EA 025596B9 20180330

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000025596b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

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 первый 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 первого другого 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 где R выбирают из группы, включающей 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 90-10 мас.%, предпочтительно 85-75 мас.% и более предпочтительно 80 мас.% соединений формул

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, которые соединены параллельно и/или последовательно.

15. Способ по одному из пп.1-14, отличающийся тем, что используют мембранный(ые) модуль(и) разделения газов, 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 ретентатом и пермеатом ступени (3) разделения пермеата, и, таким образом, имеется движущая сила 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 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).

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 где R выбирают из группы, включающей х, у: молярная доля с 0 <х <0,5 и 1 > у > 0,5.

29. Устройство по п.28, 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 90-10 мас.%, предпочтительно 85-75 мас.% и более предпочтительно 80 мас.% соединений формул

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 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.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

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

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

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

Евразийское 025596 (13) B9
патентное
ведомство
(12) ИСПРАВЛЕННОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(15) Информация об исправлении
Версия исправления: 1 (W1 B1) исправления в формуле
(48) Дата публикации исправления
2018.03.30, Бюллетень №3'2018
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.01.30
(21) Номер заявки 201491280
(22) Дата подачи заявки
2012.11.29
(51) Int. Cl. B01D 53/22 (2006.01) B01D 71/64 (2006.01) C01B 23/00 (2006.01)
(54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ
(31) (32) (33) (43)
(86) (87)
11195776.7
2011.12.27
2014.10.30
PCT/EP2012/073901 WO 2013/098024 2013.07.04
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ЭВОНИК ФАЙБЕРС ГМБХ (AT)
(72) Изобретатель:
Бальстер Ёрг, Унгеранк Маркус, Фельтоен Ингрид Винетте (AT)
(74) Представитель:
Беляева Е.Н. (BY)
(56) US-A-3256675 US-A-5064446 US-B1-6565626 US-B1-6168649 US-A1-2005268782
(57) Изобретение касается специального устройства, в частности, соединения мембранных модулей для
| разделения газов, а также специального способа ректификации гелийсодержащих газовых смесей.
Примечание: библиография отражает состояние при переиздании
Изобретение касается специального способа и специального устройства, в частности, соединения мембранных модулей для разделения газов, для ректификации гелийсодержащих газовых смесей, а также для получения гелия высокой чистоты.
Выделение гелия из источников газов является энергетически затратным процессом, до сих пор его осуществляют в основном посредством криогенной дистилляции.
Для упрощения данного процесса и, по меньшей мере, в качестве частичной замены энергоемких стадий технологического процесса, как, например, криогенной дистилляции, предложено применение технологии обработки с помощью мембран. Так, например, в US 2005/0217479 А1 и в цитируемом в нем уровне техники представлены различные примеры фильтрации гелия из газовых потоков с помощью мембранных технологий. Однако в описанном процессе можно достичь лишь небольшой чистоты гелия, кроме того, выход продукции является очень плохим.
Известно, что с помощью мембран для разделения газов можно отделять газовые смеси из-за разной проницаемости (=поток массы на единицу времени, поверхность, разность давления и толщину слоя) отдельных газов. В общем, для изготовления таких мембран для разделения газов можно перерабатывать пластмассы в полые волокна или плоские мембраны. Мембраны отличаются очень тонким разделительным слоем поверхности мембраны, так что магнитная проводимость (=поток массы вещества на единицу времени, площадь и разницу давления) мембраны является очень большой.
Кроме новых материалов для мембран в уровне техники также исследовали различное соединение мембран. В литературе известен ряд одно- или многоступенчатых мембранных соединений для разделения газов. В качестве литературных источников, например, должны быть названы Baker, IndEngChem-Res, Natural Gas Processing with Membranes, 47 (2008); Bhide MemSci, Hybrid processes for the removal of acid gases from natural gas, 1998; Hhenar, MemSci Application of Cardo-type polyimide (PI) and poly-phenylene oxide (PPO) hollow, 2008; EP 0603798; EP 0695574; US 5753011; EP 1634946; EP 0596268; US 6565626 B1; US 6168649 B1 и EP 0799634. Недостатком названных способов является то, что они частично содержат несколько этапов рекомпрессии или, что можно достичь только высокой чистоты газа пермеата, или только высокой чистоты газа остающейся фракции. Для одновременного достижения высокой чистоты газа пермеата и газа остающейся фракции до сих пор не существует подходящего метода мембранного фильтрования. Также до сих пор не существует удовлетворительных решений для фильтрации гелия, проводимой только с помощью метода мембранного фильтрования.
Исходя из указанного уровня техники задача настоящего изобретения состояла в предоставлении способа, а также устройства для разделения и фильтрации гелийсодержащих газовых смесей, которые не имеют недостатков способов и устройств уровня техники или имеют их лишь в ограниченном количестве. В частности, необходимо получить способы и устройства, которые одновременно могут производить гелийсодержащий газ пермеата, а также газ остающейся фракции высокой чистоты. С другой стороны, эти способы и устройства должны быть выгодными со стороны инвестиционных и эксплуатационных расходов и/или способствовать простому проведению способа.
Следующей специальной задачей является получение, по возможности, универсально применимого способа/устройства для фильтрации гелия. В частности, необходимо создать возможность действенного и эффективного разделения любых газовых потоков, независимо от содержания гелия, независимо от состава газового потока и независимо от содержания других компонентов в газовом потоке.
Другой специальной задачей настоящего изобретения было сделать потери гелия, по сравнению с входящим газовым потоком, как можно более незначительными.
Другие, неназванные задачи вытекают из общего контекста последующих формулы изобретения, описания, примеров и чертежей.
Неожиданно было обнаружено, что с помощью способа по п.1 и устройства по п.2 или по одному из других зависимых от них пунктов можно получить чистые потоки пермеата (потока гелия) и остающейся фракции, не используя более одного компрессора. Устройство согласно изобретению одновременно способствует получению гелия и потока остающейся фракции высокой чистоты. Инвестиционные затраты для устройства являются низкими, оно обходится без дополнительно включенных способов очистки. Таким образом, чистым способом мембранного фильтрования удалось решить поставленные задачи.
Поэтому предметом настоящего изобретения являются описанные в формуле изобретения, а также более подробно разъясненные в последующем описании и примерах устройство или способ.
Настоящее изобретение описано ниже детально. Прежде всего, даны определения некоторых важных понятий.
Соотношение магнитных проводимостей двух отдельных газов составляет селективность мембраны для разделения относительно двух газов и показывает, насколько хорошо мембрана может разделить газовую смесь относительно двух компонентов. Пермеатом называют общий поток, возникающий на стороне низкого давления мембраны, мембранного модуля или этапа мембранного разделения.
Пермеатным газом соответственно называют насыщенный(ые) по сравнению с соответствующей исходной смесью компонент/компоненты на мембране, мембранном модуле, или на этапе мембранного разделения в потоке пермеата.
Остающейся фракцией называют весь возникший на стороне высокого давления мембраны, мем
бранного модуля или этапе мембранного разделения поток, который не проходит через мембрану.
Газом остающейся фракции соответственно называют насыщенный(ые), по сравнению с соответствующей исходной смесью, компонент/компоненты на мембране, мембранном модуле, или на этапе мембранного разделения в потоке остающейся фракции.
Неочищенным газом или смесью неочищенного газа, или входящим газовым потоком (17) называют газовую смесь по меньшей мере из двух газов, или поток этой газовой смеси, которую/который необходимо разделить с помощью способа согласно изобретению или устройства согласно изобретению и который в качестве одного компонента содержит гелий. Содержание гелия может варьироваться в любых пределах, однако предпочтительно составляет 0,01-80 об.%, более предпочтительно 0,1-20 об.% и еще более предпочтительно 1-10 об.%. Входящий газовый поток может означать не подвергавшийся обработке газовый поток, например, потоки побочных продуктов или отработанных газов из способа и т.д., или поток газа, образовавшийся во время повышения содержания гелия, например, из криогенной дистилляции. Примерами подходящих газовых потоков являются технологические газы, в которых используется гелий, например, в качестве атмосферы защитного газа.
Поток исходной смеси (5) означает газовый поток из гелия и по меньшей мере одного другого компонента, который добавляют на разделительной ступени (1) потока исходной смеси. Этот поток может соответствовать входящему газовому потоку (17) или сжатому с помощью компрессора входящему газовому потоку. Тем не менее, после возврата второго потока (9) пермеата и/или третьего потока (10) остающейся фракции подаваемый поток (5) состоит из газов входящего газового потока (17), газов второго потока (9) пермеата и/или газов третьего потока (10) остающейся фракции. При этом поток (5) исходной смеси получают при смешивании потоков (9) и (10) с несжатым входящим газовым потоком (17) или со сжатым входящим газовым потоком, или при смешивании одного потока с несжатым потоком и другого со сжатым входящим газовым потоком, или при смешивании в компрессоре потоков (9) и/или (10) с входящим газовым потоком (17). Комбинации ранее описанных вариантов содержатся в настоящем изобретении.
Разделительная ступень (1) потока исходной смеси обозначает ступень мембранного разделения для разделения потока (5) исходной смеси на первый, обогащенный гелием, по сравнению с потоком (5) исходной смеси, поток (6) пермеата и первый, с минимальным содержанием гелия, по сравнению с потоком (5) исходной смеси, поток (7) остающейся фракции.
Разделительная ступень (2) остающейся фракции обозначает ступень мембранного разделения, которую можно проводить одинаково или различно от разделительной ступени (1) потока исходной смеси, для разделения первого потока (7) остающейся фракции на второй, обогащенный гелием, по сравнению с первым потоком (7) остающейся фракции, поток (9) остающейся фракции, и второй, с минимальным содержанием гелия, по сравнению с первым потоком (7) остающейся фракции, поток (8) остающейся фракции.
Разделительная ступень (3) пермеата обозначает ступень мембранного разделения, которую можно проводить одинаково или различно от разделительной ступени (1) исходной смеси или разделительной ступени (2) остающейся фракции, для разделения первого потока (6) пермеата на третий, с минимальным содержанием гелия, по сравнению с первым потоком (6) пермеата, поток (10) остающейся фракции, и третий, обогащенный гелием, по сравнению с первым потоком (6) пермеата, поток (11) пермеата.
С помощью нижеследующих предпочтительных и специальных форм выполнения способа согласно изобретению, а также предпочтительного и особенно подходящего выполнения, а также чертежей и описаний чертежей изобретение разъясняется более подробно, но не ограничивается этими примерами выполнения и применения или соответствующими комбинациями отдельных примеров выполнения.
Отдельные показатели, которые указаны и/или представлены в связи с конкретными примерами выполнения, не ограничиваются этими примерами выполнения или комбинациями этих примеров выполнения, а могут, в рамках технических возможностей, быть скомбинированы с любым другим вариантом, также если они не описаны отдельно в данных документах.
Одинаковые основные обозначения в отдельных фигурах и изображениях чертежей обозначают одинаковые или похожие или одинаково, или схоже действующие составляющие части. Также при помощи изображений на чертеже становятся понятными такие обозначения, которые не снабжены основными символами, независимо от того, описаны они ниже или нет. Также, с другой стороны обозначения, которые имеются в данном описании, но не представлены на чертеже, понятны специалисту.
Устройство согласно изобретению, см., например, фиг. 1-3, содержит соединение по меньшей мере трех ступеней мембранного разделения. Каждая ступень состоит из одного или нескольких физических модулей разделения газа, которые соединены внутри ступени параллельно и/или последовательно. Движущей силой для разделения газа в модулях является разница парциального давления между стороной остающейся фракции и стороной пермеата на соответствующей ступени мембранного разделения. Разница парциального давления может быть получена или с помощью компрессора (4), который расположен на возвращающейся стороне разделительной ступени потока (1) исходной смеси и/или с помощью по меньшей мере одного, предпочтительно одного или двух вакуумных насосов (не представлено на фиг. 13) предпочтительно на стороне пермеата разделительной ступени (2) остающейся фракции во втором
потоке (9) пермеата и/или на стороне пермеата разделительной ступени (3) пермеата в третьем потоке (11) пермеата. При необходимости, предпочтительным может быть создание или увеличение разницы парциального давления на одной или нескольких ступенях мембранного разделения с помощью потока газа-носителя со стороны пермеата.
В предпочтительной форме выполнения настоящего изобретения компрессор (4) доводит смесь неочищенного газа или газовую смесь из входящего газового потока (17) и второго потока (9) пермеата и/или третьего потока (10) остающейся фракции, до желаемого давления в пределах 5-100 бар, предпочтительно до давления 5-50 бар или более предпочтительно 10-25 бар. Полученный поток (5) исходной смеси направляют на разделительную ступень (1) потока исходной смеси. На разделительной ступени (1) потока исходной смеси предварительно разделяют смесь неочищенного газа на компоненты, быстрее образующие пермеат (пермеатный газ), которые в большинстве попадают в пермеат первой ступени, и компоненты, медленнее образующие пермеат (газ остающейся фракции), которые преимущественно остаются в стороне от мембраны и обогащаются в остающейся фракции.
Способ или устройство согласно изобретению, в частности, можно проводить/использовать при фильтрации неочищенного гелия без рециркуляции потоков (9) и (10) веществ (см. пример 2).
Особенно в том случае, когда содержание гелия во входящем газовом потоке (17) является совсем небольшим, и/или требуется высокая чистота гелия в третьем потоке (11) пермеата, способ или устройство согласно изобретению в предпочтительном варианте отличаются тем, что выполнены таким образом, что концентрацию гелия в потоке (5) исходной смеси повышают при помощи рециркуляции второго потока (9) пермеата и третьего потока (10) остающейся фракции, предпочтительно по меньшей мере на 2%, более предпочтительно по меньшей мере на 3%, еще более предпочтительно на 4-10% и весьма предпочтительно на 5-10%, соответственно по сравнению с концентрацией гелия во входящем газовом потоке (17). Повышение может зависеть от состава входящего газового потока (17), особенно при низких концентрациях гелия (0,01-10%). Как правило, повышение концентрации гелия составляет 2-10%, особенно предпочтительно 3-5%, если содержание пермеатного газа во входящем газовом потоке (17) составляет 2-7%.
Авторы обнаружили, что при повышении концентрации гелия на разделительной ступени (1) потока исходной смеси увеличивается выход общего процесса гелия и газа остающейся фракции, и тем самым уменьшается потеря газа. При одновременном разделении ступеней (=отношение потока пермеата к потоку исходной смеси рассматриваемой ступени) при повышении концентрации, по меньшей мере, гелия в потоке (5) исходной смеси значительно меньше гелия попадает в остающуюся фракцию разделительной ступени (1) потока исходной смеси. Аналогично выход продукта уменьшается, если снижается концентрация гелия в фильтруемом потоке (5) исходной смеси, по сравнению с входящим газовым потоком. Таким образом, разделение ступеней при концентрации гелия 10% в фильтруемом потоке (5) исходной смеси составляет 2-30%, предпочтительно 5-25% и весьма предпочтительно 10-15%. Поэтому в особенно предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения способ или устройство согласно изобретению выполнены таким образом, что содержание гелия в потоке (5) исходной смеси после возвращения второго потока (9) пермеата и третьего потока (10) остающейся фракции составляет более 2 об.%, предпочтительно более 5 об.% и весьма предпочтительно более 10 об.% относительно объема потока (5) исходной смеси.
При такой повышении концентрации гелия в потоке (5) исходной смеси увеличивают эффективность разделительной ступени (1) потока исходной смеси, как уже было описано ранее, что снова приводит к тому, что меньше газа остающейся фракции попадает в первый поток (6) пермеата. Это снова увеличивает эффективность разделительной ступени (3) пермеата и способствует тому, что меньше нежелательного газа остающейся фракции попадает в третий поток (10) пермеата.
В общем, можно сказать, что на разделительной ступени (1) потока исходной смеси предпочтительно 20-100%, более предпочтительно 30-90% и еще более предпочтительно 40-70% гелия поступает из потока (5) исходной смеси в пермеат.
Остающуюся фракцию разделительной ступени (1) потока исходной смеси добавляют при понижении давления через дополнительно имеющийся редукционный клапан (12), или при повышении давления с помощью первого потока (7) остающейся фракции разделительной ступени (2) остающейся фракции, на которой осуществляют полную очистку потока (7) остающейся фракции. На стороне остающейся фракции разделительной ступени (2) остающейся фракции, т.е. во втором потоке (8) остающейся фракции, предпочтительно находится редукционный клапан (13), с помощью которого можно сохранять давление в системе. Затем на разделительной ступени (2) остающейся фракции увеличивают содержание компонентов, медленнее образующих пермеат, или газа остающейся фракции В, таким образом содержание компонента В или газа остающейся фракции В во втором потоке (8) остающейся фракции предпочтительно составляет больше 80 об.%, более предпочтительно больше 90 об.%, еще более предпочтительно 90-99,9 об.% и особенно предпочтительно 92-99,5 об.%. Таким образом, в особенно предпочтительном варианте выполнения способ или устройство согласно изобретению отличаются тем, что по меньшей мере 95%, предпочтительно по меньшей мере 97%, особенно предпочтительно по меньшей мере 99% и весьма предпочтительно по меньшей мере 99,5% компонента остающейся фракции разделитель
ной ступени (1) потока исходной смеси, вводимого вместе с входящим газовым потоком (17) в устройство, извлекают со вторым потоком (8) остающейся фракции.
Граница разделения ступеней разделительной ступени (2) остающейся фракции при концентрации гелия 5% в первом потоке (7) остающейся фракции составляет 2-30%, предпочтительно 5-15%.
Гелийсодержащий пермеат разделительной ступени (2) остающейся фракции возвращают с помощью второго потока (9) пермеата, доставляют в поток (5) исходной смеси и перерабатывают (что является предпочтительным) или удаляют в отходы. Рециркуляцию, как уже ранее упоминалось при определении понятия "исходная смесь", можно осуществлять различными способами, в зависимости от того, используют компрессор (4) или многоступенчатый компрессор (4). При одноступенчатом компрессоре (4) второй поток (9) пермеата предпочтительно доставляют на сторону всасывания компрессора (4) (см. фиг. 1). При использовании многоступенчатого компрессора второй поток (9) пермеата предпочтительно вводят в компрессор между двух ступеней сжатия (см. фиг. 2 и 3).
Очень насыщенный компонентом А или газом пермеата А пермеат разделительной ступени (1) потока исходной смеси добавляют с помощью первого потока (6) пермеата разделительной ступени (3) пермеата. При необходимости, с помощью редукционного клапана (14) в потоке остающейся фракции разделительной ступени (3) пермеата, т.е. третьего потока (10) остающейся фракции, можно препятствовать понижению давления пермеата разделительной ступени (1) потока исходной смеси до давления окружающей среды (см. фиг. 1). Таким способом можно сохранить движущую силу для разделительной ступени (3) пермеата. Разделительная ступень (3) пермеата предпочтительно производит пермеат (поток продукта гелия) с содержанием гелия более 50 об.%, предпочтительно 70-99,9 об.%, более предпочтительно 80-99 об.%, еще более предпочтительно 85-98 об.% и особенно предпочтительно 90-96 об.%, который выходит из устройства через третий поток (11) пермеата. В особенно предпочтительном варианте выполнения устройство согласно изобретению выполнено таким образом, что не больше 50 об.%, предпочтительно не больше 30 об.%, более предпочтительно не больше 1-20 об.%, еще более предпочтительно не больше 2-15% и особенно предпочтительно 4-10 об.% компонента остающейся фракции разделительной ступени (1) потока исходной смеси, вводимой вместе с входящим газовым потоком (17) в устройство, извлекают с третьим потоком (8) пермеата. Таким образом, в другом, особенно предпочтительном варианте выполнения способ или устройство согласно изобретению отличаются тем, что по меньшей мере 95%, предпочтительно по меньшей мере 97%, особенно предпочтительно по меньшей мере 99% и весьма предпочтительно по меньшей мере 99,5% гелия разделительной ступени (1) потока исходной смеси, вводимого вместе с входящим газовым потоком (17) в устройство, извлекают с третьим потоком (11) пермеата.
Граница разделения ступеней разделительной ступени (3) пермеата составляет 30-95%, предпочтительно 50-70%.
Третий поток (10) остающейся фракции возвращают, доставляют в поток (5) исходной смеси и перерабатывают (что является предпочтительным) или удаляют в отходы. Рециркуляцию можно проводить, как уже упоминалось ранее, различными способами, в зависимости, например, от того, используют ли компрессор (4) или многоступенчатый компрессор (4). При одноступенчатом компрессоре (4) третий поток (10) остающейся фракции предпочтительно добавляют на сторону всасывания компрессора (4) (см. фиг. 2). При использовании многоступенчатого компрессора третий поток (10) остающейся фракции предпочтительно вводят в компрессор между двух ступеней сжатия (см. фиг. 2 и 3).
Способ или устройство согласно изобретению, отличающиеся в особенно предпочтительной форме выполнения тем, что он/оно выполнены таким образом, что возвращенный во втором потоке (9) пермеата и в третьем потоке (10) остающейся фракции объем газа в сумме составляет менее 50 об.%, предпочтительно 5-40 об.%, более предпочтительно 5-30 об.% и особенно предпочтительно 10-25 об.% от объема входящего газового потока (17).
Количество возвращенных потоков газа можно регулировать, например, соответствующими мембранными модулями на ступенях (1)-(3) мембранного разделения, или с помощью регулирования давления в системе, или с помощью потоков. Таким образом, способ или устройство согласно изобретению отличаются тем, что, несмотря на незначительные обратные потоки, обеспечивается ранее описанное повышение концентрации гелия в потоке (5) исходной смеси. Это значительно увеличивает эффективность всего способа.
Предпочтительно первый поток (6) пермеата вводят таким образом, что давление исходной смеси разделительной ступени (3) пермеата, предпочтительно с помощью редукционного клапана (14) на стороне разделительной ступени (3) пермеата, составляет 1-30 бар, предпочтительно 2-20 бар и весьма предпочтительно 2-10 бар.
Как уже упоминалось ранее, особенно предпочтительным является использование многоступенчатого компрессора (4). В этом случае можно отказаться от полного понижения давления остающейся фракции разделительной ступени (3) пермеата, так как остающуюся фракцию разделительной ступени (3) пермеата можно подавать между двух ступеней компрессора (4) (см. фиг. 2 и 3).
Если в области давления с ограниченной селективностью можно использовать разделительную ступень (2) остающейся фракции при давлении, пониженном до подающего давления, то необходимо пони
зить давление второго потока (9) пермеата до более высокого уровня многоступенчатого повышения давления, т.е. многоступенчатого компрессора (4), так как таким образом уменьшаются эксплуатационные расходы при сжатии, не ухудшая разделение. Поэтому в особенно предпочтительной форме выполнения настоящего изобретения используют многоступенчатый компрессор (4), и соответственно газовые потоки (9) и (10) добавляют в этот компрессор между двух ступеней сжатия. Такое соединение показано на фиг. 3.
Как уже упоминалось, устройство согласно изобретению может иметь один или несколько редукционных клапанов (12), (13) или (14). В предпочтительной форме выполнения, предпочтительно с помощью редукционного клапана (14), обеспечивают снижение давления на разделительной ступени потока (1) исходной смеси, ограничивая до 1-30 бар, предпочтительно 2-20 бар и более предпочтительно 3-10 бар. Одновременно или альтернативно, предпочтительно с помощью редукционного клапана (13), обеспечивают снижение давления на разделительной ступени (1) потока исходной смеси и разделительной ступени (2) остающейся фракции, ограничивая до 1-100 бар, предпочтительно до 5-80 бар и более предпочтительно до 10-70 бар.
Устройство или способ согласно изобретению, в принципе, можно применять с любыми мембранами, которые могут разделить двух- или многокомпонентные газовые смеси. В качестве веществ для мембран предпочтительно, но не исключительно, используют синтетические материалы. В качестве предпочтительных синтетических материалов в активном разделительном слое особенно предпочтительно используют полиимиды, полиамиды, полисульфоны, ацетаты целлюлозы и их производные, полифени-леноксиды, полиорганосилоксаны, полимеры с собственной микропористостью, мембраны со смешанной матрицей, способствующие транспортировке мембраны, полиэтиленоксиды, полипропиленоксиды, углеродные мембраны или цеолиты, или их смеси.
В особенно предпочтительной форме выполнения настоящего изобретения мембранные модули для разделения газов имеют смешанную селективность газов (=отношение потока вещества, обогащенного Не, к потоку вещества с минимальным содержанием Не через мембрану) для гелия/метана или для гелия/азота по меньшей мере 40, предпочтительно 50-400, более предпочтительно 100-350 и еще более предпочтительно 150-300. К тому же, для гелия/метана изобретение еще содержит специальные предпочтительные формы со смешанной селективностью газов 200-350 и особенно предпочтительно 250-300. Преимущество этих мембран с высокой селективностью заключается в том, что разделение становится эффективнее, и необходимо возвращать меньше пермеата из разделительной ступени (2) остающейся фракции или меньше остающейся фракции из разделительной ступени (3) пермеата. Поэтому их использование дает хорошую возможность для регулирования обратных потоков согласно изобретению. Поэтому при их использовании и во время применения одноступенчатого компрессора (4) можно сжимать в два раза меньше газа, что приносит с собой экономические преимущества при использовании устройства. В этих мембранных модулях с очень высокой селективностью 45 двойному сжатию необходимо подвергать лишь до 30%, предпочтительно до 20%, более предпочтительно примерно до 10% газа, подаваемого на разделительную ступень (1) потока исходной смеси в виде неочищенного газа, в мембранных модулях с селективностью 40, которые не имеют других способов регулирования, двойное сжатие может составлять до 50%. В мембранах со смешанной селективностью газов ниже 40 сгущение более 50% гелия в производимом газе с упомянутым содержанием гелия в неочищенном газе почти невозможно. Вышеупомянутые данные относятся к опытам, в которых использовали газовую смесь с содержанием гелия 0,4-7% и вторым компонентом В (=исходная смесь), причем содержалось более 99% компонента В в газе остающейся фракции ступени (2) и более 50% гелия в потоке пермеата ступени (3).
Таким образом, применение таких мембран с высокой селективностью дает предпочтительную возможность для экономически выгодного проведения процесса согласно изобретению, уменьшения размера необходимого компрессора и использования меньшего количества требуемой энергии.
R выбирают из группы, включающей
Особенно предпочтительно в качестве веществ для активного разделительного слоя или в качестве вещества для комплексной мембраны используют полиимид общей формулы
х, у: молярная доля с 0 <х <0,5 и 1> у> 0,5.
Особенно предпочтительно в качестве материала для активного разделительного слоя мембран они содержат полиимид, содержащий 10-90 мас.%, предпочтительно 15-25 мас.% и более предпочтительно 20 мас.%
О О
Особенно предпочтительные полиимиды зарегистрированы в Химической реферативной службе под номерами: CAS № 9046-51-9 и CAS № 134119-41-8.
Получение таких мембран описано в US 2006/0196355, а также в WO 2011/009919. Для предотвращения полных повторений содержание этих двух патентных описаний присоединено к содержанию данного описания. Особенно предпочтительными являются мембраны согласно WO 2011/009919, преимуществом которых по сравнению с мембранами из US 2006/0196355, кроме простого и не требующего больших экономических затрат изготовления, является то, что они имеют улучшенную стабильность в способе согласно изобретению. В частности, они имеют улучшенную термостойкость.
Особенно предпочтительные мембраны производятся фирмой Evonik Fibres GmbH под названием полиимид Р84 и более предпочтительно под названием полиимид Р84 НТ.
Предпочтительно мембраны используют согласно изобретению в виде мембран из полых волокон и/или плоских мембран. Мембраны прикрепляют к модулям, которые затем используют для разделения. В качестве модулей можно использовать все известные в технике модули разделения газов, как, например, но не только, разделительные газовые модули с полыми волокнами, разделительные газовые модули в виде спиральных мотков, разделительные газовые модули в виде подушечек или разделительные газовые модули в виде пучков труб.
Особыми преимуществами способа/устройства согласно изобретению является то, что он является методом чистого мембранного фильтрования.
Также при помощи способа/устройства согласно изобретению можно одновременно получить чистый поток (8) остающейся фракции и чистый поток (11) пермеата.
Другое преимущество состоит в том, что способ/устройство согласно изобретению имеет незначительные, по отношению к оборудованию и энергии, затраты, по сравнению со способами, известными из уровня техники.
Устройство или способ согласно изобретению значительно превосходит остальные способы согласно уроню техники благодаря комбинации особенностей регулирования согласно изобретению количества возвращающихся потоков остающейся фракции и увеличению количества компонентов пермеата в потоке (5) исходной смеси, а также в особенно предпочтительных формах выполнения регулированию особенностей селективности смеси газов.
Как описывалось ранее, способ согласно изобретению можно применять для получения потоков гелия высокой чистоты. Способ также можно принципиально использовать для получения "сырого гелия". "Сырым гелием" называют гелий с чистотой 50-70 об.% гелия, который можно подавать с другой дальнейшей переработкой или очисткой. Таким образом, способ согласно изобретению может полностью заменить обычные устройства для обработки гелия. Также он может заменять лишь этапы или ступени. Таким образом, он является максимально гибким.
Традиционный способ переработки гелия из газовой смеси состоит, например, из следующих эта
пов:
a) удаление СО2, например, абсорбцией аминов;
b) высушивание, например, молекулярным ситом;
c) удаление углеводородов, например, активным углем;
d) сгущение гелия, например, фракционной перегонкой получают "сырой гелий" с чистотой 50-70
об.%;
e) отделение N2 и СН4, например, охлаждением до -193°С;
f) каталитическое превращение Н2 в Н2О;
g) при необходимости, другие этапы переработки. Получают гелий с чистотой до 99,99 об.%.
Способ согласно изобретению может, в частности, заменить этапы d) и/или е), а также и другие названные этапы.
Методы измерений.
Для определения селективности смеси газов Не/СН4 или He/N2 используют мембранные модули со смесью 50% Не и 50% N2 или 50% Не и 50% СН4 в подаваемом материале при комнатной температуре (23°С). При этом состав пермеата и остающейся фракции определяли при разном давлении (5, 10, 15, 20 бар(а)). Затем из этих измерений можно вычислить относительную проницаемость Не и N2 или СН4 для общего измеренного диапазона давления (5-20 бар).
Тогда соотношение этих относительных проницаемостей соответствует селективности смешанных газов.
Последующие примеры должны подробнее разъяснить и описать настоящее изобретение, однако никак не ограничивать его.
Примеры
Общее предварительное замечание.
Следующие примеры основаны на модулируемых исследованиях. Основой являются мембранные модули, содержащие 619 мембран в виде полых волокон из Р84НТ. Реальная селективность смеси газов составляет He/N2 = 175 и Не/СН4 = 290. Однако в основании модулируемых исследований лежали только следующие селективности смеси газов: He/N2 = 150 и Не/СН4 = 250.
Для модулируемых исследований использовали соединение, представленное на фиг. 1. Каждая разделительная ступень с помощью мембран состоит из вышеназванных модулей.
1 м3/ч смеси неочищенного газа, названного в примерах состава, поместили в смесительную камеру и затем, при необходимости, вместе с газом, возвращенным из потоков (9) и (10) газа, сжали до давления, указанного в примерах. Сжатый и охлажденный до 20°С газ поступает на разделительную ступень потока (1) исходной смеси. Остающуюся фракцию этой ступени подают с первым потоком (7) остающейся фракции разделительной ступени (2) остающейся фракции. Редукционный клапан (13) на стороне остающейся фракции разделительной ступени (2) остающейся фракции определяет движущую силу с помощью мембраны разделительных ступеней (1) и (2). С помощью мембраны ступени (1) давление не снижают до давления окружающей среды, а ограничивают до давления, названного в примерах, с помощью редукционного клапана (14) на стороне остающейся фракции разделительной ступени (3) пермеата. Сумма возвращенных потоков (9) и (10) газа указана в следующих примерах.
Пример 1 согласно изобретению. Получение "сырого гелия".
В качестве входящего газового потока в смесителе получили смесь из
0,4 об.% Не;
16,1 o6.%N2;
83,5 об.% СН4.
Сумма возвращенных потоков (9) и (10) газа составила 14 об.%. Давление исходной смеси составило 20 бар(а). Выход гелия относительно его применяемого количества составил > 97 мас.%. Подробно состав и давление полученных газовых потоков представлены в следующей табл. 1.
Из подобной смеси неочищенного газа в ближайшем аналоге уровня техники, а именно US 2005/0217479, пример 4, достигли концентрации гелия лишь 10 об.%. Выход гелия составляет 62%. Это является значительным техническим прогрессом, достигнутым с помощью способа согласно изобретению.
Пример 2 согласно изобретению. Получение гелия высокой чистоты из "сырого гелия". В качестве входящего газового потока в смесителе получили "смесь сырого гелия" из 50 об.% Не; 46 об.% N2; 3 об.% СН4; 1 об.% Н2.
Не происходит рециркуляции потоков веществ (9) и (10). Давление исходной смеси составило 16 бар(а). Получили поток продукта (11) (1 бар(а)) со следующим составом: 90,2 об.% Не;
7.7 об.% N2; 0,3 об.% СН4;
1.7 об.% Н2.
Поток остающейся фракции (8) (16 бар(а)) имел следующий состав: 0,7 об.% Не;
93.0 об.% N2; 6,3 об.% СН4; 0,1 об.% Н2.
Выход гелия составил > 99 мас.%. Это показывает, что с помощью способа согласно изобретению во время технологической операции можно получить высокий выход уже очищенного потока гелия. Пример 3 согласно изобретению. Получение гелия высокой чистоты. 3а) В качестве входящего газового потока в смесителе получили смесь из 3 об.% Не;
16.1 o6.% N2; 80,9 об.% СН4.
Сумма возвращенных потоков (9) и (10) газа составила 14 об.%. Давление исходной смеси составило 20 бар(а). Выход гелия относительно его применяемого количества составил > 95 мас.%. Подробно состав и давление полученных газовых потоков представлены в следующей табл. 2.
3b) В качестве входящего газового потока в смесителе получили смесь из 6 об.% Не; 16,1 o6.% N2; 77,9 об.% СН4.
Сумма возвращенных потоков (9) и (10) газа составила 15 об.%. Давление исходной смеси составило 20 бар(а). Выход гелия составил > 97 мас.%. Подробно состав и давление полученных газовых потоков представлены в следующей табл. 3.
Таблица 3
Не [об%]
N2 [об%]
СН4 [об.%]
давление р [бар(а)]
поток (5) исходной смеси после 1-ой рециркуляции
10,26
16,04
73,7
20,08
первый поток (6) пермеата
63,14
9,44
27,42
2,32
первый поток (7) остающейся фракции
4,15
16,80
79,05
20,08
второй поток (8) остающейся фракции
0,03
17,09
82,88
20,00
второй поток (9) пермеата
46,47
13,77
39,76
0,28
третий поток (10) остающейся фракции
26,69
18,53
54,78
2,3
третий поток (11) пермеата = Не-поток вещества
97,62
0,85
1,53
Эти примеры показывают, что с помощью способа согласно изобретению можно получить гелий высокой чистоты без выработки сырого гелия в качестве промежуточного продукта, и, таким образом, можно заменить 2 этапа классической очистки гелия.
Пример 4 согласно изобретению. Получение гелия высокой чистоты из газовой смеси He/N2.
В смесителе получили смесь из
2,7 об.% Не;
97,3 об.% N2.
Сумма возвращенных потоков (9) и (10) газа составила 20 об.%. Давление исходной смеси составило 16 бар(а). Получили поток продукта (11) (1 бар(а)) с содержанием гелия > 90% и остающуюся фракцию (8) (16 бар(а)) с содержанием гелия 0,04 об.%.
Выход гелия составил > 99,5 мас.%. Это показывает, что с помощью способа согласно изобретению во время технологической операции можно получить высокий выход уже очищенного потока гелия и одновременно поток остающейся фракции высокой чистоты.
Из подобной смеси неочищенного газа в ближайшем аналоге уровня техники, а именно US 2005/0217479, пример 3, достигли концентрации гелия лишь 28 об.%. Выход гелия составляет 75%. В потоке остающейся фракции еще присутствует 0,7 об.% гелия. Это снова подтверждает значительный технический прогресс, достигнутый способом согласно изобретению. Способом согласно изобретению можно не только получать поток с высоким содержанием гелия, но и также поток N2 очень высокой чистоты, таким образом, одновременно два промышленно применимых вещества.
Перечень изображений.
Фиг. 1: примерное соединение нескольких мембранных модулей согласно изобретению.
Фиг. 2: трехступенчатое соединение мембранных модулей с компрессором и возвращение остаю
щейся фракции разделительной ступени (3) пермеата без полного снижения давления на повышенный этап сжатия компрессора (4).
Фиг. 3: трехступенчатое соединение мембранных модулей с компрессором и возвращение остающейся фракции третьего этапа без полного снижения давления, а также возвращение пермеата второй ступени на повышенную ступень сжатия компрессора (4).
Перечень основных условных обозначений:
1: разделительная ступень потока исходной смеси;
2: разделительная ступень остающейся фракции;
3: разделительная ступень пермеата;
4: одноступенчатый или многоступенчатый компрессор;
5: поток исходной смеси;
6: первый поток пермеата;
7: первый поток остающейся фракции;
8: второй поток остающейся фракции;
9: второй поток пермеата;
10: третий поток остающейся фракции;
11: третий поток пермеата;
12: дополнительный редукционный клапан в первом потоке 7 остающейся фракции; 13: дополнительный редукционный клапан во втором потоке 8 остающейся фракции; 14: дополнительный редукционный клапан в третьем потоке 10 остающейся фракции; 15: вакуумный насос (не изображен на фигурах); 16: смесительная камера (не изображена на фигурах); 17: входящий газовый поток.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
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 первый 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) ре-тентата, 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) ре-тентата, и третий, обогащенный гелием, по сравнению с первым потоком (6) пермеата, поток (11) пер-меата; 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 первого другого 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) ретен-тата, 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; каж
1.
дый 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).
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
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
3.
9. 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.
10. Способ по одному из пп.1-10, отличающийся тем, что используют многоступенчатый компрессор (4).
11. Способ по п.11, отличающийся тем, что второй поток (9) пермеата и/или третий поток (10) ре-тентата направляют в компрессор (4) между двух этапов сжатия.
12. 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.
13. 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, которые соединены параллельно и/или последовательно.
14. Способ по одному из пп.1-14, отличающийся тем, что используют мембранный(ые) модуль(и) разделения газов, состоящий(ие) из мембран из полых волокон и/или плоских мембран.
15. 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.
16. 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.
17. 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.
18. 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 ретентатом и пермеатом ступени (3) разделения пермеата, и, таким образом, имеется движущая сила в том случае, когда пермеат ступени (3) разделения пермеата находится под внешним давлением или к нему прилагают пониженное давление.
19. Способ по одному из пп.1-19, отличающийся тем, что его проводят в устройстве, которое содержит один или два вакуумных насоса.
20. Устройство для разделения гелийсодержащих газов, отличающееся тем, что оно содержит сту
пень (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, регули-
руется 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 вто-
рого 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 сту-
пень (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 вы-
полнена таким образом, что она разделяет поток (7) ретентата на второй, обогащенный гелием, по срав-
нению 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 пер-
вым 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 та-
ким 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) регулиру-
ется 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 ретен
23.
тата (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 второго потока (9) пер-меата 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).
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
х, у: молярная доля с 0 <х <0,5 и 1> у> 0,5.
29. Устройство по п.28, 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
О о
90-10 мас.%, предпочтительно 85-75 мас.% и более предпочтительно 80 мас.% соединений формул
30. Устройство по одному из пп.21-29, отличающееся тем, что трубы для второго потока (9) пер-меата 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) ре-тентата, 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 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) ре-тентата расположен редукционный клапан (14).
37. Устройство по одному из пп.21-36, отличающееся тем, что в трубе для второго потока (8) ретен-тата расположен редукционный клапан (13).
38. Устройство по одному из пп.21-37, отличающееся тем, что оно включает один или два вакуумных насоса.
30.
Трехступенчатое соединение мембранных модулей с компрессором и возвращение остающейся фракции разделительной ступени (3) пермеата без полного снижения давления на повышенный этап сжатия компрессора
Трехступенчатое соединение мембранных модулей с компрессором и возвращение остающейся фракции третьего этапа без полного снижения давления, а также возвращение пермеата второй ступени на повышенную ступень сжатия компрессора
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
025596
- 1 -
(19)
025596
- 1 -
(19)
025596
- 1 -
(19)
025596
- 4 -