Спосіб розділення газових сумішей

1. Спосіб розділення газових сумішей з використанням адсорбентів, який відрізняється тим, що розділення здійснюють комбінованим адсорбційно-хроматографічним методом при надлишковому тиску 1-150 атм та температурі -50 - +120 °С у три стадії, на першій стадії від вихідної газової суміші відділяють діоксид вуглецю і вуглеводневі гази шляхом пропускання вихідної суміші газів крізь циліндричний роздільник з адсорбентом з отриманням суміші метану, оксиду вуглецю, азоту і водню, на другій стадії розділяють C2 2 (19) 1 3 Усі способи мембранного розділення суміші газів не дають можливості отримати окремі гази. Відомо спосіб розділення та зрідження газу в нафтогазовій промисловості. Спосіб включає підготовку газу, розділення його в мембранному або криогенному блоці та зрідження і розділення в блоці зрідження. В мембранному блоці природний газ очищують, подають крізь газороздільний пристрій у газороздільні резервуари, в яких концентрація метану збільшується до 99,9%. Метан надходить на вхід блока зрідження газу. Азот і вуглеводні розділяють у послідовно з'єднаних газороздільних резервуарах на окремі компоненти: етан, пропан і бутан, які подають до засобів зберігання. В криогенному блоці потік очищеного природного газу розділяють на два потоки. Газові потоки охолоджують, об'єднують. Подають розширений потік до ректифікаційної колони. Потік першої пари охолоджують до температури -112°С - -150°С до утворення парової та рідкої фаз шляхом пропускання крізь теплообмінники з використанням принципу протитоку з азотом, що циркулює у циклі охолодження. Охолоджений потік першої пари розділяють на парову та рідку фазу з утворенням потоку другої пари, що вміщує метан та азот у співвідношенні 1:(1,0-2,0), і потоку другої рідини з вмістом метану і азоту у співвідношенні 1:(4,0-2,0). Повертають потік другої рідини як флегми до ректифікаційної колони. Відводять з ректифікаційної колони першу рідину як потік продукту, який має температуру вище за -112°С, до засобу зберігання природного газу під тиском та до блоку зрідження. У блоці зрідження газ розділяють у метановідгінній, етановідгінній, бутановідгінній та пропановідгінній колонах. Газові потоки після зазначених колон вирівнюють за тиском і температурою та об'єднують. Частину об'єднаного потоку редукують і подають до боксу оператора [заявка РФ №2272228. F25J3/02, 2006]. Криогенний спосіб дозволяє розділити гази, проте ступінь розділення не повна і він досить енерговитратний. Найближчим до винаходу, що заявляється, є адсорбційний спосіб розділення газів з виділенням діоксиду вуглецю, згідно з яким потік газу пропускають крізь напівпроникний для газу матеріал, що є молекулярним ситом або активованим вугіллям типу АКТ. Від потоку відхідних газів, які проходять крізь цей напівпроникний для газу матеріал, відділяють потік газу з високим вмістом діоксиду вуглецю, і використовують щонайменше частину потоку газу з високим вмістом діоксиду вуглецю, як вихідний матеріал на промисловій установці та/або збирають і зберігають для наступного використання щонайменше частини потоку газу з високим вмістом діоксиду вуглецю. і виділення з Для розділення відхідних газів них діоксиду вуглецю як напівпроникний матеріал використовують матеріал, що здатний адсорбувати переважно діоксид вуглецю та отримати з відхідного газу потік з високим вмістом діоксиду вуглецю, і в якому потік відхідного газу пропускають крізь напівпроникний для газу матеріал, що адсорбує щонайменше суттєву частину діоксиду вуглецю, яка міститься в потоці 82940 4 відхідного газу, з отриманням на виході потоку з низьким вмістом діоксиду вуглецю, який викидають в атмосферу. Отриманий потік з високим вмістом діоксиду вуглецю використовують на установці для одержання аміаку та сечовини або метанолу [заявка РФ №2003132538, В01D 53/22,2005]. Адсорбційний спосіб, який здійснюють пропусканням газової суміші крізь адсорбент, використовується переважно для очистки газів від домішок, що сильно сорбуються, і не дозволяє достатньою мірою розділити гази. В основу винаходу поставлено задачу створення способу комбінованого адсорбційнохроматографічного розділення газових сумішей, що утворюються при термічній переробці палива і біомаси, який би дозволив повністю виділити із суміші окремі компоненти та максимально реалізувати сорбційну здатність адсорбенту. Поставлену задачу вирішують тим, що у способі розділення газових сумішей з використанням адсорбентів, згідно з винаходом, розділення здійснюють комбінованим адсорбційно-хроматографічним методом при надлишковому тиску 1-150 аті та температурі -50 +120°С у три стадії, на першій стадії від вихідної газової суміші відділяють діоксид вуглецю і вуглеводневі гази шляхом пропускання вихідної суміші газів крізь циліндричний роздільник з адсорбентом з отриманням суміші метану, оксиду вуглецю, азоту і водню, на другій стадії здійснюють розділення суміші газів після першої стадії комбінованим методом - спочатку здійснюють фронтальне розділення шляхом заповнення циліндричного роздільника з адсорбентом воднем і пропускання крізь нього суміші газів з отриманням на виході послідовно водню, суміші водню і азоту та суміші водню, азоту і оксиду вуглецю а потім здійснюють витискувальне розділення шляхом пропускання крізь циліндричний роздільник з адсорбентом метану до появи на виході чистого метану і скидання тиску до атмосферного для виділення адсорбованого метану; на третій стадії здійснюють відділення решти компонентів від водню та один від одного шляхом пропускання крізь циліндричний роздільник з адсорбентом суміші водню з азотом з використанням азоту для витискувального розділення та пропускання суміші водню з азотом і оксидом вуглецю з використанням оксиду вуглецю для Розділення суміші газів * здійснюють в витискувального розділення. циліндричних роздільниках з адсорбентами, співвідношення довжини і діаметру яких становить 10-1000. Здійснення розділення газової суміші при підвищеному тиску комбінованим методом, що поєднує елементи фронтального і витискувального розділення передбачає послідовне розподілення компонентів газової суміші вздовж об'єму адсорбенту в залежності від їх адсорбційної здатності з отриманням найменш адсорбованого компоненту - водню в чистому стані і суміші водню з іншими газами при фронтальному розділенні і послідовне витиснення адсорбованих (в порядку підвищення їх адсорбційної здатності) і не адсорбованих 5 компонентів суміші газів (в міжчастковому просторі гранульованого адсорбенту) шляхом пропускання компоненту газової суміші з максимальною адсорбційною здатністю - метану (або азоту і оксиду вуглецю) при витискувальному розділенні. Розроблений комбінований адсорбційнохроматографічний метод розділення газових сумішей дає можливість максимально використати адсорбційну і роздільну здатність сорбентів, яка зростає з підвищенням тиску, і дозволяє повністю розділити суміш газів на окремі компоненти. Винахід пояснюється малюнком, на якому зображено схему розділення газової суміші після термічної переробки палива і біомаси комбінованим адсорбційно-хроматографічним способом. На схемі зображено резервуар 1 для вихідної газової суміші, вихід якої з'єднано з входами двох циліндричних роздільників 2, 3 з адсорбентами. Виходи циліндричних роздільників 2, 3 з'єднано з входом третього циліндричного роздільника 4, вихід якого з'єднано з його входом, з резервуаром 5 для накопичення водню, резервуаром 6 для суміші водню з азотом, резервуаром 7 для суміші водню з азотом та оксидом вуглецю, резервуаром 8 - для метану. Резервуар 5 для водню та резервуар 8 для метану з'єднано з входом циліндричного роздільника 4. Вихід резервуару 6 для суміші водню з азотом з'єднано з входом циліндричного роздільника 9 з адсорбентом для суміші азоту і водню, вихід якого з'єднано з його входом, входом резервуару 5 для водню та з входом резервуару 10 для азоту. Вихід резервуару 10 з'єднано з входом циліндричного роздільника 9 з адсорбентом для суміші азоту і водню. Вихід резервуару 7 для суміші водню з азотом та оксидом вуглецю з'єднано з входом циліндричного роздільника 11 для суміші оксиду вуглецю, азоту і водню. Вихід резервуару 11 з'єднано з його входом, з входом резервуару 5 для водню, резервуару 6 для суміші водню з азотом та з входом резервуару 12 для оксиду вуглецю. Вихід резервуару 12 з'єднано з входом циліндричного роздільника 11 для суміші оксиду вуглецю, азоту і. водню. Спосіб здійснюють наступним чином. В способі використовують циліндричні роздільники з адсорбентами, співвідношення 82940 6 довжини і діаметра яких становить 10-1000. Розділення здійснюють при надлишковому тиску 1150 аті та температурі -50 - +120 С у три стадії. На першій стадії вихідну газову суміш з резервуару 1 пропускають крізь циліндричний роздільник 2 з адсорбентом і відділяють від діоксиду вуглецю і вуглеводневих газів, використовуючи циліндричний роздільник 3 з адсорбентом в режимі регенерації. Після першої стадії суміш метану, оксиду вуглецю, азоту і водню направляють у циліндричний роздільник 4. На другій стадії здійснюють комбіноване розділення суміші газів після першої стадії фронтальне розділення, що передбачає заповнення циліндричного роздільника 4 з адсорбентом воднем з резервуару 5, а потім пропускання суміші газів з отриманням на виході послідовно водню, суміші водню і азоту та суміші водню, азоту і метану, і витискувальне розділення шляхом пропускання крізь той же циліндричний роздільник 4 з адсорбентом метану з резервуару 8 до появи на виході чистого метану та скидання тиску до атмосферного для виділення адсорбованого метану. Суміш метану, оксиду вуглецю, азоту і водню, яка виходить із циліндричного роздільника 4 при витисненні метаном із резервуару 8 повертається в циліндричний роздільник 4. На третій стадії здійснюють відділення решти компонентів від водню та один від одного шляхом пропускання крізь циліндричний роздільник 9 з адсорбентом суміші водню з азотом з використанням азоту для витискувального розділення із резервуару 10 та пропусканні суміші водню з азотом і оксидом вуглецю крізь циліндричний роздільник 11 з використанням оксиду вуглецю для витискувального розділення із резервуару 12. Суміш водню з азотом, яка виходить із роздільника 9 при витисненні азотом і з роздільника 11 при пропусканні суміші водню з азотом і оксидом вуглецю повертається в резервуар 6 для азоту і водню. Суміш водню з азотом і оксидом вуглецю, яка виходить із роздільника 11 при витисненні оксидом вуглецю з резервуару 12, повертається в резервуар 7 для суміші водню з азотом і оксидом вуглецю. Комп’ютерна верстка В. Клюкін Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601