RU2625983C1 - Ejector membrane-sorption device for separation of gas mixtures - Google Patents

Ejector membrane-sorption device for separation of gas mixtures Download PDF

Info

Publication number
RU2625983C1
RU2625983C1 RU2016125958A RU2016125958A RU2625983C1 RU 2625983 C1 RU2625983 C1 RU 2625983C1 RU 2016125958 A RU2016125958 A RU 2016125958A RU 2016125958 A RU2016125958 A RU 2016125958A RU 2625983 C1 RU2625983 C1 RU 2625983C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
adsorbers
membrane
ejector
compressor
Prior art date
Application number
RU2016125958A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иван Михайлович Курчатов
Николай Иванович Лагунцов
Алексей Анатольевич Тишин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Аквасервис"
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 Открытое акционерное общество "Аквасервис" filed Critical Открытое акционерное общество "Аквасервис"
Priority to RU2016125958A priority Critical patent/RU2625983C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2625983C1 publication Critical patent/RU2625983C1/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
    • B01D53/02Separation 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 adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04Separation 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 adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0454Controlling adsorption
    • 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
    • B01D53/02Separation 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 adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04Separation 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 adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047Pressure swing adsorption

Landscapes

  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: ejector membrane-sorption device for separating gas mixtures contains a compressor to which an ejection mixer outlet is connected, at least two adsorbers filled with solid adsorbent through a gas pressure regulator and a desorption ejector inlet through a gas pressure regulator. The oulet of the ejection mixer through the gas flow regulator is connected to the first distribution valve. The adsorber inlets are connected to the first distribution valve to switch the flow of compressed gas from the compressor between the adsorbers. The outlets of the adsorbers are provided with control valves for withdrawing the gas from the adsorbers to the discharge pipeline and connected through a second distribution valve to the membrane filter, one of the withdrawal tubes is connected to the consumer and the second to the ejection mixer.
EFFECT: provide stationary operation mode for the membrane filter with continious feed and product flows and continious flow of displacement from the adsorbers to ensure the maximum separation characteristics of the device as a whole.
3 cl, 1 dwg, 2 ex

Description

Эжекторное мембранно-сорбционное устройство для разделения газовых смесей относится к технологии разделения газовых смесей мембранными и адсорбционными методами с целью получения обогащенных компонентов.An ejector membrane-sorption device for separating gas mixtures refers to the technology of separating gas mixtures by membrane and adsorption methods in order to obtain enriched components.

Изобретение относится к мембранно-адсорбционным устройствам с использованием газового эжектора для разделения газовых смесей и может быть использован для получения обогащенных компонентов в бинарных и многокомпонентных газовых смесях, в частности при производстве кислорода из атмосферного воздуха в различных областях.The invention relates to membrane adsorption devices using a gas ejector to separate gas mixtures and can be used to obtain enriched components in binary and multicomponent gas mixtures, in particular in the production of oxygen from atmospheric air in various fields.

Разделение газовых смесей производится различными физико-химическими методами, включая мембранные и адсорбционные. Адсорбционный метод разделения воздуха опирается на принцип селективного поглощения компонентов газовой смеси. Поглощение осуществляется специальными молекулярными ситами в условиях короткоцикловой адсорбции. В основе процесса лежит зависимость поглощения газа адсорбентом от давления: способность адсорбента к поглощению газа прямо пропорциональна давлению. Таким образом, адсорбция идет при повышенном давлении, а процесс десорбции осуществляется путем сброса давления. Обычно циклы сорбции и десорбции определенных газовых компонентов (например, при обогащении кислорода из воздуха - сорбция азота) чередуются, по меньшей мере, в двух параллельных адсорбционных колоннах на слоях адсорбентов.Gas mixtures are separated by various physicochemical methods, including membrane and adsorption ones. The adsorption method of air separation is based on the principle of selective absorption of the components of the gas mixture. Absorption is carried out by special molecular sieves under conditions of short-cycle adsorption. The process is based on the dependence of gas absorption by an adsorbent on pressure: the ability of an adsorbent to absorb gas is directly proportional to pressure. Thus, adsorption occurs at elevated pressure, and the desorption process is carried out by depressurization. Typically, the sorption and desorption cycles of certain gas components (for example, in the enrichment of oxygen from air - nitrogen sorption) alternate in at least two parallel adsorption columns on adsorbent beds.

Поскольку степень извлечения конечного продукта определяется как отношение количества продукта к исходному потоку питания устройства, критерием повышения степени извлечения при заданной величине обогащения продукта является так называемый относительный отбор, являющийся отношением потока продукта к потоку на входе в компрессор.Since the degree of extraction of the final product is defined as the ratio of the amount of product to the initial feed stream of the device, the criterion for increasing the degree of extraction at a given amount of product enrichment is the so-called relative selection, which is the ratio of the product stream to the stream at the compressor inlet.

Отличительной особенностью эжекторной мембранно-сорбционной установки является сочетание сорбционного блока, работающего в нестационарном режиме и мембранного работающего принципиально в стационарном режиме. Сочетание этих двух блоков возможно только при обеспечении постоянного потока с адсорберов на стадии вытеснения. В этом случае на мембранном блоке можно обеспечить постоянный поток продукта. Это условие можно выполнить только при обеспечении постоянной нагрузки на компрессор, таким образом, чтобы он работал при постоянном давлении и расходе газа.A distinctive feature of the ejector membrane-sorption installation is the combination of the sorption unit operating in non-stationary mode and the membrane operating essentially in stationary mode. The combination of these two blocks is possible only if a constant flow from the adsorbers at the stage of displacement. In this case, a constant product flow can be provided on the membrane unit. This condition can only be fulfilled if a constant load on the compressor is ensured, so that it operates at a constant pressure and gas flow.

Мембранный метод разделения воздуха основан на принципе избирательной проницаемости мембран. Принцип действия мембранных газоразделительных установок заключается в различной скорости проникания газов через полимерную мембрану под действием перепада давления на мембране.The membrane air separation method is based on the principle of selective membrane permeability. The principle of operation of membrane gas separation units consists in different rates of gas penetration through the polymer membrane under the action of a pressure drop across the membrane.

Периодичность работы компрессора приводит к циклическому нагружению давлением мембранного аппарата. Известное уменьшение механической прочности мембраны из полимерных материалов при наличии капельной влаги в сочетании с циклическим нагружением приводит к потере надежности работы аппарата, вплоть до преждевременного выхода его из строя.The frequency of the compressor leads to cyclic pressure loading of the membrane apparatus. A known decrease in the mechanical strength of a membrane made of polymeric materials in the presence of droplet moisture in combination with cyclic loading leads to a loss in the reliability of the apparatus, up to its premature failure.

Из уровня техники известен СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ И/ИЛИ ОСУШКИ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ С ПОМОЩЬЮ МЕМБРАННЫХ УСТРОЙСТВ (патент на изобретение RU №2233698, опубл. 10.08.2004, Бюл. №22). Известный способ разделения и/или осушки газовых смесей заключается в том, что поток сжатого газа подают на мембранное газоразделительное устройство в установке для разделения и/или осушки газовых смесей, в котором он разделяется на два потока, при этом осуществляют регулирование давления и/или расхода осушенного газа на выходе установки путем изменения рабочего давления в мембранном устройстве с помощью редуктора-регулятора давления, установленного перед мембранным устройством, совместно с дросселем, установленным на выходе мембранного устройства, который служит для первоначальной настройки степени отбора осушенного газа.The prior art METHOD AND INSTALLATION FOR SEPARATION AND / OR DRYING GAS MIXTURES USING MEMBRANE DEVICES (patent for invention RU No. 2233698, publ. 10.08.2004, Bull. No. 22). A known method of separation and / or drying of gas mixtures consists in the fact that a stream of compressed gas is fed to a membrane gas separation device in an apparatus for separating and / or drying gas mixtures, in which it is divided into two streams, while controlling the pressure and / or flow dried gas at the outlet of the installation by changing the operating pressure in the membrane device using a pressure reducer-regulator installed in front of the membrane device, together with a throttle installed at the outlet of the membranes th device, which is used for initial setup of the degree of dry gas selection.

В последнее время находят применение комбинированные установки, в которых используются и адсорбционные колонны, и мембранные блоки, что обеспечивает повышение энергоэффективности при заданных значениях обогащения конечного продукта газовой смеси. Так, из уровня техники известна адсорбционно-мембранная установка, описанная в патенте ЕПВ №266884. Известная установка содержит компрессор для подачи исходной газовой смеси (воздуха), две параллельно расположенные адсорбционные колонны, заполненные твердым адсорбентом, мембранный блок, установленный на выходе из адсорбционных колонн и дополнительный мембранный блок, в который подают поток газа, образующийся на стадиях сброса давления и продувки адсорберов. Несмотря на все преимущества установок такого типа, они обладают существенным недостатком - необходимо использовать компрессор на каждой ступени разделения, что априори делает процесс экономически не выгодным.Recently, combined plants have been used, in which adsorption columns and membrane blocks are used, which provides increased energy efficiency at specified enrichment values of the final product of the gas mixture. Thus, the prior art adsorption-membrane installation described in patent EPO No. 266884. The known installation comprises a compressor for supplying the initial gas mixture (air), two parallel adsorption columns filled with a solid adsorbent, a membrane unit installed at the outlet of the adsorption columns, and an additional membrane unit into which a gas stream is formed, which is formed at the stages of pressure relief and purge adsorbers. Despite all the advantages of plants of this type, they have a significant drawback - it is necessary to use a compressor at each stage of separation, which a priori makes the process economically unprofitable.

Существуют установки и с одним компрессором. Так, из уровня техники известна мембранно-адсорбционная установка (патент на полезную модель RU №95547, опубл. 10.07.2010, Бюл. №19), состоящая из комбинации мембранного и адсорбционного разделительных блоков, отличается тем, что она оснащена дополнительным мембранным блоком, установленным на первой степени разделения, вход которого соединен с патрубком отвода продукта разделения сорбционного блока. В установках такого типа рециркуляционный поток сжимается вместе с потоком питания, что также приводит к увеличению энергетических затрат.There are installations with one compressor. So, the prior art membrane adsorption installation (patent for utility model RU No. 955547, publ. 07/10/2010, Bull. No. 19), consisting of a combination of membrane and adsorption separation blocks, is characterized in that it is equipped with an additional membrane block, installed on the first degree of separation, the input of which is connected to the pipe outlet of the separation product of the sorption block. In plants of this type, the recycle stream is compressed along with the power stream, which also leads to an increase in energy costs.

Из уровня техники известна также адсорбционно-мембранная установка, описанная в патенте РФ №4223461. Известная установка также содержит компрессор для подачи исходной газовой смеси (воздуха), две параллельно расположенные адсорбционные колонны, заполненные твердым адсорбентом, и мембранный блок, установленный на выходе из адсорбционных колонн и обеспечивающий дополнительное обогащение конечного продукта. В этой установке также используется только один компрессор. Отличительной особенностью предложенной схемы является то, что остаточным потоком осуществляют продувку адсорбера, находящейся при пониженном давлении, что является малоэффективным способом повышения степени извлечения конечного продукта.The prior art also known adsorption-membrane installation described in the patent of Russian Federation No. 4223461. The known installation also contains a compressor for supplying the initial gas mixture (air), two parallel adsorption columns filled with a solid adsorbent, and a membrane unit installed at the outlet of the adsorption columns and providing additional enrichment of the final product. This unit also uses only one compressor. A distinctive feature of the proposed scheme is that the residual stream purges the adsorber under reduced pressure, which is an ineffective way to increase the degree of extraction of the final product.

Из уровня техники известно Эжекторное мембранно-сорбционное устройство для разделения газовых смесей (патент на полезную модель RU №139877, опубл. 27.04.2014, Бюл. №12), являющееся наиболее близким аналогом заявленного изобретения.The prior art ejector membrane sorption device for separating gas mixtures (utility model patent RU No. 139877, publ. 04/27/2014, Bull. No. 12), which is the closest analogue of the claimed invention.

Известное эжекторное мембранно-сорбционное устройство для разделения газовых смесей, содержит компрессор, по меньшей мере два адсорбера, заполненных адсорбентом, имеющие входные патрубки, которые через первый клапан для переключения потока газа между адсорберами подключены к выходу эжекционного смесителя, который подключен к выходу компрессора, и выходные патрубки адсорберов, которые снабжены клапанами для отвода газа из адсорберов в сбросной трубопровод и подключены через второй распределительный клапан к мембранному фильтру, патрубок которого для отвода проникшей через мембрану фракции разделяемой газовой смеси из полости низкого давления соединен с потребителем, а патрубок для отвода не проникшей через мембрану фракции газовой смеси из полости высокого давления соединен с эжекционным смесителем, Устройство обладает повышенной степенью извлечения продукта за счет использования эжекторного смешения рециркуляционного потока и потока питания на выходе компрессора, в результате которого меняется состав смеси на входах в адсорберы при малом изменении давления на выходе эжектора. На сбросном трубопроводе может быть установлен дополнительный эжекционный смеситель с ресивером, позволяющий увеличить энергоэффективность за счет снижения давления десорбции.Known ejector membrane sorption device for separating gas mixtures, contains a compressor, at least two adsorbers filled with adsorbent, having inlet nozzles that are connected through the first valve for switching the gas flow between the adsorbers to the outlet of the ejector mixer, which is connected to the compressor outlet, and outlet nozzles of adsorbers, which are equipped with valves for venting gas from the adsorbers to the waste pipe and are connected through a second distribution valve to the membrane filter, pat which is connected to the consumer to drain the fraction of the gas mixture that has penetrated through the membrane from the low pressure cavity and is connected to the ejector mixer to drain the gas mixture that has not penetrated through the membrane and is connected to the ejector mixer. The device has an increased degree of product extraction due to the use of ejector mixing recirculation flow and power flow at the compressor outlet, as a result of which the composition of the mixture at the inlets of the adsorbers changes with a small change in pressure and the outlet of the ejector. An additional ejection mixer with a receiver can be installed on the discharge pipe, which allows increasing energy efficiency by reducing the desorption pressure.

Недостатком прототипа является отсутствие активных элементов управления технологическим процессом разделения в устройстве, содержащем рециркуляционный контур, который объединяет стационарный элемент разделения (мембранный модуль или мембранный фильтр) и нестационарные элементы разделения (адсорберы, заполненные сорбентом). Без управления режимом работы компрессора и потоками в устройстве заявленный результат принципиально не может быть достигнут, поскольку режим вытеснения в адсорбционной колонне не будет стационарным (давление газа и расход резко увеличиваются), что приведет к размыванию фронта адсорбции и, как следствие, к потере разделительной работы. Кроме того, скачки давления и потока в адсорбционной колонне неизбежно приводят к нестационарному режиму работы мембранного фильтра (мембранного модуля), и, как следствие, к скачкам давления и потока в рециркуляционном контуре.The disadvantage of the prototype is the lack of active control elements of the separation process in a device containing a recirculation loop that combines a stationary separation element (membrane module or membrane filter) and non-stationary separation elements (adsorbers filled with sorbent). Without controlling the compressor operating mode and flows in the device, the declared result cannot be achieved in principle, since the displacement mode in the adsorption column will not be stationary (gas pressure and flow rate increase sharply), which will lead to erosion of the adsorption front and, as a result, to loss of separation work . In addition, pressure and flow surges in the adsorption column inevitably lead to unsteady operation of the membrane filter (membrane module), and, as a result, pressure and flow surges in the recirculation loop.

Технический результат достигается при реализации заявленного изобретения и заключается в обеспечении стационарного режима работы мембранного фильтра при постоянных потоках питания и продукта и постоянного потока вытеснения с адсорберов для обеспечения максимальных разделительных характеристик устройства в целом.The technical result is achieved by the implementation of the claimed invention and is to provide a stationary mode of operation of the membrane filter with constant power and product flows and a constant flow of displacement from adsorbers to ensure maximum separation characteristics of the device as a whole.

Эжекторное мембранно-сорбционное устройство для разделения газовых смесей, содержащее, по меньшей мере, два адсорбера, заполненных твердым адсорбентом, компрессор, выходной патрубок которого соединен с адсорберами через регулируемые клапаны и с входом в эжекционный смеситель, выход которого подключен через первый распределительный клапан к входным патрубкам адсорберов, а выходы адсорберов снабжены управляющими клапанами для отвода газа из адсорберов в сбросной трубопровод и подключены через второй распределительный клапан к мембранному фильтру, один из патрубков отвода которого соединен с потребителем, а второй с эжекционным смесителем, при этом на выходе эжекционного смесителя установлен регулятор расхода газа, на трубопроводе, соединяющем компрессор с регулируемыми клапанами установлен регулятор давления газа, а на сбросном трубопроводе установлен распределительный клапан с двумя выходами, первый выход соединен с атмосферой, второй с десорбционным эжектором, который соединен также с компрессором через регулятор давления.An ejector membrane-sorption device for separating gas mixtures, containing at least two adsorbers filled with a solid adsorbent, a compressor, the outlet pipe of which is connected to the adsorbers through adjustable valves and with an inlet to the ejector mixer, the outlet of which is connected through the first distribution valve to the inlet adsorbers nozzles, and the outputs of the adsorbers are equipped with control valves for venting gas from the adsorbers to the discharge pipe and are connected via a second distribution valve to the membrane filter, one of the outlet pipes of which is connected to the consumer, and the second to the ejector mixer, while the gas flow regulator is installed at the outlet of the ejection mixer, a gas pressure regulator is installed on the pipeline connecting the compressor to the adjustable valves, and a distribution valve with two outlets, the first outlet is connected to the atmosphere, the second to the desorption ejector, which is also connected to the compressor through a pressure regulator.

В частном случае эжекторное мембранно-сорбционное устройство для разделения газовых смесей может на выходе компрессора содержать вспомогательное оборудование для подготовки газа (очистка, осушка, нагрев).In a particular case, the ejector membrane-sorption device for separating gas mixtures may contain auxiliary equipment for gas preparation at the compressor outlet (cleaning, drying, heating).

Кроме того, эжекторное мембранно-сорбционное устройство для разделения газовых смесей на входе в мембранный фильтр на трубопроводе соединяющим адсорберы с мембранным фильтром может включать вспомогательное оборудование для усреднения состава газа на входе мембранного фильтра (например, ресивер).In addition, an ejector membrane-sorption device for separating gas mixtures at the inlet of the membrane filter on the pipeline connecting the adsorbers to the membrane filter may include auxiliary equipment for averaging the gas composition at the inlet of the membrane filter (for example, a receiver).

На фиг. 1 представлена схема заявляемого устройства.In FIG. 1 presents a diagram of the inventive device.

Устройство включает в себя компрессор 1, параллельно расположенные адсорберы 2 и 3 заполненные твердым адсорбентом. Входы адсорберов 2 и 3 подключены через трехходовой распределительный клапан 4 и через регулятор расхода газа 5 к эжекционному смесителю 6, который в свою очередь подключен к компрессору 1. Входы адсорберов 2 и 3 подключены также к управляющим клапанам 7 и 8, которые соединены с компрессором 1 через регулятор давления газа 9.The device includes a compressor 1, parallel adsorbers 2 and 3 filled with a solid adsorbent. The inputs of the adsorbers 2 and 3 are connected through a three-way control valve 4 and through the gas flow regulator 5 to the ejection mixer 6, which in turn is connected to the compressor 1. The inputs of the adsorbers 2 and 3 are also connected to the control valves 7 and 8, which are connected to the compressor 1 through the gas pressure regulator 9.

Выходы адсорберов 2 и 3 подключены через трехходовой распределительный клапан 9 и ресивер для усреднения концентрации газа 10 к мембранному фильтру 11. Мембранный фильтр 11 имеет полости высокого и низкого давления, разделенные селективным мембранным элементом, и обеспечивает как повышение концентрации целевого компонента, так и очистку газового потока от органических загрязнителей и твердых частиц, в том числе наночастиц сорбента. Патрубок отвода из полости низкого давления мембранного фильтра 11 соединен с потребителем, а патрубок отвода из полости высокого давления соединен с эжекционным смесителем 6.The outputs of the adsorbers 2 and 3 are connected through a three-way control valve 9 and a receiver for averaging the gas concentration 10 to the membrane filter 11. The membrane filter 11 has high and low pressure cavities separated by a selective membrane element and provides both an increase in the concentration of the target component and gas purification flow from organic pollutants and solid particles, including sorbent nanoparticles. The outlet pipe from the low-pressure cavity of the membrane filter 11 is connected to the consumer, and the outlet pipe from the high-pressure cavity is connected to the ejection mixer 6.

Выходы адсорберов 2 и 3 подключены через управляющие клапаны 12, 13 к распределительному клапану 14, который соединен с десорбционным эжектором 15 и сбросным трубопроводом для отвода газа, характеризующегося большей величиной адсорбции, из адсорберов 2 и 3. Десорбционный эжектор 15 соединен также с компрессором 1 через регулятор давления газа 16.The outputs of the adsorbers 2 and 3 are connected through control valves 12, 13 to the distribution valve 14, which is connected to the desorption ejector 15 and a discharge pipe for exhausting gas, characterized by a higher adsorption value, from the adsorbers 2 and 3. The desorption ejector 15 is also connected to the compressor 1 through gas pressure regulator 16.

Эжекторное мембранно-сорбционное устройство для разделения газовых смесей работает следующим образом.The ejector membrane-sorption device for separating gas mixtures works as follows.

Предполагается, что процесс разделения в ступени короткоцикловой адсорбции (КЦА) содержит следующие рабочие стадии: десорбция за счет сброса давления, заполнение адсорбера потоком с компрессора и/или потоком с выхода эжекционного смесителя, адсорбция и вытеснение продукта потоком с выхода эжекционного смесителя. Поскольку потери давления в ступени КЦА на стадии вытеснения в полости высокого давления мембранной ступени невелики, потери давления в эжекторе за счет корректного выбора его параметров тоже можно сделать достаточно малыми.It is assumed that the separation process in the stage of short-cycle adsorption (CCA) contains the following working stages: desorption due to depressurization, filling the adsorber with a stream from the compressor and / or stream from the outlet of the ejector mixer, adsorption and displacement of the product by the stream from the outlet of the ejector mixer. Since the pressure loss in the CCA stage at the stage of displacement in the high-pressure cavity of the membrane stage is small, the pressure loss in the ejector due to the correct choice of its parameters can also be made quite small.

Исходная газовая смесь (воздух) сжимается с помощью компрессора 1 и под давлением подается по трубопроводу на эжекционный смеситель 6, где происходит повышение концентрации целевого компонента за счет подмешивания потока из полости высокого давления мембранного фильтра.The source gas mixture (air) is compressed using compressor 1 and pressurized through a pipe to an ejection mixer 6, where the concentration of the target component is increased by mixing the flow from the high-pressure cavity of the membrane filter.

Сжатый воздух из компрессора 1 через регулятор давления газа 9 поступает на управляющий клапан 7 (управляющие клапаны 8 и 12 при этом закрыты) и через него поступает в адсорбер 2, заполнение адсорбера 2 проводят до давления 4-10 атм. После этого клапан 7 закрывается и сжатый и дополнительно обогащенный целевым компонентом поток воздуха, величина которого устанавливается регулятором расхода газа 5 под давлением 4÷10 атмосфер проходит через электромагнитный распределительный клапан 9, открытый в сторону адсорбера 2 и поступает на вход адсорбера 2. При прохождении воздуха через слой адсорбента более сорбируемый компонент с легкостью им поглощается, а менее сорбируемый, обладающий меньшей величиной адсорбции и соответственно поглощаемый с меньшей скоростью, проскакивает в конец слоя и поступает через открытый для него переключающийся электромагнитный распределительный клапан 9 в мембранный фильтр 11, перед которым может быть установлен ресивер для усреднения концентрации газа 10, проникший через мембранный фильтр 11 очищенный от примесей и продуктов истирания сорбентов поток, обогащенный целевым компонентом, поступает к потребителю, а не проникший через мембрану поток выходит через патрубок и подается в эжекционный смеситель 2.Compressed air from the compressor 1 through the gas pressure regulator 9 enters the control valve 7 (the control valves 8 and 12 are closed) and through it enters the adsorber 2, filling the adsorber 2 is carried out to a pressure of 4-10 atm. After that, the valve 7 closes and the compressed and additionally enriched target component air stream, the value of which is set by the gas flow regulator 5 under a pressure of 4 ÷ 10 atmospheres, passes through the electromagnetic control valve 9, open towards the adsorber 2 and enters the inlet of the adsorber 2. When air passes through the adsorbent layer, the more adsorbed component is easily absorbed by it, while the less adsorbed component, which has a lower adsorption value and, accordingly, is absorbed at a lower rate, skips t at the end of the layer and enters through a switching electromagnetic distribution valve 9 open for it into a membrane filter 11, in front of which a receiver can be installed to average the concentration of gas 10, the stream enriched in the sorbent from impurities and products of abrasion of sorbents, penetrated through the membrane filter 11, enters the consumer, and not flowing through the membrane, the stream exits through the pipe and is fed into the ejection mixer 2.

Во время заполнения адсорбера 2 в адсорбере 3 происходит сброс давления и десорбция газа из адсорбента через управляющий клапан 13 (управляющий клапан 12 в это время закрыт). Из управляющего клапана 13 газ попадает на распределительный клапан 14, с помощью которого газ направляется в атмосферу до тех пор, пока давление в адсорбере не достигнет давления 1-3 ата, после этого распределительный клапан 14 переключает поток на десорбционный эжектор 15, который работает как струйный насос, т.е. при помощи высоконапорного потока газа с компрессора 1, который подается в десорбционный эжектор 15, десорбционный эжектор откачивает газ из адсорбера 3 до давления 0,1-0,5 ата.During the filling of adsorber 2 in adsorber 3, pressure is released and gas is desorbed from the adsorbent through a control valve 13 (control valve 12 is closed at this time). From the control valve 13, gas enters the distribution valve 14, with which gas is directed into the atmosphere until the pressure in the adsorber reaches a pressure of 1-3 ata, after which the distribution valve 14 switches the flow to the desorption ejector 15, which works as a jet pump i.e. using a high-pressure gas stream from the compressor 1, which is supplied to the desorption ejector 15, the desorption ejector pumps gas from the adsorber 3 to a pressure of 0.1-0.5 atm.

Через время полуцикла адсорберы 2 и 3 обмениваются своими функциями. Такой цикл повторяется многократно. Таким образом, описанный вариант работы установки обеспечивает стабильный режим работы установки с максимальными разделительными характеристиками.After a half-cycle, adsorbers 2 and 3 exchange their functions. Such a cycle is repeated many times. Thus, the described embodiment of the installation provides a stable mode of operation of the installation with maximum separation characteristics.

Примеры реализацииImplementation examples

Пример 1Example 1

Целью является получение воздуха, обогащенного кислородом до заданной величины концентрации 50% (об.) при заданных параметрах мембранной ступени.The goal is to obtain air enriched with oxygen up to a predetermined concentration of 50% (vol.) At given parameters of the membrane stage.

К заданным параметрам мембранной ступени относятся: значение отношение давления в полости низкого к давлению в полости высокого давления; значение селективности (отношение проницаемостей компонентов) равное 7.The set parameters of the membrane stage include: the value is the ratio of the pressure in the low cavity to the pressure in the high pressure cavity; the selectivity value (the ratio of the permeability of the components) is equal to 7.

При использовании предложенного устройства обогащенный кислородом продуктовый поток поступает потребителю в количестве 0,6 м 3/час при давлении 6 атмосфер и отношении давлений в мембранной ступени равном 6/8. Давление десорбции 0,3 ата.When using the proposed device, the oxygen-rich product stream enters the consumer in an amount of 0.6 m 3 / h at a pressure of 6 atmospheres and a pressure ratio in the membrane stage of 6/8. Desorption pressure 0.3 at.

Постоянный поток на выходе компрессора ТА-100K Durr Technik равен 3,6 м3/час при давлении 8 ата. Поток вытеснения на выходе из адсорбера составляет 1,5 м3/час. При значении отношения давления в полости низкого к давлению в полости высокого давления равном 6/8 и селективности равной 6,3 продуктовый поток величиной 0,975 м3/час поступает потребителю при давлении 6 ата. При этом относительный отбор продуктового кислорода составляет 0,27. Остальной поток с выхода компрессора направляется на заполнение адсорберов и на десорбционный эжектор. Концентрация кислорода в потоке продукта равна 50%. Данный режим при отсутствии новых признаков изобретения принципиально невозможно реализовать. Концентрация кислорода в потоке продукта равна 50%.The constant flow at the outlet of the TA-100K Durr Technik compressor is 3.6 m3 / h at a pressure of 8 atm. The displacement flow at the outlet of the adsorber is 1.5 m3 / h. When the ratio of the pressure in the low-pressure cavity to the pressure in the high-pressure cavity is 6/8 and the selectivity is 6.3, a product stream of 0.975 m3 / h is supplied to the consumer at a pressure of 6 atm. Moreover, the relative selection of product oxygen is 0.27. The remaining flow from the compressor outlet is directed to the filling of the adsorbers and to the desorption ejector. The oxygen concentration in the product stream is 50%. This mode in the absence of new features of the invention is fundamentally impossible to implement. The oxygen concentration in the product stream is 50%.

Пример 2Example 2

При использовании предложенного устройства с параметрами примера 1 при снижении давления десорбции до 0,1 атм. за счет эжектора, продуваемого потоком с компрессора, можно получать продуктовый поток чистотой продукта до 65%. При этом стационарный режим работы по потоку, поступающему на вход мембранного фильтра и потока продукта сохраняется. В примерах в качестве мембранного фильтра использован мембранный модуль фирмы AirLiquide. В качестве сорбента использован цеолит HF-5120 (Hong Kong Chemical Corp.) В качестве компрессора использован компрессор фирмы DurrTechnik модель ТА-100K Durr Technik.When using the proposed device with the parameters of example 1 while reducing the desorption pressure to 0.1 atm. Due to the ejector blown by the stream from the compressor, it is possible to obtain a product stream with a product purity of up to 65%. In this case, the stationary mode of operation of the stream entering the membrane filter and product stream is maintained. In the examples, an AirLiquide membrane module was used as a membrane filter. Zeolite HF-5120 (Hong Kong Chemical Corp.) was used as a sorbent. A DurrTechnik compressor model TA-100K Durr Technik was used as a compressor.

Claims (3)

1. Эжекторное мембранно-сорбционное устройство для разделения газовых смесей, содержащее, по меньшей мере, два адсорбера, заполненных твердым адсорбентом, компрессор, выходной патрубок которого соединен с адсорберами через регулируемые клапаны и с входом в эжекционный смеситель, выход которого подключен через первый распределительный клапан к входным патрубкам адсорберов, а выходы адсорберов снабжены управляющими клапанами для отвода газа из адсорберов в сбросной трубопровод и подключены через второй распределительный клапан к мембранному фильтру, один из патрубков отвода которого соединен с потребителем, а второй с эжекционным смесителем, отличающееся тем, что на выходе эжекционного смесителя установлен регулятор расхода газа, на трубопроводе, соединяющем компрессор с регулируемыми клапанами, установлен регулятор давления газа, а на сбросном трубопроводе установлен распределительный клапан с двумя выходами, первый выход соединен с атмосферой, второй с десорбционным эжектором, который соединен также с компрессором через регулятор давления.1. An ejector membrane-sorption device for separating gas mixtures, containing at least two adsorbers filled with a solid adsorbent, a compressor, the outlet pipe of which is connected to the adsorbers through adjustable valves and with an inlet to the ejector mixer, the outlet of which is connected through the first distribution valve to the inlet nozzles of the adsorbers, and the outputs of the adsorbers are equipped with control valves for venting gas from the adsorbers to the waste pipe and are connected through the second distribution valve to the membranes one filter, one of the branch pipes of the outlet which is connected to the consumer, and the second to the ejector mixer, characterized in that a gas flow regulator is installed at the outlet of the ejector mixer, a gas pressure regulator is installed on the pipeline connecting the compressor with adjustable valves, and is installed on the discharge pipe control valve with two outlets, the first outlet is connected to the atmosphere, the second to the desorption ejector, which is also connected to the compressor through a pressure regulator. 2. Эжекторное мембранно-сорбционное устройство для разделения газовых смесей по п. 1, отличающееся тем, что на выходе компрессора установлено вспомогательное оборудование для подготовки газа (очистка, осушка, нагрев).2. An ejector membrane-sorption device for separating gas mixtures according to claim 1, characterized in that at the compressor output auxiliary equipment for gas treatment is installed (cleaning, drying, heating). 3. Эжекторное мембранно-сорбционное устройство для разделения газовых смесей по п. 2, отличающееся тем, что на входе в мембранный фильтр на трубопроводе, соединяющем адсорберы с мембранным фильтром, установлено вспомогательное оборудование для усреднения состава газа на входе мембранного фильтра.3. The ejector membrane-sorption device for separating gas mixtures according to claim 2, characterized in that at the inlet of the membrane filter on the pipeline connecting the adsorbers to the membrane filter, auxiliary equipment is installed to average the gas composition at the inlet of the membrane filter.
RU2016125958A 2016-06-29 2016-06-29 Ejector membrane-sorption device for separation of gas mixtures RU2625983C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016125958A RU2625983C1 (en) 2016-06-29 2016-06-29 Ejector membrane-sorption device for separation of gas mixtures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016125958A RU2625983C1 (en) 2016-06-29 2016-06-29 Ejector membrane-sorption device for separation of gas mixtures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2625983C1 true RU2625983C1 (en) 2017-07-20

Family

ID=59495542

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016125958A RU2625983C1 (en) 2016-06-29 2016-06-29 Ejector membrane-sorption device for separation of gas mixtures

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2625983C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU188323U1 (en) * 2018-11-26 2019-04-08 Публичное акционерное общество "Аквасервис" Indoor respiratory atmosphere control device
RU2713359C1 (en) * 2018-06-04 2020-02-04 Публичное акционерное общество "Аквасервис" Double-circuit membrane-adsorption unit for compressed gas drying
RU196293U1 (en) * 2019-10-16 2020-02-25 Алексей Анатольевич Тишин PORTABLE MEMBRANE-ADSORBONIC OXYGEN CONCENTRATOR
CN115193128A (en) * 2022-07-11 2022-10-18 西部宝德科技股份有限公司 System and method for purifying oil-containing sludge by pyrolysis and stripping

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110123878A1 (en) * 2009-11-24 2011-05-26 Juzer Jangbarwala Dual Purpose Gas Purification by Using Pressure Swing Adsorption Columns for Chromatographic Gas Separation
RU122907U1 (en) * 2012-07-12 2012-12-20 Открытое акционерное общество "Аквасервис" ADSORPTION-MEMBRANE INSTALLATION FOR SEPARATION OF GAS MIXTURES
RU2509595C1 (en) * 2012-09-04 2014-03-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method of membrane-adsorption concentration of hydrogen from lean gas mixes (versions)
RU139877U1 (en) * 2013-09-27 2014-04-27 Открытое акционерное общество "Аквасервис" EJECTOR MEMBRANE-SORPTION DEVICE FOR SEPARATION OF GAS MIXTURES

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110123878A1 (en) * 2009-11-24 2011-05-26 Juzer Jangbarwala Dual Purpose Gas Purification by Using Pressure Swing Adsorption Columns for Chromatographic Gas Separation
RU122907U1 (en) * 2012-07-12 2012-12-20 Открытое акционерное общество "Аквасервис" ADSORPTION-MEMBRANE INSTALLATION FOR SEPARATION OF GAS MIXTURES
RU2509595C1 (en) * 2012-09-04 2014-03-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method of membrane-adsorption concentration of hydrogen from lean gas mixes (versions)
RU139877U1 (en) * 2013-09-27 2014-04-27 Открытое акционерное общество "Аквасервис" EJECTOR MEMBRANE-SORPTION DEVICE FOR SEPARATION OF GAS MIXTURES

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2713359C1 (en) * 2018-06-04 2020-02-04 Публичное акционерное общество "Аквасервис" Double-circuit membrane-adsorption unit for compressed gas drying
RU188323U1 (en) * 2018-11-26 2019-04-08 Публичное акционерное общество "Аквасервис" Indoor respiratory atmosphere control device
RU196293U1 (en) * 2019-10-16 2020-02-25 Алексей Анатольевич Тишин PORTABLE MEMBRANE-ADSORBONIC OXYGEN CONCENTRATOR
CN115193128A (en) * 2022-07-11 2022-10-18 西部宝德科技股份有限公司 System and method for purifying oil-containing sludge by pyrolysis and stripping
CN115193128B (en) * 2022-07-11 2023-12-29 西部宝德科技股份有限公司 System and method for purifying pyrolysis stripping oil of oily sludge

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2625983C1 (en) Ejector membrane-sorption device for separation of gas mixtures
US4867766A (en) Oxygen enriched air system
RU2754881C1 (en) Pressure equalization system for cleaning during air separation and control method
TWI680791B (en) Purification method and purification system for helium gas
JPH02290219A (en) Separation of gas mixture
RU101646U1 (en) PLANT FOR PRODUCING OXYGEN FROM ATMOSPHERIC AIR
RU139877U1 (en) EJECTOR MEMBRANE-SORPTION DEVICE FOR SEPARATION OF GAS MIXTURES
CN105939960B (en) The purification process and purification system of helium
Tishin et al. Study of Separation Characteristics of a Hybrid Membrane–Sorption System
CN1287885C (en) Method for treating a gas by adsorption and corresponding installation
RU2607735C1 (en) Separation of multicomponent gas mixtures by short-cycle unheated adsorption with three-stage extraction of target gas of high purity
RU122907U1 (en) ADSORPTION-MEMBRANE INSTALLATION FOR SEPARATION OF GAS MIXTURES
RU196293U1 (en) PORTABLE MEMBRANE-ADSORBONIC OXYGEN CONCENTRATOR
CN102976291A (en) Variable pressure adsorption nitrogen production equipment and method thereof
RU173673U1 (en) THREE-SADBORNE EJECTOR MEMBRANE-SORPTION INSTALLATION
RU2597600C1 (en) Separation of gas mixes by short-cycle unheated adsorption using three adsorption columns
RU101645U1 (en) PLANT FOR PRODUCING NITROGEN FROM OXYGEN-CONTAINING MIXTURES
USRE34434E (en) Oxygen enriched air system
RU2443461C1 (en) Adsorption-membrane method of gas mix separation
RU2140806C1 (en) Plant for obtaining oxygen from atmospheric air
RU95547U1 (en) HYBRID AIR SEPARATION INSTALLATION
CN1554466A (en) Variable pressure adsorptive oxygen making device suitable for high altitude area
CN111921332B (en) Adsorption device and adsorption method
RU2760134C1 (en) Method for obtaining oxygen from air
RU95546U1 (en) GAS SEPARATION COMPLEX

Legal Events

Date Code Title Description
RH4A Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation

Effective date: 20191011