(11)	032909 (13) B1	Разделы: A B C E F G H
(21)	201500531
(22)	2013.10.09
(51)	B01D 53/22 (2006.01) C10L 3/10 (2006.01)
(31)	12192571.3; 13167835.1
(32)	2012.11.14; 2013.05.15
(33)	EP
(43)	2016.01.29
(86)	PCT/EP2013/071039
(87)	WO 2014/075850 2014.05.22
(71)	(73) ЭВОНИК ФИБРЕС ГМБХ (AT)
(72)	Унгеранк Маркус, Рёгль Харальд (AT)
(74)	Веселицкая И.А., Кузенкова Н.В., Веселицкий М.Б., Каксис Р.А., Белоусов Ю.В., Куликов А.В., Кузнецова Е.В., Соколов Р.А., Кузнецова Т.В. (RU)
(54)	РЕГУЛИРОВАНИЕ СОСТАВА ГАЗА В ГАЗОСЕПАРАЦИОННОЙ УСТАНОВКЕ С МЕМБРАНАМИ

(57) 1. Устройство для разделения газов, имеющее в качестве ступеней мембранного разделения, по меньшей мере, ступень (1) разделения исходного потока, ступень (2) разделения ретентата и ступень (3) разделения пермеата, а также имеющее по меньшей мере один расположенный с входной стороны ступени (1) разделения исходного потока компрессор (4) и/или по меньшей мере один вакуумный насос, расположенный после ступени (1) разделения исходного потока, при этом ступень (1) разделения исходного потока служит для разделения исходного потока (5), состоящего по меньшей мере из двух компонентов, на первый поток (6) пермеата и на первый поток (7) ретентата, ступень (2) разделения ретентата служит для разделения первого потока (7) ретентата на второй поток (9а + 9b) пермеата, подаваемый в исходный поток (5), и на второй поток (8) ретентата, отбираемый или направляемый на дальнейшую переработку в качестве продукта, ступень (3) разделения пермеата служит для разделения первого потока (6) пермеата на третий поток (10а + 10b) ретентата, подаваемый в исходный поток (5), и на третий поток (11) пермеата, отбираемый или направляемый на дальнейшую переработку в качестве продукта либо направляемый в отходы, при этом упомянутый исходный поток (5) состоит из газов потока (17) сырого газа, второго потока (9а + 9b) пермеата и третьего потока (10а + 10b) ретентата, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере одно управляющее пермеатом устройство (18), установленное во втором потоке (9а + 9b) пермеата, которое позволяет повышать или снижать давление пермеата со ступени (2) разделения ретентата и управление которым осуществляется на основании результатов измерений, выполняемых одним или несколькими расходомерами (20а), установленными в первом потоке (7) ретентата и/или одним или несколькими измерительными устройствами (20b), установленными для определения состава газовой смеси во втором потоке (8) ретентата, при этом устройство выполнено с возможностью подачи второго потока (9b) пермеата, выходящего из управляющего пермеатом устройства (18) в исходный поток (5), и/или оно содержит по меньшей мере одно управляющее ретентатом устройство (19), установленное в третьем потоке (10а + 10b) ретентата, которое позволяет повышать или снижать давление ретентата со ступени (3) разделения пермеата и управление которым осуществляется на основании результатов измерений, выполняемых одним или несколькими расходомерами (21а), установленными в первом потоке (6) пермеата, и/или одним или несколькими измерительными устройствами (21b), установленными для определения состава газовой смеси в третьем потоке (11) пермеата, при этом устройство выполнено с возможностью подачи второго потока (10b) пермеата, выходящего из управляющего пермеатом устройства (19) в исходный поток (5).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый поток (6) пермеата не подвергается повторному сжатию и/или, по меньшей мере, на ступени (1) разделения исходного потока используются газосепарационные мембранные модули с селективностью разделения газовых смесей на СО₂/СН₄ по меньшей мере 30, и/или по меньшей мере одна из ступеней (1)-(3) мембранного разделения имеет более одного газосепарационного мембранного модуля, которые соединены параллельно и/или последовательно, и/или газосепарационный(е) мембранный(е) модуль(и) содержит(ат) волокнистые мембраны и/или плоские мембраны, и/или устройство выполнено таким образом, что рециркулируемый со вторым потоком (9b) пермеата, выходящим из управляющего пермеатом устройства (18), и с третьим потоком (10b) ретентата, выходящим из управляющего ретентатом устройства (19), объем газа суммарно составляет менее 60 об.% объема потока (17) сырого газа, и/или устройство выполнено таким образом, что оно повышает концентрацию по меньшей мере одного газообразного пермеата со ступени (1) разделения исходного потока в исходном потоке (5) после рециркуляции в него второго потока (9b) пермеата, выходящего из управляющего пермеатом устройства (18) и третьего потока (10b) ретентата, выходящего из управляющего ретентатом устройства (19) в сравнении с концентрацией в потоке (17) сырого газа.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что второй поток (9b) пермеата, выходящий из управляющего пермеатом устройства (18), и третий поток (10b) ретентата, выходящий из управляющего ретентатом устройства (19), подаются к всасывающей стороне компрессора (4) и/или используется многоступенчатый компрессор (4) и/или компрессор (4) расположен в устройстве таким образом, что он создает перепад давления в ступени (1) разделения исходного потока.

4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что оно имеет регулятор (24), который согласует частоту вращения компрессора (4) с изменениями второго потока (9b) пермеата, выходящего из управляющего пермеатом устройства (18), и/или третьего потока (10b) ретентата, выходящего из управляющего ретентатом устройства (19), и/или потока (17) сырого газа и/или выполнено таким образом, что изменения в количестве газа, рециркулируемого в виде второго потока (9b) пермеата и/или третьего потока (10b) ретентата, компенсируются путем регулирования подаваемого количества сырого газа управляющим им устройством (25).

5. Устройство по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что в первом потоке (7) ретентата и/или в первом потоке (6) пермеата используются расходомеры в качестве измерительного устройства (20а) и/или измерительного устройства (21а) или во втором потоке (8) ретентата и/или в третьем потоке (11) пермеата используются/используется работающее в режиме "онлайн" или "офлайн" измерительное устройство (20b) и/или работающее в режиме "онлайн" или "офлайн" измерительное устройство (21b) для определения состава соответствующей газовой смеси.

6. Устройство по одному из пп.1-5, отличающееся тем, что в качестве материалов разделительно-активного слоя мембран используются аморфные или частично кристаллические полимеры, такие, например, как полиимиды, полиамиды, полисульфоны, ацетаты целлюлозы и производные, полифениленоксиды, полисилоксаны, полимеры с собственной микропористостью, мембраны со смешанной матрицей, мембраны с облегченным транспортом, полиэтиленоксиды, полипропиленоксиды или смеси таких материалов, но не исключительно только указанные материалы.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в качестве материала разделительно-активного слоя мембран используется полиимид общей формулы

где 0≤х≤0,5, 1≥у≥0,5, a R соответствует одному или нескольким одинаковым или разным остаткам R, выбранным из группы, включающей остатки L1, L2, L3 и L4, предпочтительно полиимид с номером CAS 9046-51-9 и/или полиимид с номером CAS 134119-41-8.

8. Устройство по одному из пп.1-7, отличающееся тем, что со ступени (1) разделения исходного потока отводится в виде второго потока (8) ретентата по меньшей мере 95% ретентатного компонента, поступившего в устройство с потоком (17) сырого газа, и/или со ступени (1) разделения исходного потока отводится в виде третьего потока (11) пермеата максимум 5% ретентатного компонента, поступившего в устройство с потоком (17) сырого газа.

9. Способ управления газосепарационной установкой по одному из пп.1-8, отличающийся тем, что:

I: при падении концентрации труднее проникающего через мембрану компонента Б второго потока (8) ретентата ниже заданного значения давление второго потока (9а) пермеата снижают с помощью управляющего пермеатом устройства (18) до тех пор, пока указанная концентрация, соответственно указанный параметр, вновь не окажется в заданных пределах,

II: при возрастании концентрации труднее проникающего через мембрану компонента Б второго потока (8) ретентата выше заданного значения давление второго потока (9а) пермеата повышают с помощью управляющего пермеатом устройства (18) до тех пор, пока указанная концентрация, соответственно указанный параметр, вновь не окажется в заданных пределах, и/или

III: при падении концентрации труднее проникающего через мембрану компонента Б третьего потока (11) пермеата ниже заданного значения давление третьего потока (10а) ретентата повышают с помощью управляющего ретентатом устройства (19) до тех пор, пока указанная концентрация, соответственно указанный параметр, вновь не окажется в заданных пределах,

IV: при возрастании концентрации труднее проникающего через мембрану компонента Б третьего потока (11) пермеата выше заданного значения давление третьего потока (10а) ретентата снижают с помощью управляющего ретентатом устройства (19) до тех пор, пока указанная концентрация, соответственно указанный параметр, вновь не окажется в заданных пределах.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что концентрацию труднее проникающего через мембрану компонента Б второго потока (8) ретентата и/или третьего потока (11) пермеата опеределяют по коррелирующему с ней параметру.

11. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что определение концентрации осуществляют в режиме "онлайн" и/или в режиме "офлайн".

12. Способ управления газосепарационной установкой по одному из пп.1-8, отличающийся тем, что:

V: при возрастании объемного расхода первого потока (7) ретентата давление второго потока (9а) пермеата снижают с помощью управляющего пермеатом устройства (18) до тех пор, пока коррелирующее на основании калибровочной кривой с объемным расходом первого потока (7) ретентата свойство второго потока (8) ретентата вновь не окажется в заданных пределах,

VI: при падении объемного расхода первого потока (7) ретентата давление второго потока (9а) пермеата повышают с помощью управляющего пермеатом устройства (18) до тех пор, пока коррелирующее на основании калибровочной кривой с объемным расходом первого потока (7) ретентата свойство второго потока (8) ретентата вновь не окажется в заданных пределах, и/или

VII: при возрастании объемного расхода первого потока (6) пермеата давление третьего потока (10а) ретентата повышают с помощью управляющего ретентатом устройства (19) до тех пор, пока коррелирующее на основании калибровочной кривой с объемным расходом первого потока (6) пермеата свойство третьего потока (11) пермеата вновь не окажется в заданных пределах,

VIII: при падении объемного расхода первого потока (6) пермеата давление третьего потока (10а) ретентата снижают с помощью управляющего ретентатом устройства (19) до тех пор, пока коррелирующее на основании калибровочной кривой с объемным расходом первого потока (6) пермеата свойство третьего потока (11) пермеата вновь не окажется в заданных пределах.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что регулирование осуществляют по калибровочной кривой, отражающей корреляцию между расходом и давлением, для поддержания концентрации в другом газовом потоке.

14. Способ по одному из пп.9-13, отличающийся тем, что падение давления на ступени (1) разделения исходного потока устанавливают на величину в пределах от 1 до 30 бар и/или падение давления на ступени (1) разделения исходного потока и на ступени (2) разделения ретентата устанавливают на величину в пределах от 1 до 100 бар.

15. Способ по одному из пп.8-14, отличающийся тем, что в качестве движущей силы процесса разделения газа используют разность парциальных давлений между ретентатной и пермеатной сторонами соответствующих ступеней мембранного разделения, при этом такую разность парциальных давлений создают с помощью компрессора (4), который расположен с входной стороны ступени (1) разделения исходного потока, и при определенных условиях с помощью по меньшей мере одного вакуумного насоса, во втором потоке (9а + 9b) пермеата и/или в третьем потоке (11) пермеата и/или потоком продувочного газа с пермеатной стороны, и/или при давлении пермеата со ступени (1) разделения исходного потока, которое равно окружающему давлению или выше него, еще имеется разность парциальных давлений между ретентатом и пермеатом на ступени (3) разделения пермеата и тем самым существует движущая сила для случая, когда пермеат со ступени (3) разделения пермеата находится под окружающим давлением или к нему прикладывается пониженное давление.

16. Способ по одному из пп.9-15, отличающийся тем, что с изменениями второго потока (9b) пермеата, выходящего из управляющего пермеатом устройства (18), и/или третьего потока (10b) ретентата, выходящего из управляющего ретентатом устройства (18), и/или потока (17) сырого газа согласуют с помощью регулятора (24) частоту вращения компрессора (4) или изменения в количестве газа, рециркулируемого в виде второго потока (9b) пермеата и/или третьего потока (10b) ретентата, компенсируют путем регулирования подаваемого количества сырого газа управляющим им устройством (25) или повышают или снижают производительность предлагаемой в изобретении установки путем изменения объемной подачи компрессора (4), при этом обусловленному этим изменению концентрации труднее проникающего через мембрану компонента Б во втором потоке (8) ретентата противодействуют в соответствии с альтернативой I, соответственно II, и/или обусловленному этим изменению концентрации труднее проникающего через мембрану компонента Б в третьем потоке (11) пермеата противодействуют в соответствии с альтернативой III, соответственно IV, и/или обусловленному этим изменению расхода первого потока (7) ретентата противодействуют в соответствии с альтернативой V, соответственно VI, и/или обусловленному этим изменению расхода первого потока (6) пермеата противодействуют в соответствии с альтернативой VII, соответственно VIII.

17. Способ по одному из пп.9-16, отличающийся тем, что его осуществляют при эксплуатации биогазовой установки и в зависимости от уровня ее заполнения регулируют частоту вращения компрессора (4), а тем самым и его объемную подачу для изменения или поддержания постоянным уровня заполнения ферментера и/или промежуточного накопителя и/или в качестве газовой смеси используют смесь, состоящую преимущественно, но не исключительно, из диоксида углерода и метана, преимущественно, но не исключительно, из водорода и метана или преимущественно, но не исключительно, из монооксида углерода и водорода, либо сырой биогаз или сырой природный газ.

18. Биогазовая установка с устройством по одному из пп.1-8.