На головну

Розділення повітря на мембранних установках.

  1.  J-d діаграма вологого повітря
  2.  Аспіраційної МЕТОД ВІДБОРУ ПРОБ ПОВІТРЯ
  3.  атмосферного повітря
  4.  Б) Сучасне міжнародне поділ трудя як матеріальна основа розвитку світової економіки
  5.  ВЕНТИЛЯЦІЯ І КОНДИЦІОНУВАННЯ ПОВІТРЯ
  6.  Вентиляція і кондиціонування повітря
  7.  Вологість повітря. Зі збільшенням відносної вологості повітря

Застосування повітря, збагаченого киснем в процесі конверсії у вторинному риформінгу, висуває проблему поділу повітря.

Традиційно кисень і азот отримують методами низькотемпературної ректифікації повітря - криогенним способом і адсорбційним. Обидва ці методи, крім достоїнств, мають і недоліки: складність і громіздкість апаратури, необхідність застосування низьких температур (вакуумний), регенерація адсорбенту, стирання його і т.д. Крім того в багатьох областях застосування кисню та азоту їх концентрації в збагаченому потоці і продуктивність установок можуть виявитися недостатніми. На відміну від традиційних мембранні газорозділювальні установки - компактні, модульні, прості в експлуатації і надійні - дуже перспективні. Причому вартість кисню (і азоту) при мембранному розділенні повітря може бути значно нижчою, ніж при криогенном або адсорбционном, особливо при невеликій продуктивності - менше 20 т / добу (в перерахунку на чистий кисень) [19].

Мембрани.Розвиток процесу поділу повітря за допомогою мембран пов'язано, перш за все, з пошуком або синтезом матеріалів, що характеризуються високими значеннями проникності і селективності за цільовим компоненту - кисню. Однак, крім проникності і селективності полімерних матеріалів, при створенні промислових мембран слід враховувати вкрай важливе для технології газоразделенія вимога - необхідність отримання та застосування мембран з таким дифузійним шаром, які могли б забезпечити високу продуктивність установки, при достатній міцності мембрани. Такі мембрани, звані асиметричними або композиційними, мають досить складну структуру і складаються з дифузійного (гомогенного, еффектівногo, селективного) шару малої товщини (0,005?2,0 мкм) і пористої підкладки з того ж полімеру (асиметричні) або з іншого матеріалу (композиційні ).

Структура асиметричних і композиційних мембран може бути і складніше. Так, асиметрична мембрана з ПВТМСімеет 3 чітко виражених шару: дифузний (гомогенний) товщиною 0,1?0,2 мкм, дрібнопористий товщиною 10?15 мкм з розміром пір до 0,3 мкм і шар з круглими (до 4 мкм) транспортними порами . Композиційні мембрани можуть мати кілька дифузійних (гомогенних) шарів з одного або різних полімерів, причому вони можуть бути нанесені на підкладку різними методами [19].

Найкращими характеристиками - високою продуктивністю і селективність - мають асиметричні і композиційні мембрани у вигляді плоских плівок з ПВТМСі поліфеніленоксіда. З огляду на, що асиметрична мембрана з ПВТМСпроще і дешевше у виготовленні, ніж композиційні (з ультратонким селективним шаром) мембрани "Дженерал електрик", застосування її в апаратах розділення повітря представляється більш привабливим; слід мати на увазі також велику механічну міцність їх селективного шару.

Високопродуктивні мембрани на основі полиорганосилоксанов мають порівняно низький фактор поділу, тому (крім мембрани Р-11) широкого застосування в мембранних апаратах розділення повітря не знайшли. Виняток становить композиційна мембрана у вигляді порожніх волокон "Монсанто", в якій селективність поділу визначається матеріалом матриці (полисульфон), в той час як суцільний шар (Поліорганосилоксани) визначає продуктивність мембрани. Ця мембрана, як втім і інші у вигляді порожніх волокон (наприклад, Високоселективний мембрана на основі поліефіраміди), широкого промислового застосування в процесах поділу, цільовим продуктом яких є збагачений до 35?60% об. киснем потік, поки не отримала. Пояснюється це, очевидно, високим гідравлічним опором модулів з порожніми волокнами. Однак в технологічних процесах, що протікають при підвищених дивленіях (наприклад, при отриманні в якості цільового продукту технічного - до 95% - азоту), використання апаратів на основі порожнистих волокон виявляється, з огляду на високу щільність упаковки, ефективним.

Інтенсивний пошук ведеться в області створення і застосування для концентрування кисню з повітря високоселективних "квазіжідкіх" мембран [19].

Установки. Мембранні установки разделанія повітря в залежності від призначення можуть працювати в режимі отримання або збагаченого киснем потоку, або технічного азоту. При цьому в промислових установках використовуються або вакуумна (з відкачуванням пермеата вакуум-насосами) схема, або компресійна схема, в якій вихідний повітря подається на установку при підвищеному тиску.

Важливими технологічними параметрами, що визначають ефективність процесу поділу повітря за допомогою мембран, є температура і перепад тисків через мембрану. Найбільш повно вплив цих параметрів досліджено на прикладі розробленого в СНД і впровадженого в різних галузях промисловості процесу поділу повітря на апаратах плоскокамерного типу з використанням ПВТМС мембрани [19].

Як правило, при підвищенні температури зростає проникність, як кисню, так і азоту, проте селективність процесу при цьому знижується. Так, значення фактора поділу при зміні температури від 220 до 320 К зменшиться від 7,3 до 3,6 [19].

У промисловій мембрані уникнути микродефектов в селективному шарі досить важко. Утворюються вони не тільки в процесі виготовлення мембран, а й в результаті складання мембранних елементів, монтажу апаратів, і являють собою або мікротріщини, або виходять на поверхню мікропори. Розміри дефектів - десятки, рідше сотні ангстрем і вони можуть впливати на характеристики мембран - збільшувати продуктивність і знижувати селективність. Тому залежність селективності від температури в реальному мембрані з мікродефектами має максимум.

Для роботи мембранної установки в режимі отримання збагаченого киснем потоку краще вакуумна схема - можна досягти високих концентрацій кисню в пермеаті. Крім того, зменшуються і витрати енергії, менша частина потоку - пермеат - піддається стиску.

Слід зазначити, що межа збільшення різниці тисків визначається, в кінцевому рахунку, механічною міцністю мембрани. Крім того, в деяких випадках збільшення тиску може несприятливо позначатися на швидкості окремих стадій процесу перенесення маси через мембрану: ущільнення дрібнопористою шару (і шару з транспортними порами) може збільшити опір і знизити швидкість перенесення газів через мембрану; можливо і збільшення внешнедіффузіонного опору.

Найбільше промислове застосування в різноманітних за призначенням установках поділу повітря отримали апарати з плоскопаралельним розташуванням мембранних елементів. У СНД були розроблені апарати такого типу в НВО "Кріогенмаш" для роботи в режимі отримання збагаченого киснем потоку.

Мембранний елемент складається з двох мембран і двох крупнопористих підкладок з полівінілхлориду. Між мембранними елементами укладені турбулізующіе вставки. Розмір елементів - 0,5 х 0,5 м, зазор між елементами 2 мм. Щільність упаковки мембран в апараті ~ 300 м2/ м3 [19].

В установках отримання збагаченого кисню за допомогою мембранних апаратів плоскокамерного типу використовуються і розроблені "Дженерал електрик" композиційні мембрани Р-11, що складаються з селективного шару блок-сополимера полидиметилсилоксана з полікарбонатом товщиною 0,1мкм і мікропористої підкладки "Селектрон" з порами розміром 50нм. Мембрана ця має високу газопроницаемостью, однак, селективність її досить низька - фактор поділу 2,0.

Порівняння витрат енергії на мембранний і вакуумний методи поділу показує, що навіть при використанні мембрани Р-11, що володіє відносно невисокою селективністю, але великою продуктивністю, мембранний процес отримання збагаченого до 30% об. киснем потоку більш вигідний. З використанням більш селективних мембран ефективність мембранної установки збільшується [19].

Конструкція апаратів плоскокамерного типу для роботи в режимі отримання технічного азоту відрізняється тільки організацією руху потоку повітря в напірному каналі - газ послідовно проходить мембранні елементи. Cтепень вилучення кисню велика - вище 0,5, тому концентрація азоту в ретанте - цільовому продукті може досягати до 95% об .. Апарат з такою організацією руху розділяється потоку має значний гідравлічний опір, тому в промислових установках отримання технічного азоту застосовують компресійну схему - повітря на поділ подають під тиском до 0,75МПа. При цьому, зрозуміло, збільшується товщина стінок корпусу і маса всього апарату.

Застосування компресійної схеми для отримання технічного азоту дозволило успішно експлуатувати (поряд з апаратами плоскокамерного типу) конструкції рулонного і половолоконной типів, причому, в апаратах на основі порожнистих волокон повітря на поділ доцільніше подавати не в "межтрубное", а в "трубне простір" [19 ]. Слід зауважити, що економічна ефективність процесу сильно залежить від селективності застосовуваної мембрани.

Відомою фірмою, що випускає мембранні установки для розділення повітря, є французька фірма "AIR LIQUIDE". Основна установка з виробництва азоту з повітря має продуктивність 1500м3/ Годину 97% азоту. При зменшенні продуктивності установки по азоту до 700м3/ Годину вміст кисню в азоті становить не більше 0,5%. При розрахункових умовах скидний газ збагачується киснем до 38?39%.

Згідно з технічною документацією фірми-виробника, повітря, що надходить на мембранну установку, повинен відповідати наступним вимогам, наведеним нижче в таблиці.

Атмосферне повітря компріміруется триступінчатим відцентровим компресором до тиску 11 бар хат. і охолоджується до температури приблизно 30 ° С в кінцевому холодильнику, вбудованому в компресор. Далі повітря проходить через систему очищення, що складається з фільтра, осушувальної вежі, потім шар активованого вугілля і кінцевого фільтра, заповненого також активованим вугіллям, де видаляються можливі сліди важких вуглеводнів.

Таким чином, в системі очищення видаляється з повітря вода, масло, важкі вуглеводні і інші домішки.

 домішки  Максимальний вміст
 СО2СОNОx N2ONH3SF6x H2SHClCl2 F2NeHeH2CH4 C2 в т.ч. З9пил  400 ppm2 ppm1 ppm0,6 ppm1 ppm10 ppm0,1 ppm0,1 ppm0,1 ppm0,2 ppm0,1 ppm18 ppm5 ppm0,7 ppm6 ppm2 ppm - 4 ppb 0,1 ppm0,2 мг / нм3

Далі очищене повітря надходить на електричний підігрівач, де підігрівається до 45 ° С і проходить кінцевий фільтр, де відбувається остаточне очищення повітря.

Очищене повітря надходить на три мембранних блоку, де відбувається його поділ. Мембранні блоки заповнені набором половолоконной мембран. Кожен блок складається з 5 половолоконной мембран. Таким чином, вся установка комплектується 15 мембранами. Тиск азоту, що виходить з мембранної установки, складає 7 бар. Скидний повітря, збагачене киснем, видається в атмосферу або використовується в технології.

Мембранна установка фірми "AIR LIQUIDE" працює компактно в автоматичному режимі, не вимагає постійної присутності обслуговуючого персоналу. Така установка змонтована і працює на Горлівському ВАТ "Концерн Стирол".

 




 Основні переваги суміщення виробництва метанолу та аміаку. |  Об'єднаний процес "Снам Проджетті". |  Економічні переваги інтегрального процесу "Снам Проджетті". |  Деякі відомості про цеолітах. |  Адсорбційна очистка природного газу. |  Гідрування гомологів метану на стадії сіркоочистки природного газу. |  Пошукові дослідження щодо підвищення калорійності природного газу, що надходить на стадію гідрування, за рахунок зниження концентрації гомологів метану. |  Комбінований автотермічний риформинг (КАР). |  Відмінні риси КАР. |  Риформинг фірми "Uhde". |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати