RU2291740C2 - Система и способ разделения газовой смеси - Google Patents
Система и способ разделения газовой смеси Download PDFInfo
- Publication number
- RU2291740C2 RU2291740C2 RU2005105093/15A RU2005105093A RU2291740C2 RU 2291740 C2 RU2291740 C2 RU 2291740C2 RU 2005105093/15 A RU2005105093/15 A RU 2005105093/15A RU 2005105093 A RU2005105093 A RU 2005105093A RU 2291740 C2 RU2291740 C2 RU 2291740C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- helium
- target product
- granules
- mixture
- separation
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims abstract description 32
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 31
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 28
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 9
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 abstract 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 230000000979 retarding effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 23
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- -1 petrochemical Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к химической, нефтехимической, газовой промышленности и может быть использовано при извлечении или концентрировании целевых компонентов из многокомпонентной газовой смеси, например гелия из природного газа. Селективно-проницаемая мембрана 1, разделяющая область подачи смеси 3 и область выделения компонентов смеси 4, помещена в адсорбционной трубе 2 и выполнена в виде слоя гранул 5 из материала, адсорбирующего сопутствующий и пропускающего целевой продукт - гелий. Гранулы заполнены полыми замкнутыми телами 6, стенки которых выполнены из материала, пропускающего и удерживающего внутри тел только целевой продукт. Способ разделения газовой смеси, содержащей гелий, включает пропускание газовой смеси через слой элементов мембраны - гранул, заполненных полыми замкнутыми телами, до их полного насыщения целевым продуктом и извлечение целевого продукта путем понижения давления и повышения температуры в пространстве между гранулами. Изобретение позволяет повысить эффективность и качество разделения многокомпонентной газовой смеси, содержащей гелий, с выделением целевого продукта-гелия. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к химической, нефтехимической, газовой промышленностям и может быть использовано при извлечении или концентрировании одного или нескольких целевых компонентов из многокомпонентной газовой смеси, например гелия или водорода из природного газа.
Известен способ разделения газовой смеси /1/, заключающийся в извлечении одного или нескольких целевых компонентов из многокомпонентной смеси путем их диффузии через селективно-проницаемые оболочки полых замкнутых мембранных элементов. Полые замкнутые элементы непрерывно вводят в поток трубопровода и транспортируют вместе со смесью. После заполнения мембранных элементов целевым компонентом их удаляют из потока с последующим извлечением из них целевого компонента.
Недостатком данного изобретения являются трудности, связанные с введением и выделением мембранных элементов из потока газа действующего трубопровода, а также необходимость использования большого количества мембранных элементов.
Известно также изобретение, взятое за прототип, - способ разделения газовой смеси, которое относится к системе диффузионного газообмена, содержащее мембрану, выполненную в виде полых, замкнутых тел с полупроницаемыми стенками. Сжатую до высокого давления газовую смесь пропускают через пространство между мембранными элементами, благодаря чему происходят диффузия и накопление целевого продукта внутри полых, замкнутых элементов. Извлечение целевого продукта производят путем вакуумирования пространства между мембранными элементами и обратной диффузией проникшего компонента через полупроницаемую мембрану /2/.
Недостатком данной системы диффузионного газообмена является возможность вывода только одного или нескольких целевых продуктов из потока газовой смеси, проникающих через диафрагму мембранных элементов, и невозможность дополнительного отделения сопутствующих элементов из газовой смеси, проходящей сквозь мембрану.
Задача изобретения - повышение эффективности и качества разделения многокомпонентной газовой смеси, содержащей гелий с выделением целевого продукта - гелия.
Поставленная задача реализуется благодаря тому, что система разделения газовой смеси, включающая селективно-проницаемую мембрану, разделяющую область подачи многокомпонентной смеси и область выделения целевого и сопутствующих компонентов смеси, выполнена в виде слоя гранул, выполненных из материала, адсорбирующего сопутствующий и пропускающего целевой продукт, при этом гранулы заполнены полыми замкнутыми телами, стенки которых выполнены из материала, пропускающего и удерживающего (накапливающего) внутри полого тела только целевой продукт.
Способ разделения газовой смеси, содержащей гелий, включающий извлечение целевого продукта - гелия путем пропускания смеси через селективно-проницаемую мембрану и последующее выделение целевого и сопутствующего компонентов смеси. Многокомпонентную газовую смесь пропускают через слой гранул, заполненных полыми замкнутыми телами до полного насыщения полых замкнутых тел целевым продуктом, затем поток перекрывают и осуществляют процесс регенерации мембраны, при этом выделение целевого продукта из полых замкнутых тел осуществляют путем понижения давления и повышения температуры в пространстве между гранулами, а затем цикл повторяют.
Указанные признаки не выявлены в других технических решениях при изучении уровня данной области техники и, следовательно, решение является новым и имеет изобретательский уровень.
На фиг.1 изображена система разделения многокомпонентной газовой смеси. На фиг.2 - схема экспериментальной установки (Пример); на фиг.3 и 4 - графики, отражающие содержание азота и гелия при проходе смеси через колонку (Пример).
Система разделения многокомпонентной газовой смеси содержит селективно проницаемую мембрану 1, которая размещена в адсорбционной трубе 2 и разделяет ее на область подачи многокомпонентной смеси 3 и область выделения из мембраны компонентов смеси 4. Мембрана 1 выполнена в виде слоя гранул 5, заполненных полыми замкнутыми телами 6. Гранулы 5 выполнены из материала с соответствующей избирательной проницаемостью для конкретной газовой смеси, например из цеолитов, поглощающих сопутствующий продукт и пропускающих через свои стенки внутрь полых замкнутых тел 6 целевой продукт. Стенки полых замкнутых тел могут быть выполнены из материала с заданной селективностью под конкретный целевой продукт, пропускающий и удерживающий внутри тела только целевой продукт, например гелий.
Способ разделения газовой смеси осуществляется следующим образом.
Мембрану 1, селективно поглощающую полыми замкнутыми телами 6 один или несколько целевых продуктов и адсорбирующую гранулами 5 другие сопутствующие продукты, помещают между областью подачи многокомпонентной смеси 3 и областью выделения компонентов смеси 4 - адсорбционной трубе 2. Обрабатываемую многокомпонентную газовую смесь подают в область 3 и под действием перепада давления между указанными газовыми областями в трубе 2 смесь проходит через мембрану 1 в область 4. При этом целевой продукт - гелий проходит через стенки гранул 5 и полых замкнутых тел 6 и накапливается внутри полых замкнутых тел 6, а сопутствующие продукты задерживаются и накапливаются в стенках адсорбирующего материала гранул 5 мембраны 1. После заполнения полых замкнутых тел 6 целевым продуктом подачу газовой смеси прекращают и выполняют процесс извлечения разделенных продуктов из мембраны. Причем целевой продукт из полых замкнутых тел извлекают созданием обратного по отношению к внутренней полости полых замкнутых тел перепада давления, когда давление внутри полых замкнутых тел выше, чем давление в объеме, занятом гранулами, а извлечение адсорбированного сопутствующего продукта производят повышением температуры мембраны. Повышение температуры в пространстве между гранулами осуществляют пропусканием через мембрану горячего газа.
Этот процесс осуществляют последовательно. После извлечения целевых и сопутствующих продуктов из гранул на мембрану вновь подают газовую смесь и цикл повторяют.
Пример
Экспериментальная проверка разделения многофазной газовой среды на стадии поглощения и стадии вывода целевого продукта была проведена на хромотографической колонке, заполненной гранулами с замкнутыми телами диаметром 100-125 мкм с толщиной стенок 5-10 мкм (ценосферы), выполненными из стекла. На фиг.2 представлена схема экспериментальной установки, где 7 - система ввода пробы, 8 - безградиентная печь, 9 - реактор (хроматографическая колонка), 10 - система регистрации, 11 - детектор газов по теплопроводности (катарометр).
В качестве газа-носителя использовался аргон. На входе хроматографической колонки в потоке аргона формировалась область потока из смеси азота и гелия с равными парциальными давлениями с помощью системы ввода пробы 7. Эта смесь проталкивалась аргоном через колонку 9. На выходе колонки системой регистрации 10 и детектором 11 определялось относительное содержание азота и гелия.
Процесс разделения газовой смеси в колонке наглядно демонстрируют графики, представленные на фиг.3 и 4, отражающие содержание азота и гелия при проходе смеси через колонку. На фиг.3 представлены результаты экспериментов, полученных при температуре смеси Т=20°С. Кривая 12 для азота и кривая 13 - для гелия. На фиг.3 можно видеть, что относительное содержание гелия в потоке смеси на выходе колонки уменьшается в максимуме, что демонстрирует эффект удержания гелия замкнутыми телами. Увеличение относительной концентрации гелия в конце прохода демонстрирует извлечение гелия из замкнутых тел при понижении его парциального давления в колонке. Это свидетельствует о том, что часть гелия в начале проникала в замкнутые тела и удерживалась в них до момента спада парциального давления смеси азота и гелия на выходе колонки, затем гелий начинал выходить из замкнутых тел, повышая его относительное содержание в потоке. На фиг.4 приведены графики зависимости относительного содержания гелия на выходе колонки от температуры в колонке. Кривая 14 при 20°С, кривая 15 при 390°С и кривая 16 при 520°С.
Можно видеть, что повышение температуры в колонке увеличивает селективные свойства замкнутых тел при выделении целевого продукта - гелия (величина импульса в максимуме уменьшается, а в "хвосте" импульса увеличивается).
Источники информации
1. Патент RU №2161527, В 01 D 53/22, 17.01.2000.
2. А.с. SU №1159605, В 01 D 53/22, 05.07.1983 - прототип.
Claims (2)
1. Система разделения газовой смеси, содержащей гелий, включающая селективно-проницаемую мембрану, разделяющую область подачи указанной смеси и область выделения компонентов смеси, отличающаяся тем, что мембрана выполнена в виде слоя гранул, выполненных из материала, адсорбирующего сопутствующий и пропускающего целевой продукт - гелий, при этом гранулы заполнены полыми замкнутыми телами, стенки которых выполнены из материала, пропускающего и удерживающего внутри тела только целевой продукт.
2. Способ разделения газовой смеси, содержащей гелий, включающий извлечение целевого продукта - гелия путем ее пропускания через селективно-проницаемую мембрану и последующее выделение компонентов смеси, отличающийся тем, что указанную газовую смесь пропускают через слой элементов мембраны - гранул, заполненных полыми замкнутыми телами, до их полного насыщения целевым продуктом, затем поток перекрывают и осуществляют процесс регенерации мембраны, при этом выделение целевого продукта из полых замкнутых тел осуществляют путем понижения давления и повышения температуры в пространстве между гранулами, а затем цикл повторяют.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005105093/15A RU2291740C2 (ru) | 2005-02-24 | 2005-02-24 | Система и способ разделения газовой смеси |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005105093/15A RU2291740C2 (ru) | 2005-02-24 | 2005-02-24 | Система и способ разделения газовой смеси |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005105093A RU2005105093A (ru) | 2006-08-10 |
| RU2291740C2 true RU2291740C2 (ru) | 2007-01-20 |
Family
ID=37059056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005105093/15A RU2291740C2 (ru) | 2005-02-24 | 2005-02-24 | Система и способ разделения газовой смеси |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2291740C2 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2443463C1 (ru) * | 2010-12-27 | 2012-02-27 | Учреждение Российской академии наук Институт химии и химической технологии Сибирского отделения Российской академии наук (ИХХТ СО РАН) | Микросферическая газопроницаемая мембрана и способ ее получения |
| RU2486945C1 (ru) * | 2012-05-05 | 2013-07-10 | Евгений Владимирович Левин | Способ переработки природного и попутного нефтяного газа |
| RU2492914C2 (ru) * | 2012-04-03 | 2013-09-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Молекулярный фильтр для извлечения гелия из гелийсодержащих газовых смесей |
| RU2508156C2 (ru) * | 2012-05-03 | 2014-02-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоритической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) | Способ разделения многокомпонентной парогазовой смеси |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU324058A1 (ru) * | Я. Степ, А. К. Головченко , В. А. Кротов | |||
| US5507860A (en) * | 1989-11-14 | 1996-04-16 | Air Products And Chemicals, Inc. | Composite porous carbonaceous membranes |
| JP2000042342A (ja) * | 1998-07-28 | 2000-02-15 | Nitto Denko Corp | 外圧型ガス分離用複合中空糸膜及びその製造方法 |
| RU2161527C1 (ru) * | 2000-01-17 | 2001-01-10 | Институт теоретической и прикладной механики СО РАН | Способ разделения газовой смеси |
-
2005
- 2005-02-24 RU RU2005105093/15A patent/RU2291740C2/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU324058A1 (ru) * | Я. Степ, А. К. Головченко , В. А. Кротов | |||
| US5507860A (en) * | 1989-11-14 | 1996-04-16 | Air Products And Chemicals, Inc. | Composite porous carbonaceous membranes |
| JP2000042342A (ja) * | 1998-07-28 | 2000-02-15 | Nitto Denko Corp | 外圧型ガス分離用複合中空糸膜及びその製造方法 |
| RU2161527C1 (ru) * | 2000-01-17 | 2001-01-10 | Институт теоретической и прикладной механики СО РАН | Способ разделения газовой смеси |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2443463C1 (ru) * | 2010-12-27 | 2012-02-27 | Учреждение Российской академии наук Институт химии и химической технологии Сибирского отделения Российской академии наук (ИХХТ СО РАН) | Микросферическая газопроницаемая мембрана и способ ее получения |
| RU2443463C9 (ru) * | 2010-12-27 | 2014-02-10 | Учреждение Российской академии наук Институт химии и химической технологии Сибирского отделения Российской академии наук (ИХХТ СО РАН) | Микросферическая газопроницаемая мембрана и способ ее получения |
| RU2492914C2 (ru) * | 2012-04-03 | 2013-09-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Молекулярный фильтр для извлечения гелия из гелийсодержащих газовых смесей |
| RU2508156C2 (ru) * | 2012-05-03 | 2014-02-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоритической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) | Способ разделения многокомпонентной парогазовой смеси |
| RU2486945C1 (ru) * | 2012-05-05 | 2013-07-10 | Евгений Владимирович Левин | Способ переработки природного и попутного нефтяного газа |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005105093A (ru) | 2006-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2018121824A (ru) | Адсорбирующие материалы и способы адсорбции диоксида углерода | |
| Olajossy et al. | Methane separation from coal mine methane gas by vacuum pressure swing adsorption | |
| CA2543983A1 (en) | Design and operation methods for pressure swing adsorption systems | |
| JP7106275B2 (ja) | 粗バイオガスを精製する方法及びバイオガス精製システム | |
| US9073002B2 (en) | Method for separating off carbon dioxide in biogas plants | |
| KR101659760B1 (ko) | 3탑을 이용한 질소 또는 산소 제조장치 및 제조방법 | |
| WO2006076402A3 (en) | Methods and apparatus for improved control of psa flow variations | |
| CN104383784B (zh) | 从环境气体中分离提取惰性气体的系统和方法 | |
| ATE9875T1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur abscheidung gasfoermiger komponenten durch selektive adsorption. | |
| RU2015144454A (ru) | Способ очистки газа | |
| FR2727873A1 (fr) | Procede et installation de separation de composes lourds et legers par extraction par un fluide supercritique et nanofiltration | |
| US8252090B2 (en) | Process and apparatus for providing an inert gas to a large volume atmosphere | |
| RU2291740C2 (ru) | Система и способ разделения газовой смеси | |
| JP6082898B2 (ja) | 黒鉛からの炭素同位体の分離方法 | |
| CN108236829B (zh) | 从含co2原料气中分离高纯度co2的方法及装置 | |
| US20220001324A1 (en) | Installation and method for recovering gaseous substances from gas flows | |
| CN102489108A (zh) | 一种用活性炭分离纯化大气中氙的方法和装置 | |
| RU2508156C2 (ru) | Способ разделения многокомпонентной парогазовой смеси | |
| RU2010146191A (ru) | Способ удаления органических компонентов из их смеси с водой и устройство его осуществления | |
| JP3210812B2 (ja) | 水素同位体とヘリウムの分離方法及び装置 | |
| JP6093519B2 (ja) | 窒素含有炭化水素ガスからの窒素分離方法および装置 | |
| JP4087117B2 (ja) | 同位体ガス分離方法および同位体ガス分離装置 | |
| JP2001219024A (ja) | 窒素発生装置 | |
| CN115364631A (zh) | 用于从以氦气为载体的氦气和氢同位素气体的混合气体中分离纯化氢同位素气体的装置 | |
| CN201906484U (zh) | 串联式纳米纤维固相萃取柱 |