UA121224C2 - Комбінований мембранний спосіб з адсорбцією з коливанням тиску для відновлення гелію - Google Patents

Комбінований мембранний спосіб з адсорбцією з коливанням тиску для відновлення гелію Download PDF

Info

Publication number
UA121224C2
UA121224C2 UAA201704922A UAA201704922A UA121224C2 UA 121224 C2 UA121224 C2 UA 121224C2 UA A201704922 A UAA201704922 A UA A201704922A UA A201704922 A UAA201704922 A UA A201704922A UA 121224 C2 UA121224 C2 UA 121224C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
helium
membrane
process gas
stage
membrane separation
Prior art date
Application number
UAA201704922A
Other languages
English (en)
Inventor
Крістіан Фосс
Кристиан ФОСС
Акос ТОТА
Мартін Бауер
Мартин БАУЕР
Франк Єнневайн
Франк ЕННЕВАЙН
Original Assignee
Лінде Акціенґезельшафт
Линде Акциенгезельшафт
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 Лінде Акціенґезельшафт, Линде Акциенгезельшафт filed Critical Лінде Акціенґезельшафт
Publication of UA121224C2 publication Critical patent/UA121224C2/uk

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B23/00—Noble gases; Compounds thereof
    • C01B23/001—Purification or separation processes of noble gases
    • C01B23/0036—Physical processing only
    • C01B23/0042—Physical processing only by making use of membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation 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
    • B01D53/02—Separation 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
    • B01D53/04—Separation 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
    • B01D53/047—Pressure swing adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation 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
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/225—Multiple stage diffusion
    • B01D53/226—Multiple stage diffusion in serial connexion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation 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
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/229—Integrated processes (Diffusion and at least one other process, e.g. adsorption, absorption)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B23/00—Noble gases; Compounds thereof
    • C01B23/001—Purification or separation processes of noble gases
    • C01B23/0094—Combined chemical and physical processing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/18—Noble gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/10—Single element gases other than halogens
    • B01D2257/108—Hydrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/20—Halogens or halogen compounds
    • B01D2257/204—Inorganic halogen compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/20—Halogens or halogen compounds
    • B01D2257/206—Organic halogen compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/30—Sulfur compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/40—Nitrogen compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/55—Compounds of silicon, phosphorus, germanium or arsenic
    • B01D2257/553—Compounds comprising hydrogen, e.g. silanes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0216—Other waste gases from CVD treatment or semi-conductor manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40001—Methods relating to additional, e.g. intermediate, treatment of process gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D51/00—Auxiliary pretreatment of gases or vapours to be cleaned
    • B01D51/10—Conditioning the gas to be cleaned
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0001—Separation or purification processing
    • C01B2210/0009—Physical processing
    • C01B2210/001—Physical processing by making use of membranes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0029—Obtaining noble gases
    • C01B2210/0031—Helium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043—Impurity removed
    • C01B2210/0051—Carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043—Impurity removed
    • C01B2210/0053—Hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043—Impurity removed
    • C01B2210/0068—Organic compounds
    • C01B2210/007—Hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043—Impurity removed
    • C01B2210/0076—Nitrogen halides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043—Impurity removed
    • C01B2210/0093—Metals or metal compounds
    • C01B2210/0096—Metal hydrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043—Impurity removed
    • C01B2210/0098—Other impurities
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)

Abstract

Винахід стосується способу отримання гелію з технологічного газу, який полягає в: подачі гелійвмісного технологічного газу під тиском, меншим ніж 15 бар, на першу стадію (2) мембранного розділення, що має першу мембрану (4), з кращою проникністю для гелію, ніж щонайменше для ще одного компонента, присутнього в технологічному газі; спрямуванні першого потоку ретентату на другу стадію (3) мембранного розділення, що має другу мембрану (5), з кращою проникністю для гелію, ніж щонайменше для ще одного компонента, присутнього в технологічному газі; відділенні гелію від першого гелійвмісного потоку пермеату з допомогою адсорбції з коливанням тиску для отримання потоку гелійвмісного продукту; та рециркуляції другого гелійвмісного потоку пермеату на першу стадію (2) мембранного розділення і рециркуляції продувного газу з адсорбції з коливанням тиску на першу стадію (2) мембранного розділення.

Description

Винахід стосується способу відновлення гелію з технологічного газу.
Попередньо описані різні способи отримання або відновлення гелію (особливо, чистого гелію) з гелійвмісного газу, або збагачення вмісту гелію. Наприклад, патент ЕР 1427508 А1 розкриває комбінований мембранно-адсорбційний метод відновлення гелію. В цьому випадку,
Б застосований гелій (особливо, чистий гелій), забруднюється при застосуванні. Забруднений гелій згодом піддають адсорбційному очищенню.
Крім того, 5 5632803 А розкриває спосіб, в якому збагачений гелієм потік пермеату отримують з технологічного газу при підвищеному тиску на першому етапі з допомогою стадії мембранного розділення. За час першої адсорбції з коливанням тиску потік пермеату згодом збагачують до приблизно 50 95 за об'ємом гелію. Друга адсорбція з коливанням тиску потім застосовується для отримання гелієвого продукту, що має чистоту більш ніж 95 95 за об'ємом від цього збагаченого потоку.
Також відомі способи, в яких здійснені чисто адсорбційні або криогенні підходи. Це часто способи, які призначаються лише для концентрації гелію.
Гелій має велике значення для багатьох застосувань, але, як правило, доступний тільки в розведеному вигляді, наприклад, в природному газі або продувних газах від різних способів виробництва. Оскільки гелій є кінцевою сировиною, способи, з допомогою яких гелій може бути отриманий або відновлений, набувають дедалі більшого економічного значення. Тому необхідно знайти спосіб, з допомогою якого гелій може бути отриманий / відновлений з високим ступенем чистоти, але одночасно з високим виходом.
Виходячи з цього, розглянута у винаході проблема, полягає в створенні процесу, в якому гелій може бути отриманий з високим ступенем чистоти, переважно, з одночасно високим виходом. Особливості винаходу є очевидними з незалежного пункту формули винаходу, для якого кращі варіанти вказані в залежних пунктах формули винаходу і описані нижче.
Особливості винаходу з формули винаходу можуть бути об'єднані в будь-який технічно здійснений спосіб, для чого також можливо послатися на роз'яснення з наведеного нижче опису та особливостей винаходу з креслень, що містять додаткові варіанти даного винаходу.
Розглянута у винаході проблема вирішується таким чином, що викладено спосіб отримання гелію з гелійвмісного технологічного газу, який, особливо, здійснюється з застосуванням відповідної до винаходу установки, і який щонайменше містить наступні етапи: а. подача гелійвмісного технологічного газу, в якому тиск менш ніж 15 бар, переважно, менше ніж 10 бар, для стиснення, де технологічний газ стискається компресором до введення в першу стадію мембранного розділення. Більш конкретно, в установці не передбачається додатковий компресор; б. подача технологічного газу, який виходить після стиснення, до блоку попереднього очищення, в якому видаляються сторонні компоненти, такі як 5Е6 або МЕЗ, гідрид металу; в. спрямування технологічного газу, видаленого з важких компонентів, до першої стадії мембранного розділення з першою мембраною, яка має кращу проникність для гелію, ніж щонайменше для одного додаткового компоненту, присутньому в технологічному газі (наприклад, азоту, СО», Аг, Ог, метану, дивись також вище), виробляючи перший потік ретентату та перший потік пермеату, зі збідненим гелієм в першому потоці ретентату та збагаченим в першому потоці пермеату; г. спрямування першого потоку ретентату в тому числі компонентів, затриманих першою мембраною, до другої стадії мембранного розділення з другою мембраною, яка має кращу проникність для гелію, ніж щонайменше для одного додаткового компоненту, присутньому в технологічному газі (наприклад, азоту та/(або метану, див. вище), виробляючи другий потік ретентату і другий потік пермеату, зі збідненим гелієм у другому потоці ретентату і збагаченим в другому потоці пермеату; д. видалення гелію з першого гелійвмісного потоку пермеату, що містить компоненти, які пройшли крізь першу мембрану з допомогою адсорбції з коливанням тиску, для створення потоку гелійвмісного продукту, особливо, з високим вмістом гелію; та е. рециркуляції другого гелійвмісного потоку пермеату, що містить компоненти, які Пройшли крізь другу мембрану до першої стадії мембранного розділення, і рециркуляції продувного газу від її адсорбції з коливанням тиску до першої стадії мембранного розділення, продувний газ, зокрема, застосований заздалегідь для продування адсорбера, який застосований в адсорбції з коливанням тиску.
Дві стадії мембранного розділення можуть, звичайно, також здійснюватися з допомогою продувного газу. Для цього, наприклад, можливо створити один впускний отвір для продувного газу на кожному боці пермеату.
Щонайменше, одна мембрана конкретної стадії мембранного розділення, має кращу, тобто більш високу проникність для гелію ніж щонайменше для будь-якого іншого компонента, присутнього в потоці технологічного газу. Переважно, проникність конкретної мембрани є найвищою для гелію і нижче для всіх інших компонентів технологічного газу. Таким іншим компонентом або відповідною молекулою газу може бути, зокрема, азот (М2), діоксид вуглецю (СО»), аргон (Аг), кисень (О2) або метан (СНа). Гелій, відповідно, накопичується в конкретному потоці пермеату, в той час, як вичерпується в конкретному потоці ретентату.
У кращому варіанті здійснення, технологічний газ також проходить крізь блок попереднього очищення, який призначений для видалення компонентів, шкідливих для подальшої обробки технологічного газу. Блок попереднього очищення створений на виході від компресора і на вході до першої стадії мембранного розділення. Блок попереднього очищення, переважно, має щонайменше один з наступних функціональних блоків: - блок температурної адсорбції з коливанням тиску, - реактор для проведення реакції видалення шкідливих компонентів (у) з технологічного газу (наприклад, блок нерегенерованої адсорбції або хемосорбції (так званий захисний шар)).
Однак, в принципі, також можливо застосування каталізатора для перетворення мікрокомпонентів (наприклад окиснення Не, 5іН»е, вуглеводні).
Блок попереднього очищення, переважно, встановлюється для видалення щонайменше одного з наступних шкідливих компонентів: Не, вуглеводні, НгО, СО», аміаку, сполуки сірки, фтористих газів (5Ев, МЕз), силанів, фосфінів / арсинів, галогеновані вуглеводні (СЕ»х, і т. д.), гідриди металів і т. п., які застосовуються, наприклад, в хімічному парофазному осадженні та альтернативних методів.
Для адсорбційного видалення домішок, один або більше нерегенерованих адсорбентів (так звані захисні шари) застосовуються як блок попереднього очищення на вході до першої стадії мембранного розділення. В якості альтернативи, можливо застосувати температурну адсорбцію з коливанням тиску (ТА) щонайменше двох адсорберів. У цьому випадку технологічний потік спочатку спрямовується в перший адсорбер, де здійснюється адсорбція шкідливих компонентів.
Інші адсорбери відновлюються або знаходяться в режимі очікування. Газ з першого адсорбера, щоб досягти високої експлуатації шару з одночасно високим ступенем очищення, може бути спрямований до вихідного адсорбера, який не буде відновлюватися, в захисному шарі.
Розташування в блоці попереднього очищення (особливо, Т5А та/або захисного шару) на вході до стадії мембранного розділення захищає мембрани від домішок.
У методі відповідно даному винаходу, застосовуються, переважно, дві й саме дві стадії мембранного розділення, і в цьому випадку, переважно, тільки перша стадія мембранного розділення створена як попередня стадія для блоку адсорбції з коливанням тиску для обробки газового продукту, тобто (чистого) гелію з гелійвмісного газу, що постачається. Друга стадія мембранного розділення, навпаки, переважно, постачає газ пермеату для рециркуляції до першої стадії мембранного розділення.
Перший трубопровід потоку ретентату, розташований між першою стадією мембранного розділення та другою стадією мембранного розділення, таким чином, поєднує перший випускний отвір ретентату з першої стадії мембранного розділення з другим вхідним отвором газоподібного продукту з другої стадії мембранного розділення.
Перший трубопровід потоку пермеату, розташований між першою стадією мембранного розділення і блоком адсорбції з коливанням тиску, з'єднує перший випускний отвір потоку пермеату з першої стадії мембранного розділення з третім вхідним отвором газового продукту з блоку адсорбції з коливанням тиску. Блок адсорбції з коливанням тиску в цьому випадку, особливо, має щонайменше два адсорбера, таким чином, що один адсорбер завжди може бути в адсорбційній експлуатації, в той час як інший адсорбер може відновлюватися, з цією метою тиск в адсорбері знижується, й адсорбер продувають продувним газом. Таким чином, можливо запустити процес адсорбції безперервно. Інші режими роботи також можливі.
Щонайменше, один перший зворотний трубопровід, розташований між другим випускним отвором потоку пермеату з другої стадії мембранного розділення та подавальний трубопровід, крізь який може бути рециркульований (другий) потік пермеату з другої стадії мембранного розділення в подавальний трубопровід або на першу стадію мембранного розділення. В цьому випадку, другий потік пермеату, таким чином, подають до технологічного потоку, і тому вміст гелію з технологічного потоку до першої стадії мембранного розділення відповідно збільшується. Другий зворотний трубопровід розташований між випускним отвором продувного газу та подавальним трубопроводом, або першим зворотним трубопроводом, крізь який продувний газ може подаватися до технологічного газу. Це особливо підвищує видобуток, 60 оскільки гелій потрапляє у залишковий газ в процесі регенерації адсорберів, і це було би втрачено без рециркуляції. Другий випускний отвір потоку ретентату видаляє частину газу, який не пройшов крізь щонайменше одну другу мембрану, тобто, в кінцевому рахунку залишився на другому боці ретентату, як відхідний газ. Ця фракція має дуже низький вміст гелію, переважно менше 0,1 95 за об'ємом гелію.
На першій стадії мембранного розділення потік пермеату, переважно, має вміст гелію 20 95 за об'ємом або більш. Адсорбція з коливанням тиску згодом створює можливість вмісту гелію більш ніж 9595 за об'ємом, переважно, більш ніж 9995 за об'ємом. Мембранні матеріали, застосовані для мембран першої та другої стадій мембранного розділення, переважно, поліаміди (РІ), полісульфони (РЕ) або поліараміди (РА). Температури в двох стадіях мембранного розділення, та при безнагрівній адсорбції з коливанням температури знаходиться, переважно, в межах діапазону від 0" С до 120" С, переважно в межах діапазону від 207 С до 60"
С. На вході потоків до двох стадій мембранного розділення або при адсорбції з коливанням температури, переважно, мають тиск від 10 бар до 80 бар, переважно від 15 бар до 60 бар.
Вхідний потік до адсорбції з коливанням тиску, переважно, має тиск в діапазоні від 5 бар до 20 бар. Вихідний тиск, переважно, від 0 бар до З бар нижче в кожному випадку порівняно з відповідним вхідним тиском.
Завдяки видаленню більшості гелію з потоку ретентату на першій стадії мембранного розділення, як з потоку пермеату на другій стадії мембранного розділення, досягається високий вихід, тобто потік ретентату, що має дуже низький вміст гелію, виводиться з процесу. Процес, переважно, призначений для вилучення гелію з технологічних газів або з потоків скидного газу при атмосферному тиску, або при незначному підвищенні тиску, переважно, до 15 бар. Це, особливо, прийнятно для вилучення гелію з потоків скидних газів від виробничих процесів, особливо, в електронній промисловості, та напівпровідниковій промисловості.
Рециркулюючий потік з другої стадії мембранного розділення (другий потік пермеату) та рециркулюючий потік з блоку адсорбції з коливанням тиску (продувний газ), переважно, вводять у подавальний трубопровід до першої стадії мембранного розділення на вхід до компресора.
Процес, запропонований тут, переважно, прийнятний для здійснення в установці відповідно винаходу, або установці відновлення гелію відповідно наведеного вище опису. Характерною особливістю цього процесу є те, що другий потік пермеату з другої мембрани, а також потік
Зо продувного газу з адсорбції з коливанням тиску можуть повертатися до першої стадії мембранного розділення.
В цьому випадку, перша стадія мембранного розділення, переважно, створює перший потік пермеату з вмістом гелію 25 95 за об'ємом або більше. На виході газового продукту з адсорбції з коливанням тиску отримують газовий продукт або гелій чистотою 95 95 за об'ємом або більш, переважно, 99 95 за об'ємом або більш. Крім того, другий потік ретентату, особливо, скидають або відправляють для подальшого застосування (дивись нижче).
В іншому кращому варіанті втілення способу, технологічний газ (особливо, виключно) стиснений на вході до першої стадії мембранного розділення (переважно, до тиску в інтервалі 15 бар(а» до 60 бар(а)). У такий спосіб, можливо, особливо, здійснити тільки одне (необов'язково багатостадійне) стиснення технологічного газу за способом, відповідним даному винаходу. В результаті, капітальні та експлуатаційні витрати для цього способу, відповідно, порівняно низькі.
В іншому кращому варіанті втілення способу, на вході до першої стадії мембранного розділення, і особливо, після згаданого стиснення, технологічний газ звільняється від будь-яких шкідливих компонентів, переважно за рахунок температурної адсорбції з коливанням тиску та/або іншої реакції (наприклад, в адсорбері та/або реакторі).
В іншому кращому варіанті втілення способу згідно винаходу, технологічний газ, з якого повинен бути відновлений гелій є технологічним скидним газом процесу виробництва виготовлення електронного елемента, та/або напівпровідникового елементу, особливо з видаленням щонайменше одного з наступних компонентів технологічного газу у зазначеному попередньому очищенні: Не, вуглеводні, НгО, СО», сірчасті сполуки, сілани, фосфіни / арсин, галогеновані вуглеводні, що містять фтористі гази (5Е6, МЕЗ), гідриди металів і т. д.
В іншому кращому варіанті втілення способу відповідно винаходу, другий потік ретентату з компонентами, що утримані другою мембраною, застосовується для відновлення одного (або більше) адсорбера (ів), що застосовується при адсорбції з коливанням температури (дивись вище).
Крім того, другий потік ретентату, який не пройшов крізь другу мембрану може бути збільшений для виконання робіт, особливо, при виробництві електричної енергії.
Що стосується рециркуляції другого потоку пермеату до першої стадії мембранного бо розділення та рециркуляції продувного газу до першої стадії мембранного розділення - не має потреби для рециркуляції повністю кожного потоку. Також, можливо рециркулювати тільки частину потоку в кожному випадку до першої стадії мембранного розділення.
Винахід, описаний вище, пояснюється далі більш детально, щодо технічного обгрунтування питання, з посиланнями на прикладені креслення, на яких зображені кращі варіанти. На схемі зображено:
Фіг. 1: спосіб, відповідний винаходу, для відділення гелію з технологічного газу та установка відділення гелію, відповідна винаходу.
На фіг. 1 зображена установка 1, відповідна даному винаходу. Якщо технологічний газ є скидним газом процесу виробництва або виробничої лінії 25, зокрема для виробництва електронних елементів та/або напівпровідникових елементів, установку також розглядають, як установку 24 для відновлення гелію, яка може містити виробничий процес, або виробничу лінію 25.
Технологічний газ/відхідний газ подають у компресор 22 крізь подавальний трубопровід 20 й стискають в ньому та, при необхідності, попередньо очищений після компресора 22, особливо, з допомогою температурної адсорбції з коливанням тиску 23. Після цього, при необхідності, попередньо очищений технологічний газ подають крізь перший впускний отвір 8 технологічного газу до першої стадії 2 мембранного розділення, зокрема, на першій бік ретентату 6. Фракція технологічного газу, що має високий вміст гелію, який може проходити крізь першу мембрану 4 надходить на першій бік пермеату 12 і виходить як перший потік пермеату крізь перший випускний отвір 14 потоку пермеату, та подається в блок 16 адсорбції з коливанням тиску крізь перший трубопровід 27 потоку пермеату.
Частина технологічного газу, який не проходить крізь першу мембрану 4 в першій стадії 2 мембранного розділення, тобто, в кінцевому рахунку, затримана мембраною 4, залишається на першому боці ретентату б та випускається в якості першого потоку ретентату крізь перший випускний отвір 10 потоку ретентату. З допомогою першого трубопроводу 26 потоку ретентату, перший потік ретентату потім вводять крізь другий впускний отвір 9 технологічного газу до другої стадії З мембранного розділення, а саме на другий бік ретентату 7. Технологічний газ, який проходить крізь другу мембрану 5 надходить на другий бік пермеату 13 і проходить крізь другий впускний отвір 15 пермеату в якості другого потоку пермеату в першому зворотному
Зо трубопроводі 28, крізь який другий потік пермеату подається назад в подавальний трубопровід 20, або на першу стадію 2 мембранного розділення, переважно до компресора 22.
Компонент технологічного газу на другій стадії З мембранного розділення, який не проходить крізь другу мембрану 5 видаляють, як другий потік ретентату, крізь другий випускний отвір 11 потоку ретентату та перший трубопровід 30 скидних газів. Цей (з низьким вмістом гелію) відхідний газ може бути, особливо, застосований для продувки адсорберів температурної адсорбції з коливанням тиску 23.
Перший потік пермеату вводиться в блок 16 адсорбції з коливанням тиску крізь перший трубопровід 27 потоку пермеату та крізь третій впускний отвір 17 технологічного газу. Очищений газ, отриманий адсорбцією з коливанням тиску, вводять назад у подавальний трубопровід 20 або на першу стадію 2 мембранного розділення, переважно, до компресора 22, крізь випускний отвір 18 для продувки газу і крізь другий зворотний трубопровід 29, тут з допомогою першого зворотного трубопроводу 28. Перший потік пермеату, який додатково був очищений адсорбцією з коливанням тиску розподіляють крізь випускний отвір 19 для газового продукту, як газовий продукт або чистий гелій, переважно, з вмістом гелію більш ніж 95 95 за об'ємом, більш переважно, більш ніж 9995 за об'ємом, та може бути спрямований для подальшого застосування крізь трубопровід 21 газоподібного продукту. Залишковий газ від температурної адсорбції з коливанням тиску 23 видаляється крізь другий трубопровід 31 скидних газів.
Перелік довідкових позицій 7500 Першийбкренау 01010100 080 | ПершийвпускнийотвіртехнолопчноттазуДГ
8 Друнйвлуєнийотртеююлотноюту 11111111

Claims (1)

  1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
    1. Спосіб отримання гелію з гелійвмісного технологічного газу, який щонайменше полягає в: а) подачі гелійвмісного технологічного газу на стадію (22) стиснення під тиском, меншим ніж 15 бар, переважно меншим ніж 10 бар; б) подачі технологічного газу після стадії (22) стиснення до блока (23) попереднього очищення, в якому видаляють сторонні компоненти; в) спрямуванні технологічного газу, з якого видалено сторонні компоненти, на першу стадію (2) мембранного розділення, яка має першу мембрану (4), з кращою проникністю для гелію, ніж щонайменше для ще одного компонента, присутнього в технологічному газі; г) спрямуванні першого потоку ретентату, який не пройшов крізь першу мембрану (4), на другу стадію (3) мембранного розділення, яка має другу мембрану (5) з кращою проникністю для гелію, ніж щонайменше для ще одного компонента, присутнього в технологічному газі; д) відділенні гелію від першого гелійвмісного потоку пермеату, що пройшов крізь першу мембрану (4), за допомогою адсорбції з коливанням тиску для створення потоку гелійвмісного продукту; е) рециркуляції другого гелійвмісного потоку пермеату, що пройшов крізь другу мембрану (5), на першу стадію (2) мембранного розділення, та рециркуляції продувного газу після адсорбції (16) з коливанням тиску на першу стадію (2) мембранного розділення.
    2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що адсорбцію з коливанням температури або реакцію, зокрема термічне окиснення, здійснюють в блоці (23) попереднього очищення.
    3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що технологічний газ - це виробничий відхідний газ виробничого процесу (25) виготовлення електронних та/або напівпровідникових елементів, в якому сторонні компоненти мають бути видалені при зазначеному попередньому очищенні, у тому числі щонайменше один з наступних компонентів: Но, вуглеводень, Н2гО, СО», сірчасті сполуки, силан, фосфін, арсин, галогенований вуглеводень, фтористий газ, зокрема 5Ев або МЕ», гідрид металу.
    4. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що другий потік (30) ретентату, який не пройшов крізь другу мембрану (5), застосовують для відновлення адсорбера, застосованого при адсорбції (23) з коливанням температури.
    5. Спосіб за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що тиск другого потоку (30) ретентату, який не пройшов крізь другу мембрану (5), знижують для виконання робіт, особливо при виробленні електричної енергії.
    6. Спосіб за будь-яким з пп. 1-5, який відрізняється тим, що вміст гелію в першому потоці пермеату становить не менше ніж 25 95 за об'ємом, та/або тим, що вміст гелію в потоці продукту становить не менше ніж 95 95 за об'ємом, особливо не менше ніж 99 95 за об'ємом.
    7. Спосіб за будь-яким з пп. 1-6, який відрізняється тим, що гелійвмісний технологічний газ має вміст гелію більш ніж 0,1 95 за об'ємом, переважно більш ніж 0,5 95 за об'ємом. и З ч а х
    88. 35 зо " 1 і 7 у Х и і й що х і І я нентів, гу я 5 У 1 ї я ре Те Й У х х кн ідж т нААА ек ЖАКА НК А ТИ ТВК рай й кт р Й за Ж те і З ча 21 Х с шля 49 ши ше їх й, щі ше І: 5 | 7 рі Ї же я шкУ з 17 ДА й у Гонти й ки шк 18 п. 29 фіг.
UAA201704922A 2014-12-17 2015-12-07 Комбінований мембранний спосіб з адсорбцією з коливанням тиску для відновлення гелію UA121224C2 (uk)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014018883.3A DE102014018883A1 (de) 2014-12-17 2014-12-17 Kombiniertes Membran-Druckwechseladsorptions-Verfahren zur Rückgewinnung von Helium
EP15000862.1A EP3034466B1 (de) 2014-12-17 2015-03-24 Kombiniertes membran-druckwechseladsorptions- verfahren zur rückgewinnung von helium
PCT/EP2015/002464 WO2016096104A1 (de) 2014-12-17 2015-12-07 Kombiniertes membran-druckwechseladsorptions-verfahren zur rückgewinnung von helium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA121224C2 true UA121224C2 (uk) 2020-04-27

Family

ID=52780362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAA201704922A UA121224C2 (uk) 2014-12-17 2015-12-07 Комбінований мембранний спосіб з адсорбцією з коливанням тиску для відновлення гелію

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10207928B2 (uk)
EP (1) EP3034466B1 (uk)
CA (1) CA2968601C (uk)
DE (1) DE102014018883A1 (uk)
MY (1) MY182799A (uk)
PH (1) PH12017501066A1 (uk)
RU (1) RU2703218C2 (uk)
UA (1) UA121224C2 (uk)
WO (1) WO2016096104A1 (uk)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10427094B2 (en) * 2015-07-16 2019-10-01 Cameron Solutions, Inc. Process design for acid gas removal
EP3141295A1 (de) * 2015-09-10 2017-03-15 Axiom Angewandte Prozeßtechnik Ges. m.b.H. Vorrichtung und verfahren zur auftrennung eines gasgemisches mittels einer membraneinheit
EP3238808B1 (de) * 2016-04-28 2019-03-13 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und verfahrenstechnische anlage zum gewinnen von helium aus einem helium-haltigen einsatzgas
US10765995B2 (en) 2017-06-08 2020-09-08 Saudi Arabian Oil Company Helium recovery from gaseous streams
EP3498668A1 (de) * 2017-12-12 2019-06-19 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und anlage zur gewinnung von reinhelium
US10478770B2 (en) 2017-12-21 2019-11-19 Air Products And Chemicals, Inc. Separation process and apparatus for light noble gas
US10843121B2 (en) 2017-12-21 2020-11-24 Air Products And Chemicals, Inc. Separation process and apparatus for light noble gas
CA3108127A1 (en) 2018-08-17 2020-02-20 Linde Gmbh Method and arrangement for recovering a helium product from natural gas by membrane unit
WO2020079403A1 (en) * 2018-10-15 2020-04-23 Membrane Technology And Research, Inc. Separation of carbon monoxide from carbon monoxide/hydrogen syngas mixtures
WO2021032319A1 (de) 2019-08-22 2021-02-25 Linde Gmbh Verfahren und anlage zur bearbeitung von erdgas
US11376548B2 (en) * 2019-09-04 2022-07-05 Uop Llc Membrane permeate recycle process for use with pressure swing adsorption processes
WO2021058130A1 (de) * 2019-09-27 2021-04-01 Linde Gmbh Verfahren und anlage zur gewinnung von komponenten aus erdgas
CN110748788A (zh) * 2019-10-18 2020-02-04 Tcl空调器(中山)有限公司 气体回收系统及气体回收方法
GB2588908B (en) * 2019-11-13 2022-04-20 Edwards Ltd Inert gas recovery from a semiconductor manufacturing tool
IT201900022983A1 (it) * 2019-12-04 2021-06-04 Ab Impianti Srl Impianto e metodo per la separazione di una miscela di gas contenente una pluralità di componenti, in particolare per l'ottenimento di biometano
CN111467914A (zh) * 2020-03-27 2020-07-31 大连海奥膜技术有限公司 一种富集混合气体中低浓度快气的工艺及其设备
CN111533095A (zh) * 2020-04-28 2020-08-14 大连海奥膜技术有限公司 一种bog气体提纯氦的设备及其工艺
CN111547691A (zh) * 2020-04-28 2020-08-18 大连海奥膜技术有限公司 一种氢含量高的bog气体提氦气的设备及其工艺
US11422122B2 (en) 2020-06-22 2022-08-23 Saudi Arabian Oil Company Measuring water content of petroleum fluids using dried petroleum fluid solvent
US11385217B2 (en) 2020-07-29 2022-07-12 Saudi Arabian Oil Company Online measurement of dispersed oil phase in produced water
US11952270B2 (en) 2020-10-05 2024-04-09 L'Air Liquide, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Method and system for purification of helium using cryogenic, membrane, and adsorption techniques
US11786913B2 (en) 2021-05-14 2023-10-17 Saudi Arabian Oil Company Y-shaped magnetic filtration device
US11548784B1 (en) 2021-10-26 2023-01-10 Saudi Arabian Oil Company Treating sulfur dioxide containing stream by acid aqueous absorption
US12116326B2 (en) 2021-11-22 2024-10-15 Saudi Arabian Oil Company Conversion of hydrogen sulfide and carbon dioxide into hydrocarbons using non-thermal plasma and a catalyst
US12179129B2 (en) 2021-12-14 2024-12-31 Saudi Arabian Oil Company Synergetic solvent for crude oil emulsion breakers
US11926799B2 (en) 2021-12-14 2024-03-12 Saudi Arabian Oil Company 2-iso-alkyl-2-(4-hydroxyphenyl)propane derivatives used as emulsion breakers for crude oil
CN116571056B (zh) * 2023-07-12 2023-12-15 国网甘肃省电力公司电力科学研究院 一种gis设备六氟化硫气体回收净化装置及其方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8327143D0 (en) * 1983-10-11 1983-11-09 Petrocarbon Dev Ltd Purification of helium
US4717407A (en) * 1984-12-21 1988-01-05 Air Products And Chemicals, Inc. Process for recovering helium from a multi-component gas stream
US4701187A (en) * 1986-11-03 1987-10-20 Air Products And Chemicals, Inc. Process for separating components of a gas stream
US5224350A (en) * 1992-05-11 1993-07-06 Advanced Extraction Technologies, Inc. Process for recovering helium from a gas stream
US5632803A (en) 1994-10-21 1997-05-27 Nitrotec Corporation Enhanced helium recovery
US5837125A (en) * 1995-12-05 1998-11-17 Praxair Technology, Inc. Reactive purge for solid electrolyte membrane gas separation
US6179900B1 (en) * 1997-10-09 2001-01-30 Gkss Forschungszentrum Geesthacht Gmbh Process for the separation/recovery of gases
US7294172B2 (en) * 2001-07-31 2007-11-13 Praxair Technology, Inc. Helium recovery
US20050217479A1 (en) * 2004-04-02 2005-10-06 Membrane Technology And Research, Inc. Helium recovery from gas streams
DE102007022963A1 (de) * 2007-05-16 2008-11-20 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Helium-Gewinnung
DE102008007925A1 (de) * 2008-02-07 2009-08-13 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Helium-Gewinnung
RU103744U1 (ru) * 2010-11-18 2011-04-27 Закрытое Акционерное Общество "Грасис" Установка очистки природного газа от гелия
SG11201403605PA (en) * 2011-12-27 2014-10-30 Evonik Fibres Gmbh Method for separating gases
RU145348U1 (ru) * 2014-06-04 2014-09-20 Дочернее открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро нефтеаппаратуры" Открытого акционерного общества "Газпром" (ДОАО ЦКБН ОАО "Газпром") Установка мембранного разделения газовой смеси высокого давления
RU2605593C2 (ru) * 2014-10-27 2016-12-20 Юоп Ллк Способ извлечения гелия и устройство для его осуществления

Also Published As

Publication number Publication date
MY182799A (en) 2021-02-05
RU2017118767A3 (uk) 2019-04-02
WO2016096104A1 (de) 2016-06-23
EP3034466A1 (de) 2016-06-22
DE102014018883A1 (de) 2016-06-23
RU2703218C2 (ru) 2019-10-15
CA2968601A1 (en) 2016-06-23
US10207928B2 (en) 2019-02-19
PH12017501066A1 (en) 2017-11-27
EP3034466B1 (de) 2017-10-18
US20170320736A1 (en) 2017-11-09
RU2017118767A (ru) 2019-01-17
CA2968601C (en) 2020-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
UA121224C2 (uk) Комбінований мембранний спосіб з адсорбцією з коливанням тиску для відновлення гелію
JP5202836B2 (ja) キセノンの回収システムおよび回収装置
US7025803B2 (en) Methane recovery process
TWI579034B (zh) A combined membrane - pressure swing adsorption method for the recovery of helium
US7294172B2 (en) Helium recovery
KR940006239B1 (ko) 일산화탄소 생성을 위한 통합적 방법
US6752851B2 (en) Gas separating and purifying method and its apparatus
KR101140059B1 (ko) 가스 회수 용기를 이용한 희가스의 회수 방법, 가스 회수용기 내로의 가스 회수 장치 및 가스 회수 용기로부터의가스 도출 장치
KR101388266B1 (ko) 고로가스의 분리방법 및 장치
KR102059068B1 (ko) 철강산업의 부생가스로부터 일산화탄소의 분리 및 회수공정
JP2005536336A (ja) 廃棄ガス流の利用
RU2768434C2 (ru) Способ и устройство для очистки гелия
JPH031049B2 (uk)
JPS5922625A (ja) 一酸化炭素ガス及び窒素ガスを含む混合ガスより窒素ガスを吸着法により除去する方法
US5620501A (en) Recovery of trace gases from gas streams
JP2008013406A (ja) アンモニアの回収方法、アンモニアの再利用方法、アンモニアの回収装置、およびアンモニアの再利用装置
KR20180010366A (ko) 아산화질소 함유 기체 혼합물로부터 아산화질소의 회수 및 정제공정
CN116600878A (zh) 结合膜和低温蒸馏进行填埋场生物气体的提纯，用于通过净化来自填埋场的生物气体生产气态甲烷的设备
JP2003192315A (ja) ヘリウム精製装置
US10058815B2 (en) Methods for separating ozone
US20150360165A1 (en) Separation of biologically generated gas streams
JP3169647B2 (ja) プレッシャースイング式吸着方法および吸着装置
CN111974175B (zh) 膜法天然气提氦方法和设备
US20210370224A1 (en) Method to separate a gas mixture containing carbon dioxide using two stage adsorption process
US10730004B2 (en) Recovery of oxygen used in ozone production