Бюллетень ЕАПВ "Изобретения (евразийские заявки и евразийские патенты)"
Бюллетень 01´2017

  

(11) 

025596 (13) B1       Разделы: A B C D E F G H    

(21) 

201491280

(22) 

2012.11.29

(51) 

B01D 53/22 (2006.01)
B01D 71/64
(2006.01)
C01B 23/00
(2006.01)

(31) 

11195776.7

(32) 

2011.12.27

(33) 

EP

(43) 

2014.10.30

(86) 

PCT/EP2012/073901

(87) 

WO 2013/098024 2013.07.04

(71) 

(73) ЭВОНИК ФАЙБЕРС ГМБХ (AT)

(72) 

Бальстер Ёрг, Унгеранк Маркус, Фельтоен Ингрид Винетте (AT)

(74) 

Беляева Е.Н. (BY)

(54) 

СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ

(57) 1. Способ разделения гелийсодержащих газов, отличающийся тем, что его проводят в устройстве, которое содержит ступень (1) разделения потока исходной смеси, ступень (2) разделения ретентата и ступень (3) разделения пермеата, а также по меньшей мере один компрессор (4) и/или по меньшей мере один вакуумный насос; ступень (1) разделения потока исходной смеси разделяет поток (5) исходной смеси, состоящей из гелия и, по меньшей мере, другого компонента, на первый, обогащенный гелием, по сравнению с потоком (5) исходной смеси, поток (6) пермеата и первый, обедненный гелием, по сравнению с потоком (5) исходной смеси, поток (7) ретентата; ступень (2) разделения ретентата разделяет поток (7) ретентата со ступени (1) на второй, обогащенный гелием, по сравнению с первым потоком (7) ретентата, поток (9) пермеата, и второй, обедненный гелием, по сравнению с первым потоком (7) ретентата, поток (8) ретентата; ступень (3) разделения пермеата разделяет первый поток (6) пермеата на третий, обедненный гелием, по сравнению с первым потоком (6) пермеата со ступени (1), поток (10) ретентата, и третий, обогащенный гелием, по сравнению с первым потоком (6) пермеата, поток (11) пермеата; третий поток (11) пермеата отводят в виде продукта или подвергают дополнительной обработке; второй поток (9) пермеата подают в поток (5) исходной смеси; второй поток (8) ретентата отводят в виде другого первого продукта или подвергают дополнительной обработке или удаляют в отходы; третий поток (10) ретентата подают в поток (5) исходной смеси или удаляют в отходы; первый поток (6) пермеата не подвергают повторному сжатию; при рециркуляции второго потока (9) пермеата или второго потока (9) пермеата и третьего потока (10) ретентата объем газа, возвращенного вторым потоком (9) пермеата или вторым потоком (9) пермеата и третьим потоком (10) ретентата в поток (5) исходной смеси, регулируют таким образом, что возвращается в сумме менее 50 об.% объема входящего газового потока (17); при рециркуляции второго потока (9) пермеата или второго потока (9) пермеата и третьего потока (10) ретентата повышается концентрация гелия после первой рециркуляции второго потока (9) пермеата или второго потока (9) пермеата и третьего потока (10) ретентата в потоке (5) исходной смеси по сравнению с концентрацией гелия во входящем газовом потоке (17).

2. Способ разделения гелийсодержащих газов, отличающийся тем, что его проводят в устройстве, которое содержит ступень (1) разделения потока исходной смеси, ступень (2) разделения ретентата и ступень (3) разделения пермеата, а также по меньшей мере один компрессор (4) и/или по меньшей мере один вакуумный насос; ступень (1) разделения потока исходной смеси разделяет поток (5) исходной смеси, состоящей из гелия и, по меньшей мере, другого компонента, на первый, обогащенный гелием, по сравнению с потоком (5) исходной смеси, поток (6) пермеата и первый, обедненный гелием, по сравнению с потоком (5) исходной смеси, поток (7) ретентата; ступень (2) разделения ретентата разделяет поток (7) ретентата со ступени (1) на второй, обогащенный гелием, по сравнению с первым потоком (7) ретентата, поток (9) пермеата, и второй, обедненный гелием по сравнению с первым потоком (7) ретентата поток (8) ретентата; ступень (3) разделения пермеата разделяет первый поток (6) пермеата со ступени (1) на третий, обедненный гелием, по сравнению с первым потоком (6) пермеата, поток (10) ретентата, и третий, обогащенный гелием, по сравнению с первым потоком (6) пермеата, поток (11) пермеата; каждый из третьего потока (11) пермеата в виде продукта и второго потока (8) ретентата в виде другого продукта или отводят, или подвергают дополнительной обработке; второй поток (9) пермеата удаляют в отходы; третий поток (10) ретентата подают в поток (5) исходной смеси или удаляют в отходы; первый поток (6) пермеата не подвергают повторному сжатию; при рециркуляции третьего потока (10) ретентата объем газа, возвращенного третьим потоком (10) ретентата в поток (5) исходной смеси, регулируют таким образом, что возвращается в сумме менее 50 об.% объема входящего газового потока (17); и при рециркуляции третьего потока (10) ретентата повышается концентрация гелия после первой рециркуляции третьего потока (10) ретентата в потоке (5) исходной смеси по сравнению с концентрацией гелия во входящем газовом потоке (17).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при рециркуляции второго потока (9) пермеата или второго потока (9) пермеата и третьего потока (10) ретентата объем газа, возвращенного вторым потоком (9) пермеата или вторым потоком (9) пермеата и третьим потоком (10) ретентата в поток (5) исходной смеси, регулируют таким образом, что возвращается в сумме 5-40 об.%, более предпочтительно 5-30 об.% и еще более предпочтительно 10-25 об.% объема входящего газового потока (17).

4. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что при рециркуляции второго потока (9) пермеата или второго потока (9) пермеата и третьего потока (10) ретентата повышается концентрация гелия после первой рециркуляции второго потока (9) пермеата или второго потока (9) пермеата и третьего потока (10) ретентата в потоке (5) исходной смеси по меньшей мере на 2%, предпочтительно по меньшей мере на 3%, более предпочтительно на 4-10% и еще более предпочтительно на 5-10% соответственно, по сравнению с концентрацией гелия во входящем газовом потоке (17).

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что при рециркуляции третьего потока (10) ретентата объем газа, возвращенного третьим потоком (10) ретентата в поток (5) исходной смеси, регулируют таким образом, что возвращается в сумме 5-40 об.%, более предпочтительно 5-30 об.% и еще более предпочтительно 10-25 об.% объема входящего газового потока (17).

6. Способ по п.2 или 5, отличающийся тем, что при рециркуляции третьего потока (10) ретентата повышается концентрация гелия после первой рециркуляции третьего потока (10) ретентата в потоке (5) исходной смеси по меньшей мере на 2%, предпочтительно по меньшей мере на 3%, более предпочтительно на 4-10% и еще более предпочтительно на 5-10% соответственно, по сравнению с концентрацией гелия во входящем газовом потоке (17).

7. Способ по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что, по меньшей мере, на ступени (1) разделения потока исходной смеси, предпочтительно на ступени (1) разделения потока исходной смеси, на ступени (2) разделения ретентата и на ступени (3) разделения пермеата, используют мембранные модули разделения газов с селективностью смеси газов для гелия/метана или для гелия/азота по меньшей мере 40, предпочтительно 50-400, особенно предпочтительно 150-300.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что в качестве материала для активного разделительного слоя мембран используют полиимид общей формулы

Увеличить масштаб

где R выбирают из группы, включающей

Увеличить масштаб

х, у: молярная доля с 0<х<0,5 и 1>у>0,5.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве материала для активного разделительного слоя мембран используют полиимид, содержащий 10-90 мас.%, предпочтительно 15-25 мас.% и более предпочтительно 20 мас.% соединения формулы

Увеличить масштаб

90-10 мас.%, предпочтительно 85-75 мас.% и более предпочтительно 80 мас.% соединений формул

Увеличить масштаб

10. Способ по одному из пп.1-9, отличающийся тем, что второй поток (9) пермеата и/или третий поток (10) ретентата на стороне всасывания компрессора (4) приводят к повторной переработке.

11. Способ по одному из пп.1-10, отличающийся тем, что используют многоступенчатый компрессор (4).

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что второй поток (9) пермеата и/или третий поток (10) ретентата направляют в компрессор (4) между двух этапов сжатия.

13. Способ по одному из пп.1-12, отличающийся тем, что первый поток (7) ретентата, и/или второй поток (8) ретентата, и/или третий поток (10) ретентата пропускают через редукционный клапан.

14. Способ по одному из пп.1-13, отличающийся тем, что используют ступени мембранного разделения (1)-(3), по меньшей мере одна из которых содержит более одного мембранного модуля разделения газов с селективностью газовой смеси, которые соединены параллельно и/или последовательно.

15. Способ по одному из пп.1-14, отличающийся тем, что используют мембранный(ые) модуль(и) разделения газов с селективностью газовой смеси, состоящий(ие) из мембран из полых волокон и/или плоских мембран.

16. Способ по одному из пп.1-15, отличающийся тем, что дополнительно давление со стороны (6) пермеата ступени (1) разделения потока исходной смеси на стороне ретентата ступени (3) разделения пермеата предпочтительно устанавливают с помощью редукционного клапана (14) в интервале 1-30 бар, предпочтительно 2-20 бар и весьма предпочтительно 2-10 бар.

17. Способ по одному из пп.1-16, отличающийся тем, что дополнительно давление первого и второго потоков (7) и (8) ретентата во втором потоке (8) ретентата устанавливают предпочтительно с помощью редукционного клапана (13) в интервале 1-100 бар, предпочтительно 5-80 бар и весьма предпочтительно 10-70 бар.

18. Способ по одному из пп.1-17, отличающийся тем, что движущей силой, используемой для осуществления разделения, является разность парциального давления между стороной ретентата и стороной пермеата на соответствующих этапах мембранного разделения, причем разность парциального давления получают компрессором в потоке (5) исходной смеси и/или вакуумным насосом в каждом из второго потока (9) пермеата и/или третьего потока (11) пермеата и/или с помощью потока газа-носителя со стороны пермеата.

19. Способ по одному из пп.1-18, отличающийся тем, что давление пермеата ступени (1) разделения потока исходной смеси является одинаковым или повышенным, по сравнению с внешним давлением, так что также существует разность парциального давления между остающейся фракцией и пермеатом ступени (3) разделения пермеата, и, таким образом, движущую силу применяют лишь в том случае, когда пермеат ступени (3) разделения пермеата находится под внешним давлением или к нему прилагают пониженное давление.

20. Способ по одному из пп.1-19, отличающийся тем, что его проводят в устройстве, которое содержит один или два вакуумных насоса.

21. Устройство для разделения гелийсодержащих газов, отличающееся тем, что оно содержит ступень (1) разделения потока исходной смеси, ступень (2) разделения ретентата и ступень (3) разделения пермеата, а также по меньшей мере один компрессор (4) и/или по меньшей мере один вакуумный насос; ступень (1) разделения потока исходной смеси выполнена таким образом, что она разделяет поток (5) исходной смеси, состоящей из гелия и, по меньшей мере, другого компонента, на первый, обогащенный гелием, по сравнению с потоком (5) исходной смеси, поток (6) пермеата и первый, обедненный гелием, по сравнению с потоком (5) исходной смеси, поток (7) ретентата; ступень (2) разделения ретентата выполнена таким образом, что она разделяет поток (7) ретентата на второй, обогащенный гелием, по сравнению с первым потоком (7) ретентата, поток (9) пермеата, и второй, обедненный гелием, по сравнению с первым потоком (7) ретентата, поток (8) ретентата; ступень (3) разделения пермеата выполнена таким образом, что она разделяет первый поток (6) пермеата на третий, обедненный гелием, по сравнению с первым потоком (6) пермеата, поток (10) ретентата, и третий, обогащенный гелием, по сравнению с первым потоком (6) пермеата, поток (11) пермеата; устройство выполнено таким образом, что третий поток (11) пермеата отводится в виде продукта или подвергается дополнительной обработке; устройство выполнено таким образом, что второй поток (9) пермеата подается в поток (5) исходной смеси; устройство выполнено таким образом, что второй поток (8) ретентата отводится в виде другого продукта или подвергается дополнительной обработке, или удаляется в отходы; устройство выполнено таким образом, что третий поток (10) ретентата подается в поток (5) исходной смеси или удаляется в отходы; устройство выполнено таким образом, что первый поток (6) пермеата не подвергается повторному сжатию; устройство выполнено таким образом, что при рециркуляции второго потока (9) пермеата или второго потока (9) пермеата и третьего потока (10) ретентата объем газа, возвращенного вторым потоком (9) пермеата или вторым потоком (9) пермеата и третьим потоком (10) ретентата в поток (5) исходной смеси, регулируется таким образом, что возвращается в сумме менее 50 об.% объема входящего газового потока (17); устройство выполнено таким образом, что при рециркуляции второго потока пермеата (9) или второго потока (9) пермеата и третьего потока ретентата (10) рециркуляция второго потока пермеата (9) или второго потока (9) пермеата и третьего потока ретентата (10) регулируется таким образом, что повышается концентрация гелия после первой рециркуляции второго потока (9) пермеата или второго потока (9) пермеата и третьего потока (10) ретентата в потоке (5) исходной смеси по сравнению с концентрацией гелия во входящем газовом потоке (17).

22. Устройство для разделения гелийсодержащих газов, отличающееся тем, что оно содержит ступень (1) разделения потока исходной смеси, ступень (2) разделения ретентата и ступень (3) разделения пермеата, а также по меньшей мере один компрессор (4) и/или по меньшей мере один вакуумный насос; ступень (1) разделения потока исходной смеси выполнена таким образом, что она разделяет поток (5) исходной смеси, состоящей из гелия и, по меньшей мере, другого компонента, на первый, обогащенный гелием, по сравнению с потоком (5) исходной смеси, поток (6) пермеата и первый, обедненный гелием, по сравнению с потоком (5) исходной смеси, поток (7) ретентата; ступень (2) разделения ретентата выполнена таким образом, что она разделяет поток (7) ретентата на второй, обогащенный гелием, по сравнению с первым потоком (7) ретентата, поток (9) пермеата, и второй, обедненный гелием, по сравнению с первым потоком (7) ретентата, поток (8) ретентата; ступень (3) разделения пермеата выполнена таким образом, что она разделяет первый поток (6) пермеата на третий, обедненный гелием, по сравнению с первым потоком (6) пермеата, поток (10) ретентата, и третий, обогащенный гелием, по сравнению с первым потоком (6) пермеата, поток (11) пермеата; устройство выполнено таким образом, что каждый из третьего потока (11) пермеата в виде продукта и второго потока (8) ретентата в виде другого продукта или отводится, или подвергается дополнительной обработке; устройство выполнено таким образом, что второй поток (9) пермеата удаляется в отходы; устройство выполнено таким образом, что третий поток (10) ретентата подается в поток (5) исходной смеси или удаляется в отходы; устройство выполнено таким образом, что первый поток (6) пермеата не подвергается повторному сжатию; устройство выполнено таким образом, что при рециркуляции третьего потока (10) ретентата объем газа, возвращенного третьим потоком (10) ретентата в поток (5) исходной смеси, регулируется таким образом, что возвращается в сумме менее 50 об.% объема входящего газового потока (17); устройство выполнено таким образом, что при рециркуляции третьего потока ретентата (10) рециркуляция третьего потока ретентата (10) регулируется таким образом, что повышается концентрация гелия после первой рециркуляции третьего потока (10) ретентата в потоке (5) исходной смеси по сравнению с концентрацией гелия во входящем газовом потоке (17).

23. Устройство по п.21, отличающееся тем, что оно выполнено таким образом, что при рециркуляции второго потока (9) пермеата или второго потока (9) пермеата и третьего потока (10) ретентата объем газа, возвращенного вторым потоком (9) пермеата или вторым потоком (9) пермеата и третьим потоком (10) ретентата в поток (5) исходной смеси, регулируется таким образом, что возвращается в сумме 5-40 об.%, предпочтительно 5-30 об.% и более предпочтительно 10-25 об.% объема входящего газового потока (17).

24. Устройство по п.21 или 23, отличающееся тем, что оно выполнено таким образом, что при рециркуляции второго потока пермеата (9) или второго потока (9) пермеата и третьего потока ретентата (10) рециркуляция второго потока пермеата (9) или второго потока (9) пермеата и третьего потока ретентата (10) регулируется таким образом, что повышается концентрация гелия после первой рециркуляции второго потока (9) пермеата или второго потока (9) пермеата и третьего потока (10) ретентата в потоке (5) исходной смеси по меньшей мере на 2%, предпочтительно по меньшей мере на 3%, более предпочтительно на 4-10% и еще более предпочтительно на 5-10% соответственно, по сравнению с концентрацией гелия во входящем газовом потоке (17).

25. Устройство по п.22, отличающееся тем, что оно выполнено таким образом, что при рециркуляции третьего потока (10) ретентата объем газа, возвращенного третьим потоком (10) ретентата в поток (5) исходной смеси, регулируется таким образом, что возвращается в сумме 5-40 об.%, предпочтительно 5-30 об.% и более предпочтительно 10-25 об.% объема входящего газового потока (17).

26. Устройство по п.22 или 25, отличающееся тем, что оно выполнено таким образом, что при рециркуляции третьего потока ретентата (10) рециркуляция третьего потока ретентата (10) регулируется таким образом, что повышается концентрация гелия после первой рециркуляции третьего потока (10) ретентата в потоке (5) исходной смеси по меньшей мере на 2%, предпочтительно по меньшей мере на 3%, более предпочтительно на 4-10% и еще более предпочтительно на 5-10% соответственно, по сравнению с концентрацией гелия во входящем газовом потоке (17).

27. Устройство по одному из пп.21-26, отличающееся тем, что оно содержит, по меньшей мере, на ступени (1) разделения потока исходной смеси, предпочтительно на ступени (1) разделения потока исходной смеси, на ступени (2) разделения ретентата и на ступени (3) разделения пермеата, мембранные модули разделения газов с селективностью смеси газов для гелия/метана или для гелия/азота по меньшей мере 40, предпочтительно 50-400, особенно предпочтительно 150-300.

28. Устройство по п.27, отличающееся тем, что активный разделительный слой мембран выполнен из полиимида общей формулы

Увеличить масштаб

где R выбирают из группы, включающей

Увеличить масштаб

х, у: молярная доля с 0<х<0,5 и 1>у>0,5.

29. Устройство по п.27, отличающееся тем, что активный разделительный слой мембран выполнен из полиимида, содержащего 10-90 мас.%, предпочтительно 15-25 мас.% и более предпочтительно 20 мас.% соединения формулы

Увеличить масштаб

90-10 мас.%, предпочтительно 85-75 мас.% и более предпочтительно 80 мас.% соединений формул

Увеличить масштаб

30. Устройство по одному из пп.21-29, отличающееся тем, что трубы для второго потока (9) пермеата и/или третьего потока (10) ретентата закреплены на стороне всасывания компрессора (4).

31. Устройство по одному из пп.21-30, отличающееся тем, что компрессор (4) выполнен многоступенчатым.

32. Устройство по п.31, отличающееся тем, что трубы для второго потока (9) пермеата и/или третьего потока (10) ретентата закреплены на компрессоре (4) через две ступени сжатия.

33. Устройство по одному из пп.21-32, отличающееся тем, что в трубах для первого потока (7) ретентата, и/или второго потока (8) ретентата, и/или третьего потока (10) ретентата расположен редукционный клапан.

34. Устройство по одному из пп.21-33, отличающееся тем, что по меньшей мере один из ступеней мембранного разделения (1)-(3) содержит более одного мембранного модуля разделения газов с селективностью газовой смеси, которые соединены параллельно и/или последовательно.

35. Устройство по одному из пп.21-34, отличающееся тем, что мембранный(ые) модуль(и) разделения газов с селективностью газовой смеси состоит(ят) из мембран из полых волокон и/или плоских мембран.

36. Устройство по одному из пп.21-35, отличающееся тем, что в трубе для третьего потока (10) ретентата расположен редукционный клапан (14).

37. Устройство по одному из пп.21-36, отличающееся тем, что в трубе для второго потока (8) ретентата расположен редукционный клапан (13).

38. Устройство по одному из пп.21-37, отличающееся тем, что оно включает один или два вакуумных насоса.

Увеличить масштаб


наверх