WO2014075850A1 - Steuerung der gaszusammensetzung einer gasseparationsanlage mit membranen - Google Patents

Steuerung der gaszusammensetzung einer gasseparationsanlage mit membranen Download PDF

Info

Publication number
WO2014075850A1
WO2014075850A1 PCT/EP2013/071039 EP2013071039W WO2014075850A1 WO 2014075850 A1 WO2014075850 A1 WO 2014075850A1 EP 2013071039 W EP2013071039 W EP 2013071039W WO 2014075850 A1 WO2014075850 A1 WO 2014075850A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
stream
permeate
retentate
gas
pressure
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/071039
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Ungerank
Harald Roegl
Original Assignee
Evonik Fibres Gmbh
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
Priority to MX2015006129A priority Critical patent/MX2015006129A/es
Priority to LTEP13774181.5T priority patent/LT2919888T/lt
Priority to CA2891492A priority patent/CA2891492C/en
Priority to CN201380059456.9A priority patent/CN104797322B/zh
Priority to ES13774181T priority patent/ES2746099T3/es
Priority to US14/442,804 priority patent/US9770687B2/en
Priority to BR112015010492A priority patent/BR112015010492B8/pt
Priority to MYPI2015001290A priority patent/MY185177A/en
Priority to AU2013347150A priority patent/AU2013347150B2/en
Priority to SI201331549T priority patent/SI2919888T1/sl
Priority to EP13774181.5A priority patent/EP2919888B1/de
Priority to RS20191107A priority patent/RS59147B1/sr
Priority to DK13774181.5T priority patent/DK2919888T3/da
Priority to KR1020157012294A priority patent/KR102097480B1/ko
Application filed by Evonik Fibres Gmbh filed Critical Evonik Fibres Gmbh
Priority to JP2015542195A priority patent/JP6400017B2/ja
Priority to SG11201503826RA priority patent/SG11201503826RA/en
Priority to PL13774181T priority patent/PL2919888T3/pl
Priority to EA201500531A priority patent/EA032909B1/ru
Publication of WO2014075850A1 publication Critical patent/WO2014075850A1/de
Priority to IL238397A priority patent/IL238397B/en
Priority to PH12015501063A priority patent/PH12015501063B1/en
Priority to ZA2015/03318A priority patent/ZA201503318B/en
Priority to HRP20191705 priority patent/HRP20191705T1/hr

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • B01D53/228—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 characterised by specific membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/58—Other polymers having nitrogen in the main chain, with or without oxygen or carbon only
    • B01D71/62—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain
    • B01D71/64—Polyimides; Polyamide-imides; Polyester-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/10—Working-up natural gas or synthetic natural gas
    • C10L3/101—Removal of contaminants
    • C10L3/102—Removal of contaminants of acid contaminants
    • C10L3/104—Carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/18—Gas cleaning, e.g. scrubbers; Separation of different gases
    • 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
    • B01D2053/221—Devices
    • 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
    • B01D2256/24—Hydrocarbons
    • B01D2256/245—Methane
    • 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
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/05—Biogas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/14—Pressure control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2317/00—Membrane module arrangements within a plant or an apparatus
    • B01D2317/02—Elements in series
    • B01D2317/027—Christmas tree arrangements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/46—Compressors or pumps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/54—Specific separation steps for separating fractions, components or impurities during preparation or upgrading of a fuel
    • C10L2290/548—Membrane- or permeation-treatment for separating fractions, components or impurities during preparation or upgrading of a fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/58—Control or regulation of the fuel preparation of upgrading process
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
    • 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
    • Y02P20/141—Feedstock
    • Y02P20/145—Feedstock the feedstock being materials of biological origin
    • 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
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/59—Biological synthesis; Biological purification

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling a gas separation plant, such a controlled plant and their use for the separation of gas mixtures, in particular in the treatment of biogas or natural gas.
  • Membranes are known to be able to separate gases relatively easily from one another in a pressure-driven process. The gases are separated from each other with little effort, but usually also with low purity of the products.
  • the driving force of the separation is a partial pressure difference of the individual components between the retentate and permeate sides of the membrane. It can be at a certain pressure level on the retentate side a certain amount of gas mixture through the
  • Membrane are driven to obtain a certain concentration of the slower component in the retentate gas. If the composition of the feed gas changes, the composition of the retentate gas and the permeate gas will also change. The same change is experienced by the system when the amount of feed gas changes. Normally, the changes in concentration in the retentate gas and / or permeate gas are taken as the control variable and thus either the amount of feed gas or the pressure of the retentate adjusted so that the desired concentration in permeate and / or retentate is restored. Examples of such controls can be found, for. In EP 1 324 815, US 4,806,132 and US 5,281,253. As already mentioned above, multi-stage membrane interconnections are often used to isolate end products that are as pure as possible. Examples of this can be found in WO 2012/000727, US Pat. No. 6,565,626 and US Pat. No. 6,168,649.
  • the adjustment of the concentrations in the product streams can not take place in a single-stage or retentate-stepped two-stage or three-stage interconnection without influencing the two concentrations with one another.
  • WO2012000727 A1 discloses it is possible to purify methane in the separation of a mixture of methane and C0 2 with a yield of more than 99%, the purities of the retentate gases and permeate gases clearly exceeding 97%.
  • a gas mixture of at least two components in a three-stage interconnection is thus separated so that two components can be isolated relatively pure, if it is the gas mixture is a binary mixture. If, however, the composition of the raw gas changes in this process or if a larger or smaller amount of crude gas is to be treated, the composition of the retentate gas and of the permeate gas in each case changes markedly, which is undesirable.
  • Transport line regulates. This is energetically unfavorable, complex in terms of control technology and therefore of little commercial interest. Furthermore, it is not possible with a three-stage interconnection - as explained above - with the setting of the main pressure, to influence the permeate quality regardless of the quality of retentate.
  • the object of the present invention was therefore to provide a method for controlling a gas separation plant or a gas separation plant controlled in this way, which does not or only to a lesser extent have the disadvantages of the prior art processes or plants.
  • a specific object was to provide a process or plant which can simultaneously supply at least two products in high purity.
  • a very specific task was to provide a process or plant which can simultaneously supply at least two products of high purity even if the composition and / or the pressure and / or the amount of the raw gas to change.
  • this plant or method should also allow for constant qualities, i. in narrow fluctuation ranges, preferably in
  • the inventive method or plant should be particularly flexible in a specific task and the retentate and Permeat21en should be independently controllable. In a very specific task, it should be possible to change the capacity of the system, for. B. to adapt to changes in the crude gas stream without having to turn on or off membrane surfaces and / or the main pressure (pressure of the retentate product gas stream) to change, so that product gas streams are obtained, without additional recompression than, preferably continuous, feed for a
  • Gas transport line are suitable.
  • control according to the invention should preferably be easy and possibly integrated into existing systems.
  • the objects of the invention are achieved by a device according to claim 1 and 17 or a method according to claim 9.
  • the inventive method and the device according to the invention are characterized in that it is a membrane interconnection comprising at least the feed stream separation stage (1), the retentate separation stage (2) and the permeate separation stage (3), wherein the second permeate stream (9a + 9b) of the retentate separation stage (2) and the third
  • Retentate (10a + 10b) of the permeate separation stage (3) recycled and mixed with the crude gas stream.
  • the inventors have thereby been able to provide a process or a plant in which the purities and yields of the product streams of the retentate separation stage (2) and the permeate separation stage (3) can be controlled independently of each other. It can be very high yields at the same time very good purities even with fluctuations in the
  • Raw gas stream can be achieved.
  • the plant according to the invention is particularly well suited for the treatment of
  • the regulation according to the invention is simple and can be used in existing systems for
  • the inventive method is also flexible in that several different types of sensors can be used alone or together. It can
  • compositions of streams are also used to regulate the pressures in the separation stages (2) and (3), such as flows of streams which are fed to these separation stages.
  • flow sensors when using flow sensors is thus after a
  • the present invention therefore relates to devices according to claim 1 and 17 and a method according to claim 9. Preferred embodiments are provided in the dependent claims under protection.
  • the quotient of the permeances of the individual gases gives the selectivity of the membrane for the separation with respect to the two gases and thus indicates how well the membrane can separate a gas mixture with respect to the two components.
  • the permeate is the total flow occurring on the low-pressure side of the membrane, membrane modules or membrane separation step.
  • the permeate gas is / are in each case at the membrane, at the membrane module, or in the membrane separation step in the permeate stream with respect to the respective inlet stream
  • retentate refers to the entire flow occurring on the high-pressure side of the membrane, membrane modules or membrane separation step, which does not pass through the membrane.
  • retentate gas is / are in each case on the membrane, on the membrane module, or in the membrane separation step in the retentate to the respective inlet stream
  • Raw gas or crude gas mixture or crude gas stream (17) denotes a gas mixture of at least two gases or a stream of this gas mixture which is to be separated by means of the method according to the invention or the device according to the invention.
  • Feed stream (5) denotes a gas stream which is fed to the feed stream separation stage (1). At the beginning of the process, this stream may correspond to the crude gas stream (17) or to the raw gas stream compressed by a compressor. After recycling the second permeate stream (9b) or the third retentate stream (10b), the feed stream (5) is composed of the gases of the crude gas stream (17), of the second permeate stream (9b) and of the third retentate stream (10b) together.
  • the feed stream (5) can be generated in which the streams (9b) and (10b) are mixed either with the uncompressed crude gas stream (17) or both with the compressed raw gas stream or one with the uncompressed and one with the compressed crude gas stream the streams (9b) and / or (10b) are mixed in the compressor with the raw gas stream (17).
  • Feedstream separation stage (1) denotes a membrane separation stage for the separation of the
  • Retentate separation stage (2) denotes a membrane separation stage which may be constructed to be the same or different from the feedstream separation stage (1), for the separation of the first
  • Permeattrenncut (3) denotes a membrane separation stage which may be the same or different to the feed current separation stage (1) or retentate separation stage (2), to
  • the present invention relates to a device for separating gases comprising as membrane separation stages at least the feed stream separation stage (1), the retentate separation stage (2) and the permeate separation stage (3) and at least one compressor (4) and / or at least one, preferably one or two, vacuum pump (n)
  • the feed stream separation stage (1) separates a feed stream (5) consisting of at least two components into a first permeate stream (6) and a first retentate stream (7),
  • the permeate separation stage (3) converts the first permeate stream (6) into a third retentate stream (10a + 10b), wherein (10a) the partial stream upstream of the control device
  • Control means (19), and the partial stream (10b) is fed to the feed stream (5), and a third permeate stream (1 1), which is taken as a product or further processed or discarded, divides.
  • the second permeate stream (9a + 9b) comprises at least one permeate control device (18) can be increased or decreased with the permeate pressure of the retentate separation stage (2) and which on the basis of measured values of one or more
  • Measuring devices (20a) in the first retentate stream (7) and / or one or more measuring devices (20b) in the second retentate stream (8) is controlled
  • the third retentate stream (10a + 10b) comprises at least one retentate control device (19) with which the retentate pressure of the permeate separation stage (3) can be increased or decreased and which can be determined on the basis of measured values of one or more Measuring devices (21 a) in the first permeate stream (6) and / or one or more measuring devices (21 b) in the third permeate stream (1 1) is controlled.
  • the purities of the product gas streams (8) and (1 1) can be controlled independently, i. it succeeded - in contrast to the methods of the prior art - to decouple the regulation of purity and yield of both product streams.
  • the control devices (18) and (19) used according to the invention which are arranged in the return flows (9a + 9b) and (10a + 10b).
  • control means is meant, in the context of the present invention, devices, components, installations or parts of installations which allow an increase or decrease of the pressure in the return flows (9a) and (10a)
  • a non-exhaustive list of possible control devices comprises: Pressure reducing or pressure-increasing valves, gas expansion devices, vacuum pumps, blowers, compressors, in particular compressors.
  • control devices (18) and (19) are regulated on the basis of measured values which are determined by the measuring devices (20a), (20b), (21a) and (21b).
  • the measuring devices (20b) and (21b) determine parameters of the product streams (8) and (1 1) such. As the content of one or more components in the gas streams.
  • the determination of the parameters with the measuring devices (20b) and (21b) of the product gas streams (8) and / or (1 1) can be done online or offline, depending on the measuring device used. Preferably, an online measurement is carried out, because it allows the control to take place more quickly.
  • Measuring devices are known in the art. Preferably, however, are gas measuring devices, the composition of the gas streams for one or more
  • Components can measure, in particular inline meters that measure directly in the gas stream (eg by means of infrared absorption or speed of sound, density, Coreolis) and external measuring devices according to the same measuring principles, the one sample from the stream and measured either continuously or not continuously. These have the advantage that the composition can be determined very quickly and as
  • the measuring devices (20b) and (21b) By means of the measuring devices (20b) and (21b), corresponding changes are registered and countermeasures are initiated with the aid of the control devices (18) and (19), so that the system according to the invention can be regulated such that the properties, in particular the
  • compositions the product gas streams (8) and (1 1) are again in a predetermined area / corridor.
  • the system according to the invention allows both
  • the pressure of the second permeate stream (9a) is therefore reduced by means of the permeate control device (18) until said parameter, in particular the desired concentration, is within the desired range again .
  • the second retentate flow (8) rises above a predetermined desired value, the pressure of the second
  • Permeate stream (9a) is therefore increased by means of the permeate control device (18) until said parameter, in particular the desired concentration, is within the desired range again.
  • the third permeate stream (1 1) falls below a predetermined setpoint, the pressure of the third retentate (10a) is therefore increased by means of the retentate control device (19) until said parameter, preferably the desired concentration, is within the desired range again, iv.
  • concentration of a heavier permeating component B possibly also
  • the third permeate stream (1 1) rises above a predetermined setpoint, the pressure of the third retentate (10a) is therefore lowered by means of the retentate control device (19) until the parameter, in particular the desired concentration, again in the desired range lies.
  • the device according to the invention comprises the measuring devices (20a) and (21a).
  • the measuring devices (20a) and (21a) determine parameters of the first retentate stream (7) and the first permeate stream (6) such. B. the volume flow. In this embodiment, therefore, not the properties of
  • the composition or the quantities and the pressures of the first permeate stream (6) and the first retentate stream (7) register corresponding changes.
  • these properties of the first permeate stream (6) can be correlated with those of the third permeate stream (1 1) (second product stream) and those of the first retentate stream (7) with those of the second retentate stream (8) (first product stream).
  • Product gas streams (8) and (1 1) is also decoupled in this embodiment and can be controlled independently.
  • properties of the second retentate stream (8) (first product stream) and the third permeate stream (11) (second product stream) are understood to mean parameters which can be measured at the respective stream and which are kept within a certain range by the plant according to the invention or to be brought in. Particularly preferred are the
  • these properties or parameters are also referred to as properties correlated with the respective volume flow of the first retentate stream (7) or the first permeate stream (6),
  • Retentate pressures change up to the target concentration of component B in the third
  • Raw gas composition (45, 55 and 65% of component B) is indicated. As you can see results for each raw gas composition its own separate curve.
  • permeating component B in the second retentate stream (8) it can be dispensed with simplifying the process of the invention to determine different curves for different concentration of the poorer permeating the raw gas and working only with the working curve with the highest concentration of more easily permeable component A. Alternatively, only the working curve with the lowest concentration of poorly permeable component B can be used.
  • the pressure in the permeate of stage 2 should actually be increased in order to keep the concentration of the less permeable component B in the retentate gas of stage 2 constant. If the pressure is not adjusted, the concentration of component B in the retentate of stage 2 increases, but it is always above the defined minimum setpoint using the calibration line with the lowest concentration of component B in the raw gas. While the retentate flow (8) several curves at different concentration of component B in the raw gas.
  • Control (control device) of the compressor receives a signal from a level gauge of the biogas plant (eg gas bag or pressure in the fermenter) or a sensor in the raw gas stream (17).
  • the compressor can then be controlled so that the target level of raw biogas is maintained.
  • the system then regulates itself described above Control mechanism. Details of this preferred embodiment will be found below.
  • flow meters are used as measuring devices (20a) and / or (21a).
  • the determination of the parameters by means of the measuring devices (20a) and (21a) can take place online or offline.
  • an online measurement is carried out. Suitable measuring devices are known to the person skilled in the art.
  • Permeate control device (18) is lowered until the required pressure is reached according to the calibration curve and thus the desired property of the second retentate stream (8), preferably the composition of the second retentate stream (8), is within the target range again,
  • the pressure of the second permeate stream (9a) is therefore determined by means of the
  • Permeate control device (18) increases so far until the necessary pressure is reached on the basis of the calibration curve and thus the desired property of the second retentate stream (8), preferably the composition of the second
  • Retentate flow (8) is back within the target range
  • the pressure of the third retentate stream (10a) is therefore determined by means of
  • Retentate control device (19) as far increased until the necessary pressure is reached on the basis of the calibration curve and thus the desired property of the third permeate stream (1 1), preferably the composition of the third
  • Retentate control device (19) reduced so far until the necessary pressure is reached on the basis of the calibration curve and thus the desired property of the third permeate stream (1 1), preferably the composition of the third permeate stream (1 1), again in the desired range.
  • a great advantage of the plant according to the invention and of the method according to the invention lies in the highly variable plant capacity, i. the ability to variably control plant performance and adapt it to the need for product gas. This can be done as already mentioned without switching on or off of membrane surfaces.
  • the system performance of the system according to the invention is increased or decreased by a change in the delivery volume of the compressor (4) and thereby causing a change in the concentration of the heavier permeating component B in the second retentate stream (8)
  • measuring device (20a), (20b), (21 a) or (21 b) are individual measuring instruments, equipment, etc. but also combinations or
  • the measuring devices (20a), (20b), (21a) or (21b) can be flexibly combined with one another in the various alternative methods.
  • a measuring device (20a), (20b), (21a) or (21b) can be flexibly combined with one another in the various alternative methods.
  • Measuring device (20a) can be used together with a measuring device (20b) to regulate the permeate control device (18). In this case, one would have a backup measuring system, which allows the measuring systems to mutually control and secure. Thus, z. B. are detected when a measuring device is broken.
  • the measuring and the control device at least one
  • Data processing device (not shown in the figures), preferably at least a computer, to interpose.
  • the device according to the invention or the method according to the invention can easily be centrally controlled and the various
  • Measured values or control steps are logged and coordinated.
  • Corresponding technical solutions are available on the market or known to the person skilled in the art and included within the scope of the present invention.
  • flow meters are particularly preferably used in the first retentate stream (7) and / or in the first permeate stream (6) as measuring device (20a) and / or (21a).
  • an online or offline measuring device (20b) and / or (21b) are used in the second retentate stream (8) and / or in the third permeate stream (11) for determining the composition of the respective gas mixture.
  • Control devices (18) and (19), as described above, the present invention also includes embodiments in which further controls or regulations are made in the device or in the method.
  • the device according to the invention comprises a control device (24) (not shown in the figures), which regulates the power of the compressor (4), preferably its speed and thus its delivery volume.
  • a control device (24) (not shown in the figures), which regulates the power of the compressor (4), preferably its speed and thus its delivery volume.
  • An example would be a frequency converter.
  • the power of the compressor is preferably adapted to the amount of crude gas to be separated (eg the production of biogas in the fermenter) or to the amount of product gas to be produced (eg methane stream in the retentate stream (8)).
  • the change in the production quantity of raw gas eg raw biogas from a biogas plant
  • the separation capacity of the membrane separation unit can be increased by increasing the speed of the compressor.
  • the pressure in the fermenter or the level in the buffer can be kept constant or lowered.
  • This flexibility of the capacity may be limited to a certain range of compressor speed and thus raw gas delivery volume, which is determined by the design of the system, in particular with regard to pressure in the separation stages, area ratios of
  • control device is here understood the control unit of the compressor, which regulates the power of the compressor, preferably its speed
  • Control device may be configured such that it processes measurement data from sensors in the raw gas stream (17) and / or in upstream storage or production facilities. For example, the signal of the measuring device then a Controlling the frequency converter of a compressor. Corresponding compressors and Kontroll Inc. Control devices are available on the market and known to those skilled in the art.
  • Membrane separation plant to the needs of the production of the raw gas and / or necessary amounts of product gases (8) and (1 1) is adjusted. Fluctuations in the gas composition of the streams (8) and (1 1), which differ from the
  • the device according to the invention is designed such that changing amounts of recirculated gas from the second
  • Permeate stream (9b) and / or the third retentate stream (10b), preferably automatically, with a control of the supplied amount of raw gas from the raw gas stream (17) are compensated. This is particularly preferably done without changing the speed of the compressor. This allows the use of simpler and cheaper, non-adjustable compressors.
  • gas sensors, volume or mass flow meters or pressure gauges in the second permeate stream (9b) and / or the third retentate stream (10b) can be used in this embodiment.
  • the control of the supplied amount of raw gas is preferably carried out by means of a raw gas flow control device (25) in the raw gas stream.
  • a metering device controlled by this pressure measurement can now keep the pressure constant over different amounts of raw gas supplied (17). If the raw gas is under a pressure which corresponds to the specifications of the suction pressure of the compressor, then the amount of raw gas required in addition to the return streams (9b) and (10b) can be sucked directly from the compressor without additional raw gas control device (17).
  • a data processing device can be interposed between the measuring devices (22) and (23) and the raw gas flow control device (25).
  • the data processing devices mentioned above can be different devices, ie several data processing devices can be used in the method according to the invention.
  • Data processing devices can optionally be networked with each other. However, preferably only one central data processing device is used with which all measuring and control steps are monitored and regulated centrally.
  • the device according to the invention includes, as previously stated, a concatenation of at least three membrane separation stages.
  • Each stage consists of one or more physical gas separation modules connected in parallel and / or in series within one stage.
  • a partial pressure difference between the retentate and the permeate side is generated in the respective membrane separation stages.
  • the partial pressure difference is determined by means of a
  • Compressor (4) which is arranged on the feed side of the feed stream separation stage (1), and optionally by means of at least one, preferably one or two vacuum pump (s) (not shown in Figure 1) after the feed stream separation stage (1), preferably on the
  • a compressor (4) brings the crude gas mixture or gas mixture from the raw gas stream (17) and the second permeate stream (9b) and / or the third retentate stream (10b) to the desired pressure in the range of 5 to 100 bar, but preferably to a pressure of 9 to 75 bar. Should the crude gas stream (17) already have the required pressure, then the compressor (4) only needs the second permeate stream (9b) and / or the third retentate stream (10b) to the desired pressure in the range from 5 to 100 bar, but preferably bring to a pressure of 9 to 75 bar.
  • the resulting feed stream (5) is introduced into the feed stream separation stage (1).
  • the feed stream separation stage (1) a preliminary separation of the crude gas mixture into light permeating components (permeate gas), which pass to a large extent in the permeate the first stage and less rapidly permeating components (retentate), which are mainly retained by the membrane and accumulate in the retentate , receive.
  • the method according to the invention or the device according to the invention is characterized in that it is designed such that the Concentration of at least one permeate gas of the feed current separation stage (1), after
  • Return of the second permeate stream (9b) and the third retentate stream (10b) is increased in the feed stream (5), preferably by at least 2%, more preferably by at least 3% and most preferably by 3 to 40%, each in comparison to the concentration in the crude gas stream (17).
  • the increase may depend on the composition of the crude gas stream (17) and is particularly pronounced at low concentrations of a permeate gas (10 to 20%).
  • the concentration increase of one of the permeate gases is between 2 and 15%, particularly preferably between 3 and 8%, if the content of the permeate gas in the crude gas stream (17) is between 30 and 70%. It has been found that the yield of the entire process of retentate gas increases and thus the loss of retentate gas decreases when the concentration of the permeate gas in the
  • Feed current separation stage (1) is increased.
  • step separation cut ( ratio
  • Permeate stream to feed stream of the considered stage passes significantly less permeate gas into the permeate of Feedstromtrenncut (1), if the concentration of at least one in the feed stream separation stage (1) more easily permeating component A or a permeate A in the feed stream (5) is increased. Similarly, a humiliation was detected when the
  • Feed flow (5) decreases.
  • the step separation cut for a concentration of 50% of a component A or a permeate gas A in the feed stream (5) to be purified is between 10 and 60%, preferably between 15 and 55% and particularly preferably between 20 and 50%.
  • the inventive method or device according to the invention is therefore designed such that the content of permeate gas (s) of the feed stream separation stage (1) in the feed stream (5) at greater than or equal to 40 vol.%, Preferably more than 50 vol.% And especially at more than 55 vol.% Based on the volume of the feed stream (5), after recycling the second permeate stream (9b) and the third retentate (10b).
  • Emissions of climate-damaging methane could be significantly reduced.
  • the feed stream separation stage (1) preferably 20 to 100%, more preferably 40 to 70% of the more easily permeating component A, ie the permeate gas A, pass from the feed stream (5) into the permeate.
  • the retentate of the feed stream separation stage (1) is fed, optionally with pressure reduction by an optional pressure reducing valve (12) or with pressure increase, by means of the first retentate stream (7) to the retentate separation stage (2), in which the fine cleaning takes place.
  • On the retentate side of the retentate separation step (2), i. in the second retentate stream (8), there is preferably a pressure reducing valve (13) (not shown in Figure 1), by means of which the main pressure in the system (operating pressure of the separation stages (1) and (2) retentate pressure of stages (1) and (2 )) can be maintained upright and constant.
  • the content of heavier permeating components B i.
  • a retentate gas B is further increased in the retentate separation stage (2) so that the content of component B or of a retentate gas B in the second retentate stream (8) is more than 90%, preferably more than 95% and particularly preferably more than 97%.
  • the method according to the invention or the device according to the invention is thus distinguished by the fact that at least 95%, preferably at least 97%, particularly preferably at least 99% and very particularly preferably at least 99.5% are mixed with the crude gas stream (17 ) introduced into the device retentate of the feed stream separation stage (1) via the second retentate stream (8) are discharged.
  • the step separation section of the retentate separation stage (2) is at a concentration of the component A or a permeate gas A of 50% in the first retentate stream (7) between 10 and 60%, preferably between 20 and 50%.
  • the permeate of the retentate separation stage (2) is fed back to the first retentate stream (7) by means of the second permeate stream (9b) without any prior introduction of portions of the permeate stream (9a or 9b) downstream of the feed stream separation stage (1). fed to the feed stream (5) and recycled.
  • This can - as previously in the definition of the term "feed stream” already explained - depending on whether a compressor (4) or even a multi-stage compressor (4) is used in different ways second permeate stream (9b) is preferably fed to the suction side of the compressor (4).
  • the highly enriched with the component A or a permeate A permeate Feedstromtrenncut (1) is supplied by means of the first permeate stream (6) of the permeate separation stage (3).
  • Permeate separation stage (3) produces a permeate having a content of better permeable component A or a permeate A greater than 95%, preferably greater than 97% and particularly preferably greater than 99%, which is discharged from the device via the third permeate stream (1 1) becomes.
  • the device according to the invention is configured such that a maximum of 5%, preferably not more than 3%, more preferably not more than 1% and most preferably not more than 0.5%, of the introduced with the raw gas stream (17) into the device slower
  • permeating component B of the feed stream separation stage (1) via the third permeate stream (1 1) are discharged.
  • the step separation section of the permeate separation step (3) is preferably between 50 and 95%, and more preferably between 70 and 93%.
  • the third retentate stream (10b) is recycled, fed to the feed stream (5) and
  • the third retentate stream (10b) is preferably supplied to the suction side of the compressor (4) when the suction pressure of the compressor is smaller than the retentate pressure of the separation stage (3). If a multi-stage compressor is used, it is preferred that the third retentate stream (10b) is introduced into the compressor between two compression stages when the stage pressure of the compressor at the respective stage is less than the retentate pressure of the separation stage (3).
  • the inventive method or device according to the invention is characterized in a further preferred embodiment in particular by the fact that it / is designed such that in the second permeate stream (9b) and in the third retentate (10b) recycled gas volume in total less than 60 vol .%, Preferably 10 to 50 vol.%, Most preferably 20 to 40 vol.% Of the volume of the crude gas stream (17).
  • the control of the amount of Retentatgasströme to be recycled depends on the required purities in the product gas streams (8) and (1 1) from. The lower the purities requested, the lower the return flows (9b) and (10b).
  • the reflux currents are particularly influenced by the type and selectivity of the membrane modules used in the membrane separation stages (1) to (3).
  • Membrane modules with increased selectivity cause a significant reduction of the return streams (9b) and (10b).
  • a multi-stage compressor (4) is used. In this case, namely, can be dispensed with a complete relaxation of the retentate of the permeate separation stage (3), since the retentate of the permeate separation stage (3) between two compressor stages of the compressor (4) can be fed.
  • Pressure increasing unit i. a multi-stage compressor (4) to relax because thus reduce the operating costs of the compression unit without significantly worsen the separation result.
  • a multi-stage compressor (4) is used and the gas streams (9b) and (10b) are fed to this compressor between each two compression stages.
  • the pressure drop across the feed stream separation stage (1) is limited to 1 and 30 bar, preferably to 2 and 20 bar and more preferably between 3 and 10 bar. At the same time or alternatively, it is preferably ensured that the pressure drop across the feed stream separation stage ( 1) and the retentate separation stage (2), to 1 and 100 bar, preferably between 5 and 80 bar and particularly preferably between 10 and 70 bar is limited.
  • the device according to the invention or the method according to the invention can in principle be realized with all membranes which are capable of separating binary gas mixtures or multigas mixtures. As membrane materials are preferably but not exclusively plastics used.
  • plastics in the separation-active layer are particularly preferred polyimides, polyamides, polysulfones, cellulose acetates and derivatives, polyphenylene oxides, polysiloxanes, polymers with intrinsic microporosity, mixed matrix membranes, facilitated transport membranes, polyethylene oxides, polypropylene oxides, carbon membranes or zeolites or mixtures thereof in question.
  • Particularly preferred membranes have as materials for the separation-active layer or as material for the complete membrane a polyimide of the general formula
  • R corresponds to one or more, identical or different radicals R, selected from the group consisting of the radicals L1, L2, L3 and L4, on.
  • This polymer is available under the name P84 or P84 type 70 (CAS numbers 9046-51 -9) from Evonik Fibers GmbH.
  • This polymer is available under the name P84HT or P84 HT 325 (CAS numbers 1341 19-41 -8) from Evonik Fibers GmbH.
  • mixtures of said polyimides can be used.
  • Membranes prepared from the preferred polyimides are available from Evonik Fibers GmbH under the name Sepuran. A process for the preparation of these preferred membranes is disclosed in WO 201 1/009919 A1. All membranes disclosed in this publication may preferably be used in the process according to the invention. To avoid pure repetition, the content of this patent application is hereby fully incorporated by reference. It has been found that the best separation results can be achieved with these membranes.
  • the membranes are preferably used in the form of hollow fiber membranes and / or flat membranes.
  • the membranes are installed in modules, which are then used in the separation task. As modules, all gas separation modules known in the art may be used, such as but not limited to
  • Higher selective membranes have the advantage that the separation is more effective and less permeate from retentate separation stage (2) or less retentate from the permeate separation stage (3) must be recycled. This must be especially at
  • WO 2012/000727 discloses only the variation of the compressor performance and general pressure ranges which should be kept in order to obtain good yields and purities of the product gases.
  • the present invention first discloses a control and regulation concept of a membrane interconnection according to WO 2012/000727, which allows this purification plant to be connected directly to biogas plants with a variable feed flow. It can therefore be dispensed with special Vor Roaden that provide an approximately constant stream of crude gas.
  • the present invention therefore represents a significant further development of the system and method of WO 2012/000727.
  • the device according to the invention or the method according to the invention can be any device according to the invention or the method according to the invention.
  • gas mixtures with at least two gases are used in particular for the separation of gas mixtures with at least two gases, with very particular preference as a gas mixture, a mixture of predominantly but not exclusively carbon dioxide and methane or predominantly but not
  • Carbon monoxide and hydrogen or raw biogas or crude gas is separated.
  • the aim of this experiment was to find a calibration straight line which allows the product gas quality in the retentate stream (8) to be changed by changing the permeate pressure of the retentate separation stage (2) and the offgas quality in the permeate stream (1 1) to be constant by changing the retentate pressure of the permeate separation stage (3) hold when the feed rate in the feed stream (5) or the compressor speed is changed.
  • the compressor performance was increased in stages in a current 3-stage interconnection according to the general experimental setup.
  • the offgas (1 1) and the product gas concentration (8) in to keep a tight frame constant.
  • the feed volume flow (5) increases from 3.83 m 3 / h to 5.23 m 3 / h or by 36%. In this interval, the permeate pressure of the
  • Retentate separation step (2) from 951 mbara to 241 mbara and the retentate pressure of
  • Permeate separation step (3) increases from 3.6 bara to 4.43 bara.
  • the product gas concentration (8) ranges between 95.23 and 95.75% methane at all compressor outputs, and the offgas concentration at methane between 0.5 and 0.62%. Both values are controlled within a narrow range within the scope of the measurement inaccuracy. Detailed data for this experiment can be found in Table 1 below:
  • Permeate stream (9a) measured. From the sum of the volume flow values of the second retentate stream (8) and the second permeate stream (9a), the volume flows of the first retentate stream (7) can be determined.
  • a calibration curve can now be determined in order to keep the product gas concentration constant if the feed quantity of the Retentate separation stage (2) changes, for. For example, by a change in compressor speed or by a change in the composition of the raw gas (see Figure 4).
  • composition of good correlation can now be used to be used in a control of the system according to the invention. After determining a flow value of the first retentate stream (7), measured by means of a volumetric flow meter (20a), this control determines by calculating the permeate pressure after
  • Figure 5 also shows measurement points with a linear composition of good correlation. This relationship can now be used analogously to the procedure described above for the Rententattrenncut (2) to be used in a control of the system according to the invention.
  • the flow value of the first permeate stream (6) measured by means of a volumetric flow meter (21 a), determined and from the
  • Retentate pressure can be determined. It is interesting to note the strongly increasing double compression rate with decreasing retentate pressure of the permeate separation stage (3) and thus decreasing methane concentration in the offgas, shown graphically in Figure 7.
  • Calibration curve can be used for a control. By inserting the desired
  • Methane concentration in the equation in Diagram 5 can be required for this
  • Permeate pressure can be determined.
  • Fig.1 Exemplary interconnection according to the invention with the measuring devices (20a) and (20b), (21 a) and (21 b), (22) and (23) and the control devices (18) and (19).
  • the control device in the raw gas stream (17) and the control and data processing facilities are not shown.
  • Measuring devices (20a) and (20b) and / or (21 a) and (21 b) are readily derivable by a person skilled in the art as a modification of Figure 1 and are therefore not shown separately.
  • Figure 1 is merely illustrative of the present invention and does not limit its scope in any way.
  • Fig. 2 Shown is the necessary permeate pressure of the retentate separation stage (2) in
  • component B in this case CH 4
  • Fig. 5 Dependence of the retentate pressure of the permeate separation stage (3) on the
  • Fig. 8 Dependence of the methane concentration in the product gas (8) on the permeate pressure of the retentate separation stage (2) LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • Vacuum pump (not shown in the figures)
  • Control means 18 denotes
  • Control device 19 denotes
  • Retentate measurement for analysis of the 1. Retentate stream (also simply referred to in the description as measuring device 20a)
  • measuring device 20b second retentate measuring device for analyzing the second retentate stream (also simply referred to in the description as measuring device 20b)
  • Permeate measuring device 21 a 1. Permeate measuring device for analyzing the 1. Permeate stream (also simply referred to in the description as measuring device 21 a) b: second permeate measuring device for analyzing the third permeate stream (also simply referred to in the description as measuring device 21b)
  • Retentate measuring means for analyzing the third retentate stream also simply referred to as measuring device 23 in the description
  • Control device of the compressor (not shown in the figures): Raw gas control device for controlling the raw gas flow (17) not shown in the figures)

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Gasseparationsanlage umfassend Membrantrennstufen, eine derart gesteuerte Anlage sowie deren Verwendung zur Separation von Gasgemischen, insbesondere bei der Aufbereitung von Bio- oder Erdgas oder Synthesegas.

Description

Steuerung der Gaszusammensetzung einer Gasseparationsanlage mit Membranen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Gasseparationsanlage, eine derart gesteuerte Anlage sowie deren Verwendung zur Separation von Gasgemischen, insbesondere bei der Aufbereitung von Bio- oder Erdgas.
Membranen sind bekannt dafür, dass mit ihrer Hilfe Gase relativ leicht voneinander in einem druckgetriebenen Prozess getrennt werden können. Die Gase werden dabei mit geringem Aufwand, aber meist auch mit geringer Reinheit der Produkte voneinander getrennt.
Vor allem wenn bei einem Gasgemisch beide Komponenten einer binären Mischung möglichst rein isoliert werden sollen, bedarf es eines größeren Aufwandes bei der technischen Anordnung der Membranen und der Steuerung des Prozesses als bei einer simplen einstufigen Verschaltung, bei der beispielsweise nur die Retentatkomponente in bestimmter Reinheit hergestellt werden muss, das Permeat aber verworfen werden kann (z.B. Herstellung von Stickstoff aus Luft). Dieser vermehrte Aufwand besteht zum Beispiel bei der Trennung von Kohlendioxid und Methan (z.B. bei Erdgas oder Biogas), wo Methan erstens als Wertstoff möglichst in das Produktgas kommen soll, um so eine maximale Wertschöpfung zu erzielen und in möglichst geringer Konzentration im Abgas sein soll, da Methan ein klimaschädliches Gas ist und nicht in die Atmosphäre kommen soll. Auch bei der Auftrennung von Synthesegas in Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht eine ähnliche Aufgabenstellung.
Bei einer klassischen Trennung von einem binären Gasgemisch mit einer Membran ist die treibende Kraft der Trennung eine Partialdruckdifferenz der einzelnen Komponenten zwischen Retentat- und Permeatseite der Membrane. Dabei kann bei einem bestimmten Druckniveau auf der Retentatseite eine bestimmte Menge an Gasgemisch durch die
Membran gefahren werden, um eine bestimmte Konzentration der langsameren Komponente im Retentatgas zu erhalten. Ändert sich nun die Zusammensetzung des Feedgases, so wird sich auch die Zusammensetzung des Retentatgases und des Permeatgases ändern. Die gleiche Änderung erfährt das System, wenn sich die Feedgasmenge ändert. Normalerweise werden die Konzentrationsänderungen in Retentatgas und oder Permeatgas als Steuergröße hergenommen und damit entweder die Feedgasmenge oder der Druck des Retentates so eingestellt, dass die gewünschte Konzentration in Permeat und/oder Retentat wieder hergestellt ist. Beispiele für derartige Steuerungen finden sich z. B. in der EP 1 324 815, der US 4,806,132 und der US 5,281 ,253. Wie zuvor bereits erwähnt werden zur Isolierung möglichst reiner Endprodukte oft mehrstufige Membranverschaltungen verwendet. Beispiele hierfür sind in der WO 2012/000727, der US 6,565,626 und der US 6,168,649 zu finden.
Die Einstellung der Konzentrationen in den Produktströmen kann bei einer einstufigen oder retentatgestuft zweistufigen oder dreistufigen Verschaltung nicht ohne Beeinflussung der beiden Konzentrationen untereinander erfolgen. Ändert man zum Beispiel den Retentatdruck im Retentatproduktstrom (= Hauptdruck oder Betriebsdruck des Systems), so ändert sich nicht nur die Zusammensetzung des Retentates sondern auch die des Permeates. Analoges gilt bei Änderung der Feedgasmenge.
Die Verwendung einer dreistufigen Verschaltung wie sie bereits in der Anmeldung
WO2012000727 A1 offenbart ist erlaubt es Methan bei der Auftrennung eines Gemisches von Methan und C02 mit einer Ausbeute von über 99% aufzureinigen, wobei die Reinheiten der Retentatgase und Permeatgase 97% deutlich übersteigen. Bei diesem Verfahren wird ein Gasgemisch aus mindestens zwei Komponenten in einer dreistufigen Verschaltung also so getrennt, dass zwei Komponenten relativ rein isoliert werden können, wenn es sich bei dem Gasgemisch um ein binäres Gemisch handelt. Ändert sich bei diesem Verfahren jedoch die Zusammensetzung des Rohgases oder ist eine größere oder kleinere Menge an Rohgas aufzubereiten, so ändern sich jeweils die Zusammensetzung des Retentatgases und des Permeatgases deutlich, was nicht gewünscht ist. Die Anbindung einer solchen
Gasseparationsanlage an z. B. eine Biogasanlage ist daher problematisch.
Steuert man nämlich Änderungen im Feedstrom durch eine Änderung des Hauptdruckes (= Betriebsdruck bzw. Druck im Retentatproduktstrom bzw. Retentatproduktgasdruck) entgegen, so ändert sich auch der Retentatvolumenstrom. Dies ist in vielen Fällen nicht erwünscht, da das Gas in diesen Fällen in eine Transportleitung eingespeist wird und diese einen Mindestdruck und oft auch ein Mindest- und/oder Maximalvolumen erfordert. Daher wird im Stand der Technik, z. B. der EP 1 324 815 teilweise vorgeschlagen in den
Produktstrom einen weiteren Kompressor einzubauen, der den Druck für die
Transportleitung regelt. Dies ist energetisch ungünstig, regelungstechnisch aufwendig und daher kommerziell wenig interessant. Weiterhin ist es bei einer dreistufigen Verschaltung - wie oben erläutert - mit der Einstellung des Hauptdruckes nicht möglich, die Permeatqualität unabhängig von der Retentatqualität zu beeinflussen.
Es besteht daher nach wie vor ein großer Bedarf an Anlagen zur Auftrennung von Gasgemischen bzw. Steuerung derselben, welche an Gasquellen mit wechselnder Rohgaszusammensetzung, -drücken und -mengen angeschlossen werden können und mindestens zwei Produkte in hoher Reinheit gleichzeitig, mit konstanter Qualität und konstantem Produktgasdruck liefern können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher ein Verfahren zur Steuerung einer Gasseparationsanlage bzw. eine derart gesteuerte Gasseparationsanlage zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile der Verfahren bzw. Anlagen des Standes der Technik nicht oder nur in verringertem Maße aufweisen.
Eine spezielle Aufgabe bestand darin ein Verfahren bzw. eine Anlage zur Verfügung zu stellen, welche(s) mindestens zwei Produkte in hoher Reinheit gleichzeitig liefern können. Eine ganz spezielle Aufgabe bestand darin, ein Verfahren bzw. eine Anlage zur Verfügung zu stellen, welche(s) mindestens zwei Produkte in hoher Reinheit gleichzeitig auch dann liefern können, wenn sich die Zusammensetzung und/oder der Druck und/oder die Menge des Rohgases ändern. Diese Anlage oder dieses Verfahren soll es insbesondere auch erlauben konstante Qualitäten, d.h. in engen Schwankungsbreiten, bevorzugt im
kontinuierlichen Betrieb, zu liefern.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Anlage soll in einer speziellen Aufgabe besonders flexibel sein und die Retentat- und Permeatqualitäten sollen unabhängig voneinander steuerbar sein. In einer ganz speziellen Aufgabe soll es möglich sein, die Kapazität der Anlage zu verändern, z. B. an Änderungen des Rohgasstromes anzupassen, ohne Membranflächen zu- oder abschalten zu müssen und/oder den Hauptdruck (Druck des Retentatproduktgasstroms) zu verändern, so dass Produktgasströme erhalten werden, die ohne zusätzliche Rekompression als, bevorzugt kontinuierlicher, Feed für eine
Gastransportleitung geeignet sind.
Die erfindungsgemäße Steuerung soll vorzugsweise einfach und ggf. in bestehende Anlagen integrierbar sein.
Weitere nicht explizit genannte Aufgaben ergeben sich aus dem Gesamtzusammenhang der vorliegenden Beschreibung, Beispiele, Ansprüche und Zeichnungen.
Gelöst werden die erfindungsgemäßen Aufgaben durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und 17 bzw. ein Verfahren nach Anspruch 9. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung sind dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Membranverschaltung umfassend zumindest die Feedstromtrennstufe (1 ), die Retentattrennstufe (2) und die Permeattrennstufe (3)handelt, wobei der zweite Permeatstrom (9a + 9b) der Retentattrennstufe (2) und der dritte
Retentatstrom (10a + 10b) der Permeattrennstufe (3) rückgeführt und mit dem Rohgasstrom gemischt werden. Durch die Steuerung der Flüsse der beiden Ströme (9a) und (10a) und damit des Permeatdrucks der Retentattrennstufe (2)und/oder des Retentatdrucks der Permeattrennstufe (3) gelang es überraschender Weise die gestellten Aufgaben zu lösen. Es ist den Erfindern dadurch gelungen ein Verfahren bzw. eine Anlage bereitzustellen, bei denen die Reinheiten und Ausbeuten der Produktströme der Retentattrennstufe (2) und der Permeattrennstufe (3) unabhängig voneinander geregelt werden können. Es können sehr hohe Ausbeuten bei gleichzeitig sehr guten Reinheiten auch bei Schwankungen im
Rohgasstrom erreicht werden.
Ferner ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich den Hauptdruck (Retentatdruck der Retentattrennstufe (2)) konstant zu halten, so dass die erfindungsgemäße Anlage ohne zusätzliche Kompressionseinrichtungen an eine Gastransportleitung angeschlossen werden kann.
Die erfindungsgemäße Anlage eignet sich besonders gut für die Aufbereitung von
Rohgasströmen aus Biogasanlagen. In solchen Anlagen ändern sich die anfallende Menge Rohgas und die Zusammensetzung des Rohgases sehr oft. Die erfindungsgemäße
Steuerung gleicht die Schwankungen problemlos aus.
Die erfindungsgemäße Regelung ist einfach und kann in bestehende Anlagen zur
Gasseparation integriert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch dadurch flexibel, dass mehrere verschiedene Arten von Sensoren alleine oder gemeinsam verwendet werden können. Es können
Zusammensetzungen von Strömen genauso zur Regelung der Drücke in den Trennstufen (2) und (3) verwendet werden wie Flüsse von Stoffströmen die diesen Trennstufen zugeführt werden. Insbesondere bei der Verwendung von Flusssensoren wird somit nach einer
Kalibrierung ein günstiges, schnelles, genaues und einfaches Verfahren zur Verfügung gestellt. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher Vorrichtungen gemäß Anspruch 1 und 17 bzw. ein Verfahren nach Anspruch 9. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen unter Schutz gestellt.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im Detail beschrieben. Zuvor werden einige wichtige Begriffe definiert.
Der Quotient der Permeanzen der Einzelgase ergibt die Selektivität der Membran zur Trennung bezüglich der zwei Gase und gibt somit an wie gut die Membran ein Gasgemisch bezüglich der beiden Komponenten auftrennen kann. Als Permeat wird der gesamte auf der Niederdruckseite der Membran, Membranmodule oder Membrantrennschritts anfallende Strom bezeichnet.
Als Permeatgas wird/werden die jeweils an der Membran, an dem Membranmodul, oder im Membrantrennschritt im Permeatstrom gegenüber den jeweiligen Eintrittsstrom
angereicherten Komponente/Komponenten bezeichnet.
Als Retentat wird der gesamte auf der Hochdruckseite der Membran, Membranmodule oder Membrantrennschritts anfallende Strom bezeichnet, der nicht durch die Membran hindurch tritt.
Als Retentatgas wird/werden die jeweils an der Membran, an dem Membranmodul, oder im Membrantrennschritt im Retentatstrom gegenüber den jeweiligen Eintrittsstrom
angereicherten Komponente/Komponenten bezeichnet.
Rohgas bzw. Rohgasgemisch bzw. Rohgasstrom (17) bezeichnet ein Gasgemisch aus mindestens zwei Gasen bzw. einen Strom dieses Gasgemisches, das/der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgetrennt werden soll.
Feedstrom (5) bezeichnet einen Gasstrom, der der Feedstromtrennstufe (1 ) zugeführt wird. Dieser Strom kann zu Beginn der Durchführung des Verfahrens dem Rohgasstrom (17) bzw. dem durch einen Kompressor komprimierten Rohgasstrom entsprechen. Nach Rückführung des zweiten Permeatstroms (9b) bzw. des dritten Retentatstroms (10b) setzt sich der Feedstrom (5) aus den Gasen des Rohgasstrom (17), des zweiten Permeatstroms (9b) und des dritten Retentatstroms (10b) zusammen. Der Feedstrom (5) kann dabei erzeugt werden in dem die Ströme (9b) und (10b) entweder beide mit dem unkomprimierten Rohgasstrom (17) oder beide mit dem komprimierten Rohgasstrom oder einer mit dem unkomprimierten und einer mit dem komprimierten Rohgasstrom vermischt werden oder in dem die Ströme (9b) und/oder (10b) im Kompressor mit dem Rohgasstrom (17) vermischt werden.
Kombinationen der zuvor beschriebenen Varianten sind von der vorliegenden Erfindung mit umfasst.
Feedstromtrennstufe (1 ) bezeichnet eine Membrantrennstufe zur Auftrennung des
Feedstroms (5) in einen ersten Permeat- und einen ersten Retentatstrom (6) bzw. (7).
Retentattrennstufe (2) bezeichnet eine Membrantrennstufe die gleich oder unterschiedlich zur Feedstromtrennstufe (1 ) aufgebaut sein kann, zur Auftrennung des ersten
Retentatstroms (7) in einen zweiten Permeat- und einen zweiten Retentatstrom (9a + 9b) bzw. (8).
Permeattrennstufe (3) bezeichnet eine Membrantrennstufe die gleich oder unterschiedlich zur Feedstromtrennstufe (1 ) bzw. Retentattrennstufe (2) aufgebaut sein kann, zur
Auftrennung des ersten Permeatstroms (6) in einen dritten Permeat- und einen dritten Retentatstrom (1 1 ) bzw. (10a + 10b).
Anhand der nachfolgend beschriebenen bevorzugten und speziellen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der bevorzugten und besonders geeigneten
Ausführungen sowie der Zeichnungen und Beschreibungen der Zeichnungen wird die Erfindung lediglich exemplarisch näher erläutert, d. h. sie ist nicht auf diese Ausführungsund Anwendungsbeispiele oder auf die jeweiligen Merkmalskombinationen innerhalb einzelner Ausführungsbeispiele beschränkt.
Einzelne Merkmale, die im Zusammenhang mit konkreten Ausführungsbeispielen angegeben und/oder dargestellt sind, sind nicht auf diese Ausführungsbeispiele oder die Kombination mit den übrigen Merkmalen dieser Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern können im Rahmen der technischen Möglichkeiten, mit jeglichen anderen Varianten, auch wenn sie in den vorliegenden Unterlagen nicht gesondert behandelt sind, kombiniert werden.
Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren und Abbildungen der Zeichnungen bezeichnen gleiche oder ähnliche oder gleich oder ähnlich wirkende Komponenten. Anhand der Darstellungen in der Zeichnung werden auch solche Merkmale deutlich, die nicht mit Bezugszeichen versehen sind, unabhängig davon, ob solche Merkmale nachfolgend beschrieben sind oder nicht. Andererseits sind auch Merkmale, die in der vorliegenden Beschreibung enthalten, aber nicht in der Zeichnung sichtbar oder dargestellt sind, ohne weiteres für einen Fachmann verständlich.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trennung von Gasen umfassend als Membrantrennstufen zumindest die Feedstromtrennstufe (1 ), die Retentattrennstufe (2) und die Permeattrennstufe (3) sowie zumindest einen Kompressor (4) und/oder zumindest eine, bevorzugt eine oder zwei, Vakuumpumpe(n),
wobei
die Feedstromtrennstufe (1 ) einen Feedstrom (5), bestehend aus mindestens zwei Komponenten, in einen ersten Permeatstrom (6) und einen ersten Retentatstrom (7) auftrennt,
die Retentattrennstufe (2) den ersten Retentatstrom (7) in einen zweiten Permeatstrom (9a + 9b), wobei (9a) der Teilstrom vor der Steuereinrichtung (18) und nach der Retentattrennstufe (2) und (9b) den Teilstrom nach der Steuereinrichtung
(18) kennzeichnet, und der Teilstrom (9b) dem Feedstrom (5) zugeführt wird, und einen zweiten Retentatstrom (8), der als Produkt entnommen oder weiterverarbeitet wird, aufteilt,
die Permeattrennstufe (3) den ersten Permeatstrom (6), in einen dritten Retentatstrom (10a + 10b), wobei (10a) der Teilstrom vor der Steuereinrichtung
(19) und nach der Permeattrennstufe (3) und (10b) den Teilstrom nach der
Steuereinrichtung (19) kennzeichnet, und der Teilstrom (10b) dem Feedstrom (5) zugeführt wird, und einen dritten Permeatstrom (1 1 ), der als Produkt entnommen oder weiterverarbeitet oder verworfen wird, aufteilt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass
- der zweite Permeatstrom (9a + 9b) mindestens eine Permeatsteuereinrichtung (18) umfasst mit der Permeatdruck der Retentattrennstufe (2) erhöht oder erniedrigt werden kann und welche anhand von Messwerten eines oder mehrerer
Messeinrichtungen (20a) im ersten Retentatstrom (7) und/oder eines oder mehrerer Messeinrichtungen (20b) im zweiten Retentatstrom (8) gesteuert wird
und/oder
- der dritte Retentatstrom (10a + 10b) mindestens eine Retentatsteuereinrichtung (19) umfasst mit der der Retentatdruck der Permeattrennstufe (3) erhöht oder erniedrigt werden kann und welche anhand von Messwerten eines oder mehrerer Messeinrichtungen (21 a) im ersten Permeatstrom (6) und/oder eines oder mehrerer Messeinrichtungen (21 b) im dritten Permeatstrom (1 1 ) gesteuert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass es/sie derart ausgestaltet ist, dass auch bei schwankenden
Zusammensetzungen oder Mengen oder Drücken des Rohgasstromes (17), welcher zusammen mit dem zweitem Permeatstrom (9b) und dem dritten Retentatstrom (10b) dem Feedstrom (5) zugeführt wird, durch die erfindungsgemäße Steuerung eine gleich bleibende Ausbeute und Qualität der beiden Produktgasströme (8) und (1 1 ) gewährleistet werden kann. Dabei ist besonders zu betonen dass die Reinheiten der Produktgasströme (8) und (1 1 ) unabhängig voneinander geregelt werden können, d.h. es gelang - im Gegensatz zu den Verfahren des Standes der Technik - die Regelung der Reinheit und Ausbeute beider Produktströme zu entkoppeln. Verantwortlich dafür sind die erfindungsgemäß verwendeten Steuereinrichtungen (18) und (19), welche in den Rückströmen (9a + 9b) und (10a + 10b) angeordnet sind.
Unter„Steuereinrichtungen" sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Geräte, Bauteile, Anlagen oder Teile von Anlagen zu verstehen, die eine Erhöhung oder Absenkung des Drucks in den Rückströmen (9a) und (10a) ermöglichen. Eine nicht abschließende Liste von möglichen Steuereinrichtungen umfasst: Druckminder- oder Druckerhöhungsventile, Gasentspannungseinrichtungen, Vakuumpumpen, Gebläse, Verdichter, insbesondere Kompressoren.
Die Steuereinrichtungen (18) und (19) werden anhand von Messwerten geregelt, welche durch die Messeinrichtungen (20a), (20b), (21 a) und (21 b) ermittelt werden.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermitteln die Messeinrichtungen (20b) und (21 b) Parameter der Produktströme (8) und (1 1 ) wie z. B. der Gehalt einer oder mehrerer Komponenten in den Gasströmen. Die Ermittlung der Parameter mit den Messeinrichtungen (20b) und (21 b) der Produktgasströme (8) und/oder (1 1 ) kann online oder offline erfolgen, je nach verwendeter Messeinrichtung. Bevorzugt erfolgt eine online Messung, weil damit die Regelung schneller erfolgen kann. Geeignete
Messeinrichtungen sind dem Fachmann bekannt. Bevorzugt handelt es sich jedoch um Gasmessgeräte, die die Zusammensetzung der Gasströme für eine oder mehrere
Komponenten messen können, insbesondere Inlinemessgeräte, die direkt im Gasstrom messen (z.B. mittels Infrarotabsorption oder Schallgeschwindigkeit, Dichte, Coreolis) und externe Messgeräte nach den gleichen Messprinzipien, die eine Probe aus dem Strom entnehmen und entweder kontinuierlich oder nicht kontinuierlich vermessen. Diese haben den Vorteil, dass die Zusammensetzung sehr schnell ermittelt werden kann und als
Eingangsgröße in der Regelung sofort zur Verfügung steht
Kommt es zu einer Schwankung in der Zusammensetzung des Rohgases oder zu einer Veränderung der Menge oder des Drucks des Rohgasstroms (17) und/oder des Feedstroms (5), so ändern sich ohne Gegensteuerung auch die Eigenschaften, z. B. die
Zusammensetzungen, der Produktströme (8) und (1 1 ). Durch die Messeinrichtungen (20b) und (21 b) werden entsprechende Veränderungen registriert und eine Gegensteuerung mit Hilfe der Steuereinrichtungen (18) und (19) eingeleitet, so dass die erfindungsgemäße Anlage derart geregelt werden kann, dass die Eigenschaften, insbesondere die
Zusammensetzungen, der Produktgasströme (8) und (1 1 ) wieder in einem vorgegebenen Bereich/Korridor liegen. Die erfindungsgemäße Anlage erlaubt es dabei beide
Produktgasströme (8) und (1 1 ) gleichzeitig zu regeln aber auch nur einen von beiden Strömen im vorgegebenen Korridor zu halten.
In dieser ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind daher Verfahren Gegenstand der Erfindung, bei denen die Steuerung der erfindungsgemäßen Anlage nach einer oder mehreren der folgenden Alternativen erfolgt: i. Die Konzentration einer schwerer permeierenden Komponente B, ggf. auch
ermittelt durch einen dazu korrelierenden Parameter, des zweiten Retentatstroms (8) fällt unter einen vorgegebenen Sollwert, der Druck des zweiten Permeatstroms (9a) wird daher mittels der Permeatsteuereinrichtung (18) erniedrigt, bis besagter Parameter, insbesondere die gewünschte Konzentration, wieder im Sollbereich liegt,
ii. Die Konzentration einer schwerer permeierenden Komponente B, ggf. auch
ermittelt durch einen dazu korrelierenden Parameter, des zweiten Retentatstroms (8) steigt über einen vorgegebenen Sollwert, der Druck des zweiten
Permeatstroms (9a) wird daher mittels der Permeatsteuereinrichtung (18)erhöht, bis besagter Parameter, insbesondere die gewünschte Konzentration, wieder im Sollbereich liegt.
iii. Die Konzentration einer schwerer permeierenden Komponente B, ggf. auch
ermittelt durch einen dazu korrelierenden Parameter, des dritten Permeatstroms (1 1 ) fällt unter einen vorgegebenen Sollwert, der Druck des dritten Retentatstroms (10a) wird daher mittels der Retentatsteuereinrichtung (19) erhöht, bis besagter Parameter, bevorzugt die gewünschte Konzentration, wieder im Sollbereich liegt, iv. Die Konzentration einer schwerer permeierenden Komponente B, ggf. auch
ermittelt durch einen dazu korrelierenden Parameter, des dritten Permeatstroms (1 1 ) steigt über einen vorgegebenen Sollwert, der Druck des dritten Retentatstroms (10a) wird daher mittels der Retentatsteuereinrichtung (19) erniedrigt, bis der Parameter, insbesondere die gewünschte Konzentration, wieder im Sollbereich liegt.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung die Messeinrichtungen (20a) und (21 a). Die Messeinrichtungen (20a) und (21 a) ermitteln Parameter des ersten Retentatstroms (7) bzw. des ersten Permeatstroms (6) wie z. B. den Volumenstrom. In dieser Ausführungsform werden also nicht die Eigenschaften der
Produktströme (8) und (1 1 ) analysiert, sondern Eigenschaften der Gasströme, welche der zweiten bzw. der dritten Membrantrennstufe zugeführt werden.
Kommt es zu einer Schwankung in der Zusammensetzung oder zu einer Veränderung der Menge oder des Drucks des Rohgasstromes (17) oder des Feedstroms (5), so wirkt sich dies, ohne Gegensteuerung, auf die Eigenschaften, z. B. die Zusammensetzung bzw. die Mengen und die Drücke, des ersten Permeatstroms (6) bzw. des ersten Retentatstroms (7) aus. Die Messeinrichtungen (20a) und (21 a) registrieren entsprechende Veränderungen. Durch eine Kalibrierung der Anlage können diese Eigenschaften des ersten Permeatstroms (6) mit denen des dritten Permeatstroms (1 1 ) (zweiter Produktstrom) und die des ersten Retentatstroms (7) mit denen des zweiten Retentatstroms (8) (erster Produktstrom) korreliert werden. Somit können auch mit den Messeinrichtungen (20a) und (21 a) die Eigenschaften, insbesondere die Zusammensetzung und Ausbeute, der beiden
Produktströme (8) und (1 1 ) geregelt werden. Dies erfolgt erneut mit Hilfe der
Steuereinrichtungen (18) und (19). Die Steuerung der Zusammensetzungen der
Produktgasströme (8) und (1 1 ) ist auch in dieser Ausführungsform entkoppelt und kann unabhängig voneinander geregelt werden. Unter Eigenschaften des zweiten Retentatstroms (8) (erster Produktstrom) und des dritten Permeatstroms (1 1 ) (zweiter Produktstrom) werden in diesem Fall Parameter verstanden, die am jeweiligen Strom gemessen werden können und welche durch die erfindungsgemäße Anlage in einem bestimmten Bereich gehalten oder hineingebracht werden sollen. Besonders bevorzugt handelt es sich um die
Zusammensetzung und oder den Druck und oder die Menge bzw. den Volumenstrom der jeweiligen Produktströme, da diese Parameter für die Einspeisung des Produktgases in eine Pipeline in bestimmten Grenzbereichen liegen müssen. Diese Eigenschaften bzw. parameter werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als mit dem jeweiligen Volumenstrom des ersten Retentatstroms (7) oder des ersten Permeatstroms (6) korrelierte Eigenschaften bezeichnet,
Wie bereits erläutert muss in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zunächst einmalig eine Kalibrierung der Anlage erfolgen. Dieser anfängliche Mehraufwand wird jedoch dadurch überkompensiert, dass nach der Kalibrierung z. B. eine einfache Flussmessung der Ströme (6) und (7) erfolgen kann, was schneller und billiger ist als z. B. kontinuierlich die Zusammensetzung der Produktgasströme (8) und (1 1 ) zu kontrollieren.
Nachfolgend werden die Grundprinzipien der Kalibrierung am Beispiel einer Biogasanlage mit einer erfindungsgemäßen dreistufigen Verschaltung erläutert. Die Kalibrierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann wie folgt erfolgen:
Man legt zuerst die Sollkonzentrationen der langsamer permeierenden Komponente B im dritten Permeatstrom (1 1 ) und im zweiten Retentatstrom (8) fest. Anschließend variiert man z. B. die Zusammensetzung des Rohgasstroms (17) und bestimmt mit Hilfe der
Messeinrichtungen (20a) und (21 a) die Veränderungen der Zielparameter, in dieser
Beispielkalibrierung des Volumenstroms, des ersten Retentatstroms (7) und des ersten Permeatstroms (8). Parallel bestimmt man mit Hilfe der Messeinrichtungen (20b) und (21 b), z. B. mittels Gassensoren, die Veränderungen der Zusammensetzungen des dritten
Permeatstroms (1 1 ) und des zweiten Retentatstroms (8). Zusätzlich misst man den
Permeatdruck der Retentattrennstufe (2) und den Retentatdruck der Permeattrennstufe (3). Mit Hilfe der Steuereinrichtungen (18) bzw. (19) kann man besagte Permeat- bzw.
Retentatdrücke verändern bis die Sollkonzentration der Komponente B im dritten
Permeatstrom (1 1 ) und im zweiten Retentatstrom (8) wieder erreicht ist. Man kann nun die gemessenen Volumenströme des ersten Retentatstroms (7) gegen den Permeatdruck der Retentattrennstufe (2) und die Volumenströme des ersten Permeatstroms (6) gegen den Retentatdruck der Permeattrennstufe (3) auftragen. In Abbildung 2 ist beispielhaft zu sehen, wie der Druck im Permeat der Retentattrennstufe (2) eingestellt werden muss, um die Konzentration der der schwerer permeierenden Komponente B im Retentatstrom (8) konstant zu halten. Es ist zu erwähnen, dass die Gaszusammensetzung des Rohgasstromes hier eine Parallelverschiebung der Kurven bewirkt. Dies ist auch in Abb. 2 zu sehen, wo der Kurvenverlauf des notwendigen Permeatdruckes der Retentattrennstufe (2) in Abhängigkeit des Volumenstromes des ersten Retentatstroms (7) für drei unterschiedliche
Rohgaszusammensetzung (45, 55 und 65% der Komponente B) angegeben ist. Wie man sieht ergibt sich für jede Rohgaszusammensetzung eine eigene separate Kurve.
Ist die Zielsetzung der Trennung lediglich, eine Mindestqualität der schlechter
permeierenden Komponente B im zweiten Retentatstrom (8) sicherzustellen, so kann zur Vereinfachung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Ermittlung verschiedener Kurven für unterschiedliche Konzentration der schlechter Permeierenden des Rohgases verzichtet werden und nur mit der Arbeitskurve mit der höchsten Konzentration an leichter permeabler Komponente A gearbeitet werden. Alternativ kann nur mit der Arbeitskurve mit der niedrigsten Konzentration an schlechter permeabler Komponente B gearbeitet werden.
Erhöht sich die Konzentration der schlechter permeierenden Komponente B im Rohgas, so müsste eigentlich der Druck im Permeat der Stufe 2 erhöht werden, um die Konzentration der schlechter permeierenden Komponente B im Retentatgas der Stufe 2 konstant zu halten. Wird der Druck nicht angepasst, so steigt die Konzentration an Komponente B im Retentat der Stufe 2, sie liegt jedoch unter Verwendung der Kalibriergeraden mit der niedrigsten Konzentration an Komponente B im Rohgas immer über dem definierten Mindestsollwert. Während sich beim Retentatstrom (8) mehrere Kurven bei unterschiedlichen
Rohgaszusammensetzungen ergeben, so können die Daten bei den Drücken des Retentates der Permeattrennstufe (3) in Abhängigkeit des Volumenstromes des ersten Permeatstroms (6) auf einer Kurve liegen (siehe hierzu als Beispiel Abbildung 3).
Unter Verwendung der für die erhaltenen Kurven abgeleiteten mathematischen Funktionen ist es nun alleine durch Messung der Volumenströme mittels der Messeinrichtungen (20a) und/oder (21 a) möglich, auch ohne aufwändigere Messung von Konzentrationen in den Produktströmen mittels der Messeinrichtungen (20b) und (21 b), eine schnelle Steuerung der Anlage zu gewährleisten, auch wenn sich die Rohgaszusammensetzung ändert oder wenn mehr Rohgas aufbereitet werden soll.
Zur Aufbereitung einer sich variierenden Menge Rohgas ist es vorteilhaft, wenn die
Steuerung (Kontrolleinrichtung) des Kompressors ein Signal eines Füllstandsmessers der Biogasanlage (z.B. Gassack oder Druck im Fermenter) oder eines Sensors im Rohgasstrom (17) bekommt. Der Kompressor kann dann auch so gesteuert werden, dass das Sollniveau an Rohbiogas erhalten bleibt. Die Anlage regelt sich dann selber nach oben beschriebenem Regelmechanismus. Details zu dieser bevorzugten Ausführungsform finden sich weiter unten.
Bevorzugt werden als Messeinrichtungen (20a) und/oder (21 a) Durchflussmesser (Masse oder Volumen) verwendet. Die Bestimmung der Parameter mittels der Messeinrichtungen (20a) und (21 a) kann online oder offline erfolgen. Bevorzugt erfolgt eine online Messung. Geeignete Messeinrichtungen sind dem Fachmann bekannt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung in dieser Ausführungsform sind daher Verfahren, bei denen die Steuerung der erfindungsgemäßen Anlage bevorzugt nach einer oder mehreren der folgenden Alternativen erfolgt:
v. Der Volumenstrom des ersten Retentatstroms (7), ggf. auch ermittelt durch
einen dazu korrelierenden Parameter, steigt über einen vorgegebenen Sollwert, der Druck des zweiten Permeatstroms (9a) wird daher mittels der
Permeatsteuereinrichtung (18) soweit erniedrigt, bis gemäß der Kalibrierkurve der notwendige Druck erreicht ist und somit die gewünschte Eigenschaft des zweiten Retentatstroms (8), bevorzugt die Zusammensetzung des zweiten Retentatstroms (8), wieder im Sollbereich liegt,
vi. Der Volumenstrom des ersten Retentatstroms (7), ggf. auch ermittelt durch
einen dazu korrelierenden Parameter, sinkt unter einen vorgegebenen Sollwert, der Druck des zweiten Permeatstroms (9a) wird daher mittels der
Permeatsteuereinrichtung (18)soweit erhöht, bis der notwendige Druck anhand der Kalibrierkurve erreicht ist und somit die gewünschte Eigenschaft des zweiten Retentatstroms (8), bevorzugt die Zusammensetzung des zweiten
Retentatstroms (8), wieder im Sollbereich liegt,
vii. Der Volumenstrom des ersten Permeatstroms (6), ggf. auch ermittelt durch
einen dazu korrelierenden Parameter, steigt über einen vorgegebenen Sollwert, der Druck des dritten Retentatstroms (10a) wird daher mittels der
Retentatsteuereinrichtung (19) soweit erhöht, bis der notwendige Druck anhand der Kalibrierkurve erreicht ist und somit die gewünschte Eigenschaft des dritten Permeatstroms (1 1 ), bevorzugt die Zusammensetzung des dritten
Permeatstroms (1 1 ), wieder im Sollbereich liegt,
viii. Der Volumenstrom des ersten Permeatstroms (6), ggf. auch ermittelt durch
einen dazu korrelierenden Parameter, sinkt unter einen vorgegebenen Sollwert, der Druck des dritten Retentatstroms (10a) wird daher mittels der
Retentatsteuereinrichtung (19) soweit erniedrigt, bis der notwendige Druck anhand der Kalibrierkurve erreicht ist und somit die gewünschte Eigenschaft des dritten Permeatstroms (1 1 ), bevorzugt die Zusammensetzung des dritten Permeatstroms (1 1 ), wieder im Sollbereich liegt.
Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage und des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der höchst variablen Anlagenkapazität, d.h. der Möglichkeit die Anlagenleistung variabel steuern und an den Bedarf an Produktgas anpassen zu können. Dies kann wie bereits erwähnt ohne Zu- bzw. Abschaltung von Membranflächen erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dazu die Anlagenleistung der erfindungsgemäßen Anlage durch eine Änderung des Fördervolumens des Kompressors (4) erhöht oder erniedrigt und einer dadurch verursachten Änderung der Konzentration der schwerer permeierenden Komponente B im zweiten Retentatstrom (8) gemäß den
Verfahrensalternativen i bzw. ii und/oder einer dadurch verursachten Änderung der
Konzentration der schwerer permeierenden Komponente B im dritten Permeatstrom (1 1 ) gemäß den Verfahrensalternativen iii bzw. iv und/oder einer dadurch verursachten Änderung des Flusses des ersten Retentatstroms (7) gemäß den Verfahrensalternativen v bzw. vi und/oder einer dadurch verursachten Änderung des Flusses des ersten Permeatstroms (6) gemäß den Verfahrensalternativen vii bzw. viii entgegengewirkt.
Die zuvor beschriebenen Verfahren i bis Viii können miteinander kombiniert bzw.
Mischformen angewendet werden. Unter Messeinrichtung (20a), (20b), (21 a) oder (21 b) werden einzelne Messgeräte, Apparaturen etc. aber auch Kombinationen oder
Zusammenschaltungen mehrerer Geräte, Apparaturen etc. verstanden.
Die Messeinrichtungen (20a), (20b), (21 a) oder (21 b) können untereinander in den verschiedenen Verfahrensalternativen flexibel kombiniert werden. So kann z.B. eine
Messeinrichtung (20a) zusammen mit einer Messeinrichtung (20b) verwendet werden um die Permeatsteuereinrichtung (18)zu regeln. In diesem Fall hätte man ein Backup Messsystem, welches ermöglicht die Messsysteme gegenseitig zu kontrollieren und abzusichern. Somit kann z. B. festgestellt werden, wenn eine Messeinrichtung kaputt ist. Entsprechende Ausgestaltungsformen der vorliegenden Erfindung sind für einen Fachmann anhand der Beschreibung und den Beispielen der vorliegenden Erfindung leicht auffindbar und von der Erfindung mit erfasst.
Je nach verwendeter Mess- und/oder Steuereinrichtung sowie deren Anzahl kann es vorteilhaft sein zwischen die Mess- und die Steuereinrichtung mindestens eine
Datenverarbeitungseinrichtung (in den Abbildungen nicht gezeigt), bevorzugt mindestens einen Computer, zwischenzuschalten. Dadurch kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren leicht zentral geregelt und die verschiedenen
Messwerte bzw. Regelungsschritte protokolliert und koordiniert werden. Entsprechende technische Lösungen sind auf dem Markt erhältlich bzw. dem Fachmann bekannt und vom Umfang der vorliegenden Erfindung mit umfasst.
Besonders bevorzugt werden im erfindungsgemäßen Verfahren im ersten Retentatstrom (7) und/oder im ersten Permeatstrom (6) Durchflussmesser als Messeinrichtung (20a) und/oder (21 a) verwendet.
Ebenfalls besonders bevorzugt werden im zweiten Retentatstrom (8) und/oder im dritten Permeatstrom (1 1 ) eine online oder offline Messeinrichtung (20b) und/oder (21 b) zur Bestimmung der Zusammensetzung des jeweiligen Gasgemisches verwendet.
Neben der Steuerung der Stoffströme (9a + 9b) und (10a + 10b) durch die
Steuereinrichtungen (18) und (19), wie zuvor beschrieben, umfasst die vorliegende Erfindung auch Ausführungsformen, in denen noch weitere Steuerungen bzw. Regelungen in der Vorrichtung bzw. im Verfahren vorgenommen werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Kontrolleinrichtung (24) (in den Abbildungen nicht gezeigt), welche die Leistung des Kompressors (4), bevorzugt dessen Drehzahl und damit dessen Fördervolumen, regelt. Ein Beispiel hierfür wäre ein Frequenzumformer.
Mittels der Kontrolleinrichtung wird bevorzugt die Leistung des Kompressors an die zu trennende Menge Rohgas (z.B. die Produktion von Biogas im Fermenter) oder an die Menge zu produzierende Menge Produktgas (z.B. Methanstrom im Retentatstrom (8)) anpasst. Die Änderung der Produktionsmenge an Rohgas (z.B. Rohbiogas aus einer Biogasanlage) kann zum Beispiel an einer Füllstandsanzeige eines Rohgaszwischenspeichers oder am Druck des Rohgases in einem Fermenter abgelesen werden. Steigt der Füllstand oder der Druck im Fermenter, so kann die Trennkapazität der Membrantrennanlage durch Erhöhung der Drehzahl des Verdichters erhöht werden. Somit kann der Druck im Fermenter oder der Füllstand im Zwischenspeicher konstant gehalten oder gesenkt werden. Sinkt im Gegensatz dazu der Füllstand im Zwischenspeicher oder der Druck im Fermenter so kann durch Reduktion der Drehzahl des Kompressors die Trennkapazität der Membrantrennanlage verringert werden und somit der Füllstand im Zwischenspeicher oder der Druck im Fermenter konstant gehalten oder verringert werden. Bei Veränderung des Feedvolumenstromes (5), die sich durch eine Änderung der Drehzahl des Kompressors ergibt, würde sich Änderung der Zusammensetzung des Retentatstromes (8) und des Permeatstroms (1 1 ) ergeben. Ein großer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass diese Veränderung durch in dieser Erfindung weiter oben beschriebenen Regelmechanismen verhindert werden kann. Mit dieser erfindungsgemäßen Steuerung der Anlage für die Kapazität und die Qualität der Produktgase ist es nun möglich, die Trennkapazität der Anlage und die Zusammensetzung der Produktgasströme (8) und (1 1 ) unabhängig von einander zu steuern. Man kann daher die Kapazität der Anlage in einem bestimmten Rahmen unter Zuhilfenahme der
Steuereinrichtungen (18) und (19) mit Hilfe der Kontrolleinrichtung des Kompressors verändern, ohne dass sich die Produktgasqualitäten in den Strömen (8) und (1 1 ) ändern, ohne dass der Retentatdruck in den Trennstufen (1 ) und (2) angepasst werden müsste und ohne dass Membranflächen zu- oder weggeschaltet werden müsste.
Diese Flexibilität der Kapazität kann auf einen bestimmten Bereich der Kompressordrehzahl und damit Rohgasfördervolumen beschränkt sein, welche vom Design der Anlage bestimmt wird, insbesondere hinsichtlich Druck in den Trennstufen, Flächenverhältnissen der
Membranen in den einzelnen Trennstufen (1 ), (2) und (3) und vor allem hinsichtlich der
Steuereinrichtungen (18) und (19) und deren Bandbreite bei der Einstellung des Druckes in den jeweiligen Gaströmen (9a) und (10a). Wenn beispielsweise der minimale mögliche Druck im Permeatstrom (9a) 0,3 bara beträgt, so ist dies der limitierende Parameter für den Feedgasvolumenstrom (5). Eine weitere Erhöhung des Feedgasvolumenstroms (5) würde bedeuten, dass die Konzentration der langsameren Komponente B im Retentatstrom (8) unter den Sollwert sinken würde und somit der gewünschte Betriebspunkt der Anlage nicht mehr eingehalten werden könnte. Das gleiche gilt für den Fall, dass der Druck im Permeat (9a) nicht mehr weiter erhöht werden könnte als zum Beispiel Umgebungsdruck. Dieser Druck limitiert nun die Absenkung des Feedvolumenstromes (5), da bei weiterer Absenkung Feedvolumenstromes (5)der Gehalt an schwerer permeierender Komponente B im Retentat (8) über den Sollwert steigen würde.
Unter„Kontrolleinrichtung" wird hierbei die Steuereinheit des Kompressors verstanden, welche die Leistung des Kompressors, bevorzugt dessen Drehzahl regelt. Diese
Kontrolleinrichtung kann derart ausgestaltet sein, dass sie Messdaten von Sensoren im Rohgasstrom (17) und/oder in vorgelagerten Speichern oder Produktionseinrichtungen verarbeitet. Beispielsweise kann das Signal der Messeinrichtung dann einen Frequenzumformer eines Verdichters steuern. Entsprechende Kompressoren und Kontrollbzw. Steuereinrichtungen sind am Markt erhältlich und dem Fachmann bekannt.
Mit der zuvor beschriebenen Ausführungsform, d.h. der Regelung und Anpassung der Kompressorleistung, kann sichergestellt werden, dass die Trennkapazität der
Membrantrennanlage den Bedürfnissen der Produktion des Rohgases und / oder notwendigen Mengen an Produktgasen (8) und (1 1 ) angepasst wird. Schwankungen in der Gaszusammensetzung der Ströme (8) und (1 1 ), die sich aus der unterschiedlich
verarbeitenden Menge an Rohgas (17) und dessen Zusammensetzung ergeben, werden von den Steuereinrichtungen (18) und (19) ausgeglichen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung derart ausgestaltet, dass sich ändernde Mengen an rückgeführtem Gas aus dem zweiten
Permeatstrom (9b) und/oder dem dritten Retentatstrom (10b), bevorzugt automatisch, mit einer Regelung der zugeführten Menge an Rohgas aus dem Rohgasstrom (17) ausgeglichen werden. Besonders bevorzugt erfolgt dies ohne dabei die Drehzahl des Kompressors zu ändern. Dies erlaubt die Verwendung einfacherer und kostengünstigerer, nicht regelbarer Kompressoren.
Als Messeinrichtungen (22) und (23) können in dieser Ausführungsform dabei Gassensoren, Volumen oder Massedurchflussmesser oder Druckmesser im zweiten Permeatstrom (9b) und/oder dem dritten Retentatstrom (10b) verwendet werden. Die Steuerung der zugeführten Menge an Rohgas erfolgt bevorzugt mittels einer Rohgasstromsteuereinrichtung (25) im Rohgasstrom. Die Rohgasstromsteuereinrichtung muss in der Lage sein, die fehlende Menge (= Differenz zwischen angesaugter Menge des Verdichters und Summe von rückgeführten Strömen (9b) und (10b)) zu ersetzen. Dies geschieht zum Beispiel durch Ausführung der Rohgasstromsteuereinrichtung als Druckmessung auf der Saugseite des Verdichters (4). Eine von dieser Druckmessung gesteuerte Dosiervorrichtung (z.B. ein analoges verstellbares Ventil oder ein Gebläse oder eine Verdichtungseinheit) kann nun den Druck konstant halten über unterschiedlich zugeführte Mengen an Rohgas (17). Steht das Rohgas unter einem Druck, der den Spezifikationen des Ansaugdruckes des Kompressors entspricht, so kann die zusätzlich zu den Rückströmen (9b) und (10b) benötigte Menge an Rohgas auch ohne zusätzliche Rohgassteuereinrichtung (17) direkt vom Kompressor angesaugt werden. Auch hierbei kann eine Datenverarbeitungseinrichtung zwischen die Messeinrichtungen (22) und (23) sowie der Rohgasstromsteuereinrichtung (25) zwischen geschaltet werden. Grundsätzlich kann es sich bei den zuvor erwähnten Datenverarbeitungseinrichtungen um unterschiedliche Einrichtungen handeln, d.h. es können im erfindungsgemäßen Verfahren mehrere Datenverarbeitungseinrichtungen verwendet. Diese
Datenverarbeitungseinrichtungen können optional miteinander vernetzt werden. Bevorzugt wird jedoch nur eine zentrale Datenverarbeitungseinrichtung verwendet mit der zentral alle Mess- und Steuerungsschritte überwacht und geregelt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, siehe beispielhaft Abbildung 1 , beinhaltet wie zuvor gesagt eine Verkettung von zumindest drei Membrantrennstufen. Jede Stufe besteht aus einem oder mehreren physikalischen Gasseparationsmodulen, die innerhalb einer Stufe parallel und/oder seriell verschaltet sind. Als Triebkraft für die Gasauftrennung in den Modulen wird eine Partialdruckdifferenz zwischen der Retentat- und der Permeatseite in den jeweiligen Membrantrennstufen erzeugt. Die Partialdruckdifferenz wird mittels eines
Kompressors (4), welcher auf der Feedseite der Feedstromtrennstufe (1 ) angeordnet ist, und gegebenenfalls mittels zumindest einer, bevorzugt einer oder zwei Vakuumpumpe(n)(in Abbildung 1 nicht dargestellt) nach der Feedstromtrennstufe (1 ), bevorzugt auf der
Permeatseite der Retentattrennstufe (2) im zweiten Permeatstrom (9a + 9b) und/oder auf der Permeatseite Permeattrennstufe (3) in dritten Permeatstrom (1 1 ), erzeugt. Ggf. kann es vorteilhaft sein in einer oder mehrerer der Membrantrennstufen die Partialdruckdifferenz durch einen permeatseitigen Spülgasstrom zu erzeugen bzw. zu verstärken.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung bringt ein Kompressor (4) das Rohgasgemisch bzw. das Gasgemisch aus dem Rohgasstrom (17) und dem zweiten Permeatstrom (9b) und/oder dem dritten Retentatstrom (10b), auf den gewünschten Druck im Bereich von 5 bis 100 bar, vorzugsweise jedoch auf einen Druck von 9 bis 75 bar. Sollte der Rohgasstrom (17) schon den benötigten Druck aufweisen, so muss der Verdichter (4) nur mehr den zweiten Permeatstrom (9b) und/oder dem dritten Retentatstrom (10b) auf den gewünschten Druck im Bereich von 5 bis 100 bar, vorzugsweise jedoch auf einen Druck von 9 bis 75 bar bringen. Der erhaltene Feedstrom (5) wird in die Feedstromtrennstufe (1 ) eingeleitet. In der Feedstromtrennstufe (1 ) wird eine Vortrennung des Rohgasgemisches in leichter permeierende Komponenten (Permeatgas), die zu einem großen Teil ins Permeat der ersten Stufe gelangen und weniger schnell permeierende Komponenten (Retentatgas), die von der Membran vorwiegend zurückgehalten und sich im Retentat anreichern, erhalten. In einer bevorzugten Ausführungsform zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch aus, dass es/sie derart ausgestaltet ist, dass die Konzentration mindestens eines Permeatgases der Feedstromtrennstufe (1 ), nach
Rückführung des zweiten Permeatstroms (9b) und des dritten Retentatstroms (10b), im Feedstrom (5)erhöht wird, bevorzugt um mindestens 2%, besonders bevorzugt um mindestens 3% und ganz besonders bevorzugt um 3 bis 40%, jeweils im Vergleich zur Konzentration im Rohgasstrom (17). Die Erhöhung kann von der Zusammensetzung des Rohgasstromes (17)abhängen und ist besonders ausgeprägt bei niedrigen Konzentrationen eines Permeatgases (10 bis 20%). Bevorzugt beträgt die Konzentrationserhöhung eines der Permeatgase zwischen 2 und 15% besonders bevorzugt zwischen 3 und 8 %, wenn der Gehalt des Permeatgases im Rohgasstrom (17) zwischen 30 und 70% beträgt. Es hat sich gezeigt, dass die Ausbeute des gesamten Prozesses an Retentatgas zunimmt und damit der Verlust an Retentatgas abnimmt, wenn die Konzentration des Permeatgases in der
Feedstromtrennstufe (1 ) erhöht wird. Bei gleichem Stufentrennschnitt (=Verhältnis
Permeatstrom zu Feedstrom der betrachteten Stufe) gelangt deutlich weniger Permeatgas ins Permeat der Feedstromtrennstufe (1 ), wenn die Konzentration mindestens einer in der Feedstromtrennstufe (1 ) leichter permeierenden Komponente A oder eines Permeatgases A im Feedstrom (5) erhöht wird. Analog wurde eine Erniedrigung festgestellt, wenn die
Konzentration der Komponente A oder eines Permeatgases A im aufzureinigenden
Feedstrom (5) sich verringert. So beträgt der Stufentrennschnitt für eine Konzentration von 50% einer Komponente A oder eines Permeatgases A im aufzureinigenden Feedstrom (5) zwischen 10 und 60%, vorzugsweise zwischen 15 und 55% und besonders bevorzugt zwischen 20 und 50 %. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung daher derart ausgestaltet, dass der Gehalt an Permeatgas(en) der Feedstromtrennstufe (1 ) im Feedstrom (5) bei größer gleich 40 Vol. %, bevorzugt mehr als 50 Vol.% und ganz besonders bei mehr als 55 Vol. % bezogen auf das Volumen des Feedstroms (5), nach Rückführung des zweiten Permeatstroms (9b) und des dritten Retentatstroms (10b), liegt. Durch diese Konzentrationserhöhung der Permeatgase im Feedstrom (5) wird wie bereits erläutert die Effizienz der Feedstromtrennstufe (1 ) erhöht, was wiederum zur Folge hat, dass weniger Retentatgas B in den ersten Permeatstrom (6) gelangt. Dies erhöht wiederum die Effizienz der Permeattrennstufe (3) und sorgt dafür, dass auch hier weniger unerwünschtes Retentatgas in den dritten Permeatstrom (10a + b) gelangt. Insbesondere bei der Trennung von methanhaltigen Rohgasen führt dies zu dem Vorteil, dass die unerwünschten
Emissionen des klimaschädlichen Methans deutlich reduziert werden konnten. Allgemein kann man sagen, dass in der Feedstromtrennstufe (1 ) bevorzugt 20 bis 100%, besonders bevorzugt 40 bis 70 % der leichter permeierenden Komponente A, d.h. des Permeatgases A, vom Feedstrom (5) in das Permeat übergehen.
Das Retentat der Feedstromtrennstufe (1 ) wird, optional mit Druckminderung durch ein optional vorhandenes Druckminderventil (12) oder mit Druckerhöhung, mittels des ersten Retentatstroms (7) der Retentattrennstufe (2) zugeführt, in der die Feinreinigung erfolgt. Auf der Retentatseite der Retentattrennstufe (2), d.h. im zweiten Retentatstrom (8), befindet sich bevorzugt ein Druckminderventil (13) (in Abbildung 1 nicht gezeigt), mittels dessen der Hauptdruck im System (Betriebsdruck der Trennstufen (1 ) und (2) = Retentatdruck der Stufen (1 ) und (2)) aufrecht und konstant gehalten werden kann. Der Gehalt der schwerer permeierenden Komponenten B, d.h. eines Retentatgases B, wird in der Retentattrennstufe (2) weiter erhöht, sodass der Gehalt an Komponente B oder eines Retentatgases B im zweiten Retentatstrom (8) mehr als 90%, bevorzugt mehr als 95% und besonders bevorzugt mehr als 97% beträgt. In einer besonders bevorzugten Variante zeichnet sich dass erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung somit dadurch aus, dass mindestens 95%, bevorzugt mindestens 97%, besonders bevorzugt mindestens 99% und ganz besonders bevorzugt mindestens 99,5 %, der mit dem Rohgasstrom (17)in die Vorrichtung eingeführten Retentatkomponente der Feedstromtrennstufe (1 ) über den zweiten Retentatstrom (8) ausgeschleust werden.
Der Stufentrennschnitt der Retentattrennstufe (2) beträgt bei einer Konzentration der Komponente A oder eines Permeatgases A von 50% im ersten Retentatstrom (7) zwischen 10 und 60%, vorzugsweise zwischen 20 und 50 %.
Das Permeat der Retentattrennstufe (2) wird mittels des zweiten Permeatstroms (9b) besonders bevorzugt ohne dass zuvor Anteile des Permeatstroms (9a oder 9b) hinter der Feedstromtrennstufe (1 ) dem ersten Retentatstrom (7) zugeführt werden, ganz besonders bevorzugt vollständig, rückgeführt, dem Feedstrom (5) zugeführt und wiederaufbereitet. Dies kann - wie zuvor bei der Definition des Begriffes„Feedstrom" bereits erläutert - je nachdem ob ein Kompressor (4) oder gar ein mehrstufiger Kompressor (4) verwendet wird auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Bei einem einstufigen Kompressor (4) wird der zweite Permeatstrom (9b) bevorzugt der Saugseite des Kompressors (4) zugeführt. Das mit der Komponente A oder einem Permeatgas A stark angereicherte Permeat der Feedstromtrennstufe (1 ) wird mittels des ersten Permeatstroms (6) der Permeattrennstufe (3) zugeführt. Es ist notwendig mittels der Retentatsteuereinrichtung (19) im Retentatstrom der Permeattrennstufe (3), d.h. dem dritten Retentatstrom (10a + b)), zu verhindern, dass der Druck des Retentats der Permeattrennstufe (3) auf Umgebungsdruck abfällt. Auf diese Weise kann die treibende Kraft für die Permeattrennstufe (3) erhalten bleiben. Die
Permeattrennstufe (3) produziert ein Permeat mit einem Gehalt an besser permeabler Komponente A oder eines Permeatgases A größer als 95%, vorzugsweise größer als 97% und besonders vorzugsweise größer als 99%, welches über den dritten Permeatstrom (1 1 ) aus der Vorrichtung ausgeschleust wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung derart ausgestaltet, dass maximal 5%, bevorzugt maximal 3%, besonders bevorzugt maximal 1 % und ganz besonders bevorzugt maximal 0,5 %, der mit dem Rohgasstrom (17) in die Vorrichtung eingeführten langsamer
permeierenden Komponente B der Feedstromtrennstufe (1 ) über den dritten Permeatstrom (1 1 ) ausgeschleust werden.
Der Stufentrennschnitt der Permeattrennstufe (3) beträgt bevorzugt zwischen 50 und 95%, und besonders bevorzugt zwischen 70 und 93%.
Der dritte Retentatstrom (10b) wird rückgeführt, dem Feedstrom (5) zugeführt und
wiederaufbereitet. Dies kann auf unterschiedliche Weise erfolgen und kann z. B. davon abhängen, ob ein Kompressor (4) oder gar ein mehrstufiger Kompressor (4) verwendet wird. Bei einem einstufigen Kompressor (4) wird der dritte Retentatstrom (10b) bevorzugt der Saugseite des Kompressors (4) zugeführt, wenn der Ansaugdruck des Kompressors kleiner ist als der Retentatdruck der Trennstufe (3). Wird ein mehrstufiger Kompressor verwendet, so ist es bevorzugt, dass der dritte Retentatstrom (10b) zwischen zwei Verdichtungsstufen in den Kompressor eingeführt wird, wenn der Stufen druck des Kompressor bei der jeweiligen Stufe kleiner ist als der Retentatdruck der Trennstufe (3).
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besonders dadurch aus, dass es/sie derart ausgestaltet ist, dass das im zweiten Permeatstrom (9b) und im dritten Retentatstrom (10b) zurückgeführte Gasvolumen in Summe weniger als 60 Vol. %, bevorzugt 10 bis 50 Vol. %, ganz besonders bevorzugt 20 bis 40 Vol. % des Volumens des Rohgasstroms (17) beträgt. Die Steuerung der Menge der rückzuführenden Retentatgasströme hängt von den geforderten Reinheiten in den Produktgasströmen (8) und (1 1 ) ab. Je geringer die angeforderten Reinheiten sind, umso geringer werden die Rückströme (9b) und (10b). Die Rückströme werden ganz besonders durch die Art und die Selektivität der eingesetzten Membranmodule in den Membrantrennstufen (1 ) bis (3) beeinflusst. Membranmodule mit erhöhter Selektivität bewirken dabei eine deutliche Senkung der Rückströme (9b) und (10b). Auch der Hauptdruck im System (= Druck in den Trennstufen (1 ) und (2)) beeinflussen die Menge an rückgeführten Gasen. Je höher der Druck im System ist, umso geringer werden die rückgeführten Mengen. Ein weiterer Einflussfaktor sind die Verhältnisse an
Membranfläche in den einzelnen Stufen. Größere Flächen in der Trennstufe (3) verringern zum Beispiel die Rückströmung, größere Flächen in der Trennstufe (2) erhöhen hingegen die Rückströmungen. Somit zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die
Vorrichtung dadurch aus, dass trotz sehr geringer Rückströme die oben näher erläuterte Erhöhung der Konzentration der Permeatkomponente im Feedstrom (5) sichergestellt wird. Dies erhöht deutlich die Effizienz des gesamten Verfahrens.
Wie bereits erläutert ist es besonders vorteilhaft wenn ein mehrstufiger Kompressor (4) eingesetzt wird. In diesem Fall kann nämlich auf eine komplette Entspannung des Retentats der Permeattrennstufe (3) verzichtet werden kann, da das Retentat der Permeattrennstufe (3) zwischen zwei Verdichterstufen des Kompressors (4) eingespeist werden kann.
Da die Retentattrennstufe (2) bei Entspannung auf Feeddruck im Regelfall im
selektivitätslimitierten Bereich betrieben werden würde, kann es sinnvoll sein den zweiten Permeatstrom (9a) lediglich auf ein höheres Druckniveau einer mehrstufigen
Druckerhöhungseinheit, d.h. eines mehrstufigen Kompressors (4) zu entspannen da sich somit die Betriebskosten der Kompressionseinheit reduzieren ohne das Trennergebnis deutlich zu verschlechtern. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird daher ein mehrstufiger Kompressor (4) verwendet und die Gasströme (9b) und (10b) diesem Kompressor jeweils zwischen zwei Kompressionsstufen zugeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Druckabfall über die Feedstromtrennstufe (1 ) auf 1 und 30 bar, vorzugsweise auf 2 und 20 bar und besonders vorzugsweise zwischen 3 und 10 bar beschränkt.-Gleichzeitig oder alternativ wird bevorzugt sichergestellt, dass der Druckabfall über die Feedstromtrennstufe (1 ) und die Retentattrennstufe (2), auf 1 und 100 bar, vorzugsweise zwischen 5 und 80 bar und besonders vorzugsweise zwischen 10 und 70 bar beschränkt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren kann im Prinzip mit allen Membranen realisiert werden, die in der Lage sind binäre Gasgemische oder Multigasgemische zu trennen. Als Membranmaterialien kommen bevorzugt aber nicht ausschließlich Kunststoffe zum Einsatz. Als Kunststoffe in der trennaktiven Schicht kommen besonders bevorzugt Polyimide, Polyamide, Polysulfone, Celluloseacetate und Derivate, Polyphenylenoxide, Polysiloxane, Polymere mit intrinsischer Mikroporosität, Mixed Matrix Membranen, Facilitated Transport Membranen, Polyethylenoxide, Polypropylenoxide, Kohlenstoffmembranen oder Zeolithe oder Mischungen daraus in Frage.
Besonders bevorzugte Membranen weisen als Materialien für die trennaktive Schicht bzw. als Material für die komplette Membran ein Polyimid der allgemeinen Formel
Figure imgf000024_0001
(LI)
Figure imgf000024_0002
Figure imgf000025_0001
Figure imgf000025_0002
mit 0 < x < 0,5 und 1 > y > 0,5 und R entspricht einem oder mehreren, gleichen oder unterschiedlichen Resten R, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Resten L1 , L2, L3 und L4, auf.
Besonders bevorzugt handelt es sich um ein Polymer mit x = 0, Y = 1 und R bestehend zu 64 mol % aus L2, zu 16 mol % aus L3 und zu 20 mol % aus L4. Dieses Polymer ist unter dem Namen P84 oder P84 Typ 70 (CAS- Nummern 9046-51 -9) von der Firma Evonik Fibres GmbH erhältlich. Speziell bevorzugt wird ein Polymer mit der Zusammensetzung x = 0,4, y = 0,6 und R bestehend zu 80 mol % aus L2, zu 20 mol % aus L3, verwendet. Dieses Polymer ist unter dem Namen P84HT oder P84 HT 325 (CAS- Nummern 1341 19-41 -8) von der Firma Evonik Fibres GmbH erhältlich. Ebenfalls bevorzugt können Mischungen besagter Polyimide verwendet werden.
Aus den bevorzugten Polyimiden hergestellte Membranen sind von der Firma Evonik Fibres GmbH unter dem Namen Sepuran erhältlich. Ein Verfahren zur Herstellung dieser bevorzugten Membranen wird in der WO 201 1/009919 A1 offenbart. Sämtliche in dieser Offenlegungsschrift offenbarten Membranen können im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt eingesetzt werden. Zur Vermeidung reiner Wiederholungen wird auf den Inhalt dieser Patentanmeldung hiermit vollumfänglich Bezug genommen. Es wurde gefunden, dass mit diesen Membranen die besten Trennergebnisse erzielt werden können. Die Membranen werden bevorzugt in Form von Hohlfasermembranen und / oder Flachmembranen verwendet. Die Membranen werden zu Modulen verbaut, die dann in der Trennaufgabe zum Einsatz kommen. Als Module können alle in der Technik bekannten Gasseparationsmodule wie zum Beispiel aber nicht ausschließlich
Hohlfasergasseparationsmodule, Spiralwickelgasseparationsmodule,
Kissengasseparationsmodule oder Rohrbündelgasseparationsmodule zum Einsatz kommen.
Die Gasseparationsmembranmodule haben erfindungsgemäß eine Gemischtgasselektivität der Komponenten A (C02) und B (CH4) (= Verhältnis des Stoffstromes A zum Stoffstrom B über die Membran) von mindestens 30, bevorzugt mindestens 35, besonders bevorzugt mindestens 40, ganz besonders bevorzugt von mindestens 45 und speziell bevorzugt von mindestens 45 bis 80. Höher selektive Membranen haben den Vorteil, dass die Trennung effektiver wird und weniger Permeat aus Retentattrennstufe (2) bzw. weniger Retentat aus der Permeattrennstufe (3) rückgeführt werden muss. Damit muss insbesondere bei
Verwendung eines einstufigen Kompressors (4) weniger Gas doppelt komprimiert werden, was wirtschaftliche Vorteile beim Betrieb der Anlage mit sich bringt. Bei sehr selektiven Membranmodulen mit einer Selektivität von 45 müssen nur ca. 35% des als Rohgas in die Feedstromtrennstufe (1 ) eingebrachten Gases doppelt komprimiert werden, mit einem Membranmodul mit einer Selektivität von nur 10 kann es sein, dass die
Doppelkomprimierung bis zu 300% beträgt. Die Angaben 35% bzw. 300% beziehen sich auf Versuche, bei denen ein Gasgemisches mit äquimolaren Mengen an Komponente A und B (= Feed) aufgegeben wurden, wobei 98,5% Komponente B im Retentatgas der Stufe(2) und 99% an Komponente B im Permeatstrom der Stufe (3) enthalten waren.
Es ist augenscheinlich, dass der erfindungsgemäße Prozess mit selektiveren Membranen wesentlich wirtschaftlicher geführt werden kann und die notwendige Größe des Kompressors und die benötigten Energie reduziert werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren / die erfindungsgemäße Vorrichtung hat insbesondere die Vorteile, dass es ein reines Membranverfahren ist und ohne zusätzliche Aufreinigung der Permeat- und/oder Retentatströme (1 1 ) bzw. (8) für viele Anwendungen auskommt. Man braucht zum Bespiel bei der Aufreinigung von Biogas oder Erdgas (= Abtrennung von Kohlendioxid aus Methan) keine Druckwechseladsorption oder Aminwäsche mehr zur Feinreinigung des Retentates, sodass dieses ins Erdgasnetz eingespeist werden kann. Weiterhin kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren / der erfindungsgemäßen Vorrichtung gleichzeitig ein reiner Retentatstrom (8) und ein reiner Permeatstrom (1 1 ) bei der Bio- und Erdgasaufreinigung hergestellt werden. Es kann daher ohne große Verluste an Methan und ohne große Beeinträchtigung der Umwelt in die Atmosphäre entlassen werden, ohne dass das Gas noch weiter behandelt werden muss durch eine katalytische oder thermische Nachverbrennung oder eine Nutzung in einem Blockheizkraftwerk. Es entfällt daher die Investition in weitere Anlagenteile, was zu einem wirtschaftlicheren Aufreinigungsprozess für Bio- und Erdgas führt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in großen Zügen bereits in der WO 2012/000727 beschrieben. Der Gegenstand der WO 2012/000727 wird daher vollumfänglich in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit einbezogen.
In der WO 2012/000727 wird keine Steuerung offenbart, die es erlauben würde
Schwankungen der Zusammensetzung oder des Druckes oder des Flusses des
Rohgasstromes auszugleichen. Die WO 2012/000727 offenbart lediglich die Variation der Kompressorleistung und allgemeine Druckbereiche welche eingehalten werden sollten um eine gute Ausbeuten und Reinheiten der Produktgase zu erhalten. Mit der vorliegenden Erfindung wird erstmal ein Steuerungs- und Regelungskonzept einer Membranverschaltung gemäß WO 2012/000727 offenbart, welche es erlaubt diese Aufreinigungsanlage auch an Biogasanlagen mit variablem Feedstrom direkt anzuschließen. Es kann daher auf spezielle Voreinrichtungen verzichtet werden, welche einen annähernd konstanten Rohgasstrom bereitstellen. Die vorliegende Erfindung stellt daher eine bedeutende Weiterentwicklung der Anlage und des Verfahrens der WO 2012/000727 dar. Dies gilt insbesondere, da durch die Steuereinrichtungen (18) und (19) und deren erfindungsgemäßer Regelung, eine konstante oder auch auf Grund wechselnder Anforderungen wechselnde Gasqualität der Ströme (8) und (1 1 ) garantiert werden kann, auch wenn sich die zu verarbeitende Menge an Rohgas (17) und/oder die herzustellende Menge an Produktgasen (8) und/oder (1 1 ) und/oder die Rohgaszusammensetzung ändert. Hierbei ist es vorteilhaft, dass sich zur Einhaltung der geforderten Gasqualitäten in den Strömen (8) und (1 1 ) der Hauptdruck im System (= Betriebsdruck in den Trennstufen (1 ) und (2)) und die Membraneflächen in den Trennstufen (1 ) bis (3) nicht geändert werden muss.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass das erfindungsgemäße Verfahren / die erfindungsgemäße Vorrichtung mit deutlich geringerem apparativem und energetischen Aufwand auskommt wie die bekannten Verfahren des Standes der Technik.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren kann
insbesondere zur Auftrennung von Gasgemischen mit mindestens zwei Gasen eingesetzt werden, wobei ganz besonders bevorzugt als Gasgemisch eine Mischung von vorwiegend aber nicht ausschließlich Kohlendioxid und Methan oder vorwiegend aber nicht
ausschließlich Wasserstoff und Methan oder vorwiegend aber nicht ausschließlich
Kohlenmonooxid und Wasserstoff oder Rohbiogas oder Roherdgas aufgetrennt wird.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung näher erläutern und
beschreiben, schränken diese jedoch in keiner Weise ein.
Allgemeiner Versuchsaufbau
Es wurden Versuche an einer Membrantrennanlage vorgenommen, die eine dreistufige Verschaltung in Anlehnung an Abbildung 1 verwendet.
Rohgaszusammensetzung 54% Methan, 46% C02 (= Biogas aus einer
Biogasanlage)
Verwendung von 3 Stück 2" Versuchsmodulen von Sepuran Green (je 1 Modul pro Stufe)
Hauptdruck im System (= Druck Retentat Stufe (2)) betrug 17 bara
Luftdruck 950 mbara
Permeatdruck der Permeattrennstufe (3) lag bei 1000 mbara Beispiel 1 :
Ziel dieses Versuches war es eine Kalibiergerade zu finden, die es erlaubt, durch Änderung des Permeatdruckes der Retentattrennstufe (2) die Produktgasqualität im Retentatstrom (8) und durch Änderung des Retentatdruckes der Permeattrennstufe (3) die Offgasqualität im Permeatstrom (1 1 ) konstant zu halten, wenn die Feedmenge im Feedstrom (5) bzw. die Kompressordrehzahl geändert wird.
Zu diesem Zwecke wurde bei einer laufenden 3 stufigen Verschaltung gemäß dem allgemeinen Versuchsaufbau die Kompressorleistung in Stufen erhöht. Es wurde nun durch Änderung der Drücke des Permeates der Retentattrennstufe (2) und des Retentates der Permeattrennstufe (3) versucht die Offgas- (1 1 ) und die Produktgaskonzentration (8) in einem engen Rahmen konstant zu halten. Durch die Erhöhung der Kompressorleistung von anfangs 60% auf zum Ende 75% erhöht sich der Feedvolumenstrom (5) von 3,83 m3/h auf 5,23 m3/h oder um 36%. In diesem Intervall verringert sich der Permeatdruck der
Retentattrennstufe (2) von 951 mbara auf 241 mbara und der Retentatdruck der
Permeattrennstufe (3) erhöht sich von 3,6 bara auf 4,43 bara. Die Produktgaskonzentration (8) bewegt sich bei allen Kompressorleistungen zwischen 95,23 und 95,75 % Methan, die Offgaskonzentration an Methan zwischen 0,5 und 0,62%, Beide Werte sind im Rahmen der Messungenauigkeit in einem engen Bereich geregelt. Detaillierte Daten zu diesem Versuch finden sich in der nachfolgenden Tabelle 1 :
Tabelle 1 :
Figure imgf000029_0001
Weiters wurden die Volumenströme des zweiten Retentatstroms (8), des ersten
Permeatstroms (6), des dritten Permeatstroms (1 1 ) (= Offgas) und des zweiten
Permeatstroms (9a) gemessen. Aus der Summe der Volumenstromwerte des zweiten Retentatstroms (8) und des zweiten Permeatstroms (9a) lassen sich die Volumenströme des ersten Retentatstroms (7) ermitteln.
Durch Auftragung des Permeatdruckes der Retentattrennstufe (2) in Abhängigkeit vom Volumenstrom des ersten Retentatstroms (7) lässt sich nun eine Kalibrierkurve ermitteln, um die Produktgaskonzentration konstant zu halten, wenn sich die Feedmenge der Retentattrennstufe (2) ändert, z. B. durch eine Änderung der Kompressordrehzahl oder durch eine Änderung in der Zusammensetzung des Rohgases (siehe Abbildung 4).
Wie man Abbildung 4 entnehmen kann erhält man Messpunkte mit einer linearen
Zusammensetzung guter Korrelation. Diese Beziehung kann nun genutzt werden, um in eine Steuerung der erfindungsgemäßen Anlage eingesetzt zu werden. Diese Steuerung ermittelt nach Ermittlung eines Flusswertes des ersten Retentatstroms (7), gemessen mittels eines Volumenstrommessers (20a), durch Errechnung des Permeatdrucks nach der
Geradengleichung in Abbildung 4 den notwendigen Permeatdruck in der Retentattrennstufe
(2) , um die Produktgaskonzentration konstant zu halten. Dieser Druck wird dann mit einer Steuereinrichtung (18) im zweiten Permeatstrom entsprechend eingestellt.
Analog erhält man durch Auftragung des Retentatdruckes der Permeattrennstufe (3) in Abhängigkeit der Menge des ersten Permeatstroms (6) auch eine Kalibrierkurve, um die Offgaskonzentration im Permeatstrom (1 1 ) konstant zu halten, wenn sich die Feedmenge in die Permeattrennstufe (3), d.h. der erste Permeatstrom (6), ändert, z.B. durch eine Änderung der Kompressordrehzahl oder durch eine Änderung in der Zusammensetzung des Rohgases (siehe Abbildung 5).
Man erhält auch in Abbildung 5 Messpunkte mit einer linearen Zusammensetzung guter Korrelation. Diese Beziehung kann nun analog zum oben beschriebenen Vorgehen für die Rententattrennstufe (2) genutzt werden, um in eine Steuerung der erfindungsgemäßen Anlage eingesetzt zu werden. Dabei wird zunächst der Flusswert des ersten Permeatstroms (6), gemessen mittels eines Volumenstrommessers (21 a), ermittelt und aus der
Geradengleichung in Abbildung 5 der notwendige Retentatdruck in der Permeattrennstufe (3) ermittelt und mittels der Steuereinrichtung (19) im dritten Retentatstrom (10) eingestellt, um die Offgaskonzentration im Permeatstrom (1 1 ) konstant zu halten.
Beispiel 2:
Es soll überprüft werden, ob durch eine Änderung des Retentatdrucks der Permeattrennstufe
(3) , mittels der Steuereinrichtung (19) im dritten Retentatstrom (10), eine Änderung der Methankonzentration im Offgas der Anlage (dritter Permeatstrom (1 1 )) erreicht werden und eine Kalibrierkurve erhalten werden kann. Sollte bei einer Messung der Offgaskonzentration eine Änderung auftreten, so könnte dann durch zu Hilfenahme dieser Kalibrierbeziehung der Methangehalt im Offgas angepasst werden. Zu diesem Zweck wurde bei konstanter Kompressordrehzahl der Retentatdruck der Permeattrennstufe (3) durch eine Steuereinrichtung (19) in dritten Retentatstrom (10) geändert und die sich dabei ändernde Methankonzentration im dritten Permeatstrom (1 1 ) (Offgas) gemessen. Auch die Volumenströme der Anlage wurden mit aufgezeichnet. Die Werte sind in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2:
Figure imgf000031_0001
Wie Tabelle 2 zeigt erhöht sich die Methankonzentration im Offgasstrom (1 1 ) durch
Erhöhung des Retentatdruckes in der Permeattrennstufe (3). Grafisch ist dies in Abbildung 6 zu sehen. Die Abhängigkeit ist hier linear mit sehr guter Korrelation. Diese Kurve kann als Kalibrierkurve für eine Steuerung verwendet werden. Durch Einsetzen der gewünschten Methankonzentration in die Gleichung in Abbildung 6 kann der hierzu erforderliche
Retentatdruck ermittelt werden. Interessant anzumerken ist die stark steigende Doppelkomprimierungsrate bei sinkendem Retentatdruck der Permeattrennstufe (3) und damit sinkender Methankonzentration im Offgas grafisch dargestellt in Abbildung 7.
Beispiel 3:
Durch eine Änderung des Permeatdruckes der Retentattrennstufe (2) mittels einer Steuereinrichtung (18) im zweiten Permeatstrom (9a) kann eine Änderung der
Methankonzentration im Produktgas der Anlage (= zweiter Retentatstrom (8)) erreicht werden. Sollte bei einer Messung der Produktgaskonzentration eine Änderung auftreten, so kann durch zu Hilfenahme dieser Kalibrierbeziehung der Methangehalt im Produktgas angepasst werden.
Zu diesem Zweck wurde bei konstanter Kompressordrehzahl der Permeatdruck der Retentattrennstufe (2) geändert und die sich dabei ändernde Methankonzentration im Produktgas gemessen. Die Werte sind in Tabelle 3 dargestellt.
Tabelle 3:
Permeatdruck c(CH4) im retenatstrom (8)
Stufe 2 [bara] [%]
1 ,005 96,44
0,95 96,77
0,9 97,03
0,85 97,23
0,8 97,48
0,75 97,68
0,7 97,93
0,65 98,14
0,6 98,34
0,55 98,55
0,5 98,80
0,445 99,07
0,4 99,28
0,35 99,47
0,3 99,59
0,284 99,66 Wie man sieht erhöht sich die Methankonzentration im Produktgas (8) durch Erniedrigung des Permeatdruckes in der Retentattrennstufe (2). Grafisch ist dies in Abbildung 8 zu sehen. Die Abhängigkeit ist hier linear mit sehr guter Korrelation. Diese Kurve kann als
Kalibrierkurve für eine Steuerung verwendet werden. Durch Einsetzen der gewünschten
Methankonzentration in die Gleichung in Diagramm 5 kann der hierzu erforderliche
Permeatdruck ermittelt werden.
Beschreibung der Abbildungen
Abb.1 : Beispielhafte erfindungsgemäße Verschaltung mit den Messeinrichtungen (20a) und (20b), (21 a) und (21 b), (22) und (23) sowie den Steuereinrichtungen (18) und (19). Die Steuereinrichtung im Rohgasstrom (17) sowie die Kontroll- und Datenerarbeitungseinrichtungen sind nicht gezeigt. Aus dem
Gesamtzusammenhang der Beschreibung geht deren Anordnung und Anwendung jedoch klar hervor. In Abbildung 1 wird eine erfindungsgemäße Anordnung mit der Rückführung der Ströme (9b) und (10b) auf die Saugseite des Kompressors gezeigt. Alternative in der obigen Beschreibung erläuterte Anordnungen wie z. B. die Rückführung einer oder mehrerer der Ströme (9b) oder (10b) in eine erhöhte Kompressionsstufe des Kompressors (4) oder ohne die Messeinrichtungen (22) und (23) oder mit nur einem Teil der
Messeinrichtungen (20a) und (20b) und/oder (21 a) und (21 b), sind für einen Fachmann leicht als Abwandlung von Abbildung 1 ableitbar und werden daher nicht separat gezeigt. Abbildung 1 dient lediglich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung und schränkt deren Schutzumfang in keiner Weise ein.
Abb. 2: Gezeigt wird der notwendige Permeatdruck der Retentattrennstufe (2) in
Abhängigkeit des Volumenstromes des ersten Retentatstroms (7) zur
Erreichung einer Retentatqualität von 98,3 % der Komponente B im zweiten Retentatstrom (8) und von 0,7 % der Komponente B im dritten Permeatstrom (1 1 ). Das gewählte Flächenverhältnis der Membranen in den
Membrantrennstufen war wie folgt: Stufe 1 : Stufe 2: Stufe 3= 2:2:3. Es sind drei Kurven dargestellt für unterschiedliche Konzentrationen der Komponente B (in diesem Fall CH4) von 45, 55 und 65% im Rohgasstrom (17) Abb. 3: Gezeigt wird der notwendiger Retentatdruck der Permeattrennstufe (3) in
Abhängigkeit des Volumenstromes des ersten Permeatstroms (6) zur
Erreichung einer Retentatqualität von 98,3 % der Komponente B im zweiten
Retentatstrom (8) und von 0,7 % der Komponente B im dritten Permeatstrom (1 1 ). Das gewählte Flächenverhältnis dem Membranen in den
Membrantrennstufen war wie folgt: Stufe 1 : Stufe 2: Stufe 3= 2:2:3. Es sind drei Kurven dargestellt für unterschiedliche Konzentrationen der Komponente B (in diesem Fall CH4) von 45, 55 und 65% im Rohgasstrom (17), die ineinander übergehen.
Abb. 4: Abhängigkeit des Permeatdruckes der Retentattrennstufe (2) von der
Feedgasmenge der Retentattrennstufe (2) zur Konstanthaltung der Produktgasqualität
Abb. 5: Abhängigkeit des Retentatdruckes der Permeattrennstufe (3) von der
Feedgasmenge der Permeattrennstufe (3) zur Konstanthaltung der Offgasqualität
Abb. 6: Abhängigkeit der Methankonzentration im Offgas (1 1 ) vom Retentatdruck der
Permeattrennstufe (3)
Abb. 7: Abhängigkeit der Recyclingrate vom Methangehalt im Permeat (1 1 ) der
Permeattrennstufe (3)
Abb. 8: Abhängigkeit der Methankonzentration im Produktgas (8) vom Permeatdruck der Retentattrennstufe (2) Bezugszeichenliste:
1 : Feedstromtrennstufe
2: Retentattrennstufe
3: Permeattrennstufe
4: einstufiger oder mehrstufiger Kompressor
5: Feedstrom
6: erster Permeatstrom
7: erster Retentatstrom
8: zweiter Retentatstrom
9: zweiter Permeatstrom bestehend aus den Teilströmen 9a, zwischen der
Steuereinrichtung 18 und der Retentattrennstufe 2, und 9b stromabwärts der
Steuereinrichtung 18
10: dritter Retentatstrom bestehend aus den Teilströmen 10a, zwischen der
Steuereinrichtung 19 und der Permeattrennstufe 3, und 10b stromabwärts der
Steuereinrichtung 19
1 1 : dritter Permeatstrom
12: Optionales Druckminderventil im ersten Retentatstrom 7 (in den Abbildungen nicht wiedergegeben)
13: Optionales Druckminderventil im zweiten Retentatstrom 8 (in den Abbildungen nicht wiedergegeben)
14: Optionales Druckminderventil im dritten Retentatstrom 10 (in den Abbildungen nicht wiedergegeben)
15: Vakuumpumpe (in den Abbildungen nicht wiedergegeben)
16: Mischkammer (in den Abbildungen nicht wiedergegeben)
17: Rohgasstrom
18: Permeatsteuereinrichtung im 2. Permeatstrom (in der Beschreibung auch einfach als
Steuereinrichtung 18 bezeichnet)
19: Retentatsteuereinnchtung im 3. Retentatstrom (in der Beschreibung auch einfach als
Steuereinrichtung 19 bezeichnet)
20a: 1 . Retentatmesseinnchtung zur Analyse des 1 . Retentatstroms (in der Beschreibung auch einfach als Messeinrichtung 20a bezeichnet)
20b: 2. Retentatmesseinnchtung zur Analyse des 2. Retentatstroms (in der Beschreibung auch einfach als Messeinrichtung 20b bezeichnet)
21 a: 1 . Permeatmesseinrichtung zur Analyse des 1 . Permeatstroms (in der Beschreibung auch einfach als Messeinrichtung 21 a bezeichnet) b: 2. Permeatmesseinrichtung zur Analyse des 3. Permeatstroms (in der Beschreibung auch einfach als Messeinrichtung 21 b bezeichnet)
: 3. Permeatmesseinrichtung zur Analyse des 2. Permeatstroms (in der Beschreibung auch einfach als Messeinrichtung 22 bezeichnet)
: 3. Retentatmesseinnchtung zur Analyse des 3. Retentatstroms (in der Beschreibung auch einfach als Messeinrichtung 23 bezeichnet)
: Kontrolleinrichtung des Kompressors (in den Abbildungen nicht wiedergegeben): Rohgassteuereinrichtung zur Steuerung des Rohgasstroms (17) in den Abbildungen nicht wiedergegeben)

Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung zur Trennung von Gasen umfassend als Membrantrennstufen zumindest die Feedstromtrennstufe (1 ), die Retentattrennstufe (2) und die Permeattrennstufe (3) sowie zumindest einen auf der Feedseite der Feedstromtrennstufe (1 ) angeordneten Kompressor (4) und/oder zumindest eine, bevorzugt eine oder zwei, nach der Feedstromtrennstufe (1 ), bevorzugt auf der Permeatseite der Retentattrennstufe (2) im zweiten Permeatstrom (9a + 9b) und/oder auf der Permeatseite Permeattrennstufe (3) in dritten Permeatstrom (1 1 ), angeordnete, Vakuumpumpe(n),
wobei
die Feedstromtrennstufe (1 ) einen Feedstrom (5), bestehend aus mindestens zwei Komponenten, in einen ersten Permeatstrom (6) und einen ersten Retentatstrom (7) auftrennt,
die Retentattrennstufe (2) den ersten Retentatstrom (7) in einen zweiten Permeatstrom (9a + 9b), wobei (9a) der Teilstrom vor der Permeatsteuereinrichtung (18) und nach der Retentattrennstufe (2) und (9b) den Teilstrom nach der
Permeatsteuereinrichtung (18) kennzeichnet, und der Teilstrom (9b) dem Feedstrom (5) zugeführt wird, und einen zweiten Retentatstrom (8), der als Produkt entnommen oder weiterverarbeitet wird, aufteilt,
die Permeattrennstufe (3) den ersten Permeatstrom (6), in einen dritten Retentatstrom (10a + 10b), wobei (10a) der Teilstrom vor der
Retentatsteuereinrichtung (19 )und nach der Permeattrennstufe (3) und (10b) den Teilstrom nach der Retentatsteuereinrichtung (19) kennzeichnet, und der Teilstrom (10b) dem Feedstrom (5) zugeführt wird, und einen dritten Permeatstrom (1 1 ), der als Produkt entnommen oder weiterverarbeitet oder verworfen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der zweite Permeatstrom (9a + 9b) mindestens eine Permeatsteuereinrichtung (18) umfasst mit der der Permeatdruck der Retentattrennstufe (2) erhöht oder erniedrigt werden kann und welche anhand von Messwerten eines oder mehrerer Messeinrichtungen (20a) im ersten Retentatstrom (7) und/oder eines oder mehrerer Messeinrichtungen (20b) im zweiten Retentatstrom (8), wobei die Messeinrichtungen bevorzugt verschieden sind, gesteuert wird
und/oder - der dritte Retentatstrom (10a + 10b) mindestens eine Retentatsteuereinrichtung (19) umfasst mit der der Retentatdruck der Permeattrennstufe (3) erhöht oder erniedrigt werden kann und welche anhand von Messwerten eines oder mehrerer Messeinrichtungen (21 a) im ersten Permeatstrom (6) und/oder eines oder mehrerer Messeinrichtungen (21 b) im dritten Permeatstrom (1 1 ), wobei die Messeinrichtungen bevorzugt verschieden sind, gesteuert wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass
der erste Permeatstrom (6) keiner Rekompression unterworfen wird
und/oder
zumindest in der Feedstromtrennstufe (1 ), bevorzugt jedoch in allen drei Membrantrennstufen (1 ) bis (3), Gasseparationsmembranmodule mit einer
Gemischtgasselektivität C02/CH4 von mindestens 30, bevorzugt mindestens 35, besonders bevorzugt mindestens 40 und ganz besonders bevorzugt mindestens 45 verwendet werden,
und/oder
mindestens eine der Membrantrennstufen (1 ) bis (3) mehr als ein
Gasseparationsmembranmodul umfasst, welche parallel und/oder seriell verschaltet sind,
und/oder
das/die Gasseparationsmembranmodul(e) aus Hohlfasermembranen und/oder Flachmembranen bestehen
und/oder
die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass das im zweiten Permeatstrom (9b) und im dritten Retentatstrom (10b) rückgeführtem Gasvolumen in Summe weniger als 60 Vol. % des Volumens des Rohgasstroms (17) beträgt
und/oder
die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie Konzentration mindestens eines Permeatgases der Feedstromtrennstufe (1 ), nach Rückführung des zweiten
Permeatstroms (9b) und des dritten Retentatstroms (10b), im Feedstrom (5) erhöht wird, bevorzugt um mindestens 2%, besonders bevorzugt um mindestens 3% und besonders bevorzugt um 3 bis 40%, jeweils im Vergleich zur Konzentration im Rohgasstrom (17).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Permeatstrom (9b) und der dritte Retentatstrom (10b) auf die Saugseite des Kompressors (4) geleitet werden
und/oder
dass ein mehrstufiger Kompressor (4) verwendet wird, wobei bevorzugt der zweite Permeatstrom (9b) und /oder der dritte Retentatstrom (10b) zwischen zwei Verdichtungsstufen in den Kompressor (4) eingeführt wird/werden
und/oder dass der Kompressor (4) in der Vorrichtung derart angeordnet ist, dass er ein Druckgefälle in der Feedstromtrennstufe (1 ) erzeugt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung eine Kontrolleinrichtung (24) umfasst, welche die Leistung des Kompressors (4), bevorzugt dessen Drehzahl, an Veränderungen des zweiten Permeatstroms (9b)und/oder des dritten Retentatstroms (10b) und/oder des Rohgasstroms (17) anpasst
und/oder
dass die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass sich ändernde Mengen an rückgeführtem Gas aus dem zweiten Permeatstrom (9b) und/oder dem dritten Retentatstrom (10b), bevorzugt automatisch, mit einer Regelung der zugeführten Menge an Rohgas, bevorzugt über die Rohgassteuereinrichtung (25), ausgeglichen werden, bevorzugt ohne die Drehzahl des Kompressors (4) zu ändern.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass im ersten Retentatstrom (7) und/oder im ersten Permeatstrom (6) Durchflussmesser als Messeinrichtung (20a) und/oder (21 a) verwendet werden oder
dass im zweiten Retentatstrom (8) und/oder im dritten Permeatstrom (1 1 ) eine online oder offline Messeinrichtung (20b) und/oder (21 b) zur Bestimmung der Zusammensetzung des jeweiligen Gasgemisches verwendet wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass als Materialien für die trennaktive Schicht der Membranen amorphe oder teilkristalline Kunststoffe verwendet werden wie zum Beispiel aber nicht ausschließlich Polyimide, Polyamide, Polysulfone, Celluloseacetate und Derivate, Polyphenylenoxide, Polysiloxane, Polymere mit intrinsischer Mikroporosität, Mixed Matrix Membranen, Facilitated Transport Membranen, Polyethylenoxide,
Polypropylenoxide oder Mischungen daraus.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Material für die trennaktive Schicht der Membranen ein Polyimid der allgemeinen Formel
Figure imgf000040_0001
(LI)
Figure imgf000040_0002
Figure imgf000041_0001
Figure imgf000041_0002
mit 0 < x < 0,5 und 1 > y > 0,5 und R entspricht einem oder mehreren, gleichen oder unterschiedlichen Resten R, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Resten L1 , L2, L3 und L4, verwendet wird, bevorzugt ein Polyimid mit der CAS-Nr. 9046-51 -9 und/oder ein Polyimid mit der CAS-Nr. 1341 19-41-8.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens 95%, bevorzugt mindestens 97%, besonders bevorzugt mindestens 99% und ganz besonders bevorzugt mindestens 99,5 %, der mit dem Rohgasstrom (17)in die Vorrichtung eingeführten Retentatkomponente der
Feedstromtrennstufe (1 ) über den zweiten Retentatstrom (8) ausgeschleust werden und/oder
dass maximal 5%, bevorzugt maximal 3%, besonders bevorzugt maximal 1 % und ganz besonders bevorzugt maximal 0,5 %, der mit dem Rohgasstrom (17)in die Vorrichtung eingeführten Retentatkomponente der Feedstromtrennstufe (1 ) über den dritten Permeatstrom (1 1 ) ausgeschleust werden.
9. Verfahren zur Steuerung einer Gasseparationsanlage nach
einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, wenn die Konzentration einer schwerer permeierenden Komponente B, ggf. auch ermittelt durch einen dazu korrelierenden Parameter, des zweiten Retentatstroms (8) unter einen vorgegebenen Sollwert fällt, der Druck des zweiten Permeatstroms (9a) mittels der
Permeatsteuereinrichtung (18) erniedrigt wird, bis besagte
Konzentration bzw. Parameter wieder im Sollbereich liegt,
wenn die Konzentration einer schwerer permeierenden Komponente B, ggf. auch ermittelt durch einen dazu korrelierenden Parameter, des zweiten Retentatstroms (8) über einen vorgegebenen Sollwert steigt, der Druck des zweiten Permeatstroms (9a) mittels der
Permeatsteuereinrichtung (18) erhöht wird, bis besagte Konzentration bzw. Parameter wieder im Sollbereich liegt, wenn die Konzentration einer schwerer permeierenden Komponente B, ggf. auch ermittelt durch einen dazu korrelierenden Parameter, des dritten Permeatstroms (1 1 ) unter einen vorgegebenen Sollwert fällt, der Druck des dritten Retentatstroms (10a) mittels der
Retentatsteuereinrichtung (19) erhöht wird, bis besagte Konzentration bzw. Parameter wieder im Sollbereich liegt,
iv. wenn die Konzentration einer schwerer permeierenden Komponente B, ggf. auch ermittelt durch einen dazu korrelierenden Parameter, des dritten Permeatstroms (1 1 ) über einen vorgegebenen Sollwert steigt, der Druck des dritten Retentatstroms (10a) mittels der
Retentatsteuereinrichtung (19) erniedrigt wird, bis besagte
Konzentration bzw. Parameter wieder im Sollbereich liegt.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ermittlung der Konzentration online und/oder offline erfolgt.
1 1. Verfahren zur Steuerung einer Gasseparationsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
dass v. wenn der Volumenstrom des ersten Retentatstroms (7) steigt, der Druck des zweiten Permeatstroms (9a) mittels der Permeatsteuereinrichtung (18) erniedrigt wird, bis eine, anhand einer Kalibrierkurve mit dem Volumenstrom des ersten Retentatstroms (7) korrelierte, Eigenschaft des zweiten Retentatstroms (8), bevorzugt die Zusammensetzung des zweiten Retentatstroms (8), wieder im
Sollbereich liegt,
vi. wenn der Volumenstromdes ersten Retentatstroms (7) sinkt, der Druck des zweiten Permeatstroms (9a) mittels der Permeatsteuereinrichtung (18) erhöht wird, bis eine, anhand einer Kalibrierkurve mit dem
Volumenstrom des ersten Retentatstroms (7) korrelierte, Eigenschaft des zweiten Retentatstroms (8), bevorzugt die Zusammensetzung des zweiten Retentatstroms (8), wieder im Sollbereich liegt,
und/oder
vii. wenn der Volumenstrom des ersten Permeatstroms (6) steigt, der Druck des dritten Retentatstroms (10a) mittels der Retentatsteuereinrichtung (19) erhöht wird, bis eine, anhand einer Kalibrierkurve mit dem Volumenstrom des ersten Permeatstroms (6) korrelierte, Eigenschaft des dritten Permeatstroms (1 1 ), bevorzugt die Zusammensetzung des dritten Permeatstroms (1 1 ), wieder im
Sollbereich liegt,
viii. wenn der Volumenstrom des ersten Permeatstroms (6) sinkt, der Druck des dritten Retentatstroms (10a) mittels der Retentatsteuereinrichtung (19) erniedrigt wird, bis eine, anhand einer Kalibrierkurve mit dem Volumenstrom des ersten Permeatstroms (6) korrelierte, Eigenschaft des dritten Permeatstroms (1 1 ), bevorzugt die Zusammensetzung des dritten Permeatstroms (1 1 ), wieder im
Sollbereich liegt.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Regelung nach einer Kalibrierkurve erfolgt, die eine Korrelation zwischen Fluss und Druck enthält zur Aufrechterhaltung einer Konzentration in einem anderen Gasstrom.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Druckabfall über die Feedstromtrennstufe (1 ) auf 1 bis 30 bar, vorzugsweise auf 2 bis 20 bar und besonders vorzugsweise auf 3 und 10 bar eingestellt wird
und/oder
dass der Druckabfall über die Feedstromtrennstufe (1 ) und die
Retentattrennstufe (2) auf 1 bis 100 bar, vorzugsweise auf 5 bis 80 bar und besonders vorzugsweise auf 10 bis 70 bar eingestellt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Triebkraft für die Trennaufgabe eine Partialdruckdifferenz zwischen der Retentat- und der Permeatseite in den jeweiligen Membrantrennstufen zum Einsatz kommt, wobei die Partialdruckdifferenz mittels eines Kompressors (4), welcher auf der Feedseite der Feedstromtrennstufe (1 ) angeordnet ist, und gegebenenfalls mittels zumindest einer, bevorzugt einer oder zwei Vakuumpumpe(n) im zweiten und/oder dritten Permeatstrom (9a + 9b) und / oder (1 1 ) und/oder durch einen permeatseitigen Spülgasstrom erzeugt wird
und/oder
dass der Druck des Permeats der Feedstromtrennstufe (1 ) gleich oder erhöht ist gegenüber dem Umgebungsdruck, sodass noch eine Partialdruckdifferenz zwischen Retentat und Permeat der Permeattrennstufe (3) besteht und damit eine treibende Kraft gegeben ist für den Fall, dass das Permeat der Permeattrennstufe (3) auf
Umgebungsdruck ist oder Unterdruck angelegt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass mittels einer Kontrolleinrichtung (24) die Leistung des Kompressors (4), bevorzugt dessen Drehzahl, an Veränderungen des zweiten Permeatstroms (9b) und/oder des dritten Retentatstroms (10b) und/oder des Rohgasstroms (17) anpasst wird
oder
dass sich ändernde Mengen an rückgeführtem Gas aus dem zweiten
Permeatstrom (9b) und/oder dem dritten Retentatstrom (10b), bevorzugt automatisch, mit einer Regelung der zugeführten Menge an Rohgas, bevorzugt über die
Rohgassteuereinrichtung (25), ausgeglichen werden, bevorzugt ohne die Drehzahl des Kompressors zu ändern
oder
dass die Anlagenleistung der erfindungsgemäßen Anlage durch eine Änderung des Fördervolumens des Kompressors (4) erhöht oder erniedrigt wird, wobei
einer dadurch verursachten Änderung der Konzentration der schwerer permeierenden Komponente B im zweiten Retentatstrom (8) gemäß den Verfahrensalternativen i bzw. ii
und/oder
einer dadurch verursachten Änderung der Konzentration der schwerer permeierenden Komponente B im dritten Permeatstrom (1 1 ) gemäß den Verfahrensalternativen iii bzw. iv
und/oder
einer dadurch verursachten Änderung des Flusses des ersten Retentatstroms (7) gemäß den Verfahrensalternativen v bzw. vi und/oder
einer dadurch verursachten Änderung des Flusses des ersten Permeatstroms (6) gemäß den Verfahrensalternativen vii bzw. viii entgegengewirkt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet,
dass es im Rahmen des Betriebs einer Biogasanlage durchgeführt wird und dass je nach Füllstand der Biogasanlage, bevorzugt ermittelt über Druck des Fermenters oder den Füllstand eines Zwischenspeichers, die Drehzahl des
Kompressors und damit das Fördervolumen des Kompressors (4) gesteuert wird, um den Füllstand im Fermenter und/oder Zwischenspeicher zu verändern oder konstant zu halten
und/oder
dass als Gasgemisch eine Mischung von vorwiegend aber nicht ausschließlich Kohlendioxid und Methan oder vorwiegend aber nicht ausschließlich Wasserstoff und Methan oder vorwiegend aber nicht ausschließlich Kohlenmonooxid und Wasserstoff oder Rohbiogas oder Roherdgas verwendet wird.
17. Biogasanlage umfassend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
PCT/EP2013/071039 2012-11-14 2013-10-09 Steuerung der gaszusammensetzung einer gasseparationsanlage mit membranen WO2014075850A1 (de)

Priority Applications (22)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SG11201503826RA SG11201503826RA (en) 2012-11-14 2013-10-09 Control of gas composition of a gas separation system having membranes
CA2891492A CA2891492C (en) 2012-11-14 2013-10-09 Control of gas composition of a gas separation system having membranes
CN201380059456.9A CN104797322B (zh) 2012-11-14 2013-10-09 采用膜的气体分离装置的气体组成控制
ES13774181T ES2746099T3 (es) 2012-11-14 2013-10-09 Control de la composición de gas de una instalación de separación de gas con membranas
US14/442,804 US9770687B2 (en) 2012-11-14 2013-10-09 Control of gas composition of a gas separation system having membranes
BR112015010492A BR112015010492B8 (pt) 2012-11-14 2013-10-09 Aparelhagem para separação de gases, instalação para produção de biogás, e métodos para seu controle
MYPI2015001290A MY185177A (en) 2012-11-14 2013-10-09 Control of gas composition of a gas separation system having membranes
AU2013347150A AU2013347150B2 (en) 2012-11-14 2013-10-09 Control of gas composition of a gas separation system having membranes
SI201331549T SI2919888T1 (sl) 2012-11-14 2013-10-09 Nadzor plinastega sestavka naprave za ločevanje plinov z membranami
EP13774181.5A EP2919888B1 (de) 2012-11-14 2013-10-09 Steuerung der gaszusammensetzung einer gasseparationsanlage mit membranen
RS20191107A RS59147B1 (sr) 2012-11-14 2013-10-09 Upravljanje sastavom gasa postrojenja za separaciju gasa sa membranama
MX2015006129A MX2015006129A (es) 2012-11-14 2013-10-09 Control de composicion de gas de un sistema de separacion de gas que tiene membranas.
KR1020157012294A KR102097480B1 (ko) 2012-11-14 2013-10-09 멤브레인을 갖는 기체 분리 시스템의 기체 조성의 제어
DK13774181.5T DK2919888T3 (da) 2012-11-14 2013-10-09 Styring af gassammensætningen i et gasseparationsanlæg med membraner
JP2015542195A JP6400017B2 (ja) 2012-11-14 2013-10-09 膜を備えたガス分離装置のガス組成の制御
LTEP13774181.5T LT2919888T (lt) 2012-11-14 2013-10-09 Dujų sudėties valdymas dujų perskyrimo įrenginiu su membranomis
PL13774181T PL2919888T3 (pl) 2012-11-14 2013-10-09 Sterowanie składem gazu w instalacji do rozdziału gazów z membranami
EA201500531A EA032909B1 (ru) 2012-11-14 2013-10-09 Регулирование состава газа в газосепарационной установке с мембранами
IL238397A IL238397B (en) 2012-11-14 2015-04-21 Controlling the gas composition of a membrane gas separation system
PH12015501063A PH12015501063B1 (en) 2012-11-14 2015-05-13 Control of gas composition of a gas separation system having membranes
ZA2015/03318A ZA201503318B (en) 2012-11-14 2015-05-13 Control of gas composition of a gas separation system having membranes
HRP20191705 HRP20191705T1 (hr) 2012-11-14 2019-09-19 Kontrola plinskog sastava postrojenja za odvajanje plina s membranama

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12192571.3 2012-11-14
EP12192571 2012-11-14
EP13167835.1 2013-05-15
EP13167835 2013-05-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014075850A1 true WO2014075850A1 (de) 2014-05-22

Family

ID=49322384

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/071039 WO2014075850A1 (de) 2012-11-14 2013-10-09 Steuerung der gaszusammensetzung einer gasseparationsanlage mit membranen

Country Status (25)

Country Link
US (1) US9770687B2 (de)
EP (1) EP2919888B1 (de)
JP (1) JP6400017B2 (de)
KR (1) KR102097480B1 (de)
CN (1) CN104797322B (de)
AU (1) AU2013347150B2 (de)
BR (1) BR112015010492B8 (de)
CA (1) CA2891492C (de)
DK (1) DK2919888T3 (de)
EA (1) EA032909B1 (de)
ES (1) ES2746099T3 (de)
HR (1) HRP20191705T1 (de)
HU (1) HUE045214T2 (de)
IL (1) IL238397B (de)
LT (1) LT2919888T (de)
MX (1) MX2015006129A (de)
MY (1) MY185177A (de)
PH (1) PH12015501063B1 (de)
PL (1) PL2919888T3 (de)
PT (1) PT2919888T (de)
RS (1) RS59147B1 (de)
SG (1) SG11201503826RA (de)
SI (1) SI2919888T1 (de)
WO (1) WO2014075850A1 (de)
ZA (1) ZA201503318B (de)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2974781A1 (de) * 2014-07-14 2016-01-20 DMT Milieutechnologie B.V. Kombination einer Biogasanlage und einer Membranfiltereinheit zur Entfernung von Kohlendioxid
WO2016038138A1 (en) * 2014-09-12 2016-03-17 Eaton Limited Fluid separation module for use in aircrafts
WO2016107786A1 (en) * 2014-12-29 2016-07-07 Evonik Fibres Gmbh Process for separation of gases with reduced maintenance costs
WO2017206908A1 (en) 2016-05-31 2017-12-07 Evonik Specialty Chemicals (Shanghai) Co., Ltd. Process and apparatus for separating gases
WO2018162429A1 (de) 2017-03-06 2018-09-13 Agraferm Gmbh Verfahren zum betreiben einer biogasanlage
DE202019001414U1 (de) 2019-02-01 2019-04-12 Evonik Canada Inc. Vorrichtung zum Trennen von Gaskomponenten aus einem Gasstrom mit veränderlicher Zusammensetzung oder Strömungsrate
US11000801B2 (en) 2017-07-28 2021-05-11 Korea Electric Power Corporation System for detecting an abnormality in a carbon dioxide separation membrane plant
WO2022012944A1 (en) * 2020-07-14 2022-01-20 Evonik Fibres Gmbh A facility and a membrane process for separating methane and carbon dioxide from a gas stream
EP3970833A1 (de) * 2020-09-18 2022-03-23 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Steuerung für eine anlage zur behandlung mithilfe von membranpermeation
FR3120803A1 (fr) * 2021-03-22 2022-09-23 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Installation pour le traitement par perméation membranaire d’un flux de biogaz avec une unité de séparation membranaire à deux modules
US11471823B2 (en) 2019-02-12 2022-10-18 Haffmans B.V. System and method for separating a gas mixture
RU2790130C2 (ru) * 2018-10-02 2023-02-14 Эвоник Фибрес Гмбх Устройство и способ выделения метана из газовой смеси, содержащей метан, диоксид углерода и сероводород
EP4197619A1 (de) * 2021-12-20 2023-06-21 Evonik Operations GmbH Verfahren zur herstellung von kohlenmonoxid-haltigen strömen
WO2023211822A1 (en) * 2022-04-26 2023-11-02 Tpe Midstream Llc Thermal oxidation apparatus, control, and associated methods
WO2024074673A1 (en) 2022-10-06 2024-04-11 Evonik Operations Gmbh A computer-implemented method, a computer program and a computer for generating a digital twin for a chemical process or an apparatus or a system of a chemical plant

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10427996B2 (en) * 2013-12-02 2019-10-01 Braskem S.A. Fermentation hydrocarbon gas products separation via membrane
BR112016013236B1 (pt) * 2013-12-17 2021-08-24 Evonik Fibres Gmbh Copoliimida em bloco, processo para preparação de uma copoliimida em bloco, membrana de fibra oca assimetricamente integral ou membrana de folha plana assimetricamente integral, módulos de membrana de fibra oca, elemento enrolado em espiral, processo para a separação de gases e dispositivo para a separação de gases
US9981221B2 (en) * 2015-03-30 2018-05-29 Ube Industries, Ltd. Gas separation system and enriched gas production method
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
FR3055104B1 (fr) * 2016-08-19 2018-08-10 Prodeval Sas Systeme de traitement d'un gaz
CN108339377B (zh) * 2017-01-23 2021-02-26 神华集团有限责任公司 一种从含co2气流中分离co2的方法和膜分离系统
IT201800006416A1 (it) * 2018-06-18 2019-12-18 “metodo per controllare la generazione di gas”
FR3084840B1 (fr) * 2018-08-08 2020-07-31 Air Liquide Traitement par permeation membranaire avec ajustement de la temperature du premier retentat en fonction de la concentration en ch4 dans le troisieme et/ou quatrieme permeat
FR3084842B1 (fr) 2018-08-08 2020-07-24 Air Liquide Traitement par permeation membranaire avec ajustement du nombre de membranes mises en oeuvre en fonction de la pression du flux gazeux d'alimentation
FR3084841B1 (fr) * 2018-08-08 2020-07-24 Air Liquide Traitement par permeation membranaire avec ajustement de la pression du flux gazeux d'alimentation en fonction de la concentration en ch4 dans le deuxieme retentat
JP2020032330A (ja) * 2018-08-28 2020-03-05 日立造船株式会社 ガス分離システム及びガス分離方法
EP3632525A1 (de) 2018-10-02 2020-04-08 Evonik Fibres GmbH Vorrichtung und verfahren zum abtrennen von methan aus einem methan-, kohlendioxid- und schwefelwasserstoffhaltigen gasgemisch
FR3089820B1 (fr) * 2018-12-14 2020-11-27 Air Liquide Installation et procédé de traitement par perméation membranaire d'un courant gazeux avec ajustement de la concentration en méthane
FR3089819B1 (fr) * 2018-12-14 2020-11-27 Air Liquide Installation et procédé de traitement par perméation membranaire d'un courant gazeux avec ajustement de la pression d’aspiration du second perméat
FR3089821B1 (fr) * 2018-12-14 2021-06-18 Air Liquide Installation et procédé de traitement par perméation membranaire d'un courant gazeux avec ajustement de la pression d’aspiration du troisième perméat
US11285434B2 (en) * 2020-03-30 2022-03-29 Air Products And Chemicals, Inc. Membrane process and system for high recovery of a nonpermeating gas
CN111594135B (zh) * 2020-04-22 2022-07-22 中国海洋石油集团有限公司 一种隔水管内钻井液气体检测装置及方法
JP2021194641A (ja) 2020-06-17 2021-12-27 エボニック ファイバース ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングEvonik Fibres GmbH 架橋中空糸膜およびその新たな製造方法
FR3115472B1 (fr) * 2020-10-23 2023-03-03 Air Liquide Dispositif d’ajustement des équipements d’une installation de production de biométhane
US11998872B2 (en) * 2021-10-12 2024-06-04 Air Products And Chemicals, Inc. Biogas upgrading apparatus and process
WO2024014493A1 (ja) * 2022-07-14 2024-01-18 Ｕｂｅ株式会社 ガス分離システム及びメタン富化ガスの製造方法
WO2024014494A1 (ja) * 2022-07-14 2024-01-18 Ｕｂｅ株式会社 ガス分離システム及び富化ガスの製造方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0051469A1 (de) * 1980-11-03 1982-05-12 Monsanto Company Verfahren zum Abtrennen von Gas aus einer Gasmischung
US4806132A (en) 1987-06-23 1989-02-21 Union Carbide Corporation Turndown control method for membrane separation systems
US5053058A (en) * 1989-12-29 1991-10-01 Uop Control process and apparatus for membrane separation systems
US5281253A (en) 1993-01-06 1994-01-25 Praxair Technology, Inc. Multistage membrane control system and process
US6168649B1 (en) 1998-12-09 2001-01-02 Mg Generon, Inc. Membrane for separation of xenon from oxygen and nitrogen and method of using same
US6565626B1 (en) 2001-12-28 2003-05-20 Membrane Technology And Research, Inc. Natural gas separation using nitrogen-selective membranes
EP1324815A1 (de) 2000-09-26 2003-07-09 Axiom Angewandte Prozesstechnik Ges.M.B.H. Vorrichtung und verfahren zur gaspermeation
WO2011009919A1 (de) 2009-07-23 2011-01-27 Evonik Fibres Gmbh Polyimidmembranen aus polymerisationslösungen
WO2012000727A1 (de) 2010-07-01 2012-01-05 Evonik Fibres Gmbh Verfahren zur trennung von gasen

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0185980B1 (de) * 1984-12-27 1995-03-01 Teijin Limited Gerät zur Sauerstoffanreicherung
JPS63296820A (ja) * 1987-05-29 1988-12-02 Ube Ind Ltd 高純度水素又はヘリウムの製造方法
JPH03109912A (ja) * 1989-09-25 1991-05-09 Nitto Denko Corp 有機蒸気含有ガスの処理方法
US5354474A (en) * 1989-12-22 1994-10-11 The Dow Chemical Company Dynamic membrane separation process for improved selectivity
US5383956A (en) * 1993-10-12 1995-01-24 Praxair Technology, Inc. Start-up and shut down processes for membrane systems and membrane systems useful for the same
US5785741A (en) * 1995-07-17 1998-07-28 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges, Claude Process and system for separation and recovery of perfluorocompound gases
US5709732A (en) * 1996-04-02 1998-01-20 Praxair Technology, Inc. Advanced membrane system for separating gaseous mixtures
IE80909B1 (en) * 1996-06-14 1999-06-16 Air Liquide An improved process and system for separation and recovery of perfluorocompound gases
JP4005733B2 (ja) * 1999-01-29 2007-11-14 ジャパン・エア・ガシズ株式会社 ガス濃縮装置
JP4018858B2 (ja) * 1999-12-20 2007-12-05 大同エアプロダクツ・エレクトロニクス株式会社 パーフルオロ化合物分離回収方法およびそれに用いるパーフルオロ化合物分離回収装置
DE60231600D1 (de) * 2001-01-25 2009-04-30 Ube Industries Verfahren und anlage zur trennung und rückgewinnung von halogengas
US20040000513A1 (en) * 2002-06-27 2004-01-01 Colling Craig W. Apparatus using solid perm-selective membranes in multiple groups for simultaneous recovery of specified products from a fluid mixture
US7537641B2 (en) * 2005-12-02 2009-05-26 Membrane Technology And Research, Inc. Natural gas treatment process for stimulated well
US7947116B2 (en) * 2006-02-06 2011-05-24 Eltron Research & Development, Inc. Hydrogen separation process
JP2009242773A (ja) * 2008-03-14 2009-10-22 Air Water Inc メタンガス濃縮装置および方法ならびに燃料ガスの製造装置および方法
US8444749B2 (en) * 2009-06-10 2013-05-21 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method and system for membrane-based gas recovery
DE102009032915A1 (de) * 2009-07-14 2011-03-31 Lurgi Gmbh Verfahren und Anlage zur Herstellung von synthetischen Kraftstoffen
US20110077446A1 (en) * 2009-09-30 2011-03-31 American Air Liquide, Inc. Membrane Separation of a Mixture of Close Boiling Hydrocarbon Components
MY162635A (en) * 2010-10-15 2017-06-30 Daewoo Shipbuilding & Marine Method for producing pressurized liquefied natural gas, and production system used in same
MX2013008387A (es) * 2011-03-01 2013-08-12 Exxonmobil Upstream Res Co Metodos para remover contaminantes de una corriente de hidrocarburo mediante adsorcion oscilante y aparato y sistemas relacionados.
US9593883B2 (en) * 2011-12-27 2017-03-14 Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering Co., Ltd. Module for treatment of carbon dioxide and treatment method thereof
US8821614B1 (en) * 2012-09-28 2014-09-02 U.S. Department Of Energy Constant pressure high throughput membrane permeation testing system

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0051469A1 (de) * 1980-11-03 1982-05-12 Monsanto Company Verfahren zum Abtrennen von Gas aus einer Gasmischung
US4806132A (en) 1987-06-23 1989-02-21 Union Carbide Corporation Turndown control method for membrane separation systems
US5053058A (en) * 1989-12-29 1991-10-01 Uop Control process and apparatus for membrane separation systems
US5281253A (en) 1993-01-06 1994-01-25 Praxair Technology, Inc. Multistage membrane control system and process
US6168649B1 (en) 1998-12-09 2001-01-02 Mg Generon, Inc. Membrane for separation of xenon from oxygen and nitrogen and method of using same
EP1324815A1 (de) 2000-09-26 2003-07-09 Axiom Angewandte Prozesstechnik Ges.M.B.H. Vorrichtung und verfahren zur gaspermeation
US6565626B1 (en) 2001-12-28 2003-05-20 Membrane Technology And Research, Inc. Natural gas separation using nitrogen-selective membranes
WO2011009919A1 (de) 2009-07-23 2011-01-27 Evonik Fibres Gmbh Polyimidmembranen aus polymerisationslösungen
WO2012000727A1 (de) 2010-07-01 2012-01-05 Evonik Fibres Gmbh Verfahren zur trennung von gasen

Cited By (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2974781A1 (de) * 2014-07-14 2016-01-20 DMT Milieutechnologie B.V. Kombination einer Biogasanlage und einer Membranfiltereinheit zur Entfernung von Kohlendioxid
WO2016038138A1 (en) * 2014-09-12 2016-03-17 Eaton Limited Fluid separation module for use in aircrafts
US10610823B2 (en) 2014-09-12 2020-04-07 Eaton Intelligent Power Limited Fluid separation module
WO2016107786A1 (en) * 2014-12-29 2016-07-07 Evonik Fibres Gmbh Process for separation of gases with reduced maintenance costs
JP2018511472A (ja) * 2014-12-29 2018-04-26 エボニック ファイバース ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＥｖｏｎｉｋ Ｆｉｂｒｅｓ ＧｍｂＨ 低メンテナンスコストのガス分離プロセス
US10471380B2 (en) 2014-12-29 2019-11-12 Evonik Fibres Gmbh Process for separation of gases with reduced maintenance costs
EA034642B1 (ru) * 2014-12-29 2020-03-02 Эвоник Фибрес Гмбх Способ разделения газов со сниженными эксплуатационными расходами
AU2015373475B2 (en) * 2014-12-29 2020-05-07 Evonik Operations Gmbh Process for separation of gases with reduced maintenance costs
WO2017206908A1 (en) 2016-05-31 2017-12-07 Evonik Specialty Chemicals (Shanghai) Co., Ltd. Process and apparatus for separating gases
WO2018162429A1 (de) 2017-03-06 2018-09-13 Agraferm Gmbh Verfahren zum betreiben einer biogasanlage
US11000801B2 (en) 2017-07-28 2021-05-11 Korea Electric Power Corporation System for detecting an abnormality in a carbon dioxide separation membrane plant
RU2790130C2 (ru) * 2018-10-02 2023-02-14 Эвоник Фибрес Гмбх Устройство и способ выделения метана из газовой смеси, содержащей метан, диоксид углерода и сероводород
DE202019001414U1 (de) 2019-02-01 2019-04-12 Evonik Canada Inc. Vorrichtung zum Trennen von Gaskomponenten aus einem Gasstrom mit veränderlicher Zusammensetzung oder Strömungsrate
EP4397392A2 (de) 2019-02-01 2024-07-10 Evonik Operations GmbH Vorrichtung und membranverfahren zur trennung von gaskomponenten aus einem gasstrom mit variierender zusammensetzung oder durchflussrate
WO2020156902A1 (en) 2019-02-01 2020-08-06 Evonik Fibres Gmbh A device and a membrane process for separating gas components from a gas stream having varying composition or flow rate
US11964231B2 (en) 2019-02-12 2024-04-23 Haffmans B.V. System and method for separating a gas mixture
US11471823B2 (en) 2019-02-12 2022-10-18 Haffmans B.V. System and method for separating a gas mixture
WO2022012944A1 (en) * 2020-07-14 2022-01-20 Evonik Fibres Gmbh A facility and a membrane process for separating methane and carbon dioxide from a gas stream
EP3970833A1 (de) * 2020-09-18 2022-03-23 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Steuerung für eine anlage zur behandlung mithilfe von membranpermeation
FR3114250A1 (fr) * 2020-09-18 2022-03-25 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Commande d’une installation de traitement par perméation membranaire
FR3120803A1 (fr) * 2021-03-22 2022-09-23 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Installation pour le traitement par perméation membranaire d’un flux de biogaz avec une unité de séparation membranaire à deux modules
EP4063000A1 (de) * 2021-03-22 2022-09-28 L'Air Liquide, société anonyme pour l'Étude et l'Exploitation des procédés Georges Claude Anlage zur aufbereitung eines biogasstroms durch membranpermeation mit einer anlage zur membrantrennung aus zwei modulen
US12109528B2 (en) 2021-03-22 2024-10-08 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Plant for the membrane permeation treatment of a biogas stream with a membrane separation unit containing two modules
EP4197619A1 (de) * 2021-12-20 2023-06-21 Evonik Operations GmbH Verfahren zur herstellung von kohlenmonoxid-haltigen strömen
WO2023211822A1 (en) * 2022-04-26 2023-11-02 Tpe Midstream Llc Thermal oxidation apparatus, control, and associated methods
WO2024074673A1 (en) 2022-10-06 2024-04-11 Evonik Operations Gmbh A computer-implemented method, a computer program and a computer for generating a digital twin for a chemical process or an apparatus or a system of a chemical plant

Also Published As

Publication number Publication date
JP6400017B2 (ja) 2018-10-03
PH12015501063A1 (en) 2015-07-27
IL238397B (en) 2018-06-28
PT2919888T (pt) 2019-09-17
EP2919888A1 (de) 2015-09-23
IL238397A0 (en) 2015-06-30
RS59147B1 (sr) 2019-09-30
EP2919888B1 (de) 2019-07-17
HUE045214T2 (hu) 2019-12-30
CA2891492C (en) 2020-08-25
CA2891492A1 (en) 2014-05-22
BR112015010492A2 (pt) 2017-07-11
MY185177A (en) 2021-04-30
SG11201503826RA (en) 2015-06-29
CN104797322B (zh) 2016-12-14
HRP20191705T1 (hr) 2019-12-13
KR102097480B1 (ko) 2020-04-06
CN104797322A (zh) 2015-07-22
AU2013347150A1 (en) 2015-05-07
AU2013347150B2 (en) 2017-08-24
PH12015501063B1 (en) 2015-07-27
JP2016505354A (ja) 2016-02-25
LT2919888T (lt) 2019-10-10
MX2015006129A (es) 2015-08-05
ZA201503318B (en) 2016-05-25
US20150336046A1 (en) 2015-11-26
BR112015010492B8 (pt) 2023-04-25
KR20150083855A (ko) 2015-07-20
PL2919888T3 (pl) 2019-12-31
DK2919888T3 (da) 2019-10-14
ES2746099T3 (es) 2020-03-04
BR112015010492B1 (pt) 2021-10-05
EA032909B1 (ru) 2019-08-30
EA201500531A1 (ru) 2016-01-29
US9770687B2 (en) 2017-09-26
SI2919888T1 (sl) 2019-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2919888B1 (de) Steuerung der gaszusammensetzung einer gasseparationsanlage mit membranen
EP2996794B1 (de) Steuerung der gaszusammensetzung einer gasseparationsanlage mit membranen
EP2588217B1 (de) Verfahren zur trennung von gasen
DE69008262T2 (de) Trennung von Gasmischungen.
EP2797676A1 (de) Verfahren zur trennung von gasen
DE68921187T2 (de) Verfahren zur Abtrennung von Stickstoff aus Luft mittels Gasabtrennungsmembranen.
EP0022178B1 (de) Zyklisches Adsorptionsverfahren zum Zerlegen eines Gasgemisches
DE69217809T2 (de) Doppelprodukt-druckwechseladsorption und Membranverfahren
DE69211823T2 (de) Membrane Sauerstoffverfahren und -vorrichtung
DE60129003T2 (de) Verfahren zur herstellung stickstoffangereicherter luft
DE68907542T2 (de) Einrichtung zur Erzeugung von sauerstoffangereicherter Luft.
DE202019001414U1 (de) Vorrichtung zum Trennen von Gaskomponenten aus einem Gasstrom mit veränderlicher Zusammensetzung oder Strömungsrate
EP2777798A1 (de) Verfahren zur Gewinnung von hochreinem Methan aus Biogas sowie Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens
DE69330449T2 (de) Verfahren zur Herstellung von Stickstoff mit Hilfe einer Membrane
EP3180104B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur auftrennung eines gasgemisches in einer membraneinheit
WO2004002884A1 (de) Membrantrennverfahren sowie membrantrennvorrichtung zur anreicherung wenigstens einer gaskomponente in einem gasstrom
EP1494786B1 (de) Verfahren und einrichtung zur erzeugung einer künstlichen atmosphäre in einem lager- oder transportbehälter
DE102018130203A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Zerlegung von Luft
DE19951732A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Konditionierung von Gas
DE3887985T2 (de) Teillastregelmethode für Membrantrennsysteme.
WO2024156842A1 (de) Apparat und verfahren zur simultanen behandlung verschiedener schwankender gasströme in bereich der methanisierung
WO2004020333A1 (de) Verfahren zur gewinnung von stickstoff aus luft
EP2825284A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur druckwechsel-adsorption
WO2012022376A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur abtrennung von stickstoff
DE2515552C2 (de) Verfahren zum Entsäuern von saure Bestandteile enthaltenden Brenngasen

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13774181

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 238397

Country of ref document: IL

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013774181

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2013347150

Country of ref document: AU

Date of ref document: 20131009

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20157012294

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: P602/2015

Country of ref document: AE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12015501063

Country of ref document: PH

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2891492

Country of ref document: CA

Ref document number: 2015542195

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14442804

Country of ref document: US

Ref document number: MX/A/2015/006129

Country of ref document: MX

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112015010492

Country of ref document: BR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201500531

Country of ref document: EA

Ref document number: IDP00201503517

Country of ref document: ID

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112015010492

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20150508