Patent RU-113670-U1 (RU)
Title: Установка для мембранно-абсорбционной очистки газовых смесей от кислых компонентов
IPC: B01D53/14
Filed: 2011-09-23
Granted: 2012-02-27
Abstract: Установка относится к устройствам для разделения и очистки газов. Ее основным назначением является очистка различных технических газовых смесей от кислых компонентов, в частности, от диоксида углерода методом абсорбции. Установка может быть использована в нефтегазовой промышленности, при производстве биогазовых топлив, в химической и других отраслях промышленности. Задачей и техническим результатом, достигаемом при использовании установки является улучшение потребительских качеств очищенных от кислых примесей газовых смесей за счет их дополнительной осушки. Для очистки газовых смесей и их осушки используется двухступенчатая технологическая схема, основанная на использовании единой мембранно-контакторной абсорбционной технологии. Установка для мембранно-абсорбционной очистки газовых смесей от кислых компонентов работает следующим образом. Побудитель расхода 1 создает поток очищаемой газовой смеси, содержащей кислые компоненты, который через входную газовую коммуникацию 9 поступает в абсорбер 3 рециркуляционного мембранно-контакторного модуля 2. Газовая смесь движется в газовой полости абсорбера, отделенной от жидкостной полости и потока жидкости полупроницаемой мембраной, которая пропускает через свою поверхность газовые компоненты и не пропускает абсорбирующую жидкостью В качестве абсорбирующей жидкости используются водные растворы карбонатов, аминов, дистиллированная вода и др. Мембрана может быть как пористой, так и полимерной, обладающей селективными свойствами проницаемости по отношению к различным газам. С другой стороны мембраны в жидкостной полости движется жидкий абсорбент. Движение его может быть прямоточным, противоточным или перекрестноточным по отношению к направленности потока газа. Скорости и массовые расходы потоков жидкости и газа, а также геометрические параметры абсорбера задаются исходя из условий обеспечения оптимального соотношения между диффузионными и конвективными потоками в жидкостной и газовой полостях. Конструктивно абсорбер может быть выполнен в виде плоскорамного элемента (плоские газовая и жидкостная полости, разделенные плоской мембраной), рулонным (вариант плоскорамного элемента) или половолоконным. Во время движения жидкости и газа кислые компоненты проникают через мембрану и насыщают жидкость, которая выходит из абсорбера в виде насыщенного раствора. Очищенный газ через выходную газовую коммуникацию 10 покидает рециркуляционный мембранный-контакторный модуль 2. Жидкостной насос 6 по жидкостной коммуникации 5 подает абсорбирующую жидкость в десорбер 4, где происходят обратные процессы, т.е. выделение кислых газовых компонентов из жидкости. Движущей силой может быть либо вакуумирование газовой полости десорбера, либо проникновение кислых компонентов в поток воздуха (отдувка воздухом), либо нагрев абсорбирующей жидкости перед ее поступлением в десорбер, либо использование комбинации из всех трех способов. Кислые газы удаляются из десорбера через газовую коммуникацию 11. Очищенная жидкость в рециркуляционном контуре по жидкостной коммуникации 5 возвращается на вход абсорбера. Для увеличения степени очистки от кислых компонентов и уменьшения площади мембраны и потока жидкости на жидкостной коммуникации установлены теплообменники 7 (охладитель) и 8 (нагреватель), поскольку абсорбция протекает лучше в более холодную жидкость, а десорбция протекает лучше из более горячей жидкости. Для осушки очищенной газовой смеси используется дополнительный рециркуляционный мембранно-контакторный модуль 12, по конструкции аналогичный основному модулю 2. При этом газовая коммуникация 10 для отвода очищенной газовой смеси из модуля 2 соединена с входной газовой коммуникацией 13 дополнительного рециркуляционного мембранно-контакторного модуля 12. Регулировка производительности по сорбирующей жидкости модуля 12 производится в зависимости от величины поступающего в него потока газа и от его относительной влажности. Во всем остальном модули 2 и 12 функционируют независимо. В модуле 12 в качестве жидкого сорбента используются водные растворы этиленгликолей или водные растворы солей некоторых металлов (например, LiCl). Очищенная и осушенная газовая смесь отводится потребителю по газовой коммуникации 20 модуля 12, а по коммуникации 21 отводятся пары воды, удаленные из газовой смеси в десорбере 15. В модуле 12 удаление (десорбция) паров воды может производиться либо вакуумированием, либо нагревом абсорбирующей жидкости перед ее поступлением в десорбер, либо комбинацией этих способов. Отдувка в воздух малоэффективна, поскольку окружающий воздух, как правило, имеет высокую влажность. Для повышения энергоэффективности и степени очистки и осушки газовой смеси одним из вариантов реализации устройства является устройство в рециркуляционных мембранно-контакторных модулях 2 и 12 которого теплообменники 7, 8 и 18, 19 соединены тепловыми насосами 22 и 23, которые отбирают часть тепла из теплообменников 7 и 18 и передают его через теплообменники 8 и 19 в жидкостные коммуникации 5 и 16. Теплообменники могут быть двухсекционными, позволяющими осуществлять теплообмен между жидким абсорбентом и внешними источниками холода и тепла, так и за счет перекачки тепла посредством тепловых насосов. Использование предложенной двухмодульной схемы очистки и осушки, построенной на единой абсорбционной мембранно-контакторной технологии, позволяет обеспечить непрерывный во времени процесс. Преимуществом устройства является также то, что в нем используется один побудитель расхода очищаемого газа и дополнительное его сжатие на осушку не требуется, как это имеет место в случае, когда для финишной осушки используются адсорбционные колонны. Поставленная задача (улучшение потребительских свойств очищенных от кислых примесей газовых смесей) решается при незначительном (до 20% и ниже) увеличении капитальных и незначительном (до 10% и ниже) увеличении энергетических затрат. 1 зпф, 1 рис.