installed on the inlet pipe before the filter 7 for cleaning from mechanical impurities and on the interstage pipe 5 together with an additional filter 31 for cleaning from mechanical impurities.

В случае необходимости глубокой очистки газа на напорном трубопроводе после фильтра-коалесцера 15 устанавливается угольный адсорбер 32.If necessary, deep gas purification on the pressure pipe after the filter coalescer 15 is installed carbon adsorber 32.

ПримерExample

При помощи заявленной установки по схеме, приведенной на фиг. 3, осуществляют удаление углекислого газа СО2 до требуемого остаточного содержания.Using the inventive installation according to the circuit shown in FIG. 3, carry out the removal of carbon dioxide CO 2 to the desired residual content.

Разделению подлежит газовая смесь высокого давления следующего состава, мол.%: метан - 94,0; этан - 1,8; пропан - 0,2; азот - 1,0; углекислый газ - 3,0; вода и метанол с содержанием, соответствующим ТТР=-40°С (при Р=4,0 МПа). Для разделения газовой смеси используется мембрана с классической последовательностью проницаемости компонентов природного газа. Оптимальными параметрами разделения для данной мембраны являются температура 50°С и давление до 10,0 МПа.The gas mixture of high pressure of the following composition is subject to separation, mol.%: Methane - 94.0; ethane - 1.8; propane - 0.2; nitrogen - 1.0; carbon dioxide - 3.0; water and methanol with a content corresponding to TTR = -40 ° C (at P = 4.0 MPa). A membrane with a classical sequence of permeability of natural gas components is used to separate the gas mixture. The optimal separation parameters for this membrane are a temperature of 50 ° C and a pressure of up to 10.0 MPa.

Исходный поток газовой смеси высокого давления с начальной температурой 15…25°С и давлением 6,5 МПа, подаваемый по подводящему трубопроводу 6, предварительно разделяют на два потока, один из которых отправляется на подготовку, а второй байпасируется по трубопроводу 25 в обход мембранного устройства 1 первой ступени и в выходном трубопроводе 24 подготовленного газа установки объединяется с потоками подготовленного газа первой и второй ступеней, выходящими по трубопроводам 8 и 21 соответственно.The initial flow of the high pressure gas mixture with an initial temperature of 15 ... 25 ° C and a pressure of 6.5 MPa, supplied through the supply pipe 6, is preliminarily divided into two flows, one of which is sent to the preparation, and the second is bypassed through the pipe 25 bypassing the membrane device 1 of the first stage and in the outlet pipe 24 of the prepared gas of the installation is combined with the flows of prepared gas of the first and second stages exiting through pipelines 8 and 21, respectively.

Расход потока, поступающего по байпасу 25, поддерживается посредством запорно-регулирующего устройства 27, представляющего собой клапан, управляемый по сигналу датчика (анализатора) 28 концентрации СО2 в выходном трубопроводе 24 подготовленного газа установки, которая не должна превышать 2,50 мол.%The flow rate of the bypass 25 is maintained by a shut-off and control device 27, which is a valve controlled by the signal of the sensor (analyzer) 28 of the CO 2 concentration in the outlet pipe 24 of the plant’s prepared gas, which should not exceed 2.50 mol.%

Поток газа, отправляемый на подготовку, сначала по трубопроводу 6 через запорно-регулирующее устройство 26, представляющее собой ручной клапан, подают в предварительный подогреватель 29, где его подогревают до температуры (50±2)°С, наиболее оптимальной для процесса разделения. Подогреватель выполнен в виде рекуперативного теплообменника. После подогрева поток газа проходит через фильтр 7, где очищается от механических примесей, а затем поступает в мембранное устройство 1 первой ступени, где и осуществляется процесс мембранного разделения газовой смеси.The gas flow sent to the preparation, first through the pipeline 6 through the shut-off-regulating device 26, which is a manual valve, is fed to the pre-heater 29, where it is heated to a temperature of (50 ± 2) ° С, which is most optimal for the separation process. The heater is made in the form of a regenerative heat exchanger. After heating, the gas flow passes through the filter 7, where it is cleaned of mechanical impurities, and then enters the membrane device 1 of the first stage, where the membrane mixture is separated.

В процессе мембранного разделения из мембранного устройства 1 выходят два потока: непроникший поток высокого давления и проникший поток низкого давления. Поток высокого давления, выходящий по трубопроводу 8 подготовленного газа первой ступени, имеет такое остаточное содержание удаляемого компонента (СО2), что при объединении с байпасируемым потоком исходного газа и с потоком подготовленного газа второй ступени в выходном трубопроводе 24 подготовленного газа установки содержание СО2 не превышает заданного значения (2,5 мол.%) в соответствии с требованиями СТО Газпром 089-2010.In the process of membrane separation, two streams emerge from the membrane device 1: the non-penetrated high pressure stream and the penetrated low pressure stream. The high pressure stream exiting through the prepared gas of the first stage 8 has such a residual content of the removed component (CO 2 ) that when combined with the bypassed stream of the source gas and with the prepared gas stream of the second stage in the outlet pipe 24 of the prepared gas of the installation, the CO 2 content is not exceeds the set value (2.5 mol.%) in accordance with the requirements of STO Gazprom 089-2010.

Проникший поток низкого давления отводится из мембранного устройства 1 первой ступени по трубопроводу 9. Для увеличения выхода газа данный поток подвергается повторной подготовке на мембранном устройстве 2 второй ступени. Для этого проникший поток первой ступени по трубопроводу 9 поступает на сжатие в межступенчатый компрессор 11. При этом он предварительно объединяется с потоком рецикла, поступающим из второй стадии мембранного устройства второй ступени разделения по трубопроводу 23.The penetrated low-pressure stream is discharged from the membrane device 1 of the first stage through the pipeline 9. To increase the gas output, this stream is re-trained on the membrane device 2 of the second stage. To do this, the penetrated stream of the first stage through the pipeline 9 is compressed into an interstage compressor 11. Moreover, it is previously combined with the recycle stream coming from the second stage of the membrane device of the second stage of separation through the pipeline 23.

После сжатия межступенчатый поток с температурой около 120°С по напорному трубопроводу 12 поступает в рекуперативный теплообменник 13 в качестве охлаждаемого теплоносителя. В рекуперативном теплообменнике указанный поток частично отдает тепло нагреваемому потоку и поступает в воздушный холодильник 14, где доохлаждается до температуры 20…30°С. После охлаждения межступенчатый поток направляется в фильтр-коалесцер 15, в котором происходит очистка от механических примесей, водно-метанольного (при наличии) и масляного конденсата, в том числе аэрозольного. Образование водно-метанольного конденсата наиболее вероятно при переходных режимах работы и несоблюдении расчетной влажности исходного сырьевого газа. Содержание капельного (аэрозольного) масла в очищаемом газе также определяется типом используемого межступенчатого компрессора и может достигать 15…100 ррм. На выходе из фильтра-коалесцера остаточное содержание жидкой фазы масла и/или других примесей не превышает 2,0 ррм.After compression, an interstage flow with a temperature of about 120 ° C through the pressure pipe 12 enters the recuperative heat exchanger 13 as a cooled coolant. In a recuperative heat exchanger, this stream partially gives off heat to the heated stream and enters the air cooler 14, where it is cooled to a temperature of 20 ... 30 ° С. After cooling, the interstage flow is directed to the filter-coalescer 15, in which the mechanical impurities, water-methanol (if any) and oil condensate, including aerosol, are cleaned. The formation of water-methanol condensate is most likely during transient operation and non-compliance with the calculated humidity of the feedstock gas. The content of drip (aerosol) oil in the gas being cleaned is also determined by the type of interstage compressor used and can reach 15 ... 100 ppm. At the exit of the filter-coalescer, the residual content of the liquid phase of the oil and / or other impurities does not exceed 2.0 ppm.

После фильтра-коалесцера поток направляется в установленную после него на напорном трубопроводе угольную колонну (фильтр-адсорбер) 32, в которой производится более глубокая очистка газа от остаточного масляного аэрозоля и паров масла.After the filter-coalescer, the flow is directed to a coal column (filter adsorber) 32 installed after it on the pressure pipe, in which a deeper gas purification from residual oil aerosol and oil vapor is performed.

Затем очищенный и охлажденный межступенчатый поток разделяется на два потока, один из которых в качестве нагреваемого теплоносителя поступает в рекуперативный теплообменник 13, в котором неконтролируемо нагревается до температуры, зависящей от объема и расхода теплоносителей и достигающей, как правило, 70…90°С; а второй без нагрева отводится по байпасу 17 в обход рекуперативного теплообменника, а затем на выходе из него объединяется с нагретой частью потока в напорном трубопроводе 12. При этом температура объединенного потока газа в трубопроводе 12 поддерживается на уровне 50±2)°С и этот поток после прохождения фильтра 16 подается на мембранный блок 3 первой стадии второй ступени разделения.Then the cleaned and cooled interstage stream is divided into two streams, one of which enters the recuperative heat exchanger 13 as a heated coolant, in which it uncontrollably heats up to a temperature that depends on the volume and flow rate of the coolants and reaches, as a rule, 70 ... 90 ° C; and the second without heating is discharged bypass 17 bypassing the recuperative heat exchanger, and then at the outlet it is combined with the heated part of the stream in the pressure pipe 12. At the same time, the temperature of the combined gas stream in the pipe 12 is maintained at 50 ± 2) ° С and this stream after passing through the filter 16 is fed to the membrane unit 3 of the first stage of the second separation stage.

На байпасе 17 установлено первое запорно-регулирующее устройство 18 в виде ручного клапана, обеспечивающего выравнивание гидравлического сопротивления байпасной линии и рекуперативного теплообменника 13. Клапан 18 настраивается в зависимости от общего расхода газа и может подстраиваться при колебаниях расхода во времени.On bypass 17, the first shut-off and regulating device 18 is installed in the form of a manual valve that ensures equalization of the hydraulic resistance of the bypass line and the regenerative heat exchanger 13. The valve 18 is adjusted depending on the total gas flow rate and can be adjusted when the flow rate fluctuates over time.

Второе запорно-регулирующее устройство 19 установлено на участке напорного трубопровода 12 между рекуперативным теплообменником 13 и фильтром 16 очистки от механических примесей до его соединения с байпасом 17 и представляет собой клапан, управляемый по сигналу от датчика температуры 20, установленному на напорном трубопроводе 12 после его объединения с байпасом 17. Посредством управляемого клапана 19 регулируется соотношение расходов нагреваемой части межступенчатого потока и его части, которая без нагрева идет по байпасу 17.The second shut-off and control device 19 is installed on the section of the pressure pipe 12 between the recuperative heat exchanger 13 and the filter 16 for cleaning from mechanical impurities before it is connected to the bypass 17 and is a valve controlled by a signal from the temperature sensor 20 installed on the pressure pipe 12 after combining it with bypass 17. By means of a controlled valve 19, the ratio of the flow rates of the heated part of the interstage flow and its part, which goes without heating through the bypass 17, is regulated.

При отклонении фактической температуры объединенного межступенчатого потока от заданной на ± 0,5…1,0°С клапан 19 осуществляет корректирующие действия по увеличению либо по уменьшению потока газа через рекуперативный теплообменник.If the actual temperature of the combined interstage flow deviates from the set temperature by ± 0.5 ... 1.0 ° C, valve 19 takes corrective actions to increase or decrease the gas flow through the regenerative heat exchanger.

Указанный поток после прохождения фильтра 16 для удаления механических примесей подается на мембранное устройство 2 второй ступени разделения, в котором производится подготовка газа аналогично мембранному устройству первой ступени разделения.The specified stream after passing through the filter 16 to remove mechanical impurities is supplied to the membrane device 2 of the second separation stage, in which the gas is prepared similar to the membrane device of the first separation stage.

Проникший поток первой стадии мембранного устройства 3 второй ступени по трубопроводу 22 отводится на утилизацию. При этом на первой стадии второй ступени реализуется такой коэффициент отбора газа в проникший поток, чтобы содержание СО2 в нем соответствовало требованиям либо для развеивания в атмосфере без дальнейшей переработки, либо для закачки в пласт (не менее 85 мол.%). При необходимости, например для дальнейшей закачки в пласт, поток компримируется до необходимого давления в дожимном компрессоре 33.The penetrated stream of the first stage of the membrane device 3 of the second stage through the pipeline 22 is discharged. Thus in the first stage the second stage is implemented such gas extraction coefficient permeate stream to the CO 2 content in it meets the requirements or to disperse into the atmosphere without further processing, or for injection (not less than 85 mol.%). If necessary, for example, for further injection into the reservoir, the stream is compressed to the required pressure in the booster compressor 33.

Частично подготовленный поток газа из первой стадии мембранного устройства второй ступени по межстадийному трубопроводу 5 направляется на вторую стадию 4 мембранного устройства второй ступени подготовки. При этом он последовательно проходит предварительный подогреватель 30 и фильтр 31 очистки от механических примесей.A partially prepared gas stream from the first stage of the membrane device of the second stage through the interstage pipeline 5 is directed to the second stage 4 of the membrane device of the second stage of preparation. At the same time, it successively passes through the preheater 30 and the filter 31 for cleaning from mechanical impurities.

На второй стадии мембранного устройства 4 второй ступени разделения обеспечивается подготовка потока до остаточного содержания СО2 не выше 2,5 мол.% Поток подготовленного газа второй ступени по выходному трубопроводу 21 подается в выходной трубопровод 24 подготовленного газа установки на объединение с потоками подготовленного газа первой ступени, отводящимися по трубопроводу 8, и потоком поступающего по байпасу 25 исходного газа.At the second stage of the membrane device 4 of the second separation stage, the flow is prepared to a residual CO 2 content of not higher than 2.5 mol%. The prepared gas stream of the second stage is supplied through the outlet pipe 21 to the exhaust gas pipe 24 of the installation to combine with the prepared gas flows of the first stage discharged through pipeline 8 and a stream of source gas supplied by bypass 25.

Проникший поток второй стадии мембранного устройства второй ступени по трубопроводу 23 отправляется совместно с проникшим потоком мембранного устройства первой ступени на всасывающий трубопровод 10 межступенчатого компрессора 11 для повторной подготовки (рецикла), что позволяет увеличить выход подготовленного газа (не менее 97% от исходного потока).The penetrated stream of the second stage of the membrane device of the second stage through the pipeline 23 is sent together with the penetrated stream of the membrane device of the first stage to the suction pipe 10 of the interstage compressor 11 for re-preparation (recycling), which allows to increase the yield of the prepared gas (at least 97% of the initial stream).

Поскольку в предложенной установке регулируется расход именно нагреваемого потока, вся система в целом практически не имеет инерционности. Инерционность системы лимитируется только скоростью отклика регулирующего клапана 19 на управляющее воздействие от датчика температуры 20. Также установка запорно-регулирующего устройства 18 на более холодном, предварительно осушенном и очищенном байпасируемом потоке исключает образование в ней конденсата из-за дроссельного эффекта.Since in the proposed installation the flow rate of the heated stream is regulated, the whole system as a whole has practically no inertia. The inertia of the system is limited only by the response speed of the control valve 19 to the control action from the temperature sensor 20. Also, the installation of the shut-off and control device 18 on a cooler, previously drained and cleaned bypass flow eliminates the formation of condensation in it due to the throttle effect.

В результате точность поддержания температуры газа на входе первой стадии мембранного устройства 3 второй ступени подготовки обеспечивается не хуже ±0,5…1,0°С при стационарных режимах работы и не хуже ±2,0°С при переходных режимах работы.As a result, the accuracy of maintaining the gas temperature at the inlet of the first stage of the membrane device 3 of the second stage of preparation is ensured no worse than ± 0.5 ... 1.0 ° C during stationary operation and no worse than ± 2.0 ° C during transient operation.

Данная точность позволяет обеспечить оптимальную подготовку газа на первой стадии второй ступени разделения, при которой содержание СО2 в проникшем потоке, отводящегося по трубопроводу 25, составляет не ниже 85 мол.% и при минимально возможных коэффициентах отбора.This accuracy allows for optimal gas preparation at the first stage of the second separation stage, in which the content of CO 2 in the infiltrated stream discharged through the pipeline 25 is not lower than 85 mol.% And at the lowest possible selection coefficients.

Кроме того, возможна автоматическая коррекция температуры газа в потоке газа, поступающего на вторую ступень разделения, в диапазоне 40…70°С, что позволит компенсировать изменение расхода проникшего потока первой ступени разделения, отводящегося по трубопроводу 9 в связи с внешними изменениями параметров работы станции (например, при увеличении расхода потока исходного сырьевого газа с сохранением требуемого содержания СО2 в проникшем потоке первой стадии второй ступени в трубопроводе 22).In addition, it is possible to automatically correct the temperature of the gas in the gas stream entering the second separation stage in the range of 40 ... 70 ° C, which will compensate for the change in the flow rate of the penetrated stream of the first separation stage, discharged through the pipe 9 due to external changes in the station operation parameters ( for example, with an increase in the flow rate of the feedstock gas while maintaining the required CO 2 content in the infiltrated stream of the first stage of the second stage in the pipe 22).

С целью энергосбережения для минимизации требуемого количества внешнего тепла (либо расхода топливного газа), необходимого для работы подогревателей 29 и 30, в качестве нагревающей среды в них могут использоваться горячие потоки компримированного газа из межступенчатого компрессора 11 и дожимного компрессора 33.In order to save energy, in order to minimize the required amount of external heat (or fuel gas consumption) required for the operation of heaters 29 and 30, hot streams of compressed gas from an interstage compressor 11 and a booster compressor 33 can be used as a heating medium.

Предложенная установка одновременно гарантирует достижение требуемого качества подготовки и максимальный выход подготовленного газа как при стационарных, так и при переходных режимах работы, а также позволяет увеличить срок службы мембраны, так как случайные колебания температуры подаваемого на нее газа минимальны.The proposed installation at the same time guarantees the achievement of the required quality of preparation and the maximum yield of prepared gas both under stationary and transient operating modes, and also allows to increase the service life of the membrane, since random fluctuations in the temperature of the gas supplied to it are minimal.

Claims (9)

1. Установка мембранного разделения газовых смесей высокого давления, содержащая мембранные устройства первой и второй ступеней, включающие мембранные модули с полостями высокого и низкого давления, разделенные полупроницаемой мембраной, причем мембранное устройство второй ступени содержит по меньшей мере две последовательно расположенные стадии, полости высокого давления которых сообщены между собой межстадийным трубопроводом, при этом полости высокого давления модулей мембранного устройства первой ступени сообщены с подводящим трубопроводом исходного потока, на котором установлен фильтр очистки от механических примесей с одной стороны и с трубопроводом выходного потока подготовленного газа первой ступени с другой стороны; а полости низкого давления модулей мембранного устройства первой ступени сообщены с трубопроводом отвода проникшего потока первой ступени, соединенным с всасывающим трубопроводом межступенчатого компрессора, выход которого сообщен напорным трубопроводом, в котором последовательно установлены рекуперативный теплообменник, первое и второе управляемые запорно-регулирующие устройства, устройство воздушного охлаждения, устройство очистки газа и фильтр очистки от механических примесей, с полостями высокого давления модулей мембранного устройства второй ступени, сообщенными с другой стороны с трубопроводом отвода потока подготовленного газа второй ступени; при этом полости низкого давления модулей первой стадии мембранного устройства второй ступени сообщены с трубопроводом отвода проникшего потока на утилизацию, а полости низкого давления модулей второй стадии мембранного устройства второй ступени сообщены с всасывающим трубопроводом межступенчатого компрессора, отличающаяся тем, что в качестве устройства очистки газа используется фильтр-коалесцер, а на участке напорного трубопровода между фильтром-коалесцером и фильтром очистки от механических примесей, в обход рекуперативного теплообменника, выполнен байпас, причем первое запорно-регулирующее устройство установлено на указанном байпасе и имеет ручное управление, а второе запорно-регулирующее устройство установлено на напорном трубопроводе после рекуперативного теплообменника перед соединением с байпасом и автоматически управляется по сигналу датчика температуры, установленного на напорном трубопроводе сразу после соединения с байпасом.1. Installation of membrane separation of gas mixtures of high pressure, containing membrane devices of the first and second stages, including membrane modules with cavities of high and low pressure, separated by a semipermeable membrane, and the membrane device of the second stage contains at least two successive stages, high-pressure cavities which interconnected by an interstage pipeline, while the high-pressure cavities of the modules of the first stage membrane device are in communication with the supply a feed stream pipeline on which a filter for removing mechanical impurities is installed on one side and with a pipe for the output stream of the prepared gas of the first stage on the other hand; and the low-pressure cavities of the modules of the first-stage membrane device are in communication with a discharge pipe of the penetrated first-stage flow connected to the suction pipe of an interstage compressor, the output of which is connected by a pressure pipe, in which a regenerative heat exchanger, the first and second controlled shut-off and control devices, an air cooling device are installed in series , gas purification device and filter for removing mechanical impurities, with high-pressure cavities of membrane modules a second stage device, communicating with the other hand to a conduit outlet gas stream prepared by the second stage; wherein the low-pressure cavities of the modules of the first stage of the membrane device of the second stage are in communication with the discharge pipe for disposal, and the low-pressure cavities of the modules of the second stage of the membrane of the second stage are connected with the suction pipe of an interstage compressor, characterized in that a filter is used as a gas purification device -coalescer, and in the section of the pressure pipeline between the filter-coalescer and the filter for cleaning of mechanical impurities, bypassing the regenerative heat of the heat exchanger, a bypass is made, and the first shut-off and control device is installed on the specified bypass and has manual control, and the second shut-off and control device is installed on the pressure pipe after the recuperative heat exchanger before connecting to the bypass and is automatically controlled by the signal of the temperature sensor installed on the pressure pipe immediately after connecting to bypass. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что выполнен байпас исходного потока в обход мембранного устройства первой ступени, соединяющий подводящий трубопровод с выходным трубопроводом потока подготовленного газа первой ступени, причем на байпасе установлено запорно-регулирующее устройство, автоматически управляемое по сигналу датчика концентрации, установленного на выходном трубопроводе подготовленного газа установки, а на подводящем трубопроводе, после отвода на байпас, установлено запорно-регулирующее устройство, имеющее ручное управление.2. Installation according to claim 1, characterized in that the bypass of the initial flow bypasses the membrane device of the first stage, connecting the inlet pipe to the outlet pipe of the prepared gas stream of the first stage, and the bypass has a shut-off and control device that is automatically controlled by the signal from the concentration sensor installed on the outlet pipeline of the prepared gas of the installation, and on the inlet pipeline, after discharge to the bypass, a shut-off and regulating device having manual control is installed The pressure. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что на подводящем трубопроводе перед фильтром очистки от механических примесей и мембранным устройством первой ступени дополнительно установлен подогреватель.3. Installation according to claim 1, characterized in that a heater is additionally installed on the inlet pipe in front of the filter for removing mechanical impurities and the membrane device of the first stage. 4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что на межстадийном трубопроводе дополнительно установлен подогреватель.4. Installation according to claim 1, characterized in that an additional heater is installed on the interstage pipeline. 5. Установка по п. 4, отличающаяся тем, что на межстадийном трубопроводе после подогревателя дополнительно установлен фильтр очистки от механических примесей.5. Installation according to claim 4, characterized in that the interstage pipeline after the heater is additionally equipped with a filter for cleaning of mechanical impurities. 6. Установка по пп. 3 и 4, отличающаяся тем, что подогреватель выполнен в виде рекуперативного теплообменника.6. Installation according to paragraphs. 3 and 4, characterized in that the heater is made in the form of a regenerative heat exchanger. 7. Установка по пп. 3 и 4, отличающаяся тем, что подогреватель выполнен комбинированного типа по источникам тепла.7. Installation according to paragraphs. 3 and 4, characterized in that the heater is made of a combined type according to heat sources. 8. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве устройства очистки дополнительно используется угольный адсорбер, установленный на напорном трубопроводе после фильтра-коалесцера.8. Installation according to claim 1, characterized in that a carbon adsorber installed on the pressure pipe after the coalescer filter is additionally used as a cleaning device. 9. Установка п. 1, отличающаяся тем, что аппарат воздушного охлаждения оснащен регулируемым приводом подачи охлаждающего воздуха.9. Installation p. 1, characterized in that the air cooling apparatus is equipped with an adjustable drive for supplying cooling air.
RU2016102595U 2016-01-27 2016-01-27 INSTALLATION OF A MEMBRANE SEPARATION OF HIGH PRESSURE GAS MIXTURES RU168132U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016102595U RU168132U1 (en) 2016-01-27 2016-01-27 INSTALLATION OF A MEMBRANE SEPARATION OF HIGH PRESSURE GAS MIXTURES

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016102595U RU168132U1 (en) 2016-01-27 2016-01-27 INSTALLATION OF A MEMBRANE SEPARATION OF HIGH PRESSURE GAS MIXTURES

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016148416U Division RU169870U1 (en) 2016-12-09 2016-12-09 Installation for the separation of high pressure gas mixtures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU168132U1 true RU168132U1 (en) 2017-01-18

Family

ID=58451584

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016102595U RU168132U1 (en) 2016-01-27 2016-01-27 INSTALLATION OF A MEMBRANE SEPARATION OF HIGH PRESSURE GAS MIXTURES

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU168132U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008080080A2 (en) * 2006-12-22 2008-07-03 Praxair Technology, Inc. Composite structured adsorbents
RU103744U1 (en) * 2010-11-18 2011-04-27 Закрытое Акционерное Общество "Грасис" INSTALLING HELIUM NATURAL GAS CLEANING
EA017814B1 (en) * 2007-05-18 2013-03-29 Эксонмобил Рисерч Энд Инджиниринг Компани Process for removing a target gas from a mixture of gases by pressure and thermal swing adsorption
RU145348U1 (en) * 2014-06-04 2014-09-20 Дочернее открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро нефтеаппаратуры" Открытого акционерного общества "Газпром" (ДОАО ЦКБН ОАО "Газпром") INSTALLATION OF A MEMBRANE SEPARATION OF A HIGH PRESSURE GAS MIXTURE

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008080080A2 (en) * 2006-12-22 2008-07-03 Praxair Technology, Inc. Composite structured adsorbents
EA017814B1 (en) * 2007-05-18 2013-03-29 Эксонмобил Рисерч Энд Инджиниринг Компани Process for removing a target gas from a mixture of gases by pressure and thermal swing adsorption
RU103744U1 (en) * 2010-11-18 2011-04-27 Закрытое Акционерное Общество "Грасис" INSTALLING HELIUM NATURAL GAS CLEANING
RU145348U1 (en) * 2014-06-04 2014-09-20 Дочернее открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро нефтеаппаратуры" Открытого акционерного общества "Газпром" (ДОАО ЦКБН ОАО "Газпром") INSTALLATION OF A MEMBRANE SEPARATION OF A HIGH PRESSURE GAS MIXTURE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8444749B2 (en) Method and system for membrane-based gas recovery
JP3703933B2 (en) Permeation air separation method and apparatus for nitrogen production
WO2012067545A1 (en) Membrane gas separation plant and method for operating same
KR100877511B1 (en) High purity nitrogen gas generation system and the method thereof
US6984257B2 (en) Natural gas dehydrator and system
KR20230039696A (en) Equipment and Membrane Processes for Separation of Methane and Carbon Dioxide from Gas Streams
RU183558U1 (en) Nitrogen Compressor Unit
RU169870U1 (en) Installation for the separation of high pressure gas mixtures
KR20070059123A (en) Arrangement and method for treatment of compressed gas
CN114904372A (en) Energy-saving carbon dioxide capture system and method thereof
CN102985164A (en) Process and apparatus for drying and compressing a co2-rich stream
CN107921362B (en) Device and method for separating a gas mixture
CN107758665A (en) Device and method for purifying food-grade carbon dioxide
RU180075U1 (en) Nitrogen Compressor Unit
RU145348U1 (en) INSTALLATION OF A MEMBRANE SEPARATION OF A HIGH PRESSURE GAS MIXTURE
CN109496162A (en) CO is separated under low temperature2Equipment and method including permeability and separation step
KR102027584B1 (en) System and method for cooling a solvent for gas treatment
RU168132U1 (en) INSTALLATION OF A MEMBRANE SEPARATION OF HIGH PRESSURE GAS MIXTURES
RU2280826C2 (en) Method and plant for partial natural gas liquefaction
CN116026102A (en) System for generating inert gas for aircraft using liquid hydrogen
KR0181317B1 (en) Process for continuously cleaning the auxiliary or working liquid of a compressor
CN115960643A (en) Biogas purification equipment and process
PL82711B1 (en)
RU2750696C1 (en) Adsorption unit for preparation of natural gas
CN110452730B (en) System and method for recovering heavy components in light hydrocarbon dry gas

Legal Events

Date Code Title Description
PD9K Change of name of utility model owner