RU170496U1 - DEVICE FOR CONTINUOUS SEPARATION OF A MIXTURE OF HYDROCARBON GASES - Google Patents

DEVICE FOR CONTINUOUS SEPARATION OF A MIXTURE OF HYDROCARBON GASES Download PDF

Info

Publication number
RU170496U1
RU170496U1 RU2017103720U RU2017103720U RU170496U1 RU 170496 U1 RU170496 U1 RU 170496U1 RU 2017103720 U RU2017103720 U RU 2017103720U RU 2017103720 U RU2017103720 U RU 2017103720U RU 170496 U1 RU170496 U1 RU 170496U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
membrane module
butane
methane
membrane
permeate
Prior art date
Application number
RU2017103720U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Васильевич Тепляков
Вячеслав Викторович Жмакин
Валерий Самуилович Хотимский
Самира Мухамедовна Матсон
Максим Геннадьевич Шалыгин
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 RU2017103720U priority Critical patent/RU170496U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU170496U1 publication Critical patent/RU170496U1/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
    • B01D2053/221Devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/36Pervaporation; Membrane distillation; Liquid permeation
    • B01D61/366Apparatus therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/44Polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, not provided for in a single one of groups B01D71/26-B01D71/42

Landscapes

  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области химии, а именно разделению газовых смесей, и может применяться в различных отраслях промышленности, энергетики и сельского хозяйства. Устройство для непрерывного разделения метан-бутановой смеси углеводородных газов включает источник ее подачи под повышенным давлением, соединенный последовательно с надмембранным пространством 1-го мембранного модуля, далее вакуум-компрессором с возможностью откачки пермеата после мембраны из 1-го мембранного модуля и подачи его в надмембранное пространство 2-го мембранного модуля, вакуумным насосом с возможностью откачки пермеата из 2-го мембранного модуля. Выход ретентата 2-го мембранного модуля соединен через вакуум-компрессор с надмембранным пространством 3-го мембранного модуля с возможностью возврата ретентата после 3-го мембранного модуля в рецикл, выход пермеата 2-го мембранного модуля соединен с выходом пермеата 3-го мембранного модуля. Ретентат 1-го мембранного модуля - концентрат метана, пермеат 2-го и 3-го мембранного модулей - концентрат бутана. Указанные модули снабжены мембранами из поли-4-метил-1-пентина с переменной селективностью по смеси бутан/метан, увеличивающейся с возрастанием парциального давления бутана. Технический результат - обеспечить устойчивое получение концентратов бутана и метана требуемого качества. 1 табл., 2 ил., 2 пр.The utility model relates to the field of chemistry, namely the separation of gas mixtures, and can be used in various industries, energy and agriculture. A device for the continuous separation of a methane-butane mixture of hydrocarbon gases includes a source of its supply under high pressure, connected in series with the supmembrane space of the 1st membrane module, then with a vacuum compressor with the possibility of pumping out permeate after the membrane from the 1st membrane module and feeding it into the supramembrane the space of the 2nd membrane module, with a vacuum pump with the possibility of pumping out permeate from the 2nd membrane module. The retentate output of the 2nd membrane module is connected through a vacuum compressor to the supmembrane space of the 3rd membrane module with the possibility of returning the retentate after the 3rd membrane module to recycling, the permeate output of the 2nd membrane module is connected to the permeate output of the 3rd membrane module. The retentate of the 1st membrane module is methane concentrate, the permeate of the 2nd and 3rd membrane modules is butane concentrate. These modules are equipped with poly-4-methyl-1-pentin membranes with variable butane / methane selectivity increasing with increasing partial pressure of butane. The technical result is to ensure the stable production of butane and methane concentrates of the required quality. 1 tablet, 2 ill., 2 ave.

Description

Полезная модель относится к области химии, а именно разделению газовых смесей, и может применяться в различных отраслях промышленности, энергетики и сельского хозяйства.The utility model relates to the field of chemistry, namely the separation of gas mixtures, and can be used in various industries, energy and agriculture.

Одним из процессов разделения газовых смесей является мембранное газоразделение. Устройство, реализующее этот процесс, позволяет достаточно эффективно разделять различные газовые смеси. Например, мембранное разделение воздуха привело к созданию промышленных установок получения технического азота [Membrane technology and application / Richard W. Baker. - 2nd ed., 538, p.cm., John Wiley & Sons, Ltd, California, USA, 2004], когда продуктом мембранного процесса является ретентат (непроникший через мембрану поток с концентрацией азота >98 об.%). Здесь основным компонентом исходной смеси является азот воздуха (78% об.), а кислород - минорный компонент (21% об.). Концентрирование азота в ретентате происходит за счет более высокой проницаемости кислорода через мембраны по сравнению с азотом. Разделение смесей низших углеводородов, когда С3+ углеводороды являются низкоконцентрированными компонентами смеси, требует применения углеводород-селективных мембран, преимущественно проницаемых по углеводородам С3-С4 по сравнению с метаном. В этом случае также задача решается с получением кондиционированной смеси (понижение концентрации С3+ углеводородов) с содержанием метана >99 об. % в виде ретентата, который и является продуктом (метаном технического качества). Перспективность мембранных технологий связана как с актуальностью решаемых задач, так и с высокой эффективностью процесса по сравнению с другими процессами разделения, с возможностью разделения различных газовых смесей, малой энергоемкостью (нет энергозатрат на фазовые переходы), безреагентностью и компактностью оборудования. При этом в устройстве разделяемая смесь (питающий поток) при повышенном давлении приводится в контакт с одной стороны селективно проницаемой непористой мембраны, проникшие через мембрану компоненты (пермеат с повышенным содержанием более проникающих C3+ углеводородов) удаляются при пониженном давлении с обратной стороны мембраны, а ретентат (непроникший через мембрану поток, обогащенный малопроникающим компонентом C1) подается как целевой продукт. На практике движущей силой процесса является градиент концентраций (парциальных давлений компонентов), который достигается повышенным давлением смеси на входе в мембранный модуль и искусственным понижением давления смеси с обратной стороны мембраны (например, проточным вакуумированием). Известны устройства, реализующие способ разделении метан/бутановых смесей с использованием углеводород-селективных мембран, описанных в [US 5707423 (1998) invs. I. Pinnau, A. Morisato; Morisato A., Pinnau I. // J. Membr. Sci. 1996. V. 121. P. 243-250; J. Schultz, K.-V. Peinemann, J. Membr. Sci. 1996, 110, Matson S.M., Ratzke K, Shaikh M.Q., Litvinova E.G., Shishatskiy S.M., Peinemann K.-V., Khotimskiy V.S. // Polym. Sci. Ser. A. 2012. V. 54. P. 671-677, 37. Yu. Yampol’skii и др., Membrane separation of gaseous C1-C4 alkanes, Petroleum Chemistry, December 2011, Volume 51, Issue 8. pp 585-594; Sergey Shishatskiy, Valeriy Khotimskiy, Klaus-Viktor Peinemann и др., A Novel Poly(4-methyl-2-pentyne) / TiO2 Hybrid Nanocomposite Membrane for Natural Gas Conditioning: Butane/Methane Separation, Macromol. Chem. Phys. 2007, 208, 2412-2418] для метан/бутановых смесей с низким содержанием бутана (2-5 об. %). К наиболее эффективным мембранам относятся высокопроницаемые полимерные стекла, демонстрирующие синергетический эффект для смесей: селективность разделения бутан/метановых смесей всегда выше идеальной селективности, публикуемой в литературе как отношение проницаемостей индивидуальных бутана и метана. Селективность разделения понижается с повышением температуры процесса. Отметим, что к наиболее высокопроницаемым и углеводород-селективным мембранам относятся мембраны на основе политриметилсилилпропина (ПТМСП) (селективность α разделения смеси бутан/метан достигает 30) и поли-4-метил-1-пентина (ПМП) (селективность α разделения смеси бутан/метан достигает 23 для гомополимера и 34 для мембраны, содержащей наночастицы оксида титана). К сожалению, мембраны ПТМСП не являются устойчивыми к алифатическим углеводородам С5+, которые как правило содержатся в основных промышленных источниках метана, таких как природный и попутный газы, в то время как ПМП проявляет устойчивость к алифатическим и ароматическим углеводородам различного строения. Известное устройство направлено на кондиционирование метана в виде ретентата (содержание метана >98 об. %) для дальнейшей транспортировки. Пермеат, содержащий повышенную концентрацию бутана, направляется на дальнейшую переработку.One of the processes for separating gas mixtures is membrane gas separation. A device that implements this process allows sufficiently efficient separation of various gas mixtures. For example, membrane separation of air has led to the creation of industrial plants for the production of technical nitrogen [Membrane technology and application / Richard W. Baker. - 2 nd ed., 538, p.cm., John Wiley & Sons, Ltd, California, USA, 2004], when the product of the membrane process is retentate (non-penetrated through the membrane stream with a nitrogen concentration> 98 vol.%). Here, the main component of the initial mixture is air nitrogen (78% vol.), And oxygen is the minor component (21% vol.). The concentration of nitrogen in the retentate is due to the higher permeability of oxygen through the membrane compared to nitrogen. The separation of mixtures of lower hydrocarbons, when C 3+ hydrocarbons are low-concentrated components of the mixture, requires the use of hydrocarbon-selective membranes, mainly permeable to C3-C4 hydrocarbons compared to methane. In this case, the problem is also solved with obtaining a conditioned mixture (lowering the concentration of C3 + hydrocarbons) with a methane content of> 99 vol. % in the form of retentate, which is the product (methane of technical quality). The prospects of membrane technologies are connected both with the relevance of the tasks being solved and with the high efficiency of the process compared to other separation processes, with the possibility of separation of various gas mixtures, low energy consumption (there is no energy consumption for phase transitions), reagentless and compact equipment. At the same time, in the device, the separated mixture (feed stream) is brought into contact on one side of the selectively permeable non-porous membrane at an elevated pressure, components penetrated through the membrane (permeate with an increased content of more penetrating C3 + hydrocarbons) are removed at reduced pressure from the back of the membrane, and the retentate ( non-penetrated through the membrane stream enriched with a low-penetrating component C 1 ) is supplied as the target product. In practice, the driving force of the process is the concentration gradient (partial pressure of the components), which is achieved by increasing the pressure of the mixture at the inlet to the membrane module and artificially lowering the pressure of the mixture from the back of the membrane (for example, by vacuum evacuation). Known devices that implement the method of separation of methane / butane mixtures using hydrocarbon-selective membranes described in [US 5707423 (1998) invs. I. Pinnau, A. Morisato; Morisato A., Pinnau I. // J. Membr. Sci. 1996. V. 121. P. 243-250; J. Schultz, K.-V. Peinemann, J. Membr. Sci. 1996, 110, Matson SM, Ratzke K, Shaikh MQ, Litvinova EG, Shishatskiy SM, Peinemann K.-V., Khotimskiy VS // Polym. Sci. Ser. A. 2012. V. 54. P. 671-677, 37. Yu. Yampol'skii et al., Membrane separation of gaseous C 1 -C 4 alkanes, Petroleum Chemistry, December 2011, Volume 51, Issue 8. pp 585-594; Sergey Shishatskiy, Valeriy Khotimskiy, Klaus-Viktor Peinemann et al., A Novel Poly (4-methyl-2-pentyne) / TiO 2 Hybrid Nanocomposite Membrane for Natural Gas Conditioning: Butane / Methane Separation, Macromol. Chem. Phys. 2007, 208, 2412-2418] for methane / butane mixtures with a low butane content (2-5 vol.%). The most effective membranes include high-permeability polymer glasses that demonstrate a synergistic effect for mixtures: the separation selectivity of butane / methane mixtures is always higher than the ideal selectivity published in the literature as the ratio of the permeabilities of individual butane and methane. Separation selectivity decreases with increasing process temperature. Note that the most highly permeable and hydrocarbon-selective membranes are those based on polytrimethylsilylpropine (PTMSP) (selectivity of α separation of butane / methane mixture reaches 30) and poly-4-methyl-1-pentine (PMP) (selectivity of α separation of butane / methane reaches 23 for a homopolymer and 34 for a membrane containing titanium oxide nanoparticles). Unfortunately, PTMSP membranes are not resistant to C 5+ aliphatic hydrocarbons, which are usually found in the main industrial sources of methane, such as natural and associated gases, while PMP is resistant to aliphatic and aromatic hydrocarbons of various structures. The known device is aimed at conditioning methane in the form of a retentate (methane content> 98 vol.%) For further transportation. Permeate containing an increased concentration of butane is sent for further processing.

В указанных устройствах целевым продуктом является ретентат. По нашим оценкам для разделения смесей метан/бутан устройство в одну стадию (один мембранный модуль) с известными мембранами, испытанными для метан/бутановых смесей с концентрацией бутана 2-5 об. %, обеспечивает получение пермеата с концентрацией бутана в диапазоне 10-25% об., что отвечает опубликованной селективности разделения смесей бутан/метан полимерными мембранами на основе полидиметилсилоксана (ПДМС) или поли-4-метил-1-пентин (ПМП) в диапазоне 7-23.In these devices, the target product is retentate. According to our estimates, for the separation of methane / butane mixtures, the device is in one stage (one membrane module) with known membranes tested for methane / butane mixtures with a butane concentration of 2-5 vol. %, provides permeate with a butane concentration in the range of 10-25% vol., which corresponds to the published selectivity of the separation of mixtures of butane / methane polymer membranes based on polydimethylsiloxane (PDMS) or poly-4-methyl-1-pentin (PMP) in the range of 7 -23.

Наиболее близким к заявленному (прототипом) является устройство непрерывного выделения паров органических веществ, включая бутан, из воздуха с целью его очистки, с применением мембран на основе полиэтеримида или полидиметилсилоксана [United States Patent, 4994094, кл. МПК B01D 53/02, опубл. 19.02.1991]. При этом наиболее эффективное устройство представляет собой три мембранных модуля, включенных в рецикл.Closest to the claimed (prototype) is a device for continuous emission of vapors of organic substances, including butane, from the air for the purpose of purification, using membranes based on polyesterimide or polydimethylsiloxane [United States Patent, 4994094, class. IPC B01D 53/02, publ. 02/19/1991]. In this case, the most effective device is three membrane modules included in the recycling.

Однако данное устройство не применяется для разделения смеси метана и бутана, а используемая в нем мембрана, как указано выше, не позволяет обеспечивать устойчивое эффективное разделение метан-бутановых смесей.However, this device is not used to separate a mixture of methane and butane, and the membrane used in it, as described above, does not allow for stable effective separation of methane-butane mixtures.

Задача полезной модели состоит в том, чтобы обеспечить устойчивое получение концентратов бутана и метана требуемого качества.The objective of the utility model is to ensure the stable production of butane and methane concentrates of the required quality.

Для решения поставленной задачи предложено устройство для непрерывного разделения смеси углеводородных газов, включающее источник подачи смеси углеводородных газов под повышенным давлением, соединенный последовательно с надмембранным пространством 1-го мембранного модуля, далее вакуум-компрессором с возможностью откачки пермеата после мембраны из 1-го мембранного модуля и подачи его в надмембранное пространство 2-го мембранного модуля, вакуумным насосом с возможностью откачки пермеата из 2-го мембранного модуля, при этом выход ретентата 2-го мембранного модуля соединен через вакуум-компрессор с надмембранным пространством 3-го мембранного модуля с возможностью возврата ретентата после 3-го мембранного модуля в рецикл, а выход пермеата 2-го мембранного модуля соединен с выходом пермеата 3-го мембранного модуля. Отличие устройства от известного из прототипа состоит в том, что смесь углеводородных газов является метан-бутановой смесью, выход ретентата 1-го мембранного модуля является выходом концентрата метана, выходы пермеата 2-го и 3-го мембранного модулей являются выходами концентрата бутана, а указанные модули снабжены мембранами из поли-4-метил-1-пентина с переменной селективностью по смеси бутан/метан, увеличивающейся с возрастанием парциального давления бутана.To solve this problem, a device is proposed for continuous separation of a mixture of hydrocarbon gases, including a source of supply of a mixture of hydrocarbon gases under high pressure, connected in series with the supmembrane space of the 1st membrane module, then a vacuum compressor with the ability to pump permeate after the membrane from the 1st membrane module and feeding it into the supmembrane space of the 2nd membrane module, with a vacuum pump with the possibility of pumping out permeate from the 2nd membrane module, while the reten exit ata 2nd membrane module is connected via a vacuum compressor with nadmembrannym space 3rd membrane module with the possibility of returning the retentate after the third membrane module is recycled, and the permeate outlet 2nd membrane module connected to an output of permeate third membrane module. The difference between the device and the known one from the prototype is that the mixture of hydrocarbon gases is a methane-butane mixture, the output of the retentate of the 1st membrane module is the output of methane concentrate, the outputs of the permeate of the 2nd and 3rd membrane modules are outputs of the butane concentrate, and the indicated the modules are equipped with poly-4-methyl-1-pentin membranes with variable selectivity for the butane / methane mixture, which increases with increasing partial pressure of butane.

На Фиг. 1 изображена схема устройства для непрерывного разделения метан/бутановых смесей с получением концентратов метана и бутана, где:In FIG. 1 shows a diagram of a device for the continuous separation of methane / butane mixtures to obtain methane and butane concentrates, where:

1 - источник подачи исходной бутан-метановой смеси; 2 - 1-й мембранный модуль ММ1; 3 - мембрана в модуле ММ1; 4 - выход концентрата метана; 5 - проточный вакуумный насос; 6 - мембрана в модуле ММ2; 7 - 2-й мембранный модуль ММ2; 8 - вакуум-компрессор; 9 - мембрана в модуле ММ3; 10 - 3-й мембранный модуль ММ3; 11 - проточный вакуумный насос; 12 - общий выход концентрата бутана; 13 - выход концентрата бутана из модуля ММ2; 14 - выход концентрата бутана из модуля ММ3; 15 - линия рецикла из модуля ММ3.1 - feed source of the initial butane-methane mixture; 2 - 1st membrane module MM1; 3 - membrane in the module MM1; 4 - yield of methane concentrate; 5 - flow-through vacuum pump; 6 - membrane in the MM2 module; 7 - 2nd membrane module MM2; 8 - vacuum compressor; 9 - membrane in the module MM3; 10 - 3rd membrane module MM3; 11 - flow-through vacuum pump; 12 - total yield of butane concentrate; 13 - output of butane concentrate from the MM2 module; 14 - output of butane concentrate from the MM3 module; 15 - line recycling from the module MM3.

На Фиг. 2 приведена зависимость селективности разделения бутан/метановых смесей α от парциального давления бутана Р(С4Н10) в смеси с метаном при использовании мембран из ПМП. Селективность разделения бутан-метановой смеси существенно увеличивается с увеличением концентрации бутана в смеси (в отличие от известных в литературе показателей для других мембран).In FIG. Figure 2 shows the dependence of the selectivity of the separation of butane / methane mixtures α on the partial pressure of butane P (C 4 H 10 ) in a mixture with methane using PMP membranes. The selectivity of the separation of the butane-methane mixture increases significantly with increasing concentration of butane in the mixture (in contrast to the parameters known in the literature for other membranes).

Для разделения метан-бутановой смеси с устойчивым получением концентратов метана и бутана предлагается мембранные модули ММ1, ММ2 и ММ3 снабдить мембранами из поли-4-метил-1-пентина, обладающего переменной селективностью разделения бутан/метан, увеличивающейся с возрастанием парциального давления бутана в смеси с метаном согласно графику на Фиг. 2, охватывающем температурный диапазон 0-40°C. В данном устройстве обеспечивается непрерывность процесса с одновременным получением концентрата метана с чистотой >99% и концентрата бутана с повышенным его содержанием.To separate the methane-butane mixture with a stable production of methane and butane concentrates, it is proposed to equip the membrane modules MM1, MM2 and MM3 with membranes made of poly-4-methyl-1-pentin, which has a variable selectivity for the separation of butane / methane, increasing with increasing partial pressure of butane in the mixture with methane according to the graph in FIG. 2, covering a temperature range of 0-40 ° C. This device ensures the continuity of the process with simultaneous production of methane concentrate with a purity> 99% and butane concentrate with its increased content.

Устройство включает источник подачи смеси углеводородных газов (бутан-метановой смеси) 1 под повышенным давлением, соединенный последовательно с надмембранным пространством 1-го мембранного модуля ММ1 2, снабженного мембраной 3, вакуум-насосом 5 для откачки пермеата после мембраны и подачи его в надмембранное пространство второго мембранного модуля ММ2 7, снабженного мембраной 6, вакуумного насоса 11 для откачки пермеата, при этом выход ретентата второго модуля 7 соединен через вакуум-компрессор 8 с надмембранным пространством третьего мембранного модуля ММ3 10, снабженного мембраной 9, через компрессор 8 для возврата ретентата после третьего мембранного модуля в рецикл 15. Модуль ММ1 имеет выход для ретентата - концентрата метана 4. Выходы для пермеата - концентрата бутана - модуля ММ2 и модуля ММ3 - 13 и 14 соответственно соединены друг с другом и с общим выходом концентрата бутана 12 через проточный вакуумный насос 11. Таким образом, устройство имеет один вход для исходной бинарной смеси и два выхода для кондиционированного метана (концентрата метана) и концентрата бутана. Мембраны 3, 6 и 9 изготовлены из поли-4-метил-1-пентина с переменной селективностью. Указанное устройство обеспечивает получение концентрата бутана и устойчивое получение концентрата метана (содержание метана в продукте не менее 99% об.).The device includes a source of supply of a mixture of hydrocarbon gases (butane-methane mixture) 1 under elevated pressure, connected in series with the supranembrane space of the 1st membrane module MM1 2, equipped with a membrane 3, a vacuum pump 5 for pumping permeate after the membrane and feeding it into the supramembrane space the second membrane module MM2 7, equipped with a membrane 6, a vacuum pump 11 for pumping out permeate, while the output of the retentate of the second module 7 is connected through a vacuum compressor 8 with the supmembrane space of the third membrane This module MM3 10, equipped with a membrane 9, through the compressor 8 to return the retentate after the third membrane module to recycling 15. Module MM1 has an outlet for retentate - methane concentrate 4. Outputs for permeate - butane concentrate - module MM2 and module MM3 - 13 and 14 respectively, they are connected to each other and to the common outlet of butane concentrate 12 through a flow-through vacuum pump 11. Thus, the device has one inlet for the initial binary mixture and two outlets for conditioned methane (methane concentrate) and butane concentrate. Membranes 3, 6 and 9 are made of poly-4-methyl-1-pentin with variable selectivity. The specified device provides the production of butane concentrate and the stable production of methane concentrate (methane content in the product is not less than 99% vol.).

Устройство работает следующим образом. Исходную метан-бутановую смесь из источника 1 подают под давлением в мембранный модуль ММ1 2, снабженный мембраной с переменной селективностью 3, и подбирают условия (перепад давлений на мембране, степень отбора) с учетом селективности бутан/метан по функциям Фиг. 2, и в виде ретентата получают требуемый концентрат метана 4 (содержание метана не менее 99% об.). Пермеат с модуля ММ1 через вакуум-компрессор 5 направляют в мембранный модуль ММ2 7. Для мембраны 6 ММ2 подбирают условия (перепад давлений на мембране, степень отбора) с учетом селективности бутан/метан по функциям Фиг. 2. Ретентат с модуля ММ2 через компрессор 8 подают на мембранный модуль ММ3 10. Для мембраны 9 ММ3 также подбирают условия (перепад давлений на мембране, степень отбора) с учетом селективности бутан/метан по функциям Фиг. 2. Ретентат с модуля ММ3 подают в рецикл 15 на вход в мембранный модуль ММ1, а пермеат из выхода 14 после смешения с пермеатом из выхода 13 модуля ММ2 через вакуумный насос 11 извлекают как концентрат бутана 12, обеспечивая тем самым непрерывное получение концентратов метана и бутана.The device operates as follows. The initial methane-butane mixture from source 1 is supplied under pressure to the membrane module MM1 2, equipped with a membrane with variable selectivity 3, and conditions (pressure drop across the membrane, degree of selection) are selected taking into account the selectivity of butane / methane according to the functions of FIG. 2, and in the form of a retentate, the desired methane concentrate 4 is obtained (methane content not less than 99% vol.). The permeate from the MM1 module is sent through a vacuum compressor 5 to the membrane module MM2 7. For the 6 MM2 membrane, conditions are selected (pressure drop across the membrane, degree of selection) taking into account the selectivity of butane / methane according to the functions of FIG. 2. The retentate from the MM2 module is fed through the compressor 8 to the MM3 membrane module 10. For the 9 MM3 membrane, the conditions (pressure drop across the membrane, degree of selection) are also selected taking into account the butane / methane selectivity for the functions of FIG. 2. The retentate from the MM3 module is fed to the recycle 15 at the entrance to the membrane module MM1, and the permeate from the outlet 14 after mixing with the permeate from the outlet 13 of the MM2 module through the vacuum pump 11 is extracted as a butane concentrate 12, thereby ensuring the continuous production of methane and butane concentrates .

Ниже приведены примеры, демонстрирующие полезные свойства предлагаемого устройства для непрерывного получения концентратов метана и бутана. Отметим, что для сравнительной оптимизации процесса варьируются степени отбора θ (отношение потока пермеата к входному потоку в мембранный модуль) и площади мембран в мембранных модулях ММ1, ММ2 и ММ3. Все остальные показатели (давление смеси до мембраны, давление смеси после мембраны) зафиксированы для сравнения (см. Таблицу 1). В примерах использованы мембраны с различной селективностью разделения бутан/метан, в том числе с переменной селективностью. Мембраны с переменной селективностью изготовлены из ПМП, мембраны с постоянной селективностью - из полидиметилсилоксана. Температура процесса во всех примерах равна 40°C для того, чтобы гарантировать отсутствие конденсации бутана в системе.Below are examples that demonstrate the useful properties of the proposed device for the continuous production of methane and butane concentrates. Note that for comparative optimization of the process, the degrees of selection θ (the ratio of permeate flux to the input flux to the membrane module) and the membrane area in the membrane modules MM1, MM2 and MM3 are varied. All other indicators (pressure of the mixture to the membrane, pressure of the mixture after the membrane) are recorded for comparison (see Table 1). In the examples, membranes with different butane / methane separation selectivity, including those with variable selectivity, were used. Membranes with variable selectivity are made of PMP, membranes with constant selectivity are made of polydimethylsiloxane. The process temperature in all examples is 40 ° C in order to guarantee no condensation of butane in the system.

Пример №1 (сравнительный).Example No. 1 (comparative).

Состав исходной бутан/метановой смеси 5/95 об. %. Входной поток исходной смеси 39 м3 (н.у.)/ч. В мембранных модулях площадь мембраны ММ1 составляет 1.07 м2, площадь мембраны ММ 2 составляет 2.33 м2 и площадь мембраны ММ 3 равна 0.08 м2. Параметры давлений бутан-метановой смеси в мембранных модулях и степени отбора представлены в Таблице 1 (№1 п/п). Для разделения смеси используют мембраны с постоянной селективностью α(C4H10/CH4)=10. В результате получают целевой концентрат метана (99% об. метана, 1% об. бутана). Концентрат бутана состоит при этом из 49% об. метана и 51% об. бутана.The composition of the initial butane / methane mixture 5/95 vol. % The input stream of the initial mixture of 39 m 3 (NU) / h In the membrane modules, the area of the MM1 membrane is 1.07 m 2 , the area of the MM 2 membrane is 2.33 m 2 and the area of the MM 3 membrane is 0.08 m 2 . The pressure parameters of the butane-methane mixture in the membrane modules and the degree of selection are presented in Table 1 (No. 1 p / p). To separate the mixture using membranes with constant selectivity α (C 4 H 10 / CH 4 ) = 10. The result is the target methane concentrate (99% vol. Methane, 1% vol. Butane). Butane concentrate consists of 49% vol. methane and 51% vol. butane.

Пример №2.Example No. 2.

Состав исходной бутан/метановой смеси 5/95 об. %. Входной поток исходной смеси 39 м3 (н.у.)/ч. В мембранных модулях площадь мембраны ММ 1 составляет 1.0 м2, площадь мембраны ММ 2 составляет 0.65 м2 и площадь мембраны ММ3 равна 0.02 м2. Параметры давлений бутан-метановой смеси в мембранных модулях и степени отбора представлены в Таблице 1 (№2 п/п). Для разделения смеси используют мембраны с переменной селективностью из ПМП. Функции зависимости селективности разделения от парциального давления бутана в смеси представлены на Фиг. 2. В результате получают целевой концентрат метана (99% об. метана, 1% об. бутана). Концентрат бутана состоит из 16% об. метана и 84% об. бутана.The composition of the initial butane / methane mixture 5/95 vol. % The input stream of the initial mixture of 39 m 3 (NU) / h In the membrane modules, the membrane area of MM 1 is 1.0 m 2 , the membrane area of MM 2 is 0.65 m 2 and the membrane area of MM 3 is 0.02 m 2 . The pressure parameters of the butane-methane mixture in the membrane modules and the degree of selection are presented in Table 1 (No. 2 p / p). To separate the mixture using membranes with variable selectivity from PMP. The functions of the dependence of separation selectivity on the partial pressure of butane in the mixture are shown in FIG. 2. The result is the target methane concentrate (99% vol. Methane, 1% vol. Butane). Butane concentrate consists of 16% vol. methane and 84% vol. butane.

Таким образом, предлагаемое устройство является наиболее эффективным для непрерывного получения концентратов метана и бутана из метан-бутановых смесей.Thus, the proposed device is most effective for the continuous production of concentrates of methane and butane from methane-butane mixtures.

Figure 00000001
Figure 00000001

В примерах приведены параметры селективности мембран при 40°C, которые являются минимальными для сферы притязаний полезной модели. Понижение температуры, например до 0°C, улучшает эти показатели (см. Фиг. 2) и, таким образом, мембранное разделение бинарной смеси будет только улучшаться.In the examples, the selectivity parameters of the membranes at 40 ° C, which are minimal for the scope of claims of the utility model, are given. Lowering the temperature, for example to 0 ° C, improves these indicators (see Fig. 2) and, thus, the membrane separation of the binary mixture will only improve.

Как видно из приведенных примеров, получение концентрата бутана с повышенным его содержанием достигаются только с использованием заявляемого устройства.As can be seen from the above examples, the production of butane concentrate with its increased content is achieved only using the inventive device.

Claims (1)

Устройство для непрерывного разделения смеси углеводородных газов, включающее источник подачи смеси углеводородных газов под повышенным давлением, соединенный последовательно с надмембранным пространством 1-го мембранного модуля, далее вакуум-компрессором с возможностью откачки пермеата после мембраны из 1-го мембранного модуля и подачи его в надмембранное пространство 2-го мембранного модуля, вакуумным насосом с возможностью откачки пермеата из 2-го мембранного модуля, при этом выход ретентата 2-го мембранного модуля соединен через вакуум-компрессор с надмембранным пространством 3-го мембранного модуля с возможностью возврата ретентата после 3-го мембранного модуля в рецикл, выход пермеата 2-го мембранного модуля соединен с выходом пермеата 3-го мембранного модуля, отличающееся тем, что смесь углеводородных газов является метан-бутановой смесью, выход ретентата 1-го мембранного модуля является выходом концентрата метана, выходы пермеата 2-го и 3-го мембранного модулей являются выходами концентрата бутана, а указанные модули снабжены мембранами из поли-4-метил-1-пентина с переменной селективностью по смеси бутан/метан, увеличивающейся с возрастанием парциального давления бутана.A device for continuous separation of a mixture of hydrocarbon gases, including a source of supply of a mixture of hydrocarbon gases under elevated pressure, connected in series with the supmembrane space of the 1st membrane module, then with a vacuum compressor with the possibility of pumping permeate after the membrane from the 1st membrane module and feeding it into the supmembrane the space of the 2nd membrane module, with a vacuum pump with the possibility of pumping out permeate from the 2nd membrane module, while the output of the retentate of the 2nd membrane module is connected through a vacuum compressor with a supmembrane space of the 3rd membrane module with the possibility of returning the retentate after the 3rd membrane module to recycling, the permeate output of the 2nd membrane module is connected to the permeate output of the 3rd membrane module, characterized in that the mixture of hydrocarbon gases is methane butane mixture, the output of the retentate of the 1st membrane module is the output of methane concentrate, the outputs of the permeate of the 2nd and 3rd membrane modules are the outputs of the butane concentrate, and these modules are equipped with poly-4-methyl-1-pentine membranes with variable selectivity for a butane / methane mixture, increasing with increasing partial pressure of butane.
RU2017103720U 2017-02-06 2017-02-06 DEVICE FOR CONTINUOUS SEPARATION OF A MIXTURE OF HYDROCARBON GASES RU170496U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017103720U RU170496U1 (en) 2017-02-06 2017-02-06 DEVICE FOR CONTINUOUS SEPARATION OF A MIXTURE OF HYDROCARBON GASES

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017103720U RU170496U1 (en) 2017-02-06 2017-02-06 DEVICE FOR CONTINUOUS SEPARATION OF A MIXTURE OF HYDROCARBON GASES

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU170496U1 true RU170496U1 (en) 2017-04-26

Family

ID=58641214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017103720U RU170496U1 (en) 2017-02-06 2017-02-06 DEVICE FOR CONTINUOUS SEPARATION OF A MIXTURE OF HYDROCARBON GASES

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU170496U1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4591365A (en) * 1983-10-15 1986-05-27 Linde Aktiengesellschaft Semipermeable membrane gas separation system
SU1282822A3 (en) * 1982-03-04 1987-01-07 Шелл Интернэшнл Рисерч,Маатсхаппий Б.В. (Фирма) Method of separating two-component hydrocarbon mixture
US4994094A (en) * 1988-02-26 1991-02-19 Gkss Forschungszentrum Geesthacht Gmbh Method of removing organic compounds from air/permanent gas mixtures
US5482539A (en) * 1993-09-22 1996-01-09 Enerfex, Inc. Multiple stage semi-permeable membrane process and apparatus for gas separation
US5709732A (en) * 1996-04-02 1998-01-20 Praxair Technology, Inc. Advanced membrane system for separating gaseous mixtures

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1282822A3 (en) * 1982-03-04 1987-01-07 Шелл Интернэшнл Рисерч,Маатсхаппий Б.В. (Фирма) Method of separating two-component hydrocarbon mixture
US4591365A (en) * 1983-10-15 1986-05-27 Linde Aktiengesellschaft Semipermeable membrane gas separation system
US4994094A (en) * 1988-02-26 1991-02-19 Gkss Forschungszentrum Geesthacht Gmbh Method of removing organic compounds from air/permanent gas mixtures
US5482539A (en) * 1993-09-22 1996-01-09 Enerfex, Inc. Multiple stage semi-permeable membrane process and apparatus for gas separation
US5709732A (en) * 1996-04-02 1998-01-20 Praxair Technology, Inc. Advanced membrane system for separating gaseous mixtures

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3850030B2 (en) Gas separation process using semi-permeable membrane in multiple stages
KR101985551B1 (en) Process for separation of gases
KR102351162B1 (en) Process and apparatus for separating gases
CN1220182A (en) Multi-stage process for separation/recovery of gases
KR20170102266A (en) Process for separation of gases with reduced maintenance costs
CN103140571A (en) Two-stage membrane process
JP5948853B2 (en) Gas separation system
KR20210122136A (en) Membrane process and system for high recovery of a nonpermeating gas
RU170496U1 (en) DEVICE FOR CONTINUOUS SEPARATION OF A MIXTURE OF HYDROCARBON GASES
NO833716L (en) PROCEDURE FOR MEMBRANE GASPARATION OF GASES AND APPARATUS FOR EXECUTION OF THE PROCEDURE
JP4012146B2 (en) Apparatus and method for separating purified methane
KR101840732B1 (en) Apparatus and method for bidirectional high permeable gas separation
WO2024014493A1 (en) Gas separation system and method for producing methane-enriched gas
WO2024014494A1 (en) Gas separation system and enriched gas production method
RU2645140C1 (en) Method of membrane gas separation and plant for its implementation
DE102015213252A1 (en) Continuous process for the purification of process exhaust air resulting from the production of silicones
KR101838141B1 (en) Apparatus and method for high permeable gas separation
KR20160033092A (en) Three-stage gas separator and gas separating device comprising the same
KR101600930B1 (en) Apparatus and method for recovery of retentate using gas separation membrane
KR101636767B1 (en) Apparatus and method for recovery of retentate
Wukovits et al. Simulation Study on the Applicability and Performance of Conventional and Reverse-Selective Membranes for Upgrading of H2/CO2 Mixtures via Gas-Permeation
RU2021122290A (en) DEVICE AND MEMBRANE METHOD FOR SEPARATING GAS COMPONENTS FROM GAS FLOW CHARACTERIZED WITH VARIABLE COMPOSITION OR FLOW RATE
KR20150131638A (en) An apparatus of purifying biogas
KR20160022853A (en) An apparatus of purifying biogas
KR20200076093A (en) Carbon dioxide separation method by using separation membranes in gtl synthesis process

Legal Events

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

Effective date: 20200207

NF9K Utility model reinstated

Effective date: 20210121