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
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 |
-
2005
- 2005-02-24 RU RU2005105093/15A patent/RU2291740C2/ru active
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 | |
| CA2543983A1 (en) | Design and operation methods for pressure swing adsorption systems | |
| RU2291740C2 (ru) | Система и способ разделения газовой смеси | |
| US9073002B2 (en) | Method for separating off carbon dioxide in biogas plants | |
| 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 | |
| FR2727873A1 (fr) | Procede et installation de separation de composes lourds et legers par extraction par un fluide supercritique et nanofiltration | |
| CN104383784B (zh) | 从环境气体中分离提取惰性气体的系统和方法 | |
| RU2015144454A (ru) | Способ очистки газа | |
| US8252090B2 (en) | Process and apparatus for providing an inert gas to a large volume atmosphere | |
| CN107930400A (zh) | 一种氢氦分离与氢同位素浓缩耦合系统及方法 | |
| JP2008296089A (ja) | 水素同位体の分離・濃縮方法 | |
| CN108236829B (zh) | 从含co2原料气中分离高纯度co2的方法及装置 | |
| RU2508156C2 (ru) | Способ разделения многокомпонентной парогазовой смеси | |
| US20220001324A1 (en) | Installation and method for recovering gaseous substances from gas flows | |
| RU2010146191A (ru) | Способ удаления органических компонентов из их смеси с водой и устройство его осуществления | |
| JP6082898B2 (ja) | 黒鉛からの炭素同位体の分離方法 | |
| 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 | |
| RU2525423C1 (ru) | Способ очистки газов от паров тритированной воды | |
| CZ2007588A3 (cs) | Zpusob separace vodíku z plynných smesí | |
| Devi et al. | Application of Computational Fluid Dynamics for the Simulation of Cryogenic Molecular Sieve Bed Adsorber of Hydrogen Isotopes Recovery System for Indian LLCB-TBM | |
| RU78690U1 (ru) | Вихревое устройство для выделения водорода | |
| Yamanishi et al. | Interlinked test results for fusion fuel processing and blanket tritium recovery systems using cryogenic molecular sieve bed | |
| RU186241U1 (ru) | Контактное устройство для изотопного обмена газа с водой | |
| JPH08108046A (ja) | 水素同位体とヘリウムの分離方法及び装置 |