RU2729243C1 - Absorption-condensation method of drying natural and process gas mixtures on nanoporous membranes - Google Patents
Absorption-condensation method of drying natural and process gas mixtures on nanoporous membranes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2729243C1 RU2729243C1 RU2019145178A RU2019145178A RU2729243C1 RU 2729243 C1 RU2729243 C1 RU 2729243C1 RU 2019145178 A RU2019145178 A RU 2019145178A RU 2019145178 A RU2019145178 A RU 2019145178A RU 2729243 C1 RU2729243 C1 RU 2729243C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- absorbent
- membrane
- gas
- cooled
- temperature
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Drying Of Gases (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates
Изобретение относится к области мембранной технологии и может быть использовано для осушения природных и технологических газовых смесей. Способ может быть использован в нефтяной, химической, фармацевтической и электронной промышленности.The invention relates to the field of membrane technology and can be used for drying natural and technological gas mixtures. The method can be used in the petroleum, chemical, pharmaceutical and electronic industries.
Уровень техникиState of the art
Известно, что удаление конденсируемых компонентов из природных и технологических газовых смесей осуществляется за счет снижения их равновесного парциального давления путем понижения общей температуры газовой смеси, либо с использованием различных абсорбентов или адсорбентов. Как правило, для удаления паров воды из газовых смесей используется рефрижераторный метод, а также методы физической абсорбции с использованием гигроскопичных растворов CaCl2, LiCl, ди- и триэтиленгликоля [1]. Для удаления конденсируемых углеводородов в промышленности используются процессы низкотемпературной конденсации и низкотемпературной сепарации, кроме того, удаление тяжелых углеводородов является побочным процессом при удалении кислых газов в процессах физической абсорциии (Selexol™, Purisol™ и Rectisol™) [2]. Для реализации процессов низкотемпературного разделения используют кожухотрубные теплообменники и сепараторы, а для реализации абсорбционного удаления конденсируемых газов - абсорбционные колонны. Данные устройства обеспечивают низкую площадь межфазного контакта (как правило, 100-500 м2/м3), что существенно увеличивает массогабаритные характеристики аппаратов и капитальные затраты на оборудование очистки газа от конденсируемых компонентов. В связи с этим, активно развивается подход, связанный с использованием мембранных контакторов в процессах осушения природных и технологических газов.It is known that the removal of condensable components from natural and technological gas mixtures is carried out by lowering their equilibrium partial pressure by lowering the total temperature of the gas mixture, or using various absorbents or adsorbents. As a rule, the refrigeration method is used to remove water vapor from gas mixtures, as well as physical absorption methods using hygroscopic solutions of CaCl 2 , LiCl, di- and triethylene glycol [1]. The industry uses low temperature condensation and low temperature separation processes to remove condensable hydrocarbons, and heavy hydrocarbon removal is also a by-product of acid gas removal in physical absorption processes (Selexol ™, Purisol ™ and Rectisol ™) [2]. Shell-and-tube heat exchangers and separators are used to implement low-temperature separation processes, and absorption columns are used to implement the absorption removal of condensed gases. These devices provide a low interface area (as a rule, 100-500 m 2 / m 3 ), which significantly increases the mass and size characteristics of the devices and capital costs for equipment for gas purification from condensable components. In this regard, an approach related to the use of membrane contactors in the drying of natural and process gases is being actively developed.
Известен способ осушения потока газа, раскрытый в патенте на изобретение «Устройство мембранного контактора на основе пористых полых волокон» (US 9308491 B2, 15.03.2013). В известном способе осушаемый газ обдувает внешнюю поверхность половолоконной мембраны, а абсорбент, в качестве которого авторы предлагают использовать раствор хлорида лития, циркулирует внутри половолоконной мембраны. В качестве половолоконной мембраны авторы предлагают использовать пористые полые волокна на основе следующих полимеров: полипропилен, полиэтилен, полисульфон, полиэфирсульфон, полиимиды, поливиниденфториды.There is a known method for drying a gas stream, disclosed in the patent for the invention "Device of a membrane contactor based on porous hollow fibers" (US 9308491 B2, 03/15/2013). In the known method, the dried gas blows over the outer surface of the hollow fiber membrane, and the absorbent, which the authors propose to use a lithium chloride solution, circulates inside the hollow fiber membrane. The authors propose to use porous hollow fibers based on the following polymers as a hollow fiber membrane: polypropylene, polyethylene, polysulfone, polyethersulfone, polyimides, polyvinidene fluorides.
Недостатком данного способа является использование в качестве абсорбента насыщенного раствора неорганической слои (LiCl), что не позволит снизить относительную влажность подготовленного газа ниже 10% при температуре 25°С (соответствует температуре точки росы -6°С). Кроме того, использование насыщенного раствора может приводить к проблемам, связанным кристаллизацией соли и блокировкой внутреннего канала мембранного элемента, что, в свою очередь, приводит к существенному ухудшению эффективности процесса удаления паров воды.The disadvantage of this method is the use of a saturated solution of inorganic layers (LiCl) as an absorbent, which will not reduce the relative humidity of the prepared gas below 10% at a temperature of 25 ° C (corresponds to a dew point temperature of -6 ° C). In addition, the use of a saturated solution can lead to problems associated with salt crystallization and blockage of the inner channel of the membrane element, which, in turn, leads to a significant deterioration in the efficiency of the water vapor removal process.
Также известен способ осушения воздуха, раскрытый в патенте на изобретение «Устройство мембранного контактора», в котором используют направление потока абсорбента перпендикулярно половолоконной мембране, во внутреннюю полость которой подается поток подготавливаемого газа (CN 104190262 A, 12.09.2014). В данном изобретении в качестве раствора для осушения авторами также предполагается использовать водные растворы солей лития.There is also a known method for air drying, disclosed in the patent for invention "Membrane contactor device", which uses the direction of the flow of the absorbent perpendicular to the hollow fiber membrane, into the inner cavity of which the flow of the prepared gas is supplied (CN 104190262 A, 12.09.2014). In this invention, the authors also contemplate using aqueous solutions of lithium salts as a drying solution.
Интегрирование мембранного контактора и теплообменника в рамках одного блока подготовки воздуха предложено в патенте (ЕР 2622280 В1, 03.06.2015). После проведения процесса удаления паров воды в половолоконном мембранном контакторе подготовленная газовая смесь подается на теплообменник, находящийся в том же модуле, что позволят уменьшить капитальные и эксплуатационные затраты.The integration of a membrane contactor and a heat exchanger within one air preparation unit is proposed in the patent (EP 2622280 B1, 03.06.2015). After the process of removing water vapor in the hollow fiber membrane contactor, the prepared gas mixture is fed to a heat exchanger located in the same module, which will reduce capital and operating costs.
Использование технологических схем с одновременным охлаждением абсорбента описано в работах [3, 4].The use of technological schemes with simultaneous cooling of the absorbent is described in [3, 4].
Однако, охлаждающий цикл в данных решениях используется для отвода выделяющейся при абсорбции паров теплоты, а непосредственное использование контура охлаждения для снижения температуры абсорбента не может быть выполнено в устройстве в связи с существенно меньшей (более чем на два порядка) площадью теплообмена теплоноситель/абсорбент по сравнению с площадью теплообмена газ/абсорбент. Кроме того, в описанных решениях используется абсорбент на основе хлоридов лития, а в качестве теплоносителя - вода, что не позволяет снижать температуру абсорбента ниже -5°С. Известные решения не были использованы для снижения парциального давления паров над абсорбентом, а публикации не содержат данных по температурным зависимостям степени осушения газа.However, the cooling cycle in these solutions is used to remove the heat released during the absorption of vapors, and the direct use of the cooling circuit to reduce the temperature of the absorbent cannot be performed in the device due to the significantly smaller (more than two orders of magnitude) heat transfer area of the heat carrier / absorbent compared to with a gas / absorbent heat exchange area. In addition, in the described solutions, an absorbent based on lithium chlorides is used, and water is used as a heat carrier, which does not allow the temperature of the absorbent to be reduced below -5 ° C. The known solutions were not used to reduce the partial vapor pressure over the absorbent, and the publications do not contain data on the temperature dependences of the degree of gas drying.
В патентном документе US 20120079852 A1 (30.07.2009) предложен способ использования мембранного контактора для удаления тяжелых углеводородов из природного газа, с использованием в качестве абсорбента раствора Selexol™. Однако в данном документе не указана спецификация типов и материала мембран, которые могут быть использованы в данном процессе, также не указаны возможные условия проведения процесса и не освещена эффективность его использования. Необходимо отметить, что в вышеперечисленных изобретениях, удаление паров воды также происходит только за счет процессов абсорбции, и авторы не уделяют внимания возможным эффектами, связанным с изменением температуры абсорбента.In the patent document US 20120079852 A1 (07/30/2009), a method of using a membrane contactor for removing heavy hydrocarbons from natural gas using Selexol ™ solution as an absorbent is proposed. However, this document does not indicate the specification of the types and material of membranes that can be used in this process, nor does it indicate the possible conditions for the process and does not highlight the effectiveness of its use. It should be noted that in the above inventions, the removal of water vapor also occurs only due to absorption processes, and the authors do not pay attention to the possible effects associated with a change in the temperature of the absorbent.
Совместное осушение и охлаждение потока воздуха в пределах одной камеры реализовано в рамках полезной модели, раскрывающей конструкцию тепловлагообменника (RU 90881 U1), в котором в нижней части каждой теплообменной пластины находятся растворы солей ZnCl2 или CaCl2.Joint dehumidification and cooling of the air flow within one chamber is implemented within the framework of a utility model that discloses the design of a heat and moisture exchanger (RU 90881 U1), in which solutions of ZnCl 2 or CaCl 2 salts are located in the lower part of each heat exchange plate.
Однако в рамках описания данной полезной модели не рассмотрена возможность и эффективность осушения газа при пониженных температурах, кроме того, пластинчатый теплообменник не обеспечивает достаточной площади межфазного контакта потока газа с потоком жидкого абсорбента.However, within the framework of the description of this utility model, the possibility and efficiency of gas dehydration at low temperatures has not been considered, in addition, the plate heat exchanger does not provide a sufficient area of interface between the gas flow and the liquid absorbent flow.
Таким образом, предложенные и реализованные на сегодняшний день способы удаления конденсируемых компонентов с использованием мембранных контакторов основаны полностью на снижении парциального давления данных компонентов над абсорбентами за счет изменения химического состава последних и не рассматривают температурных факторов. В патентной и научной литературе также отсутствуют данные по эффективности абсорбционного осушения газовых смесей при пониженных температурах (более чем на 10°С ниже температуры осушаемой газовой смеси) и данные по эффективности осушения газовых смесей в зависимости от температуры абсорбента. Кроме того, использование абсорбционного метода осушения накладывает ограничения на диапазон получаемых температур точки росы подготовленного газа - для получения температуры точки росы ниже (-20°С) требуются растворы ди- или триэтиленгликоля с содержанием воды менее 0,5%. Это приводит к увеличению энергозатрат, необходимых для проведения процесса регенерации насыщенного абсорбента, который проводится при высоких температурах (110-120°С для растворов неорганических солей и 180-230°С для растворов ди- и триэиленгликолей).Thus, the proposed and implemented to date methods for removing condensable components using membrane contactors are based entirely on reducing the partial pressure of these components over absorbents due to changes in the chemical composition of the latter and do not consider temperature factors. The patent and scientific literature also lacks data on the efficiency of absorption drying of gas mixtures at low temperatures (more than 10 ° C below the temperature of the dried gas mixture) and data on the efficiency of drying gas mixtures depending on the temperature of the absorbent. In addition, the use of the absorption method of dehumidification imposes restrictions on the range of the obtained dew point temperatures of the prepared gas - to obtain a dew point temperature below (-20 ° C), di- or triethylene glycol solutions with a water content of less than 0.5% are required. This leads to an increase in energy consumption required for the regeneration process of the saturated absorbent, which is carried out at high temperatures (110-120 ° C for solutions of inorganic salts and 180-230 ° C for solutions of di- and triethylene glycols).
В связи с этим, возможность снижения равновесного парциального давления паров над растворами охлаждаемых абсорбентов позволяет расширить диапазон температур точек росы процесса осушения, а также повысить энергоэффективность данного процесса.In this regard, the possibility of reducing the equilibrium partial pressure of vapors over solutions of cooled absorbents makes it possible to expand the temperature range of dew points of the drying process, as well as to increase the energy efficiency of this process.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Заявляемое техническое решение направлено на создание энергоэффективного способа, обеспечивающего удаление конденсируемых компонентов из природных и технологических газовых смесей за счет их поглощения охлажденным абсорбентом через нанопористую мембрану.The claimed technical solution is aimed at creating an energy efficient method that ensures the removal of condensable components from natural and technological gas mixtures due to their absorption by a cooled absorbent through a nanoporous membrane.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в обеспечении снижения предельно достижимой точки росы осушаемого газа за счет снижения равновесного парциального давления паров над охлаждаемыми растворами абсорбентов более, чем на 20°С. Способ также обеспечивает повышение энергоэффективности процесса абсорбционной очистки газа или газовой смеси и основан на прохождении конденсируемых компонентов смеси через пористую мембрану с последующей их абсорбцией раствором охлажденного абсорбента с температурой на 10-60°С ниже температуры осушаемой газовой смеси. Использование половолоконной мембраны в качестве контакторного устройства позволяет уменьшить массогабаритные характеристики абсорбционных модулей, что снижает капитальные затраты на проведение процесса осушения. Также пространственное разделение жидкой и газовой фазы стенкой мембраны позволяет независимо варьировать давления и скорости циркуляции двух сред, что значительно упрощает управление процессом.The technical result achieved when using the claimed invention is to reduce the maximum achievable dew point of the dried gas by reducing the equilibrium partial pressure of vapor over cooled absorbent solutions by more than 20 ° C. The method also provides an increase in the energy efficiency of the process of absorption cleaning of a gas or gas mixture and is based on the passage of condensed components of the mixture through a porous membrane with their subsequent absorption by a solution of a cooled absorbent with a temperature of 10-60 ° C below the temperature of the dried gas mixture. The use of a hollow fiber membrane as a contactor device makes it possible to reduce the weight and size characteristics of the absorption modules, which reduces the capital costs of the dehumidification process. Also, the spatial separation of the liquid and gas phases by the membrane wall allows the pressure and circulation rates of the two media to be varied independently, which greatly simplifies the process control.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе осушения газовых смесей, включающем пропускание исходной газовой смеси с одной стороны нанопористой мембраны со средним диаметром пор от 5 до 500 нм и циркуляцию жидкого абсорбента с другой стороны нанопористой мембраны, с обеспечением диффузии паров извлекаемых компонентов из газовой смеси в жидкий абсорбент через поры мембраны, и выводом осушенной газовой смеси, согласно техническому решению, в зоне контакта с нанопористой мембраной обеспечивают поддержание пониженной температуры абсорбента в диапазоне (+5°С) - (-40°С), а также обеспечивают линейную скорость циркулирующего потока охлажденного жидкого абсорбента вдоль мембраны в диапазоне от 0,1 до 5 м/с и поддерживают постоянным состав жидкого абсорбента, для чего используют долив абсорбента или его регенерацию в замкнутом цикле. Увеличение линейной скорости абсорбента позволяет увеличить эффективность осушения газовой смеси. Для предотвращения смачивания мембраны давление исходной газовой смеси поддерживают выше давления охлажденного абсорбента на 10-100 кПа. В качестве нанопористой мембраны могут быть использованы мембраны, выполненные в плоскорамной или трубчатой геометрии, или в виде рулона, или в виде полых волокон. В качестве материала пористой мембраны используют материалы, устойчивые к воздействию растворов абсорбентов, а именно политетрафторэтилен, полипропилен, полисульфон, полиэфирсульфон, поливинилиденфторид, оксид алюминия, оксид титана. Выбор материала мембраны определяется его устойчивостью к длительному воздействию раствора абсорбента. В качестве паров извлекаемых компонентов используют пары воды или конденсируемые углеводороды, а в качестве исходной газовой смеси используют природные, технологические, нефтяные или попутные газы. В качестве жидкого абсорбента используют охлажденную воду (температура абсорбента не менее 2°С) или водные растворы моно-, ди- и триэтиленгликоля (температура абсорбента до (-45°С)) или водные растворы метанола (температура абсорбента до (-60°С)), этанола (температура абсорбента до (-40°С)). Направления потоков исходной газовой смеси и жидкого абсорбента могут быть ориентированы со- или противоположно направленно, или перпендикулярно друг к другу. Регенерация абсорбента может быть выполнена термически с использованием регенерационной колонны, либо посредством вымораживания извлеченных компонентов из абсорбата на теплообменниках холодильного цикла.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of drying gas mixtures, including passing the initial gas mixture on one side of the nanoporous membrane with an average pore diameter of 5 to 500 nm and circulating the liquid absorbent on the other side of the nanoporous membrane, ensuring the diffusion of vapors of the extracted components from the gas mixtures into the liquid absorbent through the pores of the membrane, and the withdrawal of the dried gas mixture, according to the technical solution, in the contact zone with the nanoporous membrane ensure the maintenance of a low temperature of the absorbent in the range (+ 5 ° С) - (-40 ° С), and also provide a linear velocity circulating flow of the cooled liquid absorbent along the membrane in the range from 0.1 to 5 m / s and maintain a constant composition of the liquid absorbent, for which the absorbent is topped up or regenerated in a closed cycle. An increase in the linear velocity of the absorbent increases the efficiency of drying the gas mixture. To prevent wetting of the membrane, the pressure of the initial gas mixture is maintained above the pressure of the cooled absorbent by 10-100 kPa. As a nanoporous membrane, membranes made in a flat or tubular geometry, or in the form of a roll, or in the form of hollow fibers can be used. As the material of the porous membrane, materials are used that are resistant to the action of absorbent solutions, namely, polytetrafluoroethylene, polypropylene, polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, aluminum oxide, titanium oxide. The choice of membrane material is determined by its resistance to prolonged exposure to an absorbent solution. Water vapor or condensable hydrocarbons are used as the vapors of the recovered components, and natural, process, oil or associated gases are used as the initial gas mixture. Chilled water (absorbent temperature not less than 2 ° C) or aqueous solutions of mono-, di- and triethylene glycol (absorbent temperature up to (-45 ° C)) or aqueous methanol solutions (absorbent temperature up to (-60 ° C) )), ethanol (absorbent temperature up to (-40 ° C)). The flow directions of the initial gas mixture and the absorbent liquid can be oriented co- or oppositely, or perpendicular to each other. Regeneration of the absorbent can be performed thermally using a regeneration column, or by freezing the extracted components from the absorbate on refrigeration cycle heat exchangers.
Возможно также использование сброса тепла холодильной машины для нагрева абсорбента при регенерации. В случае экономической нецелесообразности регенерации абсорбента, возможна реализация способа с доливом свежего абсорбента и сливом насыщенного абсорбента из контура циркуляции жидкого абсорбента.It is also possible to use the heat rejection of the chiller to heat the absorbent during regeneration. In case of economic inexpediency of regeneration of the absorbent, it is possible to implement the method with adding fresh absorbent and draining the saturated absorbent from the liquid absorbent circulation loop.
Указанные признаки являются существенными и связаны с образованием устойчивой совокупности, достаточной для получения требуемого технического результата.These features are essential and are associated with the formation of a stable set, sufficient to obtain the required technical result.
Предложенный способ позволяет уменьшать температуру точки росы подготовленного газа до значений на 10-15°С ниже, чем температура охлажденного абсорбента, и на 30-50°С ниже равновесной точки росы над неохлаждаемым абсорбентом, достигая производительности осушения более 12 н.м3/(м2(мембраны)⋅ч), что соответствует удельной объемной производительности более 40000 н.м3/(м3(аппарата)⋅ч). Данные характеристики обеспечивают преимущества в энергоэффективности процесса по сравнению традиционными процессами абсорбционного и рефрижераторного удаления конденсируемых компонентов из газовых потоков. С использованием предложенного способа можно осуществлять подготовку природных и технологических газов по требованию температуры точки росы с использованием аппаратов с улучшенными массогабаритными характеристиками по сравнению с традиционными абсорбционными колоннами и аппаратами низкотемпературной сепарации/конденсации. Настоящее изобретение промышленно применимо и может быть использовано для промышленного осушения природных и технологических газовых смесей.The proposed method allows to reduce the dew point temperature of the prepared gas to values 10-15 ° C lower than the temperature of the cooled absorbent, and 30-50 ° C below the equilibrium dew point above the uncooled absorbent, reaching a drying capacity of more than 12 nm 3 / ( m 2 (membrane) ⋅h), which corresponds to a specific volumetric capacity of more than 40,000 Nm 3 / (m 3 (apparatus) ⋅h). These characteristics provide advantages in the energy efficiency of the process compared with traditional absorption and refrigerated removal of condensable components from gas streams. Using the proposed method, it is possible to prepare natural and process gases at the dew point temperature requirement using apparatuses with improved weight and size characteristics as compared to traditional absorption columns and low-temperature separation / condensation apparatuses. The present invention is industrially applicable and can be used for industrial dehydration of natural and technological gas mixtures.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
Сущность изобретения иллюстрируется следующими чертежами:The essence of the invention is illustrated by the following drawings:
Фиг. 1 - Технологическая схема абсорбционного-конденсационного способа осушения газа с регенерацией насыщенного абсорбента вымораживанием на теплообменниках холодильного цикла.FIG. 1 - Technological diagram of the absorption-condensation method for drying gas with the regeneration of a saturated absorbent by freezing on heat exchangers of the refrigeration cycle.
Фиг. 2 - Технологическая схема абсорбционного-конденсационного способа осушения газа с термической регенерацией насыщенного абсорбента.FIG. 2 - Technological diagram of the absorption-condensation method for drying gas with thermal regeneration of a saturated absorbent.
Фиг. 3 - Технологическая схема абсорбционного-конденсационного способа осушения газа с термической регенерацией насыщенного абсорбента с использование сброса тепла холодильной машины для нагрева абсорбента.FIG. 3 - Technological diagram of the absorption-condensation method of gas dehumidification with thermal regeneration of a saturated absorbent using the heat rejection of the refrigerating machine to heat the absorbent.
Фиг. 4 - Зависимость температуры точки росы подготовленной газовой смеси и степени извлечения паров воды от нормированного потока сырьевой смеси при использовании в качестве жидкого абсорбента воды, охлажденной до 4°С.FIG. 4 - Dependence of the dew point temperature of the prepared gas mixture and the degree of water vapor extraction on the normalized flow of the raw mixture when using water cooled to 4 ° C as a liquid absorbent.
Фиг. 5. - (а) Зависимость температуры точки росы подготовленной газовой смеси (а) и степени извлечения паров воды (б) от нормированного потока сырьевой смеси при использовании в качестве жидкого абсорбента смесей вода-этиленгликоль различного состава, охлажденных до (-10°С). Зависимость относительной энергоэффективности осушения, рассчитанной, как соотношение энергозатрат на подготовку газа с использованием предложенной технологии к энергозатратам на подготовку газа до той же температуры точки росы с использованием классической рефрижераторной технологии, от потока сырьевой смеси при использовании в качестве жидкого абсорбента смесей вода-этиленгликоль различного состава, охлажденных до (-10°С) (в).FIG. 5.- (a) Dependence of the dew point temperature of the prepared gas mixture (a) and the degree of water vapor recovery (b) on the normalized flow of the raw mixture when using water-ethylene glycol mixtures of various compositions cooled to (-10 ° C) as a liquid absorbent ... Dependence of the relative energy efficiency of dehumidification, calculated as the ratio of energy consumption for gas preparation using the proposed technology to energy consumption for gas preparation to the same dew point temperature using classical refrigeration technology, on the flow of the raw mixture when using water-ethylene glycol mixtures of various compositions as a liquid absorbent cooled to (-10 ° C) (c).
Фиг. 6. - (а) Зависимость температуры точки росы подготовленной газовой смеси (а) и степени извлечения паров воды (б) от нормированного потока сырьевой смеси при использовании в качестве жидкого абсорбента смесей вода-этиленгликоль состава 30Н2О:70С2Н6О2, охлажденных до 0°С - (-40°С). Зависимость относительной энергоэффективности осушения, рассчитанной, как соотношение энергозатрат на подготовку газа с использованием предложенной технологии к энергозатратам на подготовку газа до той же температуры точки росы с использованием классической рефрижераторной технологии, от потока сырьевой смеси при использовании в качестве жидкого абсорбента смесей вода-этиленгликоль состава 30Н2О:70С2Н6О2, охлажденных до 0°С - (-40°С). (в).FIG. 6.- (a) Dependence of the dew point temperature of the prepared gas mixture (a) and the degree of water vapor recovery (b) on the normalized flow of the raw mixture when using water-ethylene glycol mixtures of the composition 30Н 2 О: 70С 2 Н 6 О 2 as a liquid absorbent cooled to 0 ° C - (-40 ° C). Dependence of the relative energy efficiency of dehumidification, calculated as the ratio of energy consumption for gas preparation using the proposed technology to energy consumption for gas preparation to the same dew point temperature using classical refrigeration technology, on the flow of the raw mixture when using water-ethylene glycol mixtures of 30N as a liquid absorbent 2 О: 70С 2 Н 6 О 2 cooled to 0 ° С - (-40 ° С). (in).
Позициями на фигурах обозначены:Positions in the figures indicate:
1 - ввод исходной газовой смеси,1 - input of the initial gas mixture,
2 - мембранный абсорбер,2 - membrane absorber,
3 - насос,3 - pump,
4 - вывод осушенной газовой смеси.4 - withdrawal of the dried gas mixture.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Настоящее изобретение поясняется с использованием примеров конкретного исполнения, которые, однако, не являются единственно возможными и приведены в качестве демонстрации возможности реализации заявляемого изобретения и достижения заявленного технического результата.The present invention is illustrated using examples of specific execution, which, however, are not the only possible and are given as a demonstration of the possibility of implementing the claimed invention and achieving the claimed technical result.
Пример 1. Удаление паров воды из компримированного воздуха с использованием в качестве абсорбента воды, охлажденной до 4°СExample 1. Removal of water vapor from compressed air using water cooled to 4 ° C as an absorbent
Для иллюстрации способа удаления паров воды была реализована технологическая схема, изображенная на Фиг. 1. Система подачи сырьевого газа (газовая фаза) и жидкого абсорбента в мембранный модуль была сконструирована таким образом, чтобы обеспечивать постоянную величину перепада давления между газовой и жидкой фазой. Давление в газовой фазе поддерживалось на 10 кПа выше, чем давление жидкого охлажденного абсорбента. Согласно предложенной схеме сырьевой газ направляют в мембранный модуль (контактор), в котором газ через пористую мембрану контактирует с циркулирующей водой, охлажденной до температуры 4°С. Воду охлаждали с использованием холодильного цикла на поршневом компрессоре Maneurop NTZ. Циркуляцию воды в контуре поддерживали, обеспечивая среднюю линейную скорость жидкости вдоль мембраны 0,1-5 м/с. При достаточной скорости потока абсорбента (более 0,3 м/с), в результате массопереноса паров воды парциальное давление воды в газовой смеси снизилось до величины близкой к равновесному давлению насыщенных паров при температуре 4°С, а избыточная вода из газовой фазы перешла в жидкость. Излишки воды из контура циркуляции абсорбента удаляли путем слива избытка из емкости уравнивания давления (линия Ж-3 на фиг. 1). В случае использования в качестве абсорбента охлажденной воды, термической регенерации или регенерации вымораживанием не требуется.To illustrate the method for removing water vapor, the process flow diagram shown in FIG. 1. The system for supplying the feed gas (gas phase) and liquid absorbent to the membrane module was designed in such a way as to provide a constant pressure drop between the gas and liquid phases. The pressure in the gas phase was maintained 10 kPa higher than the pressure of the liquid cooled absorbent. According to the proposed scheme, the feed gas is directed to the membrane module (contactor), in which the gas is in contact with circulating water through a porous membrane, cooled to a temperature of 4 ° C. The water was cooled using a refrigeration cycle on a Maneurop NTZ reciprocating compressor. The circulation of water in the loop was maintained, providing an average linear velocity of the liquid along the membrane of 0.1-5 m / s. With a sufficient flow rate of the absorbent (more than 0.3 m / s), as a result of mass transfer of water vapor, the partial pressure of water in the gas mixture decreased to a value close to the equilibrium pressure of saturated vapor at a temperature of 4 ° C, and excess water from the gas phase passed into liquid ... Excess water from the absorbent circulation loop was removed by draining the excess from the pressure equalization vessel (line G-3 in Fig. 1). When used as an absorbent chilled water, thermal regeneration or freeze regeneration is not required.
Процессы массообмена были реализованы в половолоконном мембранном абсорбере в прямоточном и противоточном исполнении, а также при реализации перпендикулярных потоков. Были использованы половолоконные мембранные элементы на основе пористого полипропилена (внутренний диаметр волокна 240 мкм, внешний диаметр 320 мкм, размер пор 20×200 нм, пористость 50%) и полиэфирсульфона (внутренний диаметр волокна 380 мкм, внешний диаметр 500 мкм, размер пор 50 нм, пористость 20%) диаметром 20 мм и 50 мм и длинной 600 мм. Данные геометрические параметры волокна обеспечивают удельную площадь контактной поверхности до 3200 м2/м3(аппарата).Mass transfer processes were implemented in a hollow fiber membrane absorber in direct and countercurrent design, as well as in the implementation of perpendicular flows. We used hollow fiber membrane elements based on porous polypropylene (inner fiber diameter 240 μm, outer diameter 320 μm,
Тестирование способа проводили с использованием в качестве сырьевого газа компримированного воздуха с давлением 1-10 бар, имеющего 100% относительную влажность при температуре 25°С. Определение остаточного содержания паров воды в подготовленном газе проводили двумя независимыми методами: с использованием датчиков температуры-влажности HIH-4000 и визуального гигрометра с охлаждаемым зеркалом ТОРОС-3ВУ.The method was tested using compressed air at a pressure of 1-10 bar as a feed gas having 100% relative humidity at a temperature of 25 ° C. The determination of the residual content of water vapor in the prepared gas was carried out by two independent methods: using HIH-4000 temperature-humidity sensors and a TOROS-3VU visual hygrometer with a cooled mirror.
Согласно экспериментальным исследованиям, реализация предложенного способа с приведенными выше параметрами, привела к уменьшению температуры точки росы подготовленной газовой смеси по воде до значений 4±1°С (Фиг. 4, Табл. 1). При этом, происходит удаление до 75% паров воды из исходной газовой смеси практически во всем диапазоне скоростей подачи сырьевого газа. То есть, предложенный способ может быть использован для осушения влажных газовых смесей до умеренных значений влажности (~25%) при температуре 25°С). При этом, скорость удаления паров воды достигает 250 н.л/(м2(мембраны)⋅час), что при удельной площади контактной поверхности до 3200 м2/м3(аппарата) позволяет достичь удельной объемной производительности удаления паров воды до 800 н.м3/(м3(аппарата)⋅час), что существенно превосходит характеристики традиционных абсорбционных колонн и устройств рефрижераторной подготовки.According to experimental studies, the implementation of the proposed method with the above parameters led to a decrease in the dew point temperature of the prepared gas mixture in water to values of 4 ± 1 ° C (Fig. 4, Table 1). At the same time, up to 75% of water vapor is removed from the initial gas mixture in almost the entire range of feed gas feed rates. That is, the proposed method can be used to dry wet gas mixtures to moderate humidity values (~ 25%) at a temperature of 25 ° C). At the same time, the rate of water vapor removal reaches 250 nl / (m 2 (membrane) )hour), which, with a specific contact surface area of up to 3200 m 2 / m 3 (apparatus), makes it possible to achieve a specific volumetric productivity of water vapor removal up to 800 n .m 3 / (m 3 (apparatus) ⋅hour), which significantly exceeds the characteristics of traditional absorption columns and refrigeration treatment devices.
Пример 2-6. Удаление паров воды из компримированного воздуха с использованием в качестве абсорбента растворов вода-этиленгликоль с содержанием воды 70, 50, 30, 10, 2,5 масс. % охлажденных до (-10°С).Example 2-6. Removal of water vapor from compressed air using water-ethylene glycol solutions with a water content of 70, 50, 30, 10, 2.5 wt. % cooled to (-10 ° C).
Для иллюстрации возможности подготовки сырьевого газа по температуре точке росы по воде ниже 0°С, с использованием предложенного способа, в качестве охлажденных абсорбентов были выбраны растворы вода-этиленгликоль с содержанием воды 70, 50, 30, 10 и 2,5 масс. %. Согласно фазовой диаграмме системы вода-этиленгликоль [5] данные составы имеют температуру ликвидуса -15°С, -37°С, -45°С (-60°С, метастабильная), (-30°С) и (-17°С), соответственно, и могут быть использованы при температурах выше температуры ликвидуса. Процесс удаления воды был реализован следующим образом: сырьевой газ направляют в мембранный модуль, в котором он через пористую мембрану контактирует с раствором абсорбента, охлажденного до температуры (-10°С). Абсорбент охлаждали с использованием холодильного цикла на поршневом компрессоре Maneurop NTZ. Циркуляцию абсорбента в контуре поддерживали, обеспечивая среднюю линейную скорость жидкости вдоль мембраны 0,3 м/с. В результате массопереноса паров воды через мембрану и поглощения гигроскопичным абсорбентом парциальное давление паров воды в газовой смеси снизилось до величины, близкой к равновесному давлению насыщенных паров воды над раствором вода-этиленгликоль при температуре -10°С, при этом пары воды перешли в жидкий абсорбент. Степень насыщения охлажденного абсорбента парами воды может поддерживаться постоянной за счет термической регенерации абсорбента (технологическая схема на фиг. 1) с использованием традиционной колонны регенерации или же за счет вымораживания избыточной воды на теплообменниках холодильного контура (технологическая схема на фиг. 2). Возможно также использование сброса тепла холодильной машины для нагрева абсорбента при регенерации (технологическая схема на фиг. 3).To illustrate the possibility of preparing the feed gas at a water dew point below 0 ° C, using the proposed method, water-ethylene glycol solutions with a water content of 70, 50, 30, 10 and 2.5 wt% were chosen as cooled absorbents. %. According to the phase diagram of the water-ethylene glycol system [5], these compositions have a liquidus temperature of -15 ° C, -37 ° C, -45 ° C (-60 ° C, metastable), (-30 ° C) and (-17 ° C ), respectively, and can be used at temperatures above the liquidus temperature. The water removal process was implemented as follows: the feed gas is sent to the membrane module, in which it contacts the absorbent solution through the porous membrane, cooled to a temperature (-10 ° C). The absorbent was cooled using a refrigeration cycle on a Maneurop NTZ reciprocating compressor. The circulation of the absorbent in the loop was maintained, providing an average linear velocity of the liquid along the membrane of 0.3 m / s. As a result of mass transfer of water vapor through the membrane and absorption by a hygroscopic absorbent, the partial pressure of water vapor in the gas mixture decreased to a value close to the equilibrium pressure of saturated water vapor over a water-ethylene glycol solution at a temperature of -10 ° C, while water vapor passed into a liquid absorbent. The degree of saturation of the cooled absorbent with water vapor can be kept constant due to thermal regeneration of the absorbent (flow chart in Fig. 1) using a conventional regeneration column or by freezing excess water on heat exchangers of the refrigeration circuit (flow chart in Fig. 2). It is also possible to use the heat dump of the refrigeration machine to heat the absorbent during regeneration (flow diagram in Fig. 3).
Процессы массообмена были реализованы в половолоконном мембранном абсорбере, содержащем мембрану на основе пористого полипропилена, по аналогиис примером 1. Тестирование способа проводили с использованием в качестве сырьевого газа компримированного воздуха с давлением 1-10 бар, имеющим 100% относительную влажность при температуре 25°С. Определение остаточного содержания паров воды в подготовленном газе проводили двумя независимыми методами: с использованием датчиков температуры-влажности HIH-4000 и визуального гигрометра с охлаждаемым зеркалом ТОРОС-3ВУ.Mass transfer processes were carried out in a hollow fiber membrane absorber containing a membrane based on porous polypropylene, similar to example 1. Testing of the method was carried out using compressed air as a feed gas with a pressure of 1-10 bar, having 100% relative humidity at a temperature of 25 ° C. The determination of the residual content of water vapor in the prepared gas was carried out by two independent methods: using HIH-4000 temperature-humidity sensors and a TOROS-3VU visual hygrometer with a cooled mirror.
Реализация способа позволяет добиться снижения температуры точки росы сырьевой смеси до значений (-23°С) ÷ (-25°С) с использованием в качестве охлажденного абсорбента раствора вода-этиленгликоль с содержанием воды 10% и 2,5% для диапазона удельной скорости подачи сырьевой смеси 0,5-12 н.м3/(м2(мембраны)⋅час) (Фиг. 5, Табл. 1). При этом, степень удаления паров воды достигает 97%. Увеличение содержания воды в растворе абсорбента приводит к увеличению температуры точки росы подготовленной смеси и снижению степени удаления паров воды за счет роста равновесного давления паров воды над раствором абсорбента. При этом значения относительной энергоэффективности осушения, рассчитанные, как соотношение энергозатрат на подготовку газа с использованием предложенной технологии к энергозатратам на подготовку газа до той же температуры точки росы с использованием классической рефрижераторной технологии достигают 150-160%, что свидетельствует о гораздо более высокой энергоэффективности предложенного процесса, по сравнению с традиционной рефрижераторной технологией. Скорость удаления паров воды с использованием растворов вода-этиленгликоль достигает 350 н.л/(м2(мембраны)⋅час) и при удельной площади контактной поверхности до 3200 м2/м3(аппарата) позволяет достичь удельной объемной производительности удаления паров воды более 1000 н.м3/(м3(аппарата)⋅час), что существенно превосходит характеристики традиционных абсорбционных колонн и устройств рефрижераторной подготовки.The implementation of the method allows to achieve a decrease in the dew point temperature of the raw mixture to values (-23 ° C) ÷ (-25 ° C) using a water-ethylene glycol solution with a water content of 10% and 2.5% for the range of specific feed rate raw mixture 0.5-12 nm 3 / (m 2 (membrane) ⋅ hour) (Fig. 5, Table 1). At the same time, the degree of water vapor removal reaches 97%. An increase in the water content in the absorbent solution leads to an increase in the dew point temperature of the prepared mixture and a decrease in the degree of water vapor removal due to an increase in the equilibrium water vapor pressure above the absorbent solution. At the same time, the values of the relative energy efficiency of dehumidification, calculated as the ratio of energy consumption for gas preparation using the proposed technology to energy consumption for gas preparation up to the same dew point temperature using classical refrigeration technology, reach 150-160%, which indicates a much higher energy efficiency of the proposed process , compared to traditional refrigerated technology. The rate of removal of water vapor by using a water-ethylene glycol solutions of 350 Nl / (m 2 (membrane) ⋅chas) and the contact surface specific area of 3200 m 2 / m 3 (apparatus) can achieve specific volumetric productivity remove water vapor more 1000 Nm 3 / (m 3 (apparatus) ⋅hour), which significantly exceeds the characteristics of traditional absorption columns and refrigeration equipment.
Пример 7-11. Удаление паров воды из компримированного воздуха с использованием в качестве абсорбента растворов вода-этиленгликоль с содержанием воды 30 масс. % охлажденных до(-10°С) - (-40°С).Example 7-11. Removal of water vapor from compressed air using water-ethylene glycol solutions with a water content of 30 wt. % cooled to (-10 ° C) - (-40 ° C).
Удаление паров воды из компримированного воздуха с использованием абсорбционно-конденсационного способа на нанопористых мембранах осуществляли с использованием в качестве абсорбента раствора вода-этиленгликоль с содержанием воды 30 масс. %. Процессы массообмена были реализованы в половолоконном мембранном абсорбере, содержащем мембрану на основе пористого полипропилена, по аналогии примерам 2-6 с использованием раствора абсорбента, охлажденного до температур (-10°С) - (-40°С). Абсорбент охлаждали с использованием холодильного цикла на поршневом компрессоре Maneurop NTZ. Циркуляцию абсорбента в контуре поддерживали, обеспечивая среднюю линейную скорость жидкости вдоль мембраны 0,3 м/с. Тестирование способа проводили с использованием в качестве сырьевого газа компримированного воздуха с давлением 1-10 бар, имеющим 100% относительную влажность при температуре 25°С. Определение остаточного содержания паров воды в подготовленном газе проводили двумя независимыми методами: с использованием датчиков температуры-влажности HIH-4000 и визуального гигрометра с охлаждаемым зеркалом ТОРОС-3ВУ.Removal of water vapor from compressed air using the absorption-condensation method on nanoporous membranes was carried out using a water-ethylene glycol solution with a water content of 30 wt. %. Mass transfer processes were implemented in a hollow fiber membrane absorber containing a membrane based on porous polypropylene, by analogy with examples 2-6 using an absorbent solution cooled to temperatures (-10 ° C) - (-40 ° C). The absorbent was cooled using a refrigeration cycle on a Maneurop NTZ reciprocating compressor. The circulation of the absorbent in the loop was maintained, providing an average linear velocity of the liquid along the membrane of 0.3 m / s. Testing of the method was carried out using compressed air at a pressure of 1-10 bar as a feed gas, having 100% relative humidity at a temperature of 25 ° C. The determination of the residual content of water vapor in the prepared gas was carried out by two independent methods: using HIH-4000 temperature-humidity sensors and a TOROS-3VU visual hygrometer with a cooled mirror.
Реализация способа позволяет добиться снижения температуры точки росы газа на ~5-8°С ниже температуры абсорбента при температурах абсорбента 0°С - (-10°С) и на ~1-4°С ниже температуры абсорбента при температурах абсорбента до (-28°С) для диапазона удельной скорости подачи сырьевой смеси 0,5-12 н.м3/(м2(мембраны)⋅час) (Фиг. 6, Табл. 1). При этом, степень удаления паров воды достигает 99%. Снижение температуры абсорбента приводит к снижению разницы достижимой точки росы подготовленной смеси и температуры абсорбента и снижению степени удаления паров воды за счет уменьшения перепада парциального давления газ/абсорбент и снижения равновесного парциального давления над раствором абсорбента с уменьшением температуры. При этом значения относительной энергоэффективности осушения, рассчитанные, как соотношение энергозатрат на подготовку газа с использованием предложенной технологии к энергозатратам на подготовку газа до той же температуры точки росы с использованием классической рефрижераторной технологии достигают 150-160%, что свидетельствует о гораздо более высокой энергоэффективности предложенного процесса, по сравнению с традиционной рефрижераторной технологией. Скорость удаления паров воды с использованием растворов вода-этиленгликоль достигает 350 н.л/(м2(мембраны)⋅час) и при удельной площади контактной поверхности до 3200 м2/м3(аппарата) позволяет достичь удельной объемной производительности удаления паров воды более 1000 н.м3/(м3(аппарата)⋅час), что существенно превосходит характеристики традиционных абсорбционных колонн и устройств рефрижераторной подготовки.The implementation of the method allows to achieve a decrease in the gas dew point temperature by ~ 5-8 ° C below the temperature of the absorbent at temperatures of the absorbent 0 ° C - (-10 ° C) and ~ 1-4 ° C below the temperature of the absorbent at temperatures of the absorbent to (-28 ° C) for the range of the specific feed rate of the raw mixture 0.5-12 nm 3 / (m 2 (membrane) ⋅hour) (Fig. 6, Table 1). At the same time, the degree of water vapor removal reaches 99%. A decrease in the temperature of the absorbent leads to a decrease in the difference between the attainable dew point of the prepared mixture and the temperature of the absorbent and a decrease in the degree of removal of water vapor due to a decrease in the gas / absorbent partial pressure drop and a decrease in the equilibrium partial pressure over the absorbent solution with decreasing temperature. At the same time, the values of the relative energy efficiency of dehumidification, calculated as the ratio of energy consumption for gas preparation using the proposed technology to energy consumption for gas preparation up to the same dew point temperature using classical refrigeration technology, reach 150-160%, which indicates a much higher energy efficiency of the proposed process , compared to traditional refrigerated technology. The rate of water vapor removal using water-ethylene glycol solutions reaches 350 nl / (m 2 (membrane) )hour) and with a specific contact surface area of up to 3200 m 2 / m 3 (apparatus), it allows to achieve a specific volumetric efficiency of water vapor removal over 1000 Nm 3 / (m 3 (apparatus) ⋅hour), which significantly exceeds the characteristics of traditional absorption columns and refrigeration equipment.
Пример 12. Удаление паров углеводородов и воды из компримированного попутного нефтяного газа с использованием в качестве абсорбента растворов вода-этиленгликоль с содержанием воды 30 масс. %. охлажденного до (-20°С)Example 12. Removal of vapors of hydrocarbons and water from compressed associated petroleum gas using water-ethylene glycol solutions with a water content of 30 wt. %. chilled to (-20 ° C)
Удаление паров воды и углеводородов из попутного нефтяного газа с использованием абсорбционно-конденсационного способа на нанопористых мембранах осуществляли с использованием в качестве абсорбента раствора вода-этиленгликоль с содержанием воды 30 масс. %. Процессы массообмена были реализованы в половолоконном мембранном абсорбере аналогично примерам 2-6 с использованием раствора абсорбента, охлажденного до температуры (-20°С). Абсорбент охлаждали с использованием холодильного цикла на поршневом компрессоре Maneurop NTZ. Тестирование способа проводили с использованием в качестве сырьевого смеси газа следующего состава 50 об. % СН4, 25 об. % С2Н6, 10 об. % С3Н8, 5 об. % n-С4Н10, 5 об. % i-C4H10, 2,5% об. С5Н12, 2.5 об. % С6Н16, при давлении 6 бар, обладающего 100% влажностью при температуре 25°С. Данная сырьевая смесь имитирует попутный нефтяной газ II ступени сепарации. Определение остаточного содержания паров воды в подготовленном газе проводили двумя независимыми методами: с использованием датчиков температуры-влажности HIH-4000 и визуального гигрометра с охлаждаемым зеркалом ТОРОС-3ВУ. Определение углеводородного состава исходной смеси и подготовленного ретентата проводили с использованием газового хроматографа АХТ-ПГ.The removal of water vapors and hydrocarbons from associated petroleum gas using the absorption-condensation method on nanoporous membranes was carried out using a water-ethylene glycol solution with a water content of 30 wt. %. Mass transfer processes were carried out in a hollow fiber membrane absorber similarly to examples 2-6 using an absorbent solution cooled to a temperature (-20 ° C). The absorbent was cooled using a refrigeration cycle on a Maneurop NTZ reciprocating compressor. Testing of the method was carried out using a gas of the following composition as a raw material mixture of 50 vol. % CH 4 , 25 vol. % C 2 H 6 , 10 vol. % C 3 H 8 , 5 vol. % n-C 4 H 10 , 5 vol. % iC 4 H 10 , 2.5% vol. C 5 H 12 , 2.5 vol. % C 6 H 16 , at a pressure of 6 bar, having 100% humidity at a temperature of 25 ° C. This raw mixture simulates associated petroleum gas of the II separation stage. The determination of the residual content of water vapor in the prepared gas was carried out by two independent methods: using temperature-humidity sensors HIH-4000 and a visual hygrometer with a cooled mirror TOROS-3VU. Determination of the hydrocarbon composition of the initial mixture and the prepared retentate was carried out using an AHT-PG gas chromatograph.
Реализация предложенного способа позволяет добиться снижения температуры точки росы по воде до температуры (-22°С), что на 2°С ниже, чем температура абсорбента.The implementation of the proposed method allows you to reduce the dew point temperature for water to a temperature (-22 ° C), which is 2 ° C lower than the temperature of the absorbent.
Температура точки росы по углеводородам снижается до (-20°С), что соответствует полному теплообмену газа с охлажденным абсорбентом, однако, в следствие малой растворимости углеводородов в полярном растворе вода-этиленгликоль углеводородный конденсат выделяется в сепараторе на выходе из мембранного блока. Состав исходного попутного газа, части газа, абсорбируемой жидкой фазой, отсепарированного углеводородного конденсата и подготовленного рететната приведен в таблице 2. По отношению к парам воды данный процесс также демонстрирует более высокую энергоэффективность, по сравнению с традиционной рефрижераторной технологией.The dew point temperature for hydrocarbons decreases to (-20 ° C), which corresponds to complete heat exchange of the gas with the cooled absorbent, however, due to the low solubility of hydrocarbons in the polar water-ethylene glycol solution, hydrocarbon condensate is released in the separator at the outlet of the membrane unit. The composition of the initial associated gas, part of the gas absorbed by the liquid phase, separated hydrocarbon condensate and prepared retetnate are shown in Table 2. In relation to water vapor, this process also demonstrates higher energy efficiency compared to traditional refrigeration technology.
Следует отметить, что для реализации данного способа осушения смесей могут быть также использованы мембраны, материал которых устойчив в контакте с используемыми абсорбентами. В частности, такие мембраны могут быть изготовлены из политетрафторэтилена, полисульфона, полиэфирсульфона, поливинилиденфторида, оксида алюминия и оксида титана, и быть выполненными в плоскорамной и половолоконной геометрии [6]. Свойства мембраны, такие как пористость, размер и толщина мембраны будут определять площадь мембраны, требуемую для реализации межфазного контакта.It should be noted that for the implementation of this method of drying mixtures, membranes can also be used, the material of which is stable in contact with the used absorbents. In particular, such membranes can be made of polytetrafluoroethylene, polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, aluminum oxide and titanium oxide, and be made in a flat-frame and hollow fiber geometry [6]. Membrane properties such as porosity, membrane size and thickness will determine the membrane area required to achieve interfacial contact.
Заявляемый способ абсорбционно-конденсационного осушения основан на удалении паров воды и/или других конденсируемых компонентов из газовой смеси за счет обеспечения их транспорта через нанопористую мембрану и поглощения абсорбентом, охлажденным на 10-60°С ниже температуры осушаемой смеси. В результате удалось достичь повышения производительности и энергоэффективности процесса осушения относительно способов, основанных на применении традиционных абсорбционных колонн и устройств рефрижераторной подготовки за счет синергетического эффекта, обеспечиваемого одновременным протеканием процессов абсорбции за счет использования абсорбентов, имеющих более низкое равновесное давление паров воды, чем в осушаемой газовой смеси и конденсации паров за счет использования абсорбента более низкой температуры.The inventive method of absorption-condensation dehumidification is based on the removal of water vapor and / or other condensable components from the gas mixture by ensuring their transport through a nanoporous membrane and absorption by an absorbent cooled 10-60 ° C below the temperature of the mixture being dried. As a result, it was possible to achieve an increase in the productivity and energy efficiency of the drying process relative to methods based on the use of traditional absorption columns and refrigeration treatment devices due to the synergistic effect provided by the simultaneous occurrence of absorption processes due to the use of absorbents having a lower equilibrium water vapor pressure than in the dried gas. mixtures and condensation of vapors through the use of a lower temperature absorbent.
Список использованной литературыList of used literature
[1] М.М. Rafique, P. Gandhidasan, H.M.S. Bahaidarah, Liquid desiccant materials and dehumidifiers - A review, Renew. Sustain. ENERGY Rev. 56 (2016) 179-195. doi: 10.1016/j.rser.2015.11.061.[1] M.M. Rafique, P. Gandhidasan, H.M.S. Bahaidarah, Liquid desiccant materials and dehumidifiers - A review, Renew. Sustain. ENERGY Rev. 56 (2016) 179-195. doi: 10.1016 / j.rser.2015.11.061.
[2] A.L. Kohl, R. (Richard В.. Nielsen, Gas purification., Gulf Pub, 1997.[2] A.L. Kohl, R. (Richard B. Nielsen, Gas purification., Gulf Pub, 1997.
[3] C. Isetti, E. Nannei, B. Orlandini, Three-fluid membrane contactors for improving the energy efficiency of refrigeration and air-handling systems, Int. J. Ambient Energy. 34 (2013) 181-194. doi:10.1080/01430750.2012.755905.[3] C. Isetti, E. Nannei, B. Orlandini, Three-fluid membrane contactors for improving the energy efficiency of refrigeration and air-handling systems, Int. J. Ambient Energy. 34 (2013) 181-194. doi: 10.1080 / 01430750.2012.755905.
[4] M.R.H. Abdel-Salam, R.W. Besant, C.J. Simonson, Design and testing of a novel 3-fluid liquid-to-air membrane energy exchanger (3-fluid LAMEE), Int. J. Heat Mass Transf. 92 (2016)312-329. doi:https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.08.075.[4] M.R.H. Abdel-Salam, R.W. Besant, C.J. Simonson, Design and testing of a novel 3-fluid liquid-to-air membrane energy exchanger (3-fluid LAMEE), Int. J. Heat Mass Transf. 92 (2016) 312-329. doi: https: //doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.08.075.
[5] D.R. Cordray, L.R. Kaplan, P.M. Woyciesjes, T.F. Kozak, Solid - liquid phase diagram for ethylene glycol + water, Fluid Phase Equilib. 117 (1996) 146-152. doi:https://doi.org/l 0.1016/0378-3 812(95)02947-8.[5] D.R. Cordray, L.R. Kaplan, P.M. Woyciesjes, T.F. Kozak, Solid - liquid phase diagram for ethylene glycol + water, Fluid Phase Equilib. 117 (1996) 146-152. doi: https: //doi.org/l 0.1016 / 0378-3 812 (95) 02947-8.
[6] X. Liu, M. Qu, X. Liu, L. Wang, Membrane-based liquid desiccant air dehumidification: A comprehensive review on materials, components, systems and performances, Renew. Sustain. Energy Rev. 110 (2019) 444-466. doi:https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.04.018.[6] X. Liu, M. Qu, X. Liu, L. Wang, Membrane-based liquid desiccant air dehumidification: A comprehensive review on materials, components, systems and performances, Renew. Sustain. Energy Rev. 110 (2019) 444-466. doi: https: //doi.org/10.1016/j.rser.2019.04.018.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019145178A RU2729243C1 (en) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | Absorption-condensation method of drying natural and process gas mixtures on nanoporous membranes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019145178A RU2729243C1 (en) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | Absorption-condensation method of drying natural and process gas mixtures on nanoporous membranes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2729243C1 true RU2729243C1 (en) | 2020-08-05 |
Family
ID=72085858
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019145178A RU2729243C1 (en) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | Absorption-condensation method of drying natural and process gas mixtures on nanoporous membranes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2729243C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120079852A1 (en) * | 2009-07-30 | 2012-04-05 | Paul Scott Northrop | Systems and Methods for Removing Heavy Hydrocarbons and Acid Gases From a Hydrocarbon Gas Stream |
EP2622280A1 (en) * | 2010-09-30 | 2013-08-07 | Universita' degli Studi di Genova | Contactor module with hydrophobic capillary membranes, integrated in a heat exchanger and hybrid plant for the dehumidification/conditioning of air |
RU2672452C1 (en) * | 2018-01-25 | 2018-11-14 | Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть") | Membrane contactor for cleaning natural and technological gases from acid components |
RU2696445C2 (en) * | 2017-12-29 | 2019-08-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Method for increasing selectivity of nanoporous membranes for extraction of condensed components from gas mixtures and modified membrane obtained using said method |
-
2019
- 2019-12-30 RU RU2019145178A patent/RU2729243C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120079852A1 (en) * | 2009-07-30 | 2012-04-05 | Paul Scott Northrop | Systems and Methods for Removing Heavy Hydrocarbons and Acid Gases From a Hydrocarbon Gas Stream |
EP2622280A1 (en) * | 2010-09-30 | 2013-08-07 | Universita' degli Studi di Genova | Contactor module with hydrophobic capillary membranes, integrated in a heat exchanger and hybrid plant for the dehumidification/conditioning of air |
RU2696445C2 (en) * | 2017-12-29 | 2019-08-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Method for increasing selectivity of nanoporous membranes for extraction of condensed components from gas mixtures and modified membrane obtained using said method |
RU2672452C1 (en) * | 2018-01-25 | 2018-11-14 | Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть") | Membrane contactor for cleaning natural and technological gases from acid components |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102179129B (en) | Treatment process for absorbed condensate waste gas | |
US20140157985A1 (en) | Dehumidification Systems and Methods Thereof | |
CA3017705C (en) | Carbon dioxide recovery method and recovery apparatus | |
WO2011140117A2 (en) | Carbon dioxide capture from power or process plant gases | |
TW201248099A (en) | Cryogenic CO2 separation using a refrigeration system | |
NO316947B1 (en) | Method for absorbing ± n or more gas components from a gas phase | |
EP0518931A4 (en) | Refrigeration process with purge and recovery of refrigerant | |
Fakharnezhad et al. | Experimental investigation of gas dehumidification by tri-ethylene glycol in hollow fiber membrane contactors | |
Tu et al. | Water recovery from stripping gas overhead CO2 desorber through air cooling enhanced by transport membrane condensation | |
RU2602908C9 (en) | Method of natural gas cleaning from impurities during its preparation for production of liquefied methane, ethane and hydrocarbons wide fraction | |
Roy et al. | Poly (acrylamide-co-acrylic acid) hydrophilization of porous polypropylene membrane for dehumidification | |
US20240017202A1 (en) | Device, system, and method for carbon dioxide capture in humid conditions | |
US20210229024A1 (en) | Enhanced refrigeration purge system | |
AU2013350316B2 (en) | Process and apparatus for heat integrated liquid absorbent regeneration through gas desorption | |
RU2729243C1 (en) | Absorption-condensation method of drying natural and process gas mixtures on nanoporous membranes | |
JP2010516607A (en) | Method for separating gaseous carbon dioxide contained in a gas mixture | |
JP2011067792A (en) | Separating and recovering system | |
Petukhov et al. | Porous polypropylene membrane contactors for dehumidification of gases | |
CN104673417B (en) | The system and method for precooling and dry decontamination for natural gas from coal | |
Petukhov et al. | Membrane condenser heat exchanger for conditioning of humid gases | |
KR101777119B1 (en) | Apparatus for removing moisture from natural gas and the method for removing moisture from natural gas by using the same | |
CN108602018A (en) | The film regenerative system of acid gas capture solvent | |
RU112840U1 (en) | ODORANT ADSORPTION DRY BLOCK | |
RU2456059C2 (en) | Method of gas treatmentand device to this end | |
Hansa et al. | Post Combustion Carbon Dioxide Capture |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210329 Effective date: 20210329 |