УСТРОЙСТВО И МЕМБРАННЫЙ СПОСОБ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ГАЗА ИЗ ПОТОКА ГАЗА, ХАРАКТЕРИЗУЮЩЕГОСЯ ПЕРЕМЕННЫМИ СОСТАВОМ ИЛИ СКОРОСТЬЮ ПОТОКА

1. Устройство для разделения потока (1) газа, содержащего первый компонент газа и второй компонент газа, содержащее:
(a) первый блок (2) мембранного разделения, принимающий указанный поток газа через питательный трубопровод (3), указанный первый блок мембранного разделения содержит газоразделительную мембрану, характеризующуюся более высокой проницаемостью для указанного первого компонента газа, чем для указанного второго компонента газа, и предоставляет поток первого пермеата, обогащенный указанным первым компонентом газа, и поток первого ретентата;
(b) трубопровод (4) первого пермеата, соединенный с указанным первым блоком (2) мембранного разделения для приема указанного потока первого пермеата;
(c) трубопровод (5) первого ретентата, соединенный с указанным первым блоком (2) мембранного разделения для приема указанного потока первого ретентата;
(d) второй блок (6) мембранного разделения, соединенный с указанным трубопроводом (5) первого ретентата для приема потока первого ретентата в качестве подаваемого материала, указанный второй блок (6) мембранного разделения содержит газоразделительную мембрану, характеризующуюся более высокой проницаемостью для указанного первого компонента газа, чем для указанного второго компонента газа, и предоставляет поток второго ретентата и поток второго пермеата;
(e) трубопровод (7) второго ретентата, соединенный с указанным вторым блоком (6) мембранного разделения для приема указанного потока второго ретентата;
(f) трубопровод (8) второго пермеата, соединенный с указанным вторым блоком (6) мембранного разделения для приема указанного потока второго пермеата;
(g) третий блок (9) мембранного разделения, соединенный с указанным трубопроводом (7) второго ретентата для приема потока второго ретентата в качестве подаваемого материала, указанный третий блок (9) мембранного разделения содержит газоразделительную мембрану, характеризующуюся более высокой проницаемостью для указанного первого компонента газа, чем для указанного второго компонента газа, и предоставляет поток третьего ретентата и поток третьего пермеата;
(h) продуктопровод (10), соединенный с указанным третьим блоком (9) мембранного разделения для приема указанного потока третьего ретентата;
(i) первый рециркуляционный трубопровод (11), соединенный с указанным третьим блоком (9) мембранного разделения для приема указанного потока третьего пермеата и соединенный с первой точкой (12) рециркуляционной подачи на указанном питательном трубопроводе (3);
(j) газовый компрессор (13), размещенный в указанном питательном трубопроводе (3) между указанной первой точкой (12) рециркуляционной подачи и указанным первым блоком (2) мембранного разделения или размещенный в указанном первом рециркуляционном трубопроводе (11);
(k) второй рециркуляционный трубопровод (14), соединенный со второй точкой (15) рециркуляционной подачи на указанном питательном трубопроводе (3) или на указанном первом рециркуляционном трубопроводе (11), указанная вторая точка (15) рециркуляционной подачи расположена выше по потоку относительно указанного газового компрессора (13), и указанный второй рециркуляционный трубопровод (14) соединен с указанным трубопроводом (8) второго пермеата для приема всего или некоторой доли указанного потока второго пермеата; и
(l) устройство (16) управления, управляющее долей указанного потока второго пермеата, проходящей в указанный второй рециркуляционный трубопровод (14), и проводящее остальную часть указанного потока второго пермеата в выпускной трубопровод (17).
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанный трубопровод (4) первого пермеата и указанный выпускной трубопровод (17) соединены в совместный выпускной трубопровод (18).
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в указанном трубопроводе (17) для выпуска продукта размещен обратный клапан (19) для предотвращения прохождения потока первого пермеата из указанного трубопровода (4) первого пермеата в указанный второй рециркуляционный трубопровод (14).
4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что указанный первый блок (2) мембранного разделения содержит газоразделительные мембраны, характеризующиеся более высокой селективностью в отношении чистого газа при 20°C для указанного первого компонента газа относительно указанного второго компонента газа и более низкой проницаемостью при 20°C для указанного первого компонента газа, чем газоразделительные мембраны, содержащиеся в указанном втором блоке (6) мембранного разделения.
5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что указанный второй блок (6) мембранного разделения содержит газоразделительные мембраны, характеризующиеся более высокой селективностью в отношении чистого газа при 20°C для указанного первого компонента газа относительно указанного второго компонента газа и более низкой проницаемостью при 20°C для указанного первого компонента газа, чем газоразделительные мембраны, содержащиеся в указанном третьем блоке (9) мембранного разделения.
6. Устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что дополнительно содержит первый вакуумный насос (20), размещенный в указанном первом рециркуляционном трубопроводе (11), предпочтительно выше по потоку относительно указанной второй точки (15) рециркуляционной подачи, обеспечивающий давление ниже атмосферного на стороне пермеата указанного третьего блока (9) мембранного разделения.
7. Устройство по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что дополнительно содержит второй вакуумный насос (21), размещенный в указанном трубопроводе (8) второго пермеата выше по потоку относительно указанного выпускного трубопровода (17), обеспечивающий давление ниже атмосферного на стороне пермеата указанного второго блока (6) мембранного разделения.
8. Устройство по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что дополнительно содержит газоанализатор (22), соединенный с указанным продуктопроводом (10) для определения свойства газа указанного потока третьего ретентата, указанное свойство газа выбрано из содержания указанного первого компонента газа, содержания указанного второго компонента газа и теплотворной способности, при этом указанный газоанализатор (22) соединен с указанным устройством (16) управления для передачи информации об указанном свойстве газа и указанное устройство (16) управления выполнено с возможностью поддержания указанного свойства газа на целевом значении путем управления долей указанного потока второго пермеата, проходящей в указанный второй рециркуляционный трубопровод (14).
9. Устройство по любому из пп. 1-8, отличающееся тем, что указанный третий блок (9) мембранного разделения содержит по меньшей мере два мембранных модуля (9a, 9b), размещенных параллельно, и по меньшей мере один отсекающий клапан (23) для отключения мембранного модуля (9b) от потока.
10. Способ разделения потока (1) газа, содержащего первый компонент газа и второй компонент газа, включающий:
подачу указанного потока (1) газа в питательный трубопровод (3) устройства по любому из пп. 1-9, предпочтительно выше по потоку относительно газового компрессора (13);
отведение потока третьего ретентата из продуктопровода (10) в качестве потока получаемого газа, обогащенного указанным вторым компонентом газа; и
либо отведение потока первого пермеата из трубопровода (4) первого пермеата в качестве потока отходящего газа, обогащенного указанным первым компонентом газа,
либо, если имеется совместный выпускной трубопровод (18), отведение потока, являющегося результатом объединения потока первого пермеата с оставшейся частью потока второго пермеата, прошедшей в выпускной трубопровод (17), из совместного выпускного трубопровода (18) в качестве потока отходящего газа, обогащенного указанным первым компонентом газа.
11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что указанный первый компонент газа представляет собой диоксид углерода и указанный второй компонент газа представляет собой метан.
12. Способ по п. 10 или 11, отличающийся тем, что долю указанного потока второго пермеата, проходящую в указанный второй рециркуляционный трубопровод (14), увеличивают при уменьшении скорости потока указанного потока (1) газа и уменьшают при увеличении скорости потока указанного потока (1) газа.
13. Способ по любому из пп. 10-12, отличающийся тем, что долю указанного потока второго пермеата, проходящую в указанный второй рециркуляционный трубопровод (14), увеличивают при уменьшении доли указанного первого компонента газа в указанном потоке (1) газа и уменьшают при увеличении доли указанного первого компонента газа в указанном потоке (1) газа.
14. Способ по любому из пп. 10-13, отличающийся тем, что посредством анализатора (22) осуществляют текущий контроль свойства газа указанного потока третьего ретентата, при этом указанное свойство газа выбирают из содержания указанного первого компонента газа, содержания указанного второго компонента газа и теплотворной способности, и долей указанного потока второго пермеата, проходящей в указанный второй рециркуляционный трубопровод (14), управляют для поддержания указанного свойства газа по существу постоянным.
15. Способ по любому из пп. 10-14, отличающийся тем, что указанный третий блок (9) мембранного разделения содержит множество мембранных модулей, размещенных параллельно, которые могут быть отключены от потока по отдельности, и при этом мембранные модули указанного третьего блока (9) мембранного разделения отключают от потока при уменьшении скорости потока указанного потока (1) газа.
16. Способ по любому из пп. 11-15, отличающийся тем, что указанный поток газа представляет собой биогаз с полигона для захоронения отходов, из установки по очистке сточных вод или установки для анаэробного сбраживания.