Способ и устройство для отделения легкого инертного газа - RU2018145314A
Код документа: RU2018145314A
Формула
1. Устройство для производства продукта, содержащего легкий инертный газ, из сырьевого газа, содержащего легкий инертный газ и по меньшей мере один другой газообразный компонент, причем легкий инертный газ выбран из группы, состоящей из гелия и неона, при этом, устройство содержит
адсорбционную разделительную установку, содержащую
множество емкостей, каждая из которых содержит слой адсорбента;
коллектор сырьевого газа, в избирательном сообщении по текучей среде с каждой из множества емкостей;
коллектор продуктового газа, в избирательном сообщении по текучей среде с каждой из множества емкостей;
коллектор остаточного газа, в избирательном сообщении по текучей среде с каждой из множества емкостей;
трубопроводы технологического газа, функционально соединяющие множество емкостей с коллектором сырьевого газа, коллектором продуктового газа и коллектором остаточного газа;
причем каждая емкость из множества емкостей имеет связанные с ней трубопроводы технологического газа;
множество клапанов в трубопроводах технологического газа, включающее в себя множество клапанов, смежных и связанных с каждой соответствующей емкостью;
при этом адсорбционная разделительная установка имеет центральный объем трубопроводов технологического газа, связанных с каждой из соответствующих емкостей, Vc;
при этом центральный объем для каждой соответствующей емкости представляет собой сумму
(i) объема, содержащегося в трубопроводах технологического газа, связанных с соответствующей емкостью, которые соединяют соответствующую емкость с каждым клапаном, смежным с соответствующей емкостью,
(ii) всех объемов глухих концов, если таковые имеются, соединенных на стыке с соответствующей емкостью; и
(iii) всех объемов глухих концов, если таковые имеются, соединенных на стыке с любым из трубопроводов технологического газа, связанным с соответствующей емкостью, которые соединяют соответствующую емкость с любым клапаном, смежным с соответствующей емкостью;
причем центральный объем для каждой соответствующей емкости включает в себя вторичный объем, V2, причем вторичный объем представляет собой сумму
(i) объема всех глухих концов, если таковые имеются, соединенных с соответствующей емкостью,
(ii) объема всех глухих концов, если таковые имеются, соединенных на стыке с любым из трубопроводов технологического газа, связанным с соответствующей емкостью, которые соединяют соответствующую емкость с любым клапаном, смежным с соответствующей емкостью, и
(iii) объема любых трубопроводов технологического газа, если таковые имеются, которые имеют первый конец, заканчивающийся в клапане, смежном с соответствующей емкостью, который выполнен с возможностью позволять перемещение технологического газа в коллектор остаточного газа, если клапан открыт, и второй конец, заканчивающийся на стыке с любым другим из связанных трубопроводов технологического газа, которые соединяют соответствующую емкость с любым другим клапаном, смежным с соответствующей емкостью; при этом
вторичный объем V2 составляет менее чем 5% от центрального объема Vc для каждой емкости.
2. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее
вторую разделительную установку, причем вторая разделительная установка снабжена впуском, первым выпуском и вторым выпуском, и при этом впуск находится в сообщении по текучей среде с коллектором продуктового газа адсорбционной разделительной установки;
газовый смеситель, снабженный первым впуском для приема потока сырьевого газа, вторым впуском, сообщающимся по текучей среде с источником второго газа, содержащего более высокую концентрацию легкого инертного газа, чем сырьевой газ, при этом коллектор сырьевого газа адсорбционной разделительной установки находится в сообщении по текучей среде с выходом газосмесительного устройства ниже по потоку;
датчик в по меньшей мере одном из (i) трубопровода технологического газа, который осуществляет подачу на впуск газосмесительного устройства, (ii) трубопровода технологического газа, который соединяет выпуск газосмесительного устройства с коллектором сырьевого газа адсорбционной разделительной установки; и (iii) коллектора сырьевого газа; и контроллер, находящийся в сигнальной связи с датчиком, причем контроллер выполнен с возможностью управления расходом легкого инертного газа из источника второго газа ко второму впуску газосмесительного устройства на основе сигналов от датчика.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что источник второго газа включает в себя первый выпуск второй разделительной установки.
4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что источник второго газа включает в себя второй выпуск второй разделительной установки.
5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что источник второго газа включает в себя трубопровод технологического газа, который функционально соединяет коллектор продуктового газа со впуском второй разделительной установки.
6. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что газосмесительное устройство снабжено третьим впуском, находящимся в сообщении по текучей среде со вторым выпуском второй разделительной установки.
7. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что газосмесительное устройство снабжено третьим впуском в сообщении по текучей среде с трубопроводом технологического газа, который функционально соединяет коллектор продуктового газа адсорбционной разделительной установки с впуском второй разделительной установки.
8. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что вторая разделительная установка представляет собой разделительную установку мембранного типа,
причем источник второго газа включает в себя первый выпуск второй разделительной установки; и при этом по меньшей мере одно из следующего
(a) вторая разделительная установка снабжена по меньшей мере одним регулируемым отверстием, находящимся в сигнальной связи с контроллером, при этом по меньшей мере одно регулируемое отверстие выполнено с возможностью управления давлением во второй разделительной установке; и
контроллер выполнен с возможностью управления расходом легкого инертного газа из источника второго газа ко второму впуску газосмесительного устройства путем регулирования по меньшей мере одного регулируемого отверстия ;
(b) разделительная установка мембранного типа содержит множество мембранных модулей и по меньшей мере один управляющий клапан, управляющий долей действующих мембранных модулей, причем по меньшей мере один управляющий клапан находится в сигнальной связи с контроллером; и
контроллер выполнен с возможностью управления расходом легкого инертного газа из источника второго газа ко второму впуску газосмесительного устройства путем регулирования доли действующих мембранных модулей; или
(c) устройство содержит теплообменник, выполненный с возможностью управления температурой во второй разделительной установке, при этом теплообменник находится в сигнальной связи с контроллером; и контроллер выполнен с возможностью управления расходом легкого инертного газа из источника второго газа ко второму впуску газосмесительного устройства путем регулирования тепловой нагрузки теплообменника.
9. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что вторая разделительная установка представляет собой разделительную установку адсорбционного типа, причем по меньшей мере одно из следующего
(a) источник второго газа включает в себя первый выпуск второй разделительной установки;
и при этом разделительная установка адсорбционного типа содержит множество емкостей, каждая из которых содержит слой адсорбента, и по меньшей мере один управляющий клапан, управляющий долей действующих емкостей из множества емкостей, при этом по меньшей мере один управляющий клапан находятся в сигнальной связи с контроллером; и
контроллер выполнен с возможностью управления расходом легкого инертного газа из источника второго газа ко второму впуску газосмесительного устройства путем регулирования доли действующих емкостей из множества емкостей;
(b) источник второго газа включает в себя первый выпуск второй разделительной установки;
причем вторая разделительная установка содержит коллектор сырьевого газа,
и при этом вторая разделительная установка снабжена по меньшей мере одним регулируемым отверстием , выполненным с возможностью управления давлением в коллекторе сырьевого газа второй разделительной установки; и
контроллер выполнен с возможностью управления расходом легкого инертного газа из источника второго газа ко второму впуску газосмесительного устройства путем регулирования по меньшей мере регулируемого отверстия, выполненного с возможностью управления давлением в коллекторе сырьевого газа второй разделительной установки;
(c) источник второго газа включает в себя первый выпуск второй разделительной установки;
при этом вторая разделительная установка содержит коллектор остаточного газа;
причем вторая разделительная установка снабжена по меньшей мере одним регулируемым отверстием, выполненным с возможностью управления давлением в коллекторе остаточного газа второй разделительной установки; и
контроллер выполнен с возможностью управления расходом легкого инертного газа из источника второго газа ко второму впуску газосмесительного устройства путем регулирования по меньшей мере одного регулируемого отверстия, выполненного с возможностью управления давлением в коллекторе остаточного газа второй разделительной установки; или
(d) источник второго газа включает в себя второй выпуск второй разделительной установки;
И при этом вторая разделительная установка содержит коллектор продуктового газа,
причем вторая разделительная установка снабжена по меньшей мере одним регулируемым отверстием, выполненным с возможностью управления давлением в коллекторе продуктового газа второй разделительной установки; и
контроллер выполнен с возможностью управления расходом легкого инертного газа из источника второго газа ко второму впуску газосмесительного устройства путем регулирования по меньшей мере одного регулируемого отверстия, выполненного с возможностью управления давлением в коллекторе продуктового газа второй разделительной установки.
10. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что вторая разделительная установка представляет собой разделительную установку дистилляционного типа,
причем источник второго газа включает в себя первый выпуск второй разделительной установки; и при этом по меньшей мере одно из следующего
(a) вторая разделительная установка снабжена по меньшей мере одним регулируемым отверстием, находящимся в сигнальной связи с контроллером, при этом по меньшей мере одно регулируемое отверстие выполнено с возможностью управления давлением во второй разделительной установке; и
контроллер выполнен с возможностью управления расходом легкого инертного газа из источника второго газа ко второму впуску газосмесительного устройства путем регулирования по меньшей мере одного регулируемого отверстия, выполненного с возможностью управления давлением во второй разделительной установке;
(b) устройство содержит теплообменник, выполненный с возможностью управления температурой во второй разделительной установке, причем теплообменник находится в сигнальной связи с контроллером; и
контроллер выполнен с возможностью управления расходом легкого инертного газа из источника второго газа ко второму впуску газосмесительного устройства путем регулирования тепловой нагрузки теплообменника,
(c) вторая разделительная установка снабжена по меньшей мере одним отверстием, выполненным с возможностью управления коэффициентом дефлегмации во второй разделительной установке; и
контроллер выполнен с возможностью управления расходом легкого инертного газа из источника второго газа ко второму впуску газосмесительного устройства путем регулирования коэффициента дефлегмации во второй разделительной установке;
(d) вторая разделительная установка снабжена по меньшей мере одним отверстием, выполненным с возможностью управления соотношением дистиллята к сырью во второй разделительной установке; и
контроллер выполнен с возможностью управления расходом легкого инертного газа из источника второго газа ко второму впуску газосмесительного устройства путем регулирования соотношения дистиллята к сырью во второй разделительной установке; или
(e) вторая разделительная установка снабжена по меньшей мере одним отверстием, выполненным с возможностью управления соотношением продукта к сырью во второй разделительной установке; и
контроллер выполнен с возможностью управления расходом легкого инертного газа из источника второго газа ко второму впуску газосмесительного устройства путем регулирования соотношения дистиллята к сырью во второй разделительной установке.
11. Способ разделения потока сырьевого газа, содержащего легкий инертный газ и по меньшей мере один другой газообразный компонент, на поток, богатый легким инертным газом, и поток, бедный легким инертным газом, причем легкий инертный газ выбран из группы, состоящей из гелия и неона, и при этом способ включает в себя
объединение потока сырьевого газа с потоком второго газа с образованием объединенного газового потока, притом, что поток второго газа имеет более высокое содержание легкого инертного газа, чем поток сырьевого газа, причем поток второго газа имеет скорость потока, которая регулируется;
разделение потока сырьевого газа первой разделительной установки в адсорбционной разделительной установке с получением потока, обогащенного легким инертным газом, и потока, бедного легким инертным газом, и при этом поток сырьевого газа первой разделительной установки включает в себя по меньшей мере часть объединенного газового потока; и
разделение потока сырьевого газа второй разделительной установки во второй разделительной установке с получением потока, богатого легким инертным газом, и потока, обедненного легким инертным газом, при этом поток сырьевого газа второй разделительной установки включает в себя по меньшей мере часть потока, обогащенного легким инертным газом, из адсорбционной разделительной установки;
причем управление расходом легкого инертного газа в потоке второго газа осуществляется на основе показателя содержания легкого инертного газа по меньшей мере в одном из потока сырьевого газа, объединенного газового потока или потока сырьевого газа первой разделительной установки.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что адсорбционная разделительная установка содержит
множество емкостей, каждая из которых содержит слой адсорбента;
коллектор сырьевого газа, в избирательном сообщении по текучей среде с каждой из множества емкостей;
коллектор продуктового газа, в избирательном сообщении по текучей среде с каждой из множества емкостей;
коллектор остаточного газа, в избирательном сообщении по текучей среде с каждой из множества емкостей;
трубопроводы технологического газа, функционально соединяющие множество емкостей с коллектором сырьевого газа, коллектором продуктового газа и коллектором остаточного газа;
причем каждая емкость из множества емкостей имеет связанные с ней трубопроводы технологического газа;
множество клапанов в трубопроводах технологического газа, включающие множество клапанов, смежных и связанных с каждой соответствующей емкостью;
и при этом адсорбционная разделительная установка имеет центральный объем трубопроводов технологического газа, связанных с каждой из соответствующих емкостей, Vc;
при этом центральный объем для каждой соответствующей емкости представляет собой сумму
(i) объема, содержащегося в трубопроводах технологического газа, связанных с соответствующей емкостью, которые соединяют соответствующую емкость с каждым клапаном, смежным с соответствующей емкостью,
(ii) всех объемов глухих концов, если таковые имеются, соединенных на стыке с соответствующей емкостью, и
(iii) всех объемов глухих концов, если таковые имеются, соединенных на стыке с любого из трубопроводов технологического газа, связанного с соответствующей емкостью, который соединяет соответствующую емкость с любым клапаном, смежным с соответствующей емкостью;
причем центральный объем для каждой соответствующей емкости включает в себя вторичный объем, V2, где вторичный объем представляет собой сумму
(i) объема всех глухих концов, если таковые имеются, соединенных с соответствующей емкостью;
(ii) объема всех глухих концов, если таковые имеются, соединенных на стыке с любого из трубопроводов технологического газа, связанного с соответствующей емкостью, который соединяет соответствующую емкость с любым клапаном, смежным с соответствующей емкостью, и
(iii) объема любых трубопроводов технологического газа, если таковые имеются, которые имеют первый конец, заканчивающийся в клапане, смежном с соответствующей емкостью, который выполнен с возможностью позволять перемещение технологического газа в коллектор остаточного газа, если клапан открыт, и второй конец, заканчивающийся на стыке с любым другим из связанных трубопроводов технологического газа (102), которые соединяют соответствующую емкость с любым другим клапаном, смежным с соответствующей емкостью; и при этом для каждой емкости вторичный объем V2 составляет менее чем 5% от центрального объема Vc.
13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что поток сырьевого газа имеет общий молярный расход газа, F1, с молярным расходом легкого инертного газа, F1, Noble, а поток второго газа имеет общий молярный расход газа, F2, с молярным расходом легкого инертного газа, F2, Noble, причем
.
14. Способ по п. 11, отличающийся тем, что расход легкого инертного газа в потоке второго газа увеличивается, если содержание легкого инертного газа меньше заданного нижнего предела; и/или расход легкого инертного газа в потоке второго газа уменьшается, если содержание легкого инертного газа превышает заданный верхний предел.
15. Способ по п. 11, отличающийся тем, что поток второго газа включает в себя поток, обедненный легким инертным газом, причем расход легкого инертного газа во втором потоке увеличивают или уменьшают путем управления рабочими параметрами второй разделительной установки на основе содержания легкого инертного газа.
16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что вторая разделительная установка представляет собой разделительную установку мембранного типа, содержащую множество мембранных модулей, причем управление рабочими параметрами второй разделительной установки включает в себя по меньшей мере одно из
(a) уменьшения разности давлений между потоком сырьевого газа второй разделительной установки и потоком, богатым легким инертным газом, для увеличения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом; и/или
увеличение разности давлений между потоком сырьевого газа второй разделительной установки и потоком, богатым легким инертным газом, для уменьшения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом;
(b) уменьшение количества действующих мембранных модулей для увеличения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом; и/или
увеличение количества действующих мембранных модулей для уменьшения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом; или
(c) повышение температуры потока сырьевого газа второй разделительной установки для уменьшения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом; и/или понижение температуры потока сырьевого газа второй разделительной установки для увеличения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом.
17. Способ по п. 15, отличающийся тем, что вторая разделительная установка представляет собой разделительную установку адсорбционного типа, и при этом по меньшей мере одно из следующего
(a) разделительная установка адсорбционного типа работает с циклом адсорбции, имеющим длительность цикла, а управление рабочими параметрами второй разделительной установки включает в себя
увеличение длительности цикла второй разделительной установки для уменьшения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом; и/или
уменьшение длительности цикла второй разделительной установки для увеличения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом;
(b) разделительная установка адсорбционного типа содержит коллектор сырьевого газа, а управление рабочими параметрами второй разделительной установки включает в себя
повышение давления потока сырьевого газа второй разделительной установки в коллекторе сырьевого газа второй разделительной установки для уменьшения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом; и/или
понижение давления потока сырьевого газа второй разделительной установки в коллекторе сырьевого газа второй разделительной установки для увеличения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом;
(с) разделительная установка адсорбционного типа содержит коллектор остаточного газа, а управление рабочими параметрами второй разделительной установки включает в себя:
повышение давления потока, обедненного легким инертным газом, в коллекторе остаточного газа второй разделительной установки для увеличения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом; и/или
понижение давления потока, обедненного легким инертным газом, в коллекторе остаточного газа второй разделительной установки для уменьшения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом;
(d) разделительная установка адсорбционного типа работает с циклом адсорбции, включающим в себя стадию продувки, имеющую целевое давление в конце стадии продувки, а управление рабочими параметрами второй разделительной установки включает в себя:
повышение заданного давления в конце стадии продувки для увеличения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом; и/или
понижение заданного давления в конце стадии продувки для уменьшения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом;
(e) разделительная установка адсорбционного типа содержит множество адсорбционных слоев и работает со множеством циклов адсорбции, каждый из которых включает в себя стадию подачи, а управление рабочими параметрами второй разделительной установки включает в себя
переход к циклу адсорбции с меньшим количеством адсорбционных слоев, одновременно действующих на стадии подачи, для увеличения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом; и/или
переход к циклу адсорбции с большим количеством адсорбционных слоев, одновременно действующих на стадии подачи, для увеличения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом; или
(f) разделительная установка адсорбционного типа содержит множество адсорбционных слоев и работает со множеством циклов адсорбции, причем некоторые из них включают в себя стадию выравнивания давления, а управление рабочими параметрами второй разделительной установки включает в себя:
переход к циклу адсорбции с меньшим количеством стадий выравнивания давления или без стадий выравнивания давления для увеличения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом; и/или
переход к циклу адсорбции с большим количеством стадий выравнивания давления для уменьшения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом.
18. Способ по п. 15, отличающийся тем, что вторая разделительная установка представляет собой разделительную установку дистилляционного типа, работающую с коэффициентом дефлегмации и при рабочем давлении и рабочей температуре, причем управление рабочими параметрами второй разделительной установки включает в себя по меньшей мере одно из
(a) понижения рабочего давления второй разделительной установки для увеличения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом; и/или
повышения рабочего давления второй разделительной установки для уменьшения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом;
(b) повышения коэффициента дефлегмации второй разделительной установки для увеличения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом; и/или
понижения коэффициента дефлегмации второй разделительной установки для уменьшения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом; или
(c) понижения рабочей температуры второй разделительной установки для увеличения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом; и/или повышения рабочей температуры второй разделительной установки для уменьшения расхода легкого инертного газа в потоке, обедненном легким инертным газом.
19. Способ по п. 11, отличающийся тем, что поток второго газа включает в себя часть потока, богатого легким инертным газом, имеющую скорость потока, а расход легкого инертного газа в потоке второго газа увеличивают путем увеличения скорости потока для части потока, богатого легким инертным газом, и уменьшают путем уменьшения скорости потока для части потока, богатого легким инертным газом.
20. Способ по п. 11, отличающийся тем, что молярная концентрация легкого инертного газа в потоке сырьевого газа находится в диапазоне от 0,1 мол. % легкого инертного газа до 2,0 мол. % легкого инертного газа.
