RU2200621C2

RU2200621C2 - Membrane-type gas separation system

Info

Publication number: RU2200621C2
Application number: RU2001109059/12A
Authority: RU
Inventors: А.П. Беликов; В.Ю. Кожевников
Original assignee: ООО "ТД Рамис-М"; Беликов Александр Петрович; Кожевников Владимир Юрьевич
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2001-04-09
Publication date: 2003-03-20

Abstract

FIELD: separation of gas mixtures into fractions or cleaning gas mixtures from admixtures; chemical, gas, food-processing, medical and other industries. SUBSTANCE: membrane-type gas separation system includes compressor, membrane apparatus and pipe lines with branches. Said system is additionally provided with pressure regulator mounted at inlet pipe line of compressor which ensures balance of flows; membrane apparatus is provided with stack of flat selective gas-distributing membranes having central hole; their shears are matched with collector passage; used as flat membranes are members whose geometric form does not coincide with form of cross section of inner surface of apparatus; members are so arranged that spiral passage is formed between their edges and inner surface of apparatus; collector is divided into two sections by means of transversal partition; first of them (in way of flow) has drain connection for taking additional product of penetrating component and second section is connected with starting gas mixture supply pipe line. EFFECT: increased concentration of penetrating component. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технологии разделения смеси газов и может быть использовано в химической, газовой, пищевой, медицинской и других отраслях промышленности в тех случаях, когда необходимо разделение газовой смесей на фракции или очистка смеси от примесей. The invention relates to a technology for separating a mixture of gases and can be used in chemical, gas, food, medical and other industries in those cases where it is necessary to separate the gas mixtures into fractions or to purify the mixture from impurities.

Известна мембранная система разделения газов, включающая компрессор, мембранные аппараты и систему трубопроводов с патрубками, (см. патент РФ 2035981, В 01 D 61/00, 63/00, 1991 г.). Система включает три ступени разделения. A known membrane gas separation system comprising a compressor, membrane apparatuses and a piping system with nozzles (see RF patent 2035981, 01 D 61/00, 63/00, 1991). The system includes three stages of separation.

Предлагаемая система позволяет получить более простую и компактную конструкцию, повысить концентрацию наиболее проникающего компонента. The proposed system allows to obtain a simpler and more compact design, to increase the concentration of the most penetrating component.

Поставленная задача решается тем, что заявленная мембранная система разделения газов, аналогично прототипу включающая компрессор, мембранный аппарат и систему трубопроводов, кроме того, дополнительно оснащена регулятором давления "после себя", установленным на входном трубопроводе компрессора, в мембранном аппарате установлен пакет плоских селективных газоразделительных мембран с центральным отверстием, срезы которых совмещены с коллекторным каналом, соединенным с одним из выходных трубопроводов, при этом в качестве плоских мембранных элементов используют элементы, имеющие геометрическую форму, не совпадающую с формой поперечного сечения внутренней поверхности аппарата, при этом элементы располагают с образованием канала в виде спирали между кромками элементов и внутренней поверхностью аппарата, а коллектор разделен на две секции поперечной перегородкой, при чем первая по ходу потока имеет дренаж для отбора дополнительного продукта проникающего компонента, а вторая соединена с трубопроводом подачи исходной смеси газов перед компрессором. The problem is solved in that the claimed membrane gas separation system, similarly to the prototype including a compressor, a membrane apparatus and a piping system, in addition, is additionally equipped with a pressure regulator "behind itself" installed on the compressor inlet pipe, a package of flat selective gas separation membranes is installed in the membrane apparatus with a central hole, the sections of which are aligned with the collector channel connected to one of the outlet pipelines, while as a flat membrane Of the elements used, elements having a geometric shape that does not coincide with the cross-sectional shape of the internal surface of the apparatus, the elements are arranged to form a channel in the form of a spiral between the edges of the elements and the internal surface of the apparatus, and the collector is divided into two sections by a transverse partition, the first in the flow direction there is a drainage to select an additional product of the penetrating component, and the second is connected to the supply pipe of the initial gas mixture in front of the compressor.

Кроме того, поперечная перегородка выполнена с возможностью фиксации по всей длине коллекторного канала, а дренаж первой секции коллектора имеет фиксаторы с возможностью крепления по всей длине секции. In addition, the transverse partition is made with the possibility of fixing along the entire length of the collector channel, and the drainage of the first section of the collector has latches with the possibility of fastening along the entire length of the section.

На фиг. 1 схематично изображена мембранная система, на фиг.2 - разрез мембранного аппарата в продольной плоскости оси, фиг.3 - разрез мембранного аппарата в поперечной плоскости. In FIG. 1 schematically shows a membrane system, figure 2 is a section of a membrane apparatus in the longitudinal plane of the axis, figure 3 is a section of a membrane apparatus in a transverse plane.

Мембранная система содержит компрессор 1, на входном трубопроводе 2 которого установлен регулятор давления "после себя" 3, а выходной трубопровод 4 соединен с мембранным аппаратом 5. The membrane system comprises a compressor 1, on the inlet pipe 2 of which a pressure regulator "after itself" 3 is installed, and the outlet pipe 4 is connected to the membrane apparatus 5.

В мембранном аппарате 5 установлены плоские селективные газоразделительные мембранные элементы 6 (фиг.2, 3). Плоские мембранные элементы 6, выполнены с центральными отверстиями 7, срезы которых совмещены с коллекторным каналом 8, соединенным с одним из выходных трубопроводов 9. В качестве плоских мембранных элементов 6 используют элементы, имеющие геометрическую форму, не совпадающую с формой поперечного сечения внутренней поверхности аппарата, а элементы 6 располагают с возможностью образования канала 10 между кромкой элементов и внутренней поверхностью аппарата 5 в виде спирали. In the membrane apparatus 5 installed flat selective gas separation membrane elements 6 (Fig.2, 3). Flat membrane elements 6 are made with central holes 7, sections of which are aligned with a collector channel 8 connected to one of the outlet pipelines 9. As flat membrane elements 6, elements having a geometric shape that do not coincide with the cross-sectional shape of the inner surface of the apparatus are used, and the elements 6 are arranged to form a channel 10 between the edge of the elements and the inner surface of the apparatus 5 in the form of a spiral.

Коллектор 8 разделен на две секции 11, 12 поперечной перегородкой 13. В первой секции 11 по ходу потока размещают дренаж 14 для отбора дополнительного продукта проникающего компонента. Дренаж 14 имеет фиксаторы 15 с возможностью крепления по всей длине секции 11. The collector 8 is divided into two sections 11, 12 by a transverse partition 13. In the first section 11, a drain 14 is placed along the flow to select an additional product of the penetrating component. The drainage 14 has latches 15 with the possibility of fastening along the entire length of the section 11.

Поперечная перегородка 13 имеет фиксаторы 16, позволяющие крепить ее по всей длине коллекторного канала 8. The transverse partition 13 has latches 16, allowing you to mount it along the entire length of the collector channel 8.

Выходной трубопровод 9 соединен с трубопроводом 2 подачи исходной смеси газов перед компрессором 1 после регулятора давления 3. The output pipe 9 is connected to the pipe 2 for supplying the initial mixture of gases in front of the compressor 1 after the pressure regulator 3.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Исходную смесь газов под давлением создаваемым компрессором 1, подают внутрь мембранного аппарата 5, при этом в коллекторе 8 создают пониженное давление по отношению к давлению потока газа при подаче. Проходя вдоль мембранных элементов 6, исходный поток газовой смеси под действием перепада давления на мембране делится на проникший поток (пенетрат) и остаточный поток (апенетрат). Проникший через мембрану поток проходит к центральному отверстию 7 и далее по общему для всех мембранных элементов 6 коллектору 8 идет либо к выходному трубопроводу 9, либо отбирается из первой секции 11. Остаточный поток проходит через выходной патрубок 17. The initial mixture of gases under pressure created by the compressor 1, is fed into the membrane apparatus 5, while in the manifold 8 create a reduced pressure in relation to the pressure of the gas stream when supplied. Passing along the membrane elements 6, the initial flow of the gas mixture under the action of a differential pressure on the membrane is divided into the penetrated stream (penetrate) and the residual stream (apenetrate). Penetrated through the membrane, the flow passes to the Central hole 7 and then the collector 8, common to all membrane elements 6, goes either to the outlet pipe 9, or is taken from the first section 11. The residual stream passes through the outlet pipe 17.

Продукт, полученный из первой секции, является дополнительным продуктом по наиболее проникающего компоненту. Продукт, полученный из второй секции 12 коллекторного канала 8, через трубопровод 9 поступает в трубопровод 2 подачи исходной смеси газов перед компрессором 1. Регулятор давления "после себя" 3 обеспечивает баланс потоков на входе компрессора за счет добавления к продукту из второй секции 12 коллектора 8 необходимого количества исходной газовой смеси. The product obtained from the first section is an additional product for the most penetrating component. The product obtained from the second section 12 of the collector channel 8, through the pipe 9 enters the pipeline 2 for supplying the initial gas mixture in front of the compressor 1. The pressure regulator "after itself" 3 provides a balance of flows at the compressor inlet by adding a collector 8 to the product from the second section 12 the required amount of the source gas mixture.

Варьируя количество последовательно расположенных плоских мембранных элементов и положение перегородки 13 можно получить оптимальный режим работы с высокой производительностью с единицы объема аппарата при различных давлениях и концентрациях потока газовой смеси, а так же увеличить за счет отбора дополнительного потока концентрацию выделяемого компонента. By varying the number of sequentially located flat membrane elements and the position of the partition wall 13, it is possible to obtain an optimal mode of operation with high productivity per unit volume of the apparatus at various pressures and concentrations of the gas mixture stream, as well as to increase the concentration of the emitted component by selecting an additional stream.

Claims

1. A membrane gas separation system comprising a compressor, a membrane apparatus and a piping system with nozzles, characterized in that it is additionally equipped with a pressure regulator installed on the compressor inlet pipe and ensuring flow balance, a membrane pack of selective selective gas separation membranes with a central hole is installed in the membrane apparatus , sections of which are aligned with the collector channel connected to the outlet pipe, while elemental elements are used as flat membrane elements Entries having a geometric shape that does not coincide with the cross-sectional shape of the internal surface of the apparatus, while the elements are arranged to form a channel in the form of a spiral between the edges of the elements and the internal surface of the apparatus, and the collector is divided into two sections by a transverse partition, the first having a drainage to select an additional product of the penetrating component, and the second is connected to the pipeline supplying the initial mixture of gases in front of the compressor.

2. The membrane system according to claim 1, characterized in that the transverse partition is made with the possibility of fixing along the entire length of the collector channel.

3. The membrane system according to claim 1, characterized in that the drainage of the first section of the collector has clamps with the possibility of fastening along the entire length of the section.