Процес перегонки і мембранного розділяння для очищання сумішей флюїдів (варіанти) та пристрій для їх здійснення

Номер патенту: 83658

Опубліковано: 11.08.2008

Автори: Пітш Стівен Дж., Коллінг Крейг В., Хуфф Джордж А., Джр.

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Процес розділяння очищених продуктів із флюїдної суміші за допомогою комбінованого пристрою фракційної перегонки і селективного мембранного розділяння, який включає у себе:

а) надання комбінованого пристрою розділяння, який містить колону фракційної перегонки і мембранний пристрій, розрахований на використання мембрани селективного проникнення для розділяння одного чи більше компонентів із флюїдної суміші двох чи більше сполук;

б) видобування із зазначеної колони флюїдної фракції, утвореної внаслідок фракційної перегонки сировини, що містить дві чи більше сполук з різними температурами кипіння;

в) постачання всієї або частини фракції, видобутої з колони, у мембранний пристрій для розділяння цієї фракції на проникну і непроникну флюїдні речовини, що містять різні кількості принаймні однієї зі сполук; і

г) регулювання ентальпії для підтримання коефіцієнта мембранної ефективності стосовно непроникної флюїдної речовини в заданих межах, наприклад, приблизно від 0,5 до 1,5.

2. Процес за п. 1, який відрізняється тим, що флюїдною речовиною, видобутою із колони, є практично пара, а принаймні частина непроникної флюїдної речовини повертається в колону практично у формі рідини.

3. Процес за п. 1, який відрізняється тим, що він також включає у себе видобування потоку очищеного проникного продукту із мембранного пристрою і одного чи більше потоків очищеного продукту із колони фракційної перегонки.

4. Процес за п. 3, який відрізняється тим, що домінуючим компонентом флюїдного очищеного продукту є пропілен.

5. Процес за п. 1, який відрізняється тим, що потоком флюїдної речовини, видобутої із колони фракційної перегонки, є практично пароподібний головний дистилят, частина якого використовується як джерело рідини зворотного стоку для колони.

6. Процес розділяння очищених продуктів із флюїдної суміші за допомогою комбінованого пристрою фракційної перегонки і мембранного розділяння, який включає у себе:

а) надання пристрою розділяння, який містить колону фракційної перегонки, котра має відповідні ступені контактування пари з рідиною, входи і виходи, серед яких принаймні один вихід сполучений потоком з мембранним пристроєм, що містить множину твердих мембран селективного проникнення, котрі в умовах відповідного перепаду рушійних сил виявляють проникність принаймні 0,1 Barrer, канали, що мають принаймні один вхід і один вихід для потоку флюїдної речовини в контакті з однією стороною мембрани, і суміжну з протилежною її стороною камеру проникного продукту, яка має принаймні один вихід для потоку проникного продукту;

б) розділяння шляхом фракційної перегонки сировини, що містить суміш флюїдних речовин, включаючи компонент з низькою температурою кипіння і компонент з високою температурою кипіння, і в результаті цього - постачання в колону вихідного потоку, збагаченого на один компонент відносно іншого компонента;

в) постачання потоку вихідного продукту цієї колони, виведеного безпосередньо або будь-яким іншим, непрямим, шляхом з неї на входи каналів мембранного пристрою; і

г) розділяння цього поданого потоку шляхом селективного проникнення з одержанням у результаті цього очищеної проникної речовини і непроникної речовини при регулюванні ентальпії зазначеного поданого потоку таким чином, щоб підтримувати коефіцієнт мембранної ефективності щодо непроникної флюїдної речовини в межах приблизно від 0,5 до 1,5.

7. Процес за п. 6, який відрізняється тим, що пристрій розділяння містить також засоби для пропорційного поділу вихідної пари головного дистиляту принаймні на першу частину для повернення в колону фракційної перегонки і другу частину, і засоби для використання зазначеної першої частини як рідини зворотного стоку.

8. Процес за п. 7, який відрізняється тим, що зазначену другу частину подають на входи каналів мембранного пристрою.

9. Процес за п. 6, який відрізняється тим, що принаймні частину флюїдного непроникного продукту повертають у колону фракційної перегонки.

10. Процес за п. 6, який відрізняється тим, що він включає у себе також видобування із колони очищеного продукту перегонки, збагаченого на один компонент відносно іншого компонента сировини.

11. Процес за п. 6, який відрізняється тим, що сировина містить суміш алканової сполуки, що має від 2 до 4 атомів вуглецю, й алкенової сполуки, що має таке саме число атомів вуглецю, що і домінуючий компонент потоку сировини.

12. Процес за п. 11, який відрізняється тим, що зазначена суміш має об'ємне співвідношення рідини алкенової й алканової сполук, що лежить у межах приблизно від 1,5 до 4.

13. Процес за п. 6, який відрізняється тим, що потік очищеного проникного продукту містить принаймні 95 % пропілену.

14. Процес перегонки і мембранного розділяння для очищання сумішей флюїдів за допомогою комбінованого пристрою перегонки і мембранного розділяння, який включає у себе:

а) надання пристрою розділяння, що містить (а) колону фракційної перегонки, яка має вихід пари головного дистиляту в сполученні потоком з компресором, внутрішню або зовнішню поверхню теплопередачі, одна сторона якої входить у контакт з флюїдною речовиною на дні колони, а протилежна сторона входить у контакт зі стиснутою парою головного дистиляту, (b) компресор, сполучений потоком із засобами пропорційного поділу стиснутої пари між поверхнею теплопередачі колони, дефлегматором колони і охолоджувачем мембрани, сполученим потоком з мембранним пристроєм селективного проникнення, (с) мембранний пристрій, що містить тверду мембрану селективного проникнення, яка при відповідному перепаді рушійної сили виявляє проникність принаймні 0,1 Barrer, канали, що мають принаймні один вхід і один вихід потоку флюїдної речовини в контакті з однією стороною мембрани, і суміжну з протилежною її стороною камеру проникного продукту, що має принаймні один вихід для потоку проникного продукту, і (d) засоби сполучання потоком між протилежною стороною поверхні теплопередачі колони і колоною фракційної перегонки;

б) розділяння шляхом фракційної перегонки сировини, яка містить флюїдну суміш, що включає у себе низькокиплячий компонент і висококиплячий компонент, і в результаті цього - постачання потоку пари, збагаченого на низькокиплячий компонент, у компресор;

в) стискання пари головного дистиляту і розподіляння його частин між поверхнею теплопередачі колони, дефлегматором колони і безпосередньо або непрямим чином - з мембранним пристроєм селективної проникності; і

г) відділяння від потоку, поданого в мембранний пристрій, потоку непроникного продукту шляхом селективного проникнення при регулюванні ентальпії цього поданого потоку так, щоб підтримувати коефіцієнт мембранної ефективності стосовно непроникної флюїдної речовини в межах, приблизно, від 0,5 до 1,5.

15. Процес за п. 14, який відрізняється тим, що він включає у себе також видобування із колони очищеного продукту перегонки, збагаченого на один із компонентів відносно іншого компонента сировини.

16. Процес за п. 15, який відрізняється тим, що принаймні частину флюїдного непроникного продукту повертають у колону фракційної перегонки.

17. Процес за п. 15, який відрізняється тим, що він включає у себе також видобування із колони очищеного продукту перегонки, збагаченого на низькокиплячий компонент відносно сировини.

18. Процес за п. 15, який відрізняється тим, що потік очищеного проникного продукту містить принаймні 95 % пропілену.

19. Комбінований пристрій перегонки і мембранного розділяння, який містить:

- колону фракційної перегонки, яка має головний вихід пари, сполучений потоком з компресором, і внутрішню або зовнішню поверхню теплопередачі, одна сторона якої входить у контакт з флюїдною речовиною на дні колони, а протилежна сторона входить у контакт зі стисненою парою головного дистиляту;

- компресор, сполучений потоком із засобами пропорційного поділу стисненої пари між поверхнею теплопередачі колони, дефлегматором колони і охолоджувачем мембрани, сполученим потоком з мембранним пристроєм селективного проникнення;

- мембранний пристрій, що містить тверду мембрану селективного проникнення, яка під дією відповідного перепаду рушійної сили виявляє проникність принаймні 0,1Ваrrеr, канали, що мають принаймні один вхід і один вихід для проходження крізь них флюїдної речовини в контакті з однією стороною мембрани і суміжну з її протилежною стороною камеру проникного продукту, що має принаймні один вихід для потоку проникного продукту; і

-  засоби сполучання потоком між протилежною стороною поверхні теплопередачі колони і колоною фракційної перегонки.

20. Пристрій за п. 19, який відрізняється тим, що він містить також засоби для сполучання між виходами каналів мембранного пристрою і колоною фракційної перегонки.

Текст

1. Процес розділяння очищених продуктів із флюїдної суміші за допомогою комбінованого пристрою фракційної перегонки і селективного мембранного розділяння, який включає у себе: а) надання комбінованого пристрою розділяння, який містить колону фракційної перегонки і мембранний пристрій, розрахований на використання мембрани селективного проникнення для розділяння одного чи більше компонентів із флюїдної суміші двох чи більше б) видобування із зазначеної колони флюїдної сполук; фракції, утвореної внаслідок фракційної перегонки сировини, що містить дві чи більше сполук з різними температурами кипіння; в) постачання всієї або частини фракції, видобутої з колони, у мембранний пристрій для розділяння цієї фракції на проникну і непроникну флюїдні речовини, що містять різні кількості принаймні однієї зі сполук; і г) регулювання ентальпії для підтримання коефіцієнта мембранної ефективності стосовно непроникної флюїдної речовини в заданих межах, наприклад, приблизно від 0,5 до 1,5. 2. Процес за п. 1, який відрізняється тим, що флюїдною речовиною, видобутою із колони, є 2 (19) 1 3 83658 г) розділяння цього поданого потоку шляхом селективного проникнення з одержанням у результаті цього очищеної проникної речовини і непроникної речовини при регулюванні ентальпії зазначеного поданого потоку таким чином, щоб підтримувати коефіцієнт мембранної ефективності щодо непроникної флюїдної речовини в межах приблизно від 0,5 до 1,5. 7. Процес за п. 6, який відрізняється тим, що пристрій розділяння містить також засоби для пропорційного поділу вихідної пари головного дистиляту принаймні на першу частину для повернення в колону фракційної перегонки і другу частин у, і засоби для використання зазначеної першої частини як рідини зворотного стоку. 8. Процес за п. 7, який відрізняється тим, що зазначену другу частин у подають на входи каналів мембранного пристрою. 9. Процес за п. 6, який відрізняється тим, що принаймні частину флюїдного непроникного продукту повертають у колону фракційної перегонки. 10. Процес за п. 6, який відрізняється тим, що він включає у себе також видобування із колони очищеного продукту перегонки, збагаченого на один компонент відносно іншого компонента сировини. 11. Процес за п. 6, який відрізняється тим, що сировина містить суміш алканової сполуки, що має від 2 до 4 атомів вуглецю, й алкенової сполуки, що має таке саме число атомів вуглецю, що і домінуючий компонент потоку сировини. 12. Процес за п. 11, який відрізняється тим, що зазначена суміш має об'ємне співвідношення рідини алкенової й алканової сполук, що лежить у межах приблизно від 1,5 до 4. 13. Процес за п. 6, який відрізняється тим, що потік очищеного проникного продукту містить принаймні 95 % пропілену. 14. Процес перегонки і мембранного розділяння для очищання сумішей флюїдів за допомогою комбінованого пристрою перегонки і мембранного розділяння, який включає у себе: а) надання пристрою розділяння, що містить (а) колону фракційної перегонки, яка має вихід пари головного дистиляту в сполученні потоком з компресором, внутрішню або зовнішню поверхню теплопередачі, одна сторона якої входить у контакт з флюїдною речовиною на дні колони, а протилежна сторона входить у контакт зі стиснутою парою головного дистиляту, (b) компресор, сполучений потоком із засобами пропорційного поділу стиснутої пари між поверхнею теплопередачі колони, дефлегматором колони і охолоджувачем мембрани, сполученим потоком з мембранним пристроєм селективного проникнення, (с) мембранний пристрій, що містить тверду мембрану селективного проникнення, яка при відповідному перепаді рушійної сили виявляє проникність принаймні 0,1 Barrer, канали, що мають принаймні один вхід і один вихід потоку флюїдної речовини в контакті з однією стороною мембрани, і суміжну з протилежною її стороною камеру проникного продукту, що має принаймні один вихід для потоку проникного продукту, і (d) засоби сполучання потоком між протилежною стороною поверхні теплопередачі колони і колоною фракційної перегонки; 4 б) розділяння шляхом фракційної перегонки сировини, яка містить флюїдну суміш, що включає у себе низькокиплячий компонент і висококиплячий компонент, і в результаті цього - постачання потоку пари, збагаченого на низькокиплячий компонент, у компресор; в) стискання пари головного дистиляту і розподіляння його частин між поверхнею теплопередачі колони, дефлегматором колони і безпосередньо або непрямим чином - з мембранним пристроєм селективної проникності; і г) відділяння від потоку, поданого в мембранний пристрій, потоку непроникного продукту шляхом селективного проникнення при регулюванні ентальпії цього поданого потоку так, щоб підтримувати коефіцієнт мембранної ефективності стосовно непроникної флюїдної речовини в межах, приблизно, від 0,5 до 1,5. 15. Процес за п. 14, який відрізняється тим, що він включає у себе також видобування із колони очищеного продукту перегонки, збагаченого на один із компонентів відносно іншого компонента сировини. 16. Процес за п. 15, який відрізняється тим, що принаймні частину флюїдного непроникного продукту повертають у колону фракційної перегонки. 17. Процес за п. 15, який відрізняється тим, що він включає у себе також видобування із колони очищеного продукту перегонки, збагаченого на низькокиплячий компонент відносно сировини. 18. Процес за п. 15, який відрізняється тим, що потік очищеного проникного продукту містить принаймні 95 % пропілену. 19. Комбінований пристрій перегонки і мембранного розділяння, який містить: - колону фракційної перегонки, яка має головний вихід пари, сполучений потоком з компресором, і внутрішню або зовнішню поверхню теплопередачі, одна сторона якої входить у контакт з флюїдною речовиною на дні колони, а протилежна сторона входить у контакт зі стисненою парою головного дистиляту; - компресор, сполучений потоком із засобами пропорційного поділу стисненої пари між поверхнею теплопередачі колони, дефлегматором колони і охолоджувачем мембрани, сполученим потоком з мембранним пристроєм селективного проникнення; - мембранний пристрій, що містить тверду мембрану селективного проникнення, яка під дією відповідного перепаду рушійної сили виявляє проникність принаймні 0,1Ваrrеr, канали, що мають принаймні один вхід і один вихід для проходження крізь них флюїдної речовини в контакті з однією стороною мембрани і суміжну з її протилежною стороною камеру проникного продукту, що має принаймні один вихід для потоку проникного продукту; і - засоби сполучання потоком між протилежною стороною поверхні теплопередачі колони і колоною фракційної перегонки. 20. Пристрій за п. 19, який відрізняється тим, що він містить також засоби для сполучання між виходами каналів мембранного пристрою і колоною фракційної перегонки. 5 83658 Даний винахід стосується процесів видобування очищених продуктів із сумішей флюїдів за допомогою комбінованого пристрою, що об'єднує фракційну перегонку і розділяння мембраною селективної проникності. Комбінований пристрій згідно з даним винаходом об'єднує в собі колону фракційної перегонки з одним чи більше пристроями, що містять мембрани селективної проникності для видобування очищених продуктів. Запропонований пристрій є особливо корисним для одночасного видобування проникного продукту дуже високої чистоти, одного чи більше продуктів перегонки і/або цільової непроникної речовини із суміші флюїдів, що містить принаймні дві сполуки з різними температурами кипіння. Існують мембрани двох типів, що використовуються для розділяння газоподібних сумішей: мікропористі і безпористі. Основоположні закони, які керують явищем селективного проходження потоків газів крізь мікропористі мембрани, як відомо, були відкриті T.Грехемом (T.Graham). Якщо при розділянні газової суміші розмір пор мікропористої мембрани є малим порівняно із середньою довжиною вільного пробігу молекул газу, що не сконденсовується, то речовина, яка пройшла крізь мембрану, стає збагаченою на газ меншої молекулярної маси. Максимальне збагачення, якого можна досягати таким шляхом, є дуже малим як з погляду теорії, так і на практиці, оскільки співвідношення молекулярних мас більшості газів не є достатньо великим, а селективність до них з боку мембран є пропорційною квадратному кореню цього співвідношення. Отже для ефективного відділяння даного газу від газової суміші такий процес повинен складатися з багатьох стадій. Але оскільки мембранний спосіб розділяння базується лише на масовому співвідношенні і не враховує хімічних відмінностей між речовинами, що розділяються, він став єдиним, який дозволяв розділяти ізотопи даного елемента. Саме це і послужило причиною того, що він одержав застосування у збагаченні урану на розщеплюваний ізотоп 235 у розробках атомної бомби під час Другої світової війни. Але такий спосіб розділяння є дуже дорогим через великі капітальні затрати, необхідні для здійснення процесів розділяння великих кількостей газів, жорсткі технічні умови щодо мембран, від яких потребується висока пористість і малий розмір пор, і велику енергоємність технологічного процесу. У пристроях з безпористими мембранами, молекули через мембрану проходять не інтенсивним потоком, а дуже поволі, інакше кажучи, проникають. Під час проникнення через безпористу мембрану відбувається розділяння різних молекул внаслідок їхньої різної дифузійної здатності і розчинності в мембранній матриці. При цьому на швидкість транспортування кожного з видів молекул через цю матрицю впливає не тільки розмір молекул, але також хімічна природа як цих молекул, так і самої полімерної матриці. Таким чином, у 6 принципі, може здійснюватися практично корисне розділяння речовин. У даній галузі відомо багато процесів виготовлення мембран, що мають як високу селективність, так і здатність перепускати великі потоки оброблюваної речовини. Мембрана, яка не є здатною перепускати крізь себе достатньо великі потоки, повинна для забезпечення економічно ефективного процесу обробки мати велику поверхню. На сьогоднішній день добре відомо, що численні полімери є набагато більш проникними для полярних газів (таких, як H2O, CO2, H2S і SO 2), ніж для неполярних газів (N2, O2, і CH4), і що гази з малими розмірами молекул (Не, H2) проникають через полімери набагато легше, ніж грубі молекули (CH4, C2H4). Застосування процесів мембранного розділяння набуло в хімічній технології великого значення. При цьому останні 15 років мембранна технологія застосовується, головним чином, для розділяння газів. Так, значне місце мембранна технологія займає сьогодні у виробництві азоту з повітря, видаленні двоокису вуглецю із природного газу і в очищанні водню. У нафтохімічній промисловості найважчими для розділяння об'єктами є легкі олефіни і парафіни. Через дуже близьку подібність їхньої леткості, легкі олефіни потребують для їх очищання застосовува ти енергоємні, багатотарільчасті дистиляційні колони. Застосування мембран у розділянні олефінів і парафінів привертає до себе увагу вже багато років. Так, у [патентах США №№3,758,603 і 3,864,418 авторів Robert D. Hughes і Edward F. Steigelmann], описані мембрани, що використовувалися разом з технологією металоорганічних комплексів, для полегшення відділяння етилену від метану й етану Аналогічні гібридні процеси з використанням металоорганічних комплексів і мембран, що одержали назву "мембран полегшеного транспортування", були описані в [патентах США №4,060,566 (Robert L. Yahnke) і №4,614,524 (Menahem A. Kraus)]. Увага цих праць була сфокусована, головним чином, на внутрішні х деталях мембранного пристрою полегшеного транспортування, а не на тому, як інтегрувати в процес вироблення продукту, що задовольняє ринковим нормам. Відомі процеси очищання олефінів за допомогою мембран базувалися на використанні мембран полегшеного транспортування разом з дистиляційними колонами. А. Сенгпет [у статті A. Sungpet et al., "Separation of Ethylene from Ethane Using Perfluorosulfonic Acid Ion-Exchange Membranes", ACS Symposium Series "Chemical Separations with Liquid Membranes," 270-285 (1996)], стверджує, що селективність і проникність мембран для розділяння олефінів і парафінів є, з погляду практичного застосування, занадто низькими, у зв'язку з чим мембрани були об'єднані з іншими сепараторними процесами для досягнення бажаного розділяння. Автори даного винаходу вважають, що об'єднання мембран з процесом перегонки є привабливим 7 83658 також з того приводу, що воно дозволяє максимально використовувати великі потужності вже існуючих дистиляційних апаратів для очищання олефінів. Однією із перших дослідницьких публікацій щодо комбінування мембран полегшеного транспортування з процесом перегонки для розділяння олефінів і парафінів була стаття [D. Gottschlich and D. Roberts, "Energy Minimization of Separation Process Using Conventional/Membrane Systems", SRI Project 6519 and DOE Contract Number DE-AC0776ID01570 (1990)]. У цій роботі досліджувався процес розділяння пропілену і пропану із застосуванням мембрани полегшеного транспортування, встановленої на дно дистиляційної колони. Оскільки пропілен (олефін) з одного боку є компонентом, що має переважну проникність крізь мембрану, а з іншого боку - легкий компонент, наявний у низькій концентрації в донній частині колони, цей варіант використання мембрани не можна вважати привабливим через те, що її низька рушійна сила зумовлює необхідність застосування дуже великих мембранних площин. P. Нобл, у працях [R. Noble et al., "Analysis of a Membrane/Distillation Column Hybrid Process", J. Memb. Sci. 93, 31-44 (1994); "Design Methodology for a Membrane/Distillation Column Hybrid Process", J. Memb. Sci. 99, 259-272 (1995)], провів дослідження з розробки й оптимізації декількох комбінованих процесів перегонки, об'єднаних з мембранами полегшеного транспортування, для розділяння пропілену і пропану. Центром уваги цих досліджень було розміщення мембрани навколо дистиляційної колони з метою підвищення ефективності процесу здійснення бажаного розділяння. Автори дійшли висновку, що розміщення мембрани полегшеного транспортування у верхній частині колони було більш прийнятним, оскільки в цьому місці можна використовувати високу рушійну силу пропілену (зумовлену його високою концентрацією). У [патенті США №5,057,641 (Ronald J. Valus et al.) і в статті J. Davis et al., "Facilitated Transport Membrane Hybrid Systems for Olefin Purification", Sep. Sci. Tech 28, 463-476 (1993)] також описані дослідження з розміщення мембрани полегшеного транспортування у головній частині дистиляційної колони. В останній роботі також описане розміщення мембрани полегшеного транспортування на бічному ви ході дистиляційної колони. Сьогодні продовжуються дослідження мембран полегшеного транспортування на основі срібла, розпочаті P. Хугесом [R. Hughes, U.S. Patent Number 3,758,603 у 1973p.]. Але в нещодавно опублікованій статті [A. Morisato et al., "Transport properties of РА12-PTMO/AgBF4 solid polymer electrolyte membranes for olefin/paraffin separation", Desalination 145, 347-351 (2002)] зазначається, що застосування мембран полегшеного транспортування наштовхується на трудно щі, пов'язані, в тому числі, з поганою хімічною стабільністю, зумовленою отруєнням носія. Досягнення в галузі полімерних мембран зробили їх привабливими засобами розділяння олефінів і парафінів, оскільки вони перестали залежа 8 ти від легкоотруюваних металоорганічних комплексів у процесі розділяння. Наприклад, P. Берне і У. Корос у нещодавній статті [R. Burns and W. Koros, "Defining the Challenges for C 3H6/C3H8 Separation Using Polymeric Membranes," J. Memb. Sci. 211, 299-309 (2003)] описали декілька полімерних матеріалів, придатних для застосування в розділянні пропілену і пропану. Створюваний на полімерних мембранах великий перепад тисків дає в розпорядження потрібну для розділяння рушійну силу. Ця рушійна сила викликає охолодження в мембрані (якщо вона виконана із матеріалу з позитивним коефіцієнтом Джоуля-Томсона), що дозволяє проникати крізь неї речовинам під низьким тиском. У мембран полегшеного транспортування цей ефект відсутній, що відповідним чином знижувало можливості попередніх процесів на їх основі. До цих пір приділялося мало уваги тепловому балансу навколо мембранного пристрою в загальній мембранній системі в першу чергу через те, що об'єктами розділяння мембранами були сорбовані гази (азот, кисень, двоокис вуглецю, метан, водень). Оскільки при цьому досліджувалося мембранне розділяння компонентів, що в типових умовах промислових процесів можуть існувати як в рідкій, так і в паровій фазах, до уваги потрібно брати вплив фазових перетворень на роботу такого мембранного пристрою. Отже, із вищевикладеного ясно, що існує потреба в основаних на мембранах селективного проникнення процесах і пристроях, які б дозволили створити термоінтегрований мембранний пристрій, де мембрани, в котрих рушійні сили створюються тиском (або ефектом леткості), інтегруються разом з іншими стадіями обробки в загальному процесі розділяння сумішей. Удосконалений пристрій повинен забезпечувати інтегровану послідовність стадій процесу, виконуваних з потоками в газоподібному і/або рідкому станах за допомогою відповідної мембрани селективного проникнення, якою в кращому варіанті є тверда мембрана селективного проникнення, котра під дією відповідного перепаду рушійної сили виказує селективну проникність щодо цільового продукту, тобто мембрани, що працює на принципі використання рушійних сил тиску (леткості), інтегрованої в діюче сепараторне устатк ування. У цілому даний винахід спрямований на комбінований пристрій перегонки і мембранного розділяння і на застосування цього пристрою в економічно ефективних процесах розділяння флюїдних сумішей. Більш конкретно, винахід стосується пристрою, що містить послідовно сполучені між собою потоком колону дифракційної перегонки і мембранний пристрій, який містить тверду мембрану селективного проникнення. Пристрій згідно з даним винаходом має переваги при його застосуванні в одночасному видобуванні проникного продукту дуже високої чистоти та іншого цільового продукту із суміші, що містить органічні сполуки. Передбачається застосування даного винаходу в обробці флюїдної сировини, якою можуть бути, наприклад, різноманітні типи органічних матеріалів і, особливо, флюїдна суміш сполук 9 83658 нафтового походження. У загальному випадку такою флюїдною сировиною є газоподібна суміш, що містить компонент більшої селективної проникності і компонент меншої проникності. Пристрій за даним винаходом є особливо корисним у процесах обробки газоподібних сумішей, що складаються ізалкенового компоненту більшої селективної проникності і відповідного алканового компоненту, наприклад, у процесі відділяння пропілену від пропану. Згідно з одним із його аспектів даним винаходом пропонується комбінований пристрій розділяння, який містить колону фракційної перегонки і принаймні один мембранний пристрій селективного проникнення і є особливо підходящим для одночасного видобування проникного продукту дуже високої чистоти та іншого продукту із флюїдної суміші дво х чи більше сполук з різними температурами кипіння. Пристрій за даним винаходом містить: колону фракційної перегонки, яка має головний вихід пари, сполучений потоком з компресором, і внутрішню або зовнішню поверхню теплопередачі, одна сторона якої входить у контакт з флюїдною речовиною на дні колони, а протилежна сторона входить у контакт зі стисненою парою головного дистиляту; компресор, сполучений потоком із засобами пропорційного поділу стисненої пари між поверхнею теплопередачі колони, дефлегматором колони і охолоджувачем мембрани, сполученим потоком з мембранним пристроєм селективного проникнення; мембранний пристрій, що містить тверду мембрану селективного проникнення, яка під дією відповідного перепаду рушійної сили виказує проникність принаймні 0,1 Барер (Ваrrеr), канали, що мають принаймні один вхід і один вихід для проходження крізь них флюїдної речовини в контакті з однією стороною мембрани і суміжну з її протилежною стороною камеру проникного продукту, що має принаймні один вихід для потоку проникного продукту; і засоби сполучання потоком між протилежною стороною поверхні теплопередачі колони і колоною фракційної перегонки. Використовуваний тут термін "мембранний пристрій" означає частину установки або апарату, розраховану на те, щоб використовувати мембрану селективного проникнення для розділяння одного чи більше компонентів із флюїдної суміші двох і більше сполук. Засоби збирання і/або постачання флюїдного матеріалу на входи каналів мембранного пристрою в загальному випадку містять компресор і/або насос, а в кращому варіанті компресор. Залежно від ступеню розділяння, потрібного для одночасного видобування проникного продукту дуже високої чистоти та іншого продукту із сировинних потоків в конкретному випадку застосування, комбінований пристрій розділяння згідно з кращими варіантами здійснення даного винаходу містить також засоби сполучання потоком між виходами каналів мембранного пристрою і колоною фракційної перегонки. У відповідності з іншим його аспектом даним винаходом пропонується процес розділяння очищених продуктів із флюїдної суміші за допомогою 10 комбінованого пристрою фракційної перегонки і селективного мембранного розділяння, який включає у себе: надання комбінованого пристрою розділяння, який містить колону фракційної перегонки і мембранний пристрій, розрахований на використання мембрани селективного проникнення для розділяння одного чи більше компонентів із флюїдної суміші двох чи більше сполук; видобування із зазначеної колони флюїдної фракції, утвореної внаслідок фракційної перегонки сировини, що містить дві чи більше сполук з різними температурами кипіння; постачання всієї або частини фракції, видобутої з колони, у мембранний пристрій для розділяння цієї фракції на проникну і непроникну флюїдні речовини, що містять різні кількості принаймні однієї зі сполук; і регулювання ентальпії для підтримання коефіцієнта мембранної ефективності стосовно непроникної флюїдної речовини в заданих межах, наприклад, приблизно від 0,5 до 1. Використовуваний тут термін "коефіцієнт мембранної ефективності" (MEI: Membrane Efficiency Index) визначається як відношення різниці між питомою ентальпією потоку сировини на вході мембранного пристрою і питомою ентальпією вихідної непроникної флюїдної речовини до різниці між питомою ентальпією потоку сировини і питомою ентальпією в точці кипіння непроникної флюїдної речовини в умовах тиску і складу непроникного продукту. У кращих варіантах здійснення процесів, в яких використовується комбінований пристрій розділяння згідно з даним винаходом, ентальпію регулюють таким чином, щоб підтримувати коефіцієнт MEI в межах приблизно від 0,5 до 1,5, краще в межах приблизно від 0,7 до 1,1 і найкраще - в межах приблизно від 0,8 до 1,05. Флюїдна речовина з виходу колони в кращому варіанті має форму пари, а принаймні частина непроникної флюїдної речовини повертається в колону практично у формі рідини. Залежно від ступеню розділяння процес згідно з даним винаходом може включати в себе також видобування очищеного потоку проникного продукту із мембранного пристрою й одного чи більше потоків очищених продуктів із колони фракційної перегонки, наприклад, у тих випадках, коли домінуючим компонентом потоку очищеного проникного продукту є пропілен. Корисною особливістю запропонованого процесу є те, що потоком флюїдної речовини з виходу колони фракційної перегонки є головний дистилят практично у формі пари, частина якого використовується як джерело рідини для зворотного стоку колони. У відповідності з ще одним аспектом даного винаходу пропонується процес розділяння очищених продуктів із суміші флюїдних речовин за допомогою комбінованого пристрою перегонки і мембранного розділяння, який включає в себе: надання пристрою розділяння, який містить колону фракційної перегонки, котра має відповідні ступені контактування пари з рідиною, входи і виходи, серед яких принаймні один вихід сполучений потоком з мембранним пристроєм, що містить множину твердих мембран селективного проникнення, котрі в умовах відповідного перепаду рушійних сил ви 11 83658 казують проникність принаймні 0,1 Барер, канали, що мають принаймні один вхід і один вихід для потоку флюїдної речовини в контакті з однією стороною мембрани, і суміжну з протилежною її стороною камеру проникного продукту, яка має принаймні один вихід для потоку проникного продукту; розділяння шляхом фракційної перегонки сировини, що містить суміш флюїдних речовин, включаючи компонент з низькою температурою кипіння і компонент з високою температурою кипіння, і в результаті цього - постачання в колону вихідного потоку, збагаченого на один компонент відносно іншого компоненту; постачання потоку вихідного продукту цієї колони, виведеного безпосередньо або будь-яким іншим, непрямим шляхом з неї, на входи каналів мембранного пристрою; і розділяння цього поданого потоку шля хом селективного проникнення з одержанням у результаті цього очищеної проникної речовини і непроникної речовини при регулюванні ентальпії зазначеного поданого потоку таким чином, щоб підтримувати коефіцієнт мембранної ефективності щодо непроникної флюїдної речовини в межах приблизно від 0,5 до 1,5. Залежно від потрібного розділяння пристрій розділяння містить, крім того, засоби для пропорційного поділу вихідного потоку пари головного дистиляту, принаймні, на першу частину для створення зворотного стоку в колону фракційної перегонки і другу частину, а також засоби для використання зазначеної першої частини як рідини для зворотного стоку. Вигідним чинником є те, що зазначена вище друга частина подається на входи каналів мембранного пристрою. У кращих варіантах здійснення винаходу, принаймні, частина непроникної флюїдної речовини повертається в колону фракційної перегонки, і/або процес включає в себе стадію видобування з колони очищеного продукту перегонки, збагаченого на один з компонентів відносно іншого компоненту сировини. Процеси згідно з даним винаходом є особливо підходящими для розділяння очищених продуктів із сировини, що містить суміш алканової сполуки, яка має від 2 до приблизно 4 атомів вуглецю, з алкеновою сполукою, яка має таку саму кількість атомів вуглецю, що й домінуючий компонент сировинного потоку. Перевагою є те, що така суміш має об'ємне співвідношення в рідині алкенових і алканових сполук у межах, приблизно, від 1,5 до 4,0. Корисність процесів за даним винаходом є особливо відчутною при обробці флюїдної суміші, що складається алкенового компоненту з більшою селективною проникністю і відповідного алканового компоненту, наприклад, при відділянні пропілену від пропану. У кращому варіанті потік очищеного проникного продукту складається, принаймні, на 90 процентів із пропілену, в ще кращому варіанті рівень пропілену в потоці очищеного проникного продукту складає, принаймні, 95 процентів, а в найкращому - принаймні 99,5 процента. У відповідності з ще одним аспектом даного винаходу пропонується процес розділяння очищених продуктів із флюїдної суміші за допомогою комбінованого пристрою перегонки і мембранного 12 розділяння, який включає у себе: надання пристрою розділяння, що містить (а) колону фракційної перегонки, яка має вихід пари головного дистиляту в сполученні потоком з компресором, внутрішню або зовнішню поверхню теплопередачі, одна сторона якої входить у контакт з флюїдною речовиною на дні колони, а протилежна сторона в контакт зі стиснутою парою головного дистиляту, (b) компресор у сполученні потоком із засобами пропорційного поділу стиснутої пари між поверхнею теплопередачі колони, дефлегматором колони і охолоджувачем мембрани, сполученим потоком з мембранним пристроєм селективного проникнення, (с) мембранний пристрій, що містить тверду мембрану селективного проникнення, яка при відповідному перепаді рушійної сили виказує проникність, принаймні, 0,1 Барер, канали, що мають принаймні один вхід і один вихід потоку флюїдної речовини в контакті з однією стороною мембрани, і суміжну з протилежною її стороною камеру проникного продукту, що має, принаймні, один вихід для потоку проникного продукту, і (d) засоби сполучання потоком між протилежною стороною поверхні теплопередачі колони і колоною фракційної перегонки; розділяння шляхом фракційної перегонки сировини, яка містить флюїдну суміш, що включає у себе низькокиплячий компонент і висококиплячий компонент, і в результаті цього - постачання потоку пари, збагаченого на низькокиплячий компонент, у компресор; стискання пари головного дистиляту і розподіляння його частин між поверхнею теплопередачі колони, дефлегматором колони і безпосередньо або непрямим чином - з мембранним пристроєм селективної проникності; і відділяння від потоку, поданого в мембранний пристрій, потоку непроникного продукту шляхом селективного проникнення при регулюванні ентальпії цього поданого потоку так, щоб підтримувати коефіцієнт мембранної ефективності стосовно непроникної флюїдної речовини в межах, приблизно, від 0,5 до 1,5. Залежно від потрібного розділяння процеси за даним винаходом можуть включати у себе також видобування із колони очищеного продукту перегонки, збагаченого на один з компонентів відносно іншого компоненту сировини, і/або видобування із колони очищеного продукту перегонки, збагаченого на низькокиплячий компонент по відношенню до сировини. При цьому перевагою є те, що принаймні частина непроникної флюїдної речовини повертається в колону фракційної перегонки. У разі потреби даний пристрій може містити також засоби постачання "очищувального" потоку в камери проникного продукту, але зазвичай очищання не потребується. Даний винахід може використовува тися також у розділянні, що стосується органічних сполук і, особливо, сполук, які важко розділяти, застосовуючи лише звичайні засоби, такі, як фракційна перегонка. Звичайно, такі органічні сполуки є між собою хімічно спорідненими на зразок алканів і алкенів з однаковими кількостями атомів вуглецю. Далі з метою більш повного викладення суті даного винаходу як приклади більш детально роз 13 83658 глядаються деякі варіанти його здійснення з поясненнями на доданих фігурах креслення. Нижче винахід описаний більш докладно з посиланнями на супровідні креслення, де показані структурні схеми, що ілюструють кращі аспекти комбінованих процесів і пристроїв фракційної перегонки і мембранного розділяння згідно з даним винаходом для одночасного видобування проникного продукту дуже високої чистоти, суміщеного з ним непроникного потоку і потоку одного чи більше цільових продуктів із колони фракційної перегонки. Фіг.1: стр уктурна схема, що ілюструє варіант здійснення винаходу, в якому пара головного дистиляту із колони фракційної перегонки стискається і поділяється на потоки для мембранного розділяння, постачання тепла в ребойлер колони і повертання рідини зворотного стоку в колону. Фіг.2: стр уктурна схема, що ілюструє варіант здійснення винаходу, в якому пара головного дистиляту із колони фракційної перегонки поділяється на потоки для мембранного розділяння, постачання тепла в ребойлер колони і повертання рідини зворотного стоку в колону без стискання пари головного дистиляту із колони фракційної перегонки. Фіг.3: стр уктурна схема, що ілюструє варіант здійснення винаходу, в якому потік флюїдної речовини від мембранного розділяння виходить збоку колони фракційної перегонки, в результаті чого отримується проникний продукт дуже високої чистоти, інтегрований потік непроникного продукту і потоки цільових продуктів із колони фракційної перегонки. У відповідності з даним винаходом може використовуватися будь-яка тверда мембрана селективної проникності, що при відповідному перепаді рушійної сили демонструє проникність та інші характеристики, які відповідають цільовому розділянню. Такі мембрани можуть мати однорідну структур у, композитну структур у або асиметричну структур у, яка, наприклад, може включати желеподібний, твердий або рідкий шар. Для виготовлення мембран можуть використовуватися такі широко розповсюджені полімери, як силіконові і натуральні каучуки, ацетат целюлози, полісульфони і полііміди. Кращими для застосування в розділянні пари згідно з винаходом у загальному випадку є мембрани двох типів. Першим з ним є композитні мембрани, що містять мікропористу основу, на яку нанесений шар селективної проникності у формі надтонкого покриття. Композитні мембрани бажано застосовувати там, де матеріалом селективної проникності мембрани є каучуковий полімер. До другого типу належать асиметричні мембрани, в яких роль шару селективної проникності виконує тонка, густа поверхнева плівка. Як композитні, так і асиметричні мембрани добре відомі в даній галузі. Форма, яку такі мембрани можуть приймати для застосування в даному винаході, не є критичною. Вони можуть мати, наприклад, форму тонких листів або дисків, порожнистих волокон з покриттям, намотаних спіраллю модулів та будь-яку іншу підходящу форму. Рушійними силами для розділяння компонентів у паровій фазі шляхом проникнення крізь мем 14 брану є, головним чином, різниця парціальних тисків цих компонентів з першої і з другої сторін мембрани. Перепад тисків на мембрані може створюватися шляхом збільшення тиску в першій зоні, відкачкою другої зони, введення очищувального потоку або із застосуванням комбінації цих засобів. Мембрани, що використовуються в кожній групі модулів, можуть бути як однакового, так і різного типів. При цьому мембрани, що містяться, наприклад, у двох блоках, можуть бути селективними до цільового компоненту, що відділяється, але селективність їх може бути різною. Наприклад, у тих випадках, де проміжні модулі здійснюють обробку великої кількості флюїдної сировини, ці модулі можуть містити мембрани, розраховані на перепускання великих потоків і на помірну селективність. Модульна група, що має справу з меншими потоками, може містити мембрани високої селективності, але малого потоку. Подібним чином, проміжні модулі можуть містити один тип мембран, а модулі продукту можуть містити інший тип мембран, або ж усі три групи можуть містити мембрани різних типів. Можливими є також корисні варіанти здійснення винаходу, де в проміжних модулях і модулях продукту використовуються мембрани суттєво різної селективності. Застосовуватися можуть мембранні модулі на базі порожнистих тонких волокон, капілярних волокон, спіральних намоток, пластинчасторамкового типу і трубчастого тип у. При виборі найбільш підходящого типу мембранного модуля для конкретного мембранного розділяння доводиться враховувати і задовольняти цілий ряд факторів. Основні параметри проектування мембранного модуля, що вра ховуються при прийнятті такого рішення, є обмеженими з боку специфічних типів матеріалу мембрани, придатності до роботи в умовах високих тисків, падіння тиску з боку проникного продукту, регулювання засмічення і забивання внаслідок поляризації концентрації, проникності очищувального потоку в разі йога застосування і остаточних, але не найменших затрат на виробництво. Порожнисто-волоконні мембранні модулі використовуються у двох базових конфігураціях. В одній з них сировина подається на волокно ззовні, тобто з боку оболонки; мембрани цього типу знаходили застосування в системах відділяння водню і в системах зворотного осмосу. Мембранний модуль цього типу являє собою посудину високого тиску, в котрій міститься замкнутий контур або пучок волокон. У цій системі тиск нагнітається з боку оболонки, а проникна речовина проходить крізь стінки волокон і виходить через відкриті кінці волокон. Такі модулі легко виготовляти, а поверхні їхні х мембран можуть бути дуже великими при високій економічності всього мембранного пристрою. При цьому оскільки стінка волокна повинна витримувати значний гідростатичний тиск, волокна звичайно мають малий діаметр і товсті стінки, наприклад, зовнішній діаметр від 100мкм до 200мкм, а внутрішній діаметр звичайно становить половину зовнішнього діаметра. 15 83658 У порожнисто-волоконних модулях другого типу сировина подається у внутрішню порожнину волокна. Волокна мембран цього типу є відкритими на обох кінцях, а сировина перепускається через їхні порожнини. Для зменшення до мінімуму падіння тиску усередині волокна діаметр його звичайно є більшим, ніж у тонких волокон, що використовуються в конструкціях із зовнішньою подачею сировини, а виготовляють їх звичайно шляхом формування із розчину. Ці, так звані капілярні волокна використовуються в надтонкій фільтрації, у випаровуванні через напівпроникну мембрану і в обробці газів під тиском від малих до середніх величин. Явище концентраційної поляризації при постачанні сировини у вн утрішню порожнину волокна добре піддається контролю. Сировинний розчин проходить напряму через активну поверхню мембрани, запобігаючи утворенню застійних мертвих зон. Цією особливістю такі модулі суттєво відрізняються від мембранних модулів, де сировина постачається з боку оболонки волокна і де внаслідок цього важко запобігти виникненню явища каналірування потоку і утворенню застійних зон між волокнами, що викликає значні проблеми, пов'язані з концентраційною поляризацією. В таких застійних зонах суспендований у сировинному розчині матеріал легко захоплюється і призводить до необоротного засмічення і забивання мембрани. Робилися спроби використовувати перебірки для спрямовування потоку сировини, але вони не одержали широкого застосування. Найбільш загальним методом зниження до мінімуму концентраційної поляризації є спрямування потоку сировини в 16 напрямку, перпендикулярному напрямку порожнистих волокон. Таким чином, стали виготовляти модулі з перехресним потоком, у яких забезпечувався відносно хороший розподіл потоку по поверхні волокна. З'єднані послідовно декілька таких мембранних модулів здатні забезпечувати достатньо високі витрати проходження сировинного розчину. Були запропоновані численні варіанти цієї базової конструкції, див., наприклад, [Патенти США №3,536,611 (Fillip et al.), №5,169,530 (Sticker et al.), №5,352,361 (Parsed et al.) і №5,470,469 (Beckman)], включені тут в усій їхній повноті шляхом посилання. Єдиною найбільшою перевагою порожнисто-волоконних мембранних модулів є здатність їх забезпечувати великі поверхні мембран в одному модулі. Для кращого розуміння суті даного винаходу на Фіг.1, Фіг.2 і Фіг.3 схематично відображено декілька кращих аспектів комбінованих процесів і пристрою фракційної перегонки і мембранного розділяння згідно з даним винаходом для одночасного видобування проникного продукту дуже високої чистоти, інтегрованого непроникного потоку і одного чи більше цільових продуктів перегонки. У цих кращих варіантах здійснення винаходу сировина, що подається на перегонку, являє собою суміш, що містить алкеновий компонент з більшою селективною проникністю і відповідний алкановий компонент, яким можуть бути, наприклад, пропан і пропілен. Інші приклади вуглеводневих сполук, що важко піддаються розділянню за допомогою таких традиційних процесів, як фракційна перегонка, наведені в таблиці нижче. Таблиця Температури кипіння вуглеводневих сполук у нормальних умовах Важкий вугле водень Етан Пропан Пропадієн Бутан Бутан Бутан 2-Бутен (3-бутилен) n-Бутан 1-Бутен (а-бутилен) 2-Бутен (В-бутилен) Температура кипіння, °C -88,5 -42,2 -34,5 -0,6 -0,6 -0,6 3,73 -0,6 -6,47 3,73 Конфігурація комбінованого пристрою, що складається із колони фракційної перегонки і мембранних модулів розділяння для конкретних випадків розділяння, залежить від багатьох чинників. Такими чинниками є: (1) концентрація цільового компоненту в потоці сировини; (2) фізичні і хімічні властивості компонентів, що розділяються; (3) потрібна чистота потоків продуктів; (4) відносна вартість продуктів, що визначає їх прийнятне видобування; (5) вибір між капітальними затратами на мембрану і вартістю нагнітання або компресії; (6) те, яким чином мембрана інтегрується з іншими стадіями процесу обробки. При розділянні сумішей за допомогою комбінованого процесу фракційної Легкий вуглеводень Етилен Пропілен Пропан Метилпропен (ізобутилен) 1-Бутен (а-бутилен) 1,3-Бутадієн Бутан ізо-Бутан Метилпропен (ізобутилен) Метилпропен (ізобутилен) Температура кипіння, °С -102,4 -47,7 -42,2 -6,6 -6,47 -4,75 -0.6 -12 -6,6 -6,6 перегонки і мембранного розділяння вирішення завдання видобування продукту потрібної чистоти повинно досягатися за прийнятних капіталовкладень і експлуатаційних затрат. Використовуваний тут термін "мембранний модуль розділяння" означає сук упність мембран селективної проникності, складених так, щоб утворювати мембранний пристрій. На схемі Фіг.1 колона 120 фракційної перегонки і пристрій 140 мембранного розділяння розташовані у відповідності з кращим варіантом здійснення винаходу. Сировина, що містить дві чи більше сполук з різними температурами кипіння, тече із джерела 112 по трубопроводу 114 і, залеж 17 83658 но від робочих умов у конкретному випадку застосування, - через необов'язкові насос або випарник і компресор (не показані) у колону 120 фракційної перегонки. Відповідно до цього варіанта здійснення винаходу компонент сировини з більшою селективною проникністю має низьку температур у кипіння порівняно з іншими сполуками в сировині. Такі аспекти винаходу є особливо корисними в процесах обробки флюїдної суміші, що складається із алкенового компоненту з більшою селективною проникністю і відповідного алканового компоненту, наприклад, при розділянні очищених продуктів із суміші пропілену і пропану. Потік пари головного дистиляту в умовах його точки роси або вище неї подається на вхід компресора 130 по трубопроводу 122, а стиснений вихідний потік з ентальпією, вищою, ніж у пари головного дистиляту, спрямовується далі через розподільний трубопровід 132. Частина цього стисненого вихідного потоку подається на мембранний пристрій 140 по трубопроводу 134, через охолоджувальний теплообмінник 136 і трубопровід 138. Теплообмінник 136 спроектований і працює як засіб регулювання ентальпії потоку, що подається на мембранний пристрій 140. У разі потреби забезпечувати підходящу рідину зворотного стоку для фракційної перегонки інша частина стисненого вихідного потоку подається через розподільний трубопровід 132 на дефлегматор 160 по трубопроводу 162. Рідина із дефлегматора 160 повертається на верх колони 120 фракційної перегонки по трубопроводу 164 і розподільному трубопроводу 128 зворотного стоку. Де флегматор спроектований і працює таким чином, щоб сконденсовувати і переохолоджувати конденсат, що тече в розподільний трубопровід 128 зворотного стоку. У цьому варіанті здійснення винаходу решта стисненого вихідного потоку подається на внутрішній контур ребойлера 170 по трубопроводу 174, а рідкий конденсат із нього повертається на колону 120 фракційної перегонки по трубопроводу 176 і розподільному трубопроводу 128 зворотного стоку. Рідина з дна колони 120 фракційної перегонки подається на ребойлер 170 по трубопроводу 126, а пара із нього повертається в донну частину колони 120 фракційної перегонки по трубопроводу 172. Очищений висококиплячий продукт приймається із ребойлера 170 по трубопроводу 178 і спрямовується в резервуар зберігання (не показаний). Непроникний флюїд із мембранного пристрою 140 повертається на колону 120 фракційної перегонки по трубопроводу 142 через теплообмінник 146 (в разі його використання) і трубопровід 124. У відповідності з цим варіантом здійснення винаходу взаємодія і взаємозв'язок між фракційною перегонкою і розділянням за допомогою мембрани селективної проникності вигідно працюють на регулювання ентальпії стисненого вихідного потоку, поданого в мембранний пристрій, підтримуючи цим коефіцієнт мембранної ефективності для непроникного флюїду із мембранного пристрою 140 в межах приблизно від 0,5 до 1,5, у кращому варіанті - в межах приблизно від 0,7 до 1,1, а в ще 18 кращому - в межах приблизно від 0,8 до 1,05. Потік очищеного проникного продукту, що містить компонент пари головного дистиляту з більшою селективною проникністю, тече із мембранного пристрою 140 в компресор 150 або в іншу вакуумну систему (не показана) по трубопроводу 144, а звідти по трубопроводу 152, охолоджувальний теплообмінник 156 і трубопровід 158 у резервуар зберігання очищеного продукту (не показаний). На схемі Фіг.2 фракційна колона 220 і мембранний пристрій 240 розділяння інтегровані в процес згідно з іншим кращим варіантом здійснення винаходу. Тут сировина, що містить дві чи більше сполук з різними температурами кипіння, тече в колону 220 фракційної перегонки із джерела 212 через трубопровід 214. У відповідності з цим варіантом компонент сировини з більшою селективною проникністю має низьку температуру кипіння порівняно з іншими компонентами сировини. Цей варіант здійснення є особливо корисним в обробці флюїдної суміші, що складається із алкенового компоненту більшої селективної проникності і відповідного алканового компоненту, наприклад, при розділянні очищених продуктів із суміші пропілену і пропану. У цьому варіанті потік пари головного дистиляту передається на обробку із верху колони 220 фракційної перегонки через розподільний трубопровід 232. Частина цього потоку постачається в мембранний пристрій 240 по трубопроводу 234, охолоджувальний теплообмінник 236 і трубопроводу 238. Згідно з потребою забезпечувати підходящу рідину зворотного стоку для фракційної перегонки відповідна частина потоку пари головного дистиляту спрямовується із розподільного трубопроводу 232 в дефлегматора 260 по трубопроводу 262. Рідина із дефлегматора 260 повертається на верх колони 220 фракційної перегонки по трубопроводу 264, через насос зрошення колони 266 і трубопровід 228. Рідина із донної частини колони 220 фракційної перегонки спрямовується в ребойлер 270 по трубопроводу 226, а пара із ребойлера повертається в донну частину колони 220 фракційної перегонки по трубопроводу 272. У цьому варіанті здійснення винаходу вн утрішній контур ребойлера 270 отримує живлення потоком із джерела 280 по трубопроводу 274, а рідкий конденсат із нього повертається у джерело 280 пари по трубопроводу 276. Очищений висококиплячий продукт приймається із ребойлера 270 і спрямовується в резервуар зберігання (не показаний) по трубопроводу 278. Непроникна флюїдна речовина із мембранного пристрою 240 в разі потреби спрямовується на теплообмінник 246 по трубопроводу 224 і повертається в колону 220 фракційної перегонки через трубопровід 248, насос 222 і трубопровід 242. У цьому варіанті здійснення винаходу взаємодія і взаємозв'язок між фракційною перегонкою і розділянням за допомогою мембрани селективної проникності вигідно працюють на регулювання ентальпії стисненого вихідного потоку, поданого в мембранний пристрій, підтримуючи цим коефіцієнт мембранної ефективності для непроникної флюїдної речовини із мембранного пристрою 240 в ме 19 83658 жах приблизно від 0,5 до 1,5, у кращому варіанті в межах приблизно від 0,7 до 1,1, а в ще кращому - в межах приблизно від 0,8 до 1,05. Потік очищеного проникного продукту, що містить компонент пари головного дистиляту з більшою селективною проникністю, тече із мембранного пристрою 240 в компресор 250 або в іншу вакуумну систему (не показана) по трубопроводу 244, а звідти по трубопроводу 252, охолоджувальний теплообмінник 256 і трубопровід 258 у резервуар зберігання очищеного проникного продукту (не показаний). На схемі Фіг.З колона 320 фракційної перегонки і мембранний пристрій 340 розділяння інтегровані в процес згідно з ще одним кращим варіантом здійснення винаходу. У цьому варіанті сировина містить дві чи більше сполук з різними температурами кипіння і, принаймні, одну іншу легку сполуку, яка не проходить через мембрану. Такі аспекти даного винаходу є особливо корисними в процесах обробки флюїдної суміші, що складається із алкенового компоненту більшої селективної проникності, відповідного алканового компоненту, що має таку саму кількість атомів вуглецю, і вуглеводнів, котрі мають меншу кількість атомів вуглецю, наприклад, при розділянні очищених продуктів із суміші пропілену і пропану, яка містить, крім того, меншу кількість етану і/або етилену. Сировина із джерела 312 потрапляє в колону 320 фракційної перегонки по трубопроводу 314. Потік газоподібного головного дистиляту із верхньої частини колони 320 фракційної перегонки спрямовується через трубопровід 368, головний дефлегматор 360 і трубопровід 364 у барабанний газовідокремлювач 390. Потік газу, що містить несконденсовані сполуки, виводиться із барабанного газовідокремлювача 390 по трубопроводу 392 для подальшого його використання, зберігання або у відходи (не показаний). Конденсат із газовідокремлювача 390 виводиться по розподільному трубопроводу 366. У відповідністю з потребою забезпечувати зворотний стік для фракційної перегонки частина конденсату повертається на верх колони 320 по трубопроводу 394, через насос зрошення колони 396 і трубопровід 398. Потік очищеного головного продукту спрямовується в резервуар зберігання (не показаний) по трубопроводу 368. Бічний потік флюїдної рідини виводиться із колони 320 фракційної перегонки по трубопроводу 334, розташованому між верхом колони і живильним трубопроводом 314. Цей бічний потік спрямовується на мембранний пристрій 340 через теплообмінник 336 і трубопровід 338. Теплообмінник 336 розрахований і працює як засіб регулювання ентальпії потоку, що постачається в мембранний пристрій 340. У даному варіанті здійснення винаходу компонент сировини з більшою селективною проникністю має низьку температуру кипіння порівняно з іншими сполуками в сировині, що сконденсовуються. Непроникна флюїдна речовина із мембранного пристрою 340 повертається в колону 320 фракційної перегонки по трубопроводу 342, через теплообмінник 346 (в разі його наявності), трубопровід 348, насос 322 і трубопровід 324. 20 Рідина із донної частини колони 320 фракційної перегонки спрямовується в ребойлер 370 по трубопроводу 326, а пара із ребойлера повертається в донну частину колони 320 фракційної перегонки по трубопроводу 372. У цьому варіанті здійснення винаходу вн утрішній контур ребойлера 370 отримує живлення потоком із джерела 380 по трубопроводу 374, а рідкий конденсат із нього повертається у джерело 380 пари по трубопроводу 376. Очищений висококиплячий продукт приймається із ребойлера 370 і спрямовується в резервуар зберігання (не показаний) по трубопроводу 378. У відповідності з цим варіантом здійснення винаходу взаємодія і взаємозв'язок між фракційною перегонкою і розділянням за допомогою мембрани селективної проникності вигідно працюють на регулювання ентальпії стисненого вихідного потоку, поданого в мембранний пристрій, підтримуючи цим коефіцієнт мембранної ефективності для непроникної флюїдної речовини із мембранного пристрою 340 в межах приблизно від 0,5 до 1,5, у кращому варіанті - в межах приблизно від 0,7 до 1,1, а в ще кращому - в межах приблизно від 0,8 до 1,05. Потік очищеного проникного продукту, що містить компонент пари головного дистиляту з більшою селективною проникністю, тече із мембранного пристрою 340 в компресор 350 або в іншу вакуумну систему (не показана) по трубопроводу 344, а звідти по трубопроводу 352 у резервуар зберігання очищеного проникного продукту (не показаний). Приклади здійснення винаходу Нижче описані приклади, що ілюструють декілька конкретних варіантів здійснення даного винаходу. Ці приклади не несуть жодних обмежень щодо об'єму винаходу і не виключають інші, цілком очевидні для фахівця в даній галузі різноманітні варіанти його здійснення, що не відхиляються від його ідеї. У наведених прикладах продемонстровані критичні аспекти кращих те хнологічних конфігурацій, в яких використовуються мембрани з рушійними силами, зумовленими тиском (або ефектом леткості), інтегровані в процес поряд з іншими стадіями розділяння сумішей пропілену і пропану. Зокрема, пристрій згідно з винаходом включає у себе мембранний пристрій селективної проникності, що використовується разом з колоною фракційної перегонки для одночасного видобування проникного продукту дуже високої чистоти і цільового непроникного продукту із пропан-пропіленової сировини. У наведених прикладах включені результати комп'ютерних обчислень, виконаних за допомогою доступних для придбання програм моделювання хімічних процесів (наприклад, програми Aspen Plus фірми Aspen Technology, Inc., в які моделі мембран були включені разом зі стандартними моделями хімічного технологічного устаткування. Моделі мембран були розроблені фірмою BP American Inc. і грунтуються на загальноприйнятих рівняннях газопроникності, див., наприклад [Shindo et al., "Calculation Methods for Multicomponent Gas Separation by Permeation," Sep. ScL Technol. 20, 445-459 (1985); Kowali et al., "Models and Analyses of Membrane Gas Permea 21 83658 tors," J. Memb. Sci. 73, 1-23 (1992); Coker et al., "Modeling Multicomponent Gas Separation Using Hollow-Fiber Membrane Contactors," AIChE J. 44, 1289-1302 (1998)]. У даному описі як одиниця газопроникності через мембрану використовується "Барер" (Ваrrеr), що визначається формулою 10-10 [см 3 (в стандартних умовах) см/(см 2×с×см рт. ст.)] і носить ім'я її творця P.M. Барера (R.M. Ваrrеr). Проникність мембрани являє собою міру здатності мембрани пропускати газ. Терміном "мембранна селективність" називається відношення величин проникності двох газів, що є мірою здатності мембрани розділяти ці два гази [Baker, Richard W., "Membrane Technology and Applications", pp.290291, McGraw-Hill, New York, 2000]. Усі обчислення були проведені для умов тиску проникної речовини на мембрані 40фунт./кв.дюйм (абсолютний). Проникна речовина стискалася до тиску, при якому вона могла сконденсовуватися водою при температурі 37,8°C (100°F), тобто приблизно при 250фунт./кв.дюйм (абсолют.). У тих прикладах, де в мембранному пристрої відбувалося значне переохолодження непроникної речовини, величина площі мембрани, потрібна для задоволення технічним нормам щодо чистоти проникного продукту, швидко зростала разом з величиною переохолодження. Перевагою винаходу є те, що в кращих його варіантах переохолодження непроникного продукту усередині мембранного пристрою є обмеженим, що стає фактором регулювання потрібної площі мембрани. Оскільки леткість рідини суттєвою мірою залежить від температури, цілком очевидним було спостерігати швидке зменшення рушійної сили при переохолодженні непроникного продукту. Місце введення рециклового непроникного продукту в колону вибиралося так, щоб склад цього продукту відповідав складу матеріалу в цьому місці колони. Це приводило у відповідність ключове відношення непроникного продукту ключовому відношенню в цій точці колони згідно з емпіричними правилами, відомими із літератури, див. наприклад [Kister, H. Z., "Distillation Design", McGrawHill, 1992]. Приклад 1 У даному прикладі описаний варіант здійснення винаходу, схематично відображений на Фіг.1. Колона 120 фракційної перегонки використовувалася як СЗ-розділитель, частина стисненої пари верхнього дистиляту якого, спрямовувалася у мембранний пристрій 140 розділяння під дією рушійних сил, зумовлених леткістю. Обчислення проводилися для умов використання охолоджувальної води в конденсаторі 160 при температурі 37,8°C (100°F). У цьому прикладі теплообмінники 136 і 146 не використовувалися. Для встановлення заданого тиску в донній частині колони припускався температурний градієнт 11,1°C (20°F) на ребойлері. Для визначення умов всмоктування компресора припускалося падіння тиску 0,1фунт./кв.дюйм на тарілку. У результаті цього в головній частині колони тиск складав приблизно 140фунт./кв.дюйм (абсолют.). Витрата рідини в 22 колоні вибиралася таким чином, щоб розділяння можна було проводити з 200 тарілками, тобто з типовою кількістю тарілок для СЗ-розділителя, а витрата пари була встановлена в такому розрахунку, щоб продукт донної частини колони задовольняв нормі HD-5 для зрідженого нафтового газу (LPG: Liquefied Petroleum Gas) 5% пропілену. До того, як розміщувати мембрану на цьому пристрої, діаметри колони і компресора були встановлені в розрахунку на обробку 10000 барелей за день (BPD) пропілену нафтопереробної чистоти (RGP: Refinery-Grade Propylene), що містив 74% пропілену і 26% пропану, із джерела 112 і давав головний дистилят, який відповідав нормі для пропілену полімерної чистоти (PGP: Polymer-Grade Propylene) 99,5% пропілену. У цьому прикладі для регулювання ентальпії живлення мембрани і коефіцієнта мембранної інтенсивності загальне флегмове число було знижене, а чистота головного дистиляту із колони зменшена. Оскільки ємність колони і компресора при зниженні флегмового числа може ставати занадто великою, витрата потоку сировини в колону із джерела 112 збільшувалася, коли флегмове число знижувалося до рівня, при якому кількість матеріалу, що проходив через головний компресор 130, залишалася такою самою. Мембрани (140) використовувалися для одержання PGP із верхнього дистиляту більш низької чистоти. В обчисленнях були прийняті проникність пропілену крізь мембрану на рівні 2 Барерів і селективність щодо пропілену на рівні 15. Результати цих обчислень наведені в Таблиці І. Регулювання площі мембрани проводилося кожний раз, коли чистота головного дистиляту змінювалася для одержання проникного продукту, що задовольняв нормі для PGP. Мембранне охолодження при рівні пропілену в головному дистиляті менше 98% було недостатнім для повної конденсації (після виходу із перегрітого стану) непроникного продукту, і рідинно-парова суміш поверталася на повторну циркуляцію в колону. При кількості пропілену в головному дистиляті вище 98%, коли витрата потоку непроникного продукту була невисокою, мембранне охолодження викликало охолодження непроникного продукту. Слід зауважити, що певна частина рідини в непроникному при більш високому тиску продукті також випаровувалася, коли цей продукт потрапляв у колону під тиском 140 - 160фунт./кв.дюйм (абсолют.) навіть, якщо непроникний продукт був переохолоджений. Із Таблиці І можна бачити, що кількість матеріалу, яку можна було обробляти, зростала доти, поки вміст пропілену в головному дистиляті досягав рівня 98%. При рівні пропілену в головному дистиляті нижче, ніж приблизно 98%, кількість непроникного продукту, яку потрібно було повертати на рециркуляцію в колону, починала значно зростати, а вихід корисного продукту - зменшуватися. Цей максимум виходу корисного продукту виникав, коли коефіцієнт мембранної ефективності становив приблизно 1. 23 83658 24 Таблиця І Колона фракційної перегонки зі стисканням пари Вміст пропілену в головному дистиляті, %(об.) 99 98 97 MEI** 1,02 1,00 0,65 Зростання Температура переохоло- Відношення непро- Площа мемвиходу продудженого непроникного никного продукту до брани, кту, % продукту і парова фракція сировини із колони фут 2´103 12 350F 0,004 255 22 18Т 0,04 271 19 0,7 0,2 248 **MEI: Кое фіцієнт мембранної ефективності У кращому варіанті здійснення винаходу, схематично відображеному на Фіг.1, мембранний пристрій включений у технологічну схему разом з С-З розділитель, в якому використовується стискання пари. Оскільки вихід компресора має значно вищий тиск, ніж колона, продукт, який не пройшов через мембрану, повертається на рециркуляцію в колону без додаткового підвищення тиску, не потребуючи застосування дорогого компресорного устаткування. Приклад 2 У цьому прикладі описаний варіант здійснення винаходу, схематично відображений на Фіг.1, де використовуються визначені як необов'язкові теплообмінники 136 і 146 на шляху постачання сировини в мембрану і/або на шляху виведення непроникного продукту для то го, щоб обмежувати кількість пари, що повертається на рециркуляцію в колону. У цьому прикладі обчислення проводилися для умов, подібних описаним у Прикладі 1, використовуючи теплообмінники 136 і/або 146 на шляха х проходження сировини в мембрану і/або непроникного продукту із мембрани. Було необхідним охолоджувати сировину, що постачалася на мембрану, до температури 26,7 - 37,8°C (80 - 100°F) або непроникний продукт до температури 21,1°C (70°F) для виключення рециркуляції пари в колону. Проте, це мало лише невеликий вплив на продуктивність даного пристрою розділяння пропану і пропілену. Слід зауважити, що абсолютна витрата потоку непроникного продукту не змінювалася, коли використовувалися теплообмінники 136 і 146, оскільки на витрату непроникного продукту впливає склад сировини, витрата сировини, площа і селективність мембрани. Теплообмінники впливали на фазу при входженні непроникного продукту в колону. Невелике збільшення продуктивності, зумовлене дією теплообмінника 146, спостерігалося, коли витрата непроникного продукту була високою. Застосування теплообмінника 136 давало подібні результати, але цей теплообмінник був значно більш затратним, ніж теплообмінник 146, оскільки витрата сировини, що подавалася на мембрану, була значно більшою, ніж витрата непроникного продукту з її виходу. Потрібна площа мембрани також була більшою (до 25%), коли використовувався теплообмінник 136, оскільки охолодження сировини в мембрані викликало повну конденсацію і переохо лодження непроникного продукту після мембранного охолодження. Слід зауважити, що температура теплообмінника 146 у цьому прикладі становила приблизно 21,1°C (70°F). На практиці застосування охолодження водою в загальному випадку є для цієї операції недостатнім, що зумовлює потребу в іншому джерелі охолодження (наприклад, за допомогою холодильника). Мінімальне зростання продуктивності, яке при цьому спостерігалося, не змогло б компенсувати додаткових затрат на застосування теплообмінників 136 і 146. Приклад 3 У цьому прикладі розглянуто варіант здійснення винаходу, схематично відображений на Фіг.2. Тут колона 220 фракційної перегонки використовувалася як С-З розділитель, частина пари головного дистиляту якого спрямовувалася на мембранний пристрій 240 розділяння, рушійною силою якого був ефект леткості. Потік непроникного продукту із мембранного пристрою 240 був повністю зрідженим і під дією насоса 222 постачався на рециркуляцію в колону 220. Обчислення проводилися для температури охолоджувальної води 37,8°C (100°F) у де флегматорі 260. Витрата рідини в колоні вибиралася в такому розрахунку, щоб розділяння також могло проводитися на 200 тарілках. У той же час витрата пари в колоні встановлювалася так, щоб донний продукт її відповідав нормам для LPG. До того, як розміщувати мембрану на цьому пристрої, існуючий діаметр колони був відрегульований для обробки 10000 барелей за день (BPD) RGP-пропілену із сировини 212, що складалася на 74% із пропілену і на 26% із пропану. Загальне флегмове число тут також було знижене, а чистота головного дистиляту колони була зменшена так, щоб відповідним чином регулювати ентальпію сировини на мембрані та коефіцієнт мембранної ефективності У цьому прикладі витрата сировини, що постачалася в колону, була збільшена так, що флегмове число було зменшене до рівня, де витрата пари колони залишалася такою самою. Для одержання PGP-пропілену із головного погону низької чистоти використовувалися мембрани 240. Обчислення проводилися з проникністю пропілену на мембрані 2 Барери і селективністю щодо пропілену на рівні 15. Результати цих обчислень наведені в Таблиці ІІ. Тут також площа мембрани регулювалася таким 25 83658 чином, щоб отримувати проникний продукт, що відповідав технічним умовам для PGP. Кількість матеріалу, яку можна було обробляти, зростала доти, поки вміст пропілену в головному дистиляті досягав рівня приблизно 97-98%. При кількості пропілену в головному дистиляті приблизно 97% 26 кількість непроникного продукту, що спрямовувалася на рециркуляцію в колону, починала значно зростати, а вихід корисного продукту - зменшуватися. Цей максимум продуктивності пристрою також виникав, коли коефіцієнт мембранної ефективності становив приблизно 1. Таблиця II Непроникний продукт подається в колону фракційної перегонки через насос Вміст пропілену в головному дистиляті, %(об.) 99 98 97 96 MEI** 1,03 1,03 0,76 0,43 Зростання виВідношення непроникноПотужність теплоходу продукту, го продукту до сировини обмінника * % з колони 15 Дані відсутні 0,004 26 Дані відсутні 0,04 26 1,0 0,2 25 6,2 0,5 Площа мембрани, фут 2´103 291 298 272 271 ** MEI: Коефіцієнт мембранної ефективності. Потужністю теплообмінника 246 є його здатність сконденсовувати потік непроникного продукту, Британська теплова одиниця/год.´10-3. Коли вміст пропілену в головному дистиляті колони перевищував рівень приблизно 98%, мембранне охолодження повністю сконденсовувало (і переохолоджувало) непроникний продукт і, таким чином, охолоджувача (246) для цього непроникного продукту не потребувалося. При кількості пропілену нижче 98% рівня рецикловий непроникний продукт зростав, проникний PGP приводився у відповідність з технічними умовами, а мембранне охолодження знижувалося настільки, що повної конденсації непроникного продукту не відбувалося. Для повної конденсації непроникного продукту перед надсиланням його до насоса використовувався охолоджувач 246. У даному прикладі спостерігалися випадки відсутності подальшого зростання виходу корисного продукту, коли використовувався о холоджувач 246, через те, що рецикловий непроникний продукт починав зменшувати ємність пристрою для прийому свіжої сировини. Ці спостереження несподівано дозволили встановити той факт, що, використовуючи в таких умовах термоінтегрованого процесу ефект мембранного охолодження, можна відмовитися від застосування охолоджувача непроникного продукту і, таким чином, виключити пов'язані з цим капітальні й експлуатаційні затрати. Варіант здійснення винаходу, відображений на Фіг.2, є особливо підходящим для комбінування в єдиному інтегрованому процесі мембранного пристрою зі звичайним С-З розділителем. Через падіння тиску на мембрані необхідно підвищува ти тиск непроникного продукту перед його рециркуляцією в колону. Економія, яку дає запропонований пристрій у зв'язку з цими витратами, є досить суттєвою, оскільки він дозволяє для збільшення тиску непроникного продукту використовувати насос, а не компресор, позбавляючись в результаті операції стискання газу, яка для її здійснення звичайно потребує чималих капітальних, робочих і експлуатаційних коштів. Слід зауважити, що охолоджувач 236 може використовува тися також для забезпечення повного зрідження рециклового непроникного продукту після мембранного охолодження. Проте використання охолоджувача 236 було б більш витратним, ніж охолоджувача 246, оскільки охолоджувачу 236 у цьому випадку було б необхідно охолоджувати сировину, що постачається на мембрану і має більшу витрату потоку, ніж непроникний продукт. Приклад 4 У цьому прикладі обчислення проводилися так само, як у Прикладі 3, за винятком того, що селективність щодо пропілену була прийнята на рівні 35, а проникність пропілену була прийнята на рівні 1 Барер. Коли селективність знижувалася, використовувалася більш висока проникність для пропілену, оскільки в літературних джерелах щодо мембранного розділяння вказується на те, що зниження селективності в загальному випадку призводить до більших величин проникності [Robeson, "Correlation of Separation Factor Versus Permeability for Polymeric Membranes," J. Memb. Sci. 62, 165-185 (1991); Burns, R.L et al., "Defining the Challenges for C3H6/C3H8 Separation Using Polymeric Membranes," J. Memb. ScL, 211, 299-309 (2003)]. Результати цих обчислень подані в Таблиці III. При використанні пристрою, схема якого зображена на Фіг.2, зростання виходу цільового продукту досягалася, коли зростала селективність мембрани. Цей факт свідчить про те, що пристрій, показаний на Фіг.2, має перевагу навіть за більшої селективності мембрани. В умовах більшої селективності стосовно пропілену концентрація його в сировині, що подається на мембрану, і зворотний стік колони можуть зменшува тися і далі доти, аж поки не впаде вихід проникного продукту і не стане значним рецикл непроникного продукту. У даному прикладі потребувалася більша площа мембрани, оскільки проникність останньої щодо пропілену була нижчою. Як і в Прикладі 3, було можливим виключити зі схеми процесу охолоджувач 246 не 27 83658 проникного продукту з малим впливом на збільшення виходу корисного продукту, коли мембранне охолодження було достатнім для повної кон 28 денсації непроникного продукту при коефіцієнті мембранної ефективності приблизно 1. Таблиця III Непроникний продукт постачається в колону фракційної перегонки через насос Вміст пропілену в головному дистиляті, %(об.) 97 96 95 94 MEI** 0,97 0,98 1,00 0,86 Зростання виВідношення непроникного Площа мемходу продукту, Потужність тепло- продукту до сировини з брани, обмінника * % колони фут 2´103 39 Дані відсутні 0,03 730 43 Дані відсутні 0,05 716 43 0,03 0,1 669 39 1,0 0,2 651 ** MEI: Коефіцієнт мембранної ефективності. * Потужністю теплообмінника 246 є його здатність сконденсовувати потік непроникного продукту, BTU (Британська теплова одиниця)/год.´10-3. Приклад 5 У даному прикладі розглянутий варіант здійснення винаходу, схематично відображений на Фіг.3. Тут колона 320 фракційної перегонки використовувалася як С-З розділитель з бічним вихідним потоком, який подавався на мембранний пристрій 340 розділяння з рушійними силами, створюваними ефектом леткості. Вихідний непроникний продукт мембранного пристрою 340 був повністю зрідженим і за допомогою насоса 322 подавався на рециркуляцію в колону 320. У варіанті, зображеному на Фіг.3, мембрана з рушійними силами на ефекті леткості була розміщена на бічному виході колони фракційної перегонки, а її непроникний продукт був повністю зрідженим і перед рециркуляцією в колону підтримувався під підвищеним тиском за допомогою насоса. Сировина із джерела 312 містила компоненти з температурами кипіння, меншими за температуру кипіння пропілену. Пристрій дозволяв отримувати цільовий пропілен-збагачений бічний продукт, виводячи легкі матеріали через верх колони. Використовувана сировина із джерела 312 містила 3%(мас.) етану, 69%(мас.) пропілену і 28%(мас.) пропану. Вибір при цьому етану був зумовлений тим, що цей низькокиплячий компонент часто є наявним у ви хідному продукті крекінг-процесів, використовуваних для вироблення пропілену. Цей компонент повинен видалятися і не потрапляти у пропілен-збагачені і пропан-збагачені продукти колони. У даному прикладі продукти процеси виводяться лише по трубопроводах 392, 352 і 378. Обчислення були виконані для температури охолоджувальної води 37,8°C (100°F), потрібної для вироблення зворотного стоку колони. При такій температурі тиск у головній частині колони складав приблизно 320фунт./кв.дюйм (абсолют.). Обчислення були виконані для колони з 200 тарілками. Бічний вихід пари відбирали з 20 тарілки (рахуючи від верху колони). Витрата пари в колоні також встановлювалася в розрахунку на отримання донного продукту колони, що задовольняв нормам для LPG. Для одержання PGP-пропілену ви користовувалися мембрани (340). Обчислення проводилися для проникності пропілену крізь мембрану 2 Барери і селективності щодо пропілену на рівні 15. Витрата сировини, що постачалася на мембрану, була зменшена шляхом збільшення потоку бічного виходу пари з метою варіювання коефіцієнта мембранної ефективності. Тут також одночасно регулювалася площа мембрани таким чином, щоб одержувати проникний продукт, що відповідав технічним умовам для PGP. Отримані результати подані в Таблиці IV. При кількості пропілену в сировині на мембрану більше 96% мембранне охолодження було достатнім для повної конденсації (і переохолодження) непроникного продукту, внаслідок чого використовувати о холоджувач 346 для зрідження непроникного продукту було непотрібним. Зі зменшенням кількості пропілену в сировині на мембрану більше 96% рівня кількість рециклового непроникного продукту зростала, і мембранного охолодження було недостатньо для повної конденсації непроникного продукту, в результаті чого потребувалося застосування охолоджувача 346. Перехід до застосування охолоджувача 346 наставав, коли коефіцієнт мембранної ефективності становив приблизно 1. Даний приклад показує, що пристрій, схема котрого відображена на Фіг.3, являє собою кращий варіант введення мембрани в процес на бічному виході з колони, коли легкі компоненти сировини колони концентруються в продукті головного погону. Для очищення пропілену цей пристрій повинен одночасно деетанізувати і одержувати бажані продукти на зразок PGP і LPG. Використання насоса для нагнітання непроникного продукту було цілком виправданим, оскільки це виключало витрати на компресію газу. Регулювання коефіцієнта мембранної ефективності в даному випадку також давало можливість уникнути застосування охолоджувача непроникного продукту і, разом з цим, пов'язаних з ним капітальних і експлуатаційних затрат. 29 83658 30 Таблиця IV Бічний вихід колони фракційної перегонки, коли очищеним проникним продуктом є 99,5% пропілен Вміст пропілену в бічному виході, % 98 97 96 Потужність теплообмінника 346, BTU (Британська теплова одиниця)/год.´10-3 Дані відсутні Дані відсутні 0,46 MEI** 1,01 1,02 0,80 ** MEI: Коефіцієнт мембранної ефективності. Приклад 6 У даному прикладі розглянутий варіант здійснення винаходу, схематично відображений на Фіг.3. У цьому варіанті винахід дозволяє одночасно отримувати два цільових пропілен-збагачених продукти і цільовий пропан-збагачений продукт. Із джерела 312 на вхід технологічної установки постачалася сировина в кількості 10000 BPD RGPпропілену, що містив 74% пропілену і 26% пропану. Обчислення проводилися для температури охолоджувальної води 37,8°C (100°F), потрібної для повної конденсації головного дистиляту колони. При цьому тиск у головній частині колони складав приблизно 230фунт./кв.дюйм (абсолют.). Обчислення проводилися для колони з 200 тарілками. Бічний вихід пари відбирали з 65 тарілки (рахуючи від вер ху колони). У цьому прикладі витрата зворотного стоку в колону регулювалася так, щоб отримувати рідкий продукт 368 головного погону, який би задовольняв технічним умовам для PGP. Бічний вихід колони спрямовувався на мембранний модуль 340, площу мембрани якого регулювали так, щоб отримувати проникний, що задовольняв нормі для пропілену хімічної чистоти (CGP) 95% пропілену. Витрата пари в колоні була встановлена такою, щоб донний продукт колони задовольняв нормам для LPG. Для регулювання ентальпії мембранної сировини та коефіцієнта мембранної ефективності постачання сировини на мембрану тут також було зниженим, а витрата пари на бічному виході - збільшеною. Флегмове число регулювали таким чином, щоб отримувати рідкий продукт головного дистиляту, що задовольняв технічним умовам для PGP, а площу мембрани регулювали таким чином, щоб одержувати проникний продукт, що задовольняв технічним умовам для CGP. Результати проведених обчислень наведені в Таблиці V. Оскільки вміст пропілену в бічному ви ході колони був знижений, кількість виробленого PGP була зменшена, а кількість CGP - збільшена. При кількості пропілену в мембранній сировині більше ніж приблизно 83% мембранне охолодження було достатнім для повної конденсації' (і переохолодження) непроникного продукту, завдяки чому охолоджувач 346 для зрідження непроникного продукту був непотрібним. Коли ж вміст пропілену в мембранній сировині був нижче, ніж приблизно 83%, кількість ре циклового непроникного продукту була збільшена, а мембранне охолодження було недостатнім для повної конденсації проникного продукту, в результаті чого потребувалося застосування охолоджувача 346. Перехід до застосування охолоджувача 346 наставав, коли коефіцієнт мембранної ефективності складав приблизно 1. Таблиця V Бічний вихід колони фракційної перегонки у випадку 95% пропілену в очищеному проникному продукті Вміст пропілену в бічному Відношення PGP-продукту до CGP- Потужність теплообміннивиході, % продукту ка * 90 1.8 Дані відсутні 85 0,46 Дані відсутні 80 0,31 0,28 MeI** 1,03 1,02 0,97 * Потужністю теплообмінника 346 є його здатність сконденсовувати потік непроникного продукту, BTU (Британська теплова одиниця)/год.´10-3. ** MEI: Коефіцієнт мембранної ефективності. Даний приклад засвідчує, що пристрій, схематично зображений на Фіг.З, є кращим варіантом для одночасного вироблення двох цільових пропілен-збагачених продуктів І одного цільового пропан-збагаченого продукту. Використання насоса для нагнітання непроникного продукту було цілком виправданим, оскільки дозволяло виключити затрати на компресію газу. Даний приклад показав, що відносні кількості двох пропілен-збагачених продуктів (PGP і CGP) можуть варіюватися шляхом регулювання вмісту пропілену в мембранній сировині, витрати бічного виходу колони і коефіці 31 83658 єнта мембранної ефективності. Орієнтирами для такого регулювання могли б бути потреби ринку і вартість цих пропілен-збагачених продуктів. Регулювання коефіцієнта мембранної ефективності дозволяє також уникнути застосування охолоджувача непроникного продукту, як і пов'язаних з ним капітальних і експлуатаційних витрат. Використовуваний тут термін "домінуючий" означає наявність визначеного ним об'єкта в кількості більше, ніж приблизно п'ятдесят процентів. Термін "практично" означає виникнення або наявність того чи іншого об'єкта з достатньою частотою або в пропорціях, що на вимірюваному рівні впли 32 вають на макроскопічні властивості відповідної сполуки або пристрою. Там, де частота або пропорція такого впливу є не цілком визначеними, термін "практично" може розглядатися як адекватний числовому вираженню приблизно 20% і більше. Вираз "сировина складається по суті із..." означає наявність у сировині даного компоненту в кількості принаймні 95%(об.). Вираз "практично вільний від..." означає абсолютну винятковість припустимості малих варіацій, які мають лише незначний вплив на макроскопічні властивості кінцевого виходу, звичайно, до одного процента. 33 Комп’ютерна в ерстка Т. Чепелев а 83658 Підписне 34 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Process and apparatus for distillation and membrane separation for purification of fluid compounds

Автори англійською

Colling Craig W., Huff George A. Jr., Petsch Stephen J.

Назва патенту російською

Процесс перегонки и мембранного разделения для очистки смесей от флюидов (варианты) и устройство для их осуществления

Автори російською

Коллинг Крейг В., Хуфф Джордж А., Джр., Питш Стивен Дж.

МПК / Мітки

МПК: B01D 3/32, B01D 3/00, B01D 63/00

Мітки: варіанти, мембранного, сумішей, здійснення, розділяння, процес, пристрій, перегонки, флюїдів, очищання

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/17-83658-proces-peregonki-i-membrannogo-rozdilyannya-dlya-ochishhannya-sumishejj-flyudiv-varianti-ta-pristrijj-dlya-kh-zdijjsnennya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Процес перегонки і мембранного розділяння для очищання сумішей флюїдів (варіанти) та пристрій для їх здійснення</a>

Подібні патенти