Очистка потока газа



Очистка потока газа
Очистка потока газа
Очистка потока газа

 


Владельцы патента RU 2501593:

ЭДВАРДС ЛИМИТЕД (GB)

По меньшей мере, одну газообразную примесь, например силан, удаляют путем абсорбции из поступающего потока газа, например потока газа, содержащего азот и водород, каковая газообразная примесь обладает меньшей летучестью, чем поступающий поток газа. Абсорбирование проводят переохлажденным жидким абсорбентом при первой криогенной температуре и первом давлении. Типичным абсорбентом является пропан. Абсорбирование может быть осуществлено в колонне (130) газожидкостного контакта. Абсорбент, содержащий примесь, может быть регенерирован в регенерационном резервуаре 150 и возвращен в колонну (130). 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для удаления, по меньшей мере, одной газообразной примеси из поступающего потока газа, каковая газообразная примесь обладает меньшей летучестью, чем газ, из которого ее нужно удалить.

Имеется много различных способов очистки потоков газа. Эти способы включают отделение примеси или примесей при помощи адсорбции при переменном давлении, на полупроницаемых мембранах и путем ректификации. Также известен способ абсорбирования примесей растворителем при комнатной температуре. К другим способам очистки относится конденсация или вымораживание примесей из поступающего потока газа. В некоторых из этих способов нужно использовать специальные материалы, например, селективные адсорбенты, мембраны или абсорбенты. Эти и другие способы также могут быть сопряжены с существенным энергопотреблением для сжатия поступающего потока газа или для получения потока регенерационного газа для продувки или удаления иным образом примесей из резервуара или резервуаров, в которых эти примеси высвобождаются из поступающего потока газа.

Следовательно, все еще существует потребность в новых способах и устройствах очистки газа. Например, при производстве элементов солнечной батареи образуется отходящий поток газа, содержащий водород, загрязненный силаном (SiH4) и, возможно, также фосфином (РН3) и бораном (В2Н6). Обычно в этом отходящем потоке газа примеси присутствуют в количестве порядка 1-2 об.%.

Целью настоящего изобретения является обеспечение способа и устройства для удаления, по меньшей мере, одной газообразной примеси из поступающего потока газа, каковая газообразная примесь обладает меньшей летучестью, чем поступающий поток газа.

В соответствии с настоящим изобретением им обеспечивается способ удаления, по меньшей мере, одной газообразной примеси из поступающего потока газа, каковая газообразная примесь обладает меньшей летучестью, чем поступающий поток газа, каковой способ включает абсорбирование указанной газообразной примеси переохлажденным жидким абсорбентом при первой криогенной температуре и первом давлении и получение, тем самым, очищенного потока газа.

Настоящим изобретением также обеспечивается устройство для осуществления способа, определяемого в предыдущем абзаце, каковое устройство включает, по меньшей мере, одну колонну газожидкостного контакта, предназначенную для приведения в тесный контакт газовой фазы и жидкой фазы, входное отверстие колонны для поступающего потока газа, подлежащего очистке, каковой поступающий поток газа содержит, по меньшей мере, одну газообразную примесь, обладающую меньшей летучестью, чем поступающий газ, первый теплообменник для переохлаждения жидкого абсорбента до первой криогенной температуры, распределительное устройство, размещенное в колонне, для переохлажденного абсорбента и выходное отверстие для очищенного потока газа.

Обычно абсорбент переохлаждают до температуры, при которой давление его паров меньше 1 мм рт. ст. (133,3 Па). Это сводит к минимуму попадание паров абсорбента в поступающий поток газа.

Выбор абсорбента зависит от состава поступающего потока газа и примесей. Примеси могут включать, по меньшей мере, один газообразный гидрид, например, силан. В примере удаления примесей силана из водорода абсорбентом может быть пропан. В этом примере первая криогенная температура обычно лежит в диапазоне от точки замерзания пропана при первом давлении до минус 140°С, предпочтительно, в диапазоне от минус 170°С до минус 150°С. Вообще, чем ниже первая криогенная температура, тем больше удельная поглощающая способность абсорбента по отношению к растворенному силану. Считается, что примерно 99,9% силана, присутствующего в поступающем потоке газа, может быть удалено при первой криогенной температуре, равной примерно минус 170°С.

Первое давление, обычно и удобно, равно атмосферному давлению.

Пропан также может быть использован в качестве абсорбента для удаления из водорода фосфина (РН3) и борана (В2Н6).

Абсорбент, содержащий абсорбированные примеси, желательно регенерировать, после чего он может быть возвращен для повторного абсорбирования. Абсорбент можно регенерировать путем его нагревания до второй криогенной температуры, которая выше первой криогенной температуры, при втором давлении обычно меньшем, чем первое давление. В типичной конфигурации абсорбент, содержащий абсорбированные примеси, непрерывно отбирают, одну часть отобранного абсорбента непрерывно рециркулируют для нового контакта с поступающим потоком газа, а вторую часть отобранного абсорбента непрерывно направляют на регенерацию.

Первое давление обычно равно атмосферному давлению, второе давление может быть достигнуто при помощи вакуумного насоса. Если нужно избежать разрежения, регенерация абсорбента может быть осуществлена при втором давлении, равном первому давлению, и второй криогенной температуре, более высокой, чем первая криогенная температура, путем пропускания потока отдувочного газа через абсорбент, содержащий абсорбированные примеси. Поток отдувочного газа может содержать, например, азот или водород.

Поток поступающего газа, предпочтительно, перед абсорбированием примесей предварительно охлаждают. Предварительное охлаждение осуществляют посредством (косвенного) теплообмена с очищенным потоком газа. С этой целью может быть использован второй теплообменник или регенератор.

Колонна газожидкостного контакта может содержать насадку, повышающую эффективность контакта газовой фазы и жидкой фазы. Насадка может представлять собой структурированную насадку или неупорядоченную насадку.

Регенерация абсорбента, содержащего абсорбированные примеси, неизбежно приводит к потерям некоторого количества абсорбента. Эти потери можно сдержать, если проводить абсорбцию примесей за две обособленные стадии, при этом на первой стадии образуется частично очищенный поток газа, абсорбент после первой стадии регенерируют и используют этот регенерированный абсорбент на второй стадии для завершения очистки поступающего потока газа. Поскольку на первой стадии образуется только частично очищенный поток газа (обычно происходит удаление от 85 до 95% общего количества указанной примеси), на первой стадии можно использовать меньше абсорбента, чем при одностадийном способе, следовательно, меньше абсорбента поступает на регенерацию, таким образом, становится возможным уменьшить потери абсорбента.

Таким образом, устройство, соответствующее настоящему изобретению, может включать первую колонну газожидкостного контакта, в которой имеется входное отверстие для поступающего потока газа, подлежащего очистке, распределительное устройство для переохлажденного абсорбента, первое выходное отверстие для частично очищенного потока газа, соединенное со второй колонной газожидкостного контакта, и второе выходное отверстие для абсорбента, содержащего абсорбированную примесь, соединенное отдельно с распределительным устройством и с регенерационной колонной, в которой происходит высвобождение абсорбированной примеси из указанного абсорбента, содержащего абсорбированную примесь; во второй колонне газожидкостного контакта имеется входное отверстие для частично очищенного потока газа, распределительное устройство для переохлажденного абсорбента, первое выходное отверстие для очищенного потока газа и второе выходное отверстие для абсорбента, содержащего абсорбированную примесь, каковое распределительное устройство второй колонны газожидкостного контакта соединено и со вторым выходным отверстием второй колонны газожидкостного контакта, и с выходным отверстием для регенерированного абсорбента регенерационной колонны.

Переохлаждение абсорбента осуществляют, предпочтительно, посредством теплообмена с соответствующей теплообменной средой. Типичной теплообменной средой является азот при надлежащей криогенной температуре. Постольку температура кипения жидкого азота при атмосферном давлении составляет приблизительно минус 196°С, тогда как абсорбент вообще используют при более высокой температуре, чем эта теплообменная среда может быть получена путем смешивания жидкого азота с перегретым испарившимся азотом. Типично теплообмен может быть осуществлен в нижней части указанной колонны газожидкостного контакта или вовне указанной колонны газожидкостного контакта.

Если второе давление, которое представляет собой давление, при котором регенерируют абсорбент, ниже, чем первое давление, то есть давление, при котором указанная примесь абсорбируется из поступающего потока газа, давление регенерированного абсорбента может быть увеличено перед его возвращением в указанную колонну газожидкостного контакта. С этой целью может быть использован насос с механическим приводом. В качестве альтернативы, регенерированный абсорбент может быть направлен в резервуар временного хранения, в котором его давление увеличивают (до значения, пригодного для возврата абсорбента в колонну газожидкостного контакта) посредством естественного или принудительного испарения абсорбента.

Способ и устройство, соответствующие настоящему изобретению, могут быть использованы для очистки водорода путем удаления, например, примесей силана, борана и фосфина до стандартного уровня, при котором очищенный водород пригоден для использования в качестве топлива в топливных элементах типа РЕМ (Polymer Electrolyte Membrane - мембранный топливный элемент с полимерным электролитом).

Далее способ и устройство, соответствующие настоящему изобретению, описаны для примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 представляет собой технологическую схему первого устройства для очистки водорода;

Фиг. 2 представляет собой технологическую схему второго устройства для очистки водорода;

Фиг. 3 представляет собой технологическую схему третьего устройства для очистки водорода.

Чертежи сделаны без соблюдения масштаба.

На различных фигурах аналогичные элементы обозначены одинаковыми номерами позиций.

Обратимся к фиг. 1; показанное на ней устройство включает насадочную колонну (или башню) 130 газожидкостного контакта и отдувочную колонну (или резервуар) 150. Отходящий поток газа, содержащий в качестве основных компонентов водород и азот, а также содержащий относительно небольшую долю обычно до 1 или 2 об.%, одного или более газообразного гидрида, такого как силан, поступает по впускному трубопроводу 110 в охлаждающее устройство 120. Источником отходящего потока газа может быть производственный процесс, в котором данные примеси используют в качестве реагентов. Одним из примеров такого производственного процесса может служить производство элементов солнечной батареи, в ходе которого силан и, иногда, также боран и фосфин используют в качестве реагентов.

Отходящий поток газа обычно поступает в устройство 120 при температуре в диапазоне от 0 до 50°С и давлении в диапазоне 1-2 бар.

Устройство 120, предпочтительно, представляет собой теплообменник, в котором температура поступающего потока газа уменьшается вследствие косвенного теплообмена с выходящим холодным потоком газа, образование которого будет описано ниже. В качестве альтернативы, устройство 120 может включать пару регенераторов или рекуператоров. В такой конфигурации один элемент пары охлаждают выходящим потоком газа, тогда как другой элемент пары (который, как таковой, уже предварительно охлажден) используют для охлаждения входящего потока газа. Фактически источником холодного потока газа является колонна 130, которая функционирует при криогенной температуре, входящий поток газа охлаждают до криогенной температуры, равной или близкой к рабочей температуре колонны 130. Охлажденный входящий поток газа поступает в колонну 130 через входное отверстие 112 в дне или вблизи дна. Охлажденный входящий поток газа поднимается по колонне 130, проходя через один или, более типично, множество слоев насадки 131. Насадка может представлять собой неупорядоченную насадку, включающую, например, кольца Пола, или структурированную насадку. По мере прохождения слоев 131 насадки поднимающийся газ вступает в тесный контакт с опускающейся жидкой фазой. Насадка имеет такую конфигурацию, которая способствует облегчению этого контакта. С этой целью может быть использована любая имеющаяся в продаже насадка, предназначенная для колонн газожидкостного контакта.

Жидкая фаза, применяемая в колонне 130 газожидкостного контакта, представляет собой переохлажденный абсорбент, в котором легко растворяется гидридная примесь входящего потока газа, вследствие чего поток газа, по существу, полностью освобождается от этой примеси. Типичным растворителем является пропан. В результате переохлаждения давление паров пропана уменьшается, благодаря чему загрязнение пропаном потока газа уменьшается, в то время как количество гидрида, которое может в нем раствориться, увеличивается. Пропан, который используют в качестве жидкой фазы в колонне 130 газожидкостного контакта, обычно переохлаждают до криогенной температуры (то есть температуры, не превышающей минус 200°С) в диапазоне от минус 155°С до минус 170°С или ниже, но обычно превышающей температуру замерзания пропана.

Пропан особенно хорошо подходит для использования в качестве абсорбента или растворителя в способе, соответствующем настоящему изобретению, так как он поддается переохлаждению до температуры, близкой к нормальной температуре кипения жидкого азота (минус 196°С) без замерзания; такая низкая температура облегчает растворение гидридных примесей. Кроме того, молекула пропана неполярна, не обладает дипольным моментом, что соответствует задаче растворения подобных неполярных молекул, таких как силан и боран. Пропан также обладает очень низким давлением паров при температурах порядка минут 170°С, следовательно, возможность загрязнения подлежащего очистке газа пропаном минимальна.

Нужные низкие температуры легко могут быть достигнуты посредством теплообмена с потоком холодного газообразного азота. Поток холодного газообразного азота с требуемой температурой может быть получен путем регулируемого испарения жидкого азота (температура кипения минус 196°С) с получением газа с необходимой степенью перегрева. Например, поток жидкого азота может быть смешан с потоком газообразного азота. Как показано на фиг. 1, в колонне 130 газожидкостного контакта имеется сборник 133 для жидкого пропана. Сборник снабжен охлаждающим змеевиком 135. Во время пуска холодный азот может быть пропущен по охлаждающему змеевику 135 для того, чтобы понизить температуру жидкого пропана до нужной величины. Пропускание холодного азота по охлаждающему змеевику обычно продолжают все время функционирования устройства, показанного на фиг. 1, чтобы возместить поглощение тепла («теплоприток») из окружающей среды. Чтобы уменьшить этот теплоприток, узел теплообменника 120 и колонны газожидкостного контакта обычно помещают в теплоизоляционный кожух 136, например вакуумный изоляционный кожух.

Поток переохлажденного жидкого пропана непрерывно отводят из сборника 133 колонны 130 газожидкостного контакта при помощи насоса 134. Поток переохлажденного жидкого пропана разделяют на два вторичных потока. Больший из двух вторичных потоков направляют в распределительное устройство 132, расположенное в колонне 130 газожидкостного контакта над слоем или слоями 131 насадки. Переохлажденный жидкий пропан однородно распределяется по слою или слоям 131 насадки. Он абсорбирует или растворяет гидридную примесь или примеси отходящего потока газа, концентрация примесей в пропане по мере его опускания увеличивается. Аналогично, количество примесей в отходящем потоке газа постепенно, по мере его прохождения вверх через слой или слои 131 насадки, уменьшается. По существу, чистый поток газа, содержащий водород и азот, выходит из верхней части колонны 130 газожидкостного контакта. Именно этот поток газа используют для охлаждения в устройстве 120, тем самым, чистый поток газа нагревается приблизительно до комнатной температуры. Очищенный поток газа может быть отведен в качестве продукта по трубопроводу 180 и может быть использован, например, как поток топлива топливного элемента.

Жидкий пропан, содержащий абсорбированную примесь или примеси, после слоя или слоев 131 насадки поступает в сборник 133. Чтобы предотвратить накопление абсорбированных примесей, меньший из двух вторичных потоков переохлажденного жидкого пропана направляют в отдувочный резервуар 150, в котором примесь отделяют или высвобождают из жидкого пропана. Очищенный таким образом жидкий пропан обычно возвращают в сборник 133 колонны 130 газожидкостного контакта. Отделение примеси в резервуаре 150 может быть осуществлено путем увеличения температуры и/или понижения давления жидкости по сравнению с условиями в колонне 130 газожидкостного контакта. В качестве альтернативы или дополнительно, может быть применен отдувочный газ. Однако, в устройстве, показанном на фиг. 1, предусматривается только сочетание повышения температуры и понижения давления с целью отделения абсорбированного газа от жидкого пропана и, тем самым, регенерации жидкого пропана. Как показано на фиг. 1, меньший вторичный поток переохлажденного жидкого пропана подают в отдувочный резервуар 150 через распределительное устройство 151, имеющее форму распыляющего сопла 151. Температура в отдувочном резервуаре 150 увеличивается, вследствие чего образуется пар, содержащий концентрированную смесь гидридной примеси в испарившемся растворителе - жидком пропане. Образование этой паровой фазы протекает при разрежении, пар непрерывно выводят при помощи вакуумного насоса 160. Вакуумный насос 160 может представлять собой многоступенчатый сухой вакуумный насос, включающий несколько ступеней Рутса и кулачковых ступеней.

При температуре абсорбции соответствующее давление паров пропана и, скажем, силана (SiH4) очень низкое. Однако, если температура в отдувочном резервуаре увеличится до, например, минус 140°С, давление паров и силана, и пропана увеличится, при этом давление паров силана будет больше. Условия в отдувочном резервуаре регулируют так, чтобы скорость удаления примесей была равна скорости, с которой они поступают в устройство в отходящем потоке газа. Вообще, чем выше температура в отдувочном резервуаре, тем выше интенсивность потерь пропана с паром, отводимым вакуумным насосом 160. Заявители полагают, что при температуре в отдувочном резервуаре порядка минут 140°С и давлении в отдувочном резервуаре около 0,5 торр, потери пропана могут составлять приемлемую долю относительно количества водорода в отходящем потоке газа (например, менее 10%). Однако ожидается, что при более высокой температуре доля потерь пропана увеличится. Кроме того, рабочие температуры в колонне 130 газожидкостного контакта и отдувочном резервуаре 150 и относительные расходы большего вторичного потока переохлажденного пропана, направляемого в колонну 130, и меньшего вторичного потока, направляемого в указанный резервуар, могут быть оптимизированы по наименьшему энергопотреблению (принимая во внимание потери пропана), возможному без снижения степени чистоты водорода.

Давление пара, отводимого из отдувочного резервуара 150, предпочтительно, увеличивают при помощи вакуумного насоса, по меньшей мере, до атмосферного давления с целью обеспечения возможности его дальнейшей обработки. Обычно его просто сжигают.

Если нужно, в отдувочном резервуаре может быть предусмотрено наличие одного или более слоя насадки. Очищенный жидкий пропан выводят из нижней чести отдувочного резервуара 150 и возвращают в сборник 133 колонны 130 газожидкостного контакта. Для повышения давления возвращаемого жидкого пропана может быть использован насос с механическим приводом (не показан). Если нужно, возвращаемый жидкий пропан может быть охлажден до рабочей температуры колонны газожидкостного контакта посредством теплообмена с холодным газообразным азотом в теплообменнике (не показан) снаружи колонны 130. В качестве альтернативы, поток холодного газообразного азота через охлаждающий змеевик 135 может быть отрегулирован так, чтобы обеспечивать заданную степень переохлаждения. Однако использования в данном процессе насоса с механическим приводом для возвращения жидкого пропана можно избежать, используя для перемещения давление газа. Такая конфигурация показана на фиг. 1. Очищенный жидкий пропан из нижней части отдувочного резервуара 150 поступает в резервуар временного хранения 153, который отделен от сборника 133 колонны 130 запорным клапаном 154. После того, как установленный объем жидкого пропана собран в резервуаре временного хранения 153, закрывают дополнительный запорный клапан 152 между резервуарами 150 и 153. Затем в резервуар временного хранения 153 подают транспортирующий газ. Транспортирующий газ может быть взят из очищенного потока отходящего газа. Запорный клапан 155 открывают, чтобы открыть доступ очищенному потоку газа в свободное пространство в верхней части резервуара временного хранения 153. В качестве альтернативы, транспортирующий газ может поступать из внешнего источника и подаваться в резервуар временного хранения через запорный клапан 156. В любом из этих альтернативных вариантов давления в свободном пространстве резервуара временного хранения достаточно для перемещения очищенного жидкого пропана в сборник 133 колонны 130, когда запорный клапан 154 открыт.

Устройство, показанное на фиг. 1, может быть использовано для эффективной очистки потока газа, содержащего водород или смесь водорода и азота, путем удаления из него одной или более газообразной гидридной примеси, такой как силан, боран и фосифин. В типичном примере концентрация примеси может быть снижена с 10000 частей на миллион по объему до 100 частей на миллион по объему.

Теперь обратимся к фиг. 2; на ней показано альтернативное устройство очистки, в котором использованы две абсорбционные колонны, благодаря чему в отдувочный резервуар 150 поступает более концентрированный раствор гидридной примеси в жидком пропане. В этом случае предварительно охлажденный поток отходящего газа из охлаждающего устройства 120 поступает в первую колонну 230 газожидкостного контакта. Конфигурация колонны 230 аналогична устройству колонны 130 газожидкостного контакта, показанной на фиг. 1. В колонне 230 имеется один или более слой 231 насадки, расположенный под распределительным устройством 232 и над сборником 234, в котором имеется охлаждающий змеевик 235. Подлежащий очистке газ поступает в колонну 230 ниже слоя или слоев насадки 231 и вступает в тесный контакт с переохлажденным жидким пропаном, который подают насосом 234 из сборника 233 в распределительное устройство 232. Через охлаждающий змеевик 235 пропускают холодный азот в количестве, достаточном для поддержания заданной температуры жидкого пропана. Как и при функционировании устройства, показанного на фиг. 1, не весь переохлажденный жидкий пропан, проходящий через насос 234, направляют в распределительное устройство 232. Некоторую его часть направляют в отдувочный резервуар 150. Одно из основных отличий функционирования колонны 230 устройства, показанного на фиг. 2, от функционирования колонны 130 устройства, показанного на фиг. 1, состоит в том, что не ставится задача удалить всю газообразную гидридную примесь в колонне 230. Обычно удаляют только около 90% этой примеси. Следовательно, в этом случае раствор гидрида в жидком пропане, поступающий в отдувочный резервуар 150, более концентрированный. В результате парциальное давление силана или другого гидрида в паровом пространстве отдувочного резервуара 150 намного больше. Поэтому доля пропана в газе, отводимом вакуумным насосом 160, намного меньше, следовательно, потери пропана в данном устройстве снижены. Кроме того, меньше потребность в откачке, поэтому может оказаться возможным использовать вакуумный насос 160 меньшей производительности.

Вторым основным отличием устройств, показанных на фиг. 1 и 2, является то, что очищенный газ из колонны 230 не отбирают в качестве продукта, а направляют во вторую колонну 240 газожидкостного контакта, конструкция которой такая же, как у колонны 230. Так, в колонне 240 имеется один или более слой насадки 241, расположенный ниже распределительного устройства 242 и выше сборника 243. Температуру жидкого пропана в сборнике 243 поддерживают соответствующей переохлажденному состоянию путем пропускания по змеевику 245 холодного азота.

В ходе эксплуатации вторую колонну 240 газожидкостного контакта используют для удаления из частично очищенного отходящего потока газа, отводимого из верхней части колонны 230, по существу, всей оставшейся газообразной гидридной примеси. Частично очищенный поток газа поступает в колонну 240 ниже слоя или слоев 241 насадки, содержащаяся в нем газообразная гидридная примесь абсорбируется опускающимся абсорбентом - жидким пропаном, который рециркулируют из сборника 243 в распределительное устройство 242 при помощи насоса 244. Обычно нисколько жидкости, рециркулируемой насосом 244, не попадает в отдувочный резервуар. Возврат очищенного жидкого пропана из резервуара временного хранения 153 в сборник 243 позволяет регулировать накопление примесей в рециркулируемой жидкости. Обычно вторую колонну 240 снабжают уравнительной трубой, чтобы избыток жидкого пропана перетекал из сборника 243 в сборник первой колонны 230.

Очищенный газ, отводимый из верхней части колонны 240 газожидкостного контакта, используют для охлаждения охлаждающего устройства 120 и отбирают в качестве продукта из трубопровода 180.

Устройство, показанное на фиг. 3, подобно устройству, показанному на фиг. 2, за исключением того, что отдувочный резервуар 150 в этом устройстве функционирует, по существу, при том же давлении, что и колонны 230 и 240 (например, приблизительно при атмосферном давлении). Следовательно, вакуумный насос 160 не нужен. Для отделения абсорбированных или растворенных газообразных примесей, таких как силан, от жидкого пропана в отдувочном резервуаре 150 поток отдувочного газа, обычно азота, подают по трубопроводу 300 в нижнюю часть отдувочного резервуара 150. Поскольку в данном случае отдувочный резервуар 150 функционирует при том же давлении, что и колонны 230 и 240 газожидкостного контакта, нет необходимости повышать давление очищенного пропана с целью его перемещения в сборник 243 колонны 240. Вместо этого отдувочный резервуар 150 устанавливают на достаточном возвышении, чтобы обеспечить перемещение под действием силы тяжести. Таким образом, резервуар временного хранения 153 и соответствующие клапаны 152, 154, 155 и 156 в устройстве, показанном на фиг. 3, не используются. В других отношениях функционирование и конфигурация устройства, показанного на фиг. 3, аналогичны функционированию и конфигурации устройства, показанного на фиг. 2.

В каждое устройство, показанное на чертежах, могут быть внесены изменения, модификации и дополнения. Например, могут быть задействованы различные регуляторы расхода, клапаны одностороннего действия и изолирующие клапаны, соответствующие хорошо известным в данной области критериям. Например, первый изолирующий клапан (не показан) может быть расположен на трубопроводе отходящего газа, или впускном трубопроводе 110, а второй изолирующий клапан - на трубопроводе продукта 180. Таким образом, в случае отказа системы охлаждения пропан может быть полностью заперт путем перекрывания этих двух изолирующих клапанов. Кроме того, каждое из устройств, показанных на чертежах, в нужных местах может быть снабжено продувочными трубопроводами с соответствующими клапанами (не показаны) для продувки газом, таким как азот, который не вступает в химическую реакцию при доминирующих условиях.

1. Способ удаления, по меньшей мере, одной газообразной примеси из поступающего потока газа, каковая газообразная примесь обладает меньшей летучестью, чем поступающий поток газа, каковой способ включает абсорбирование указанной газообразной примеси переохлажденным жидким абсорбентом при первой криогенной температуре и первом давлении и получение, тем самым, очищенного потока газа, причем в котором указанная газообразная примесь представляет собой гидрид или силан; где поступающий поток газа содержит азот и водород; и абсорбент представляет собой пропан.

2. Способ по п.1, в котором абсорбент переохлажден до температуры, при которой давление его паров меньше 1 мм рт.ст.

3. Способ по п.1, в котором указанная газообразная примесь дополнительно содержит боран (В2Н6), или фосфин, или и то, и другое.

4. Способ по п.1, в котором первая криогенная температура лежит в диапазоне от минус 155°С до минус 170°С.

5. Способ по любому одному из пп.1, 2, 3 или 4, в котором абсорбент регенерируют путем его нагревания до второй криогенной температуры, которая выше первой криогенной температуры.

6. Способ по п.5, в котором абсорбент регенерируют при втором давлении, меньшем, чем первое давление.

7. Способ по п.5, в котором абсорбент регенерируют при втором давлении, равном первому давлению, путем пропускания потока отдувочного газа через абсорбент, содержащий абсорбированные примеси.

8. Способ по п.7, в котором отдувочный газ содержит азот или водород.

9. Способ по любому одному из пп.6, 7 или 8, в котором регенерированный абсорбент возвращают для повторного абсорбирования.

10. Способ по любому одному из пп.6, 7 или 8, в котором абсорбирование примесей осуществляют в две стадии, на первой стадии образуется частично очищенный поступающий поток газа, абсорбент после первой стадии регенерируют и используют этот регенерированный абсорбент на второй стадии для завершения очистки поступающего потока газа.

11. Способ по любому одному из пп.1, 2, 3, 4, 6, 7 или 8, в котором поступающий поток газа подают по ходу потока выше стадии абсорбирования указанной примеси.

12. Способ по любому одному из пп.1, 2, 3, 4, 6, 7 или 8, в котором переохлаждение абсорбента осуществляют посредством теплообмена с теплообменной средой.

13. Способ по любому одному из пп.1, 2, 3, 4, 6, 7 или 8, в котором поступающий поток газа представляет собой отходящий поток газа процесса производства элементов солнечной батареи, а очищенный поступающий поток газа используют в качестве топлива в топливных элементах типа РЕМ.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу выделения метана из газовых смесей путем контактирования смеси с водным раствором циклического простого эфира концентрацией не выше 20% мол.

Изобретение может быть использовано в газовой промышленности для подготовки углеводородного газа к однофазному транспорту. Способ включает очистку углеводородного газа от тяжелых компонентов путем абсорбции абсорбентом.

Изобретение относится к способу отделения диоксида углерода от отходящего газа работающей на ископаемом топливе электростанции. Способ включает в себя абсорбционный процесс, в котором содержащий диоксид углерода отходящий газ приводят в контакт с абсорбентом, в результате чего образуется загрязненный диоксидом углерода абсорбент (25), и десорбционный процесс (10), который функционирует от горячего пара из пароводяного контура работающей на ископаемом топливе электростанции и в котором загрязненный диоксидом углерода абсорбент (25) регенерируют, в результате чего образуется регенерированный абсорбент (26).

Изобретение относится к способу очищения биогаза для извлечения метана, в котором компоненты, содержащиеся в биогазе, такие как диоксид углерода, соединения серы и аммиака, отделяются в ходе нескольких этапов процесса, и к соответствующей системе для осуществления способа.

Изобретение относится к области очистки газов и может быть использовано в газовой или в нефтеперерабатывающей промышленности для очистки абсорбентов от примесей. .

Изобретение относится к области инженерного оборудования зданий и сооружений и может быть применено с целью снижения уровня вентиляции для поддержания стандартных уровней концентрации вредных веществ в помещениях.

Изобретение относится к способам очистки сжиженных углеводородных газов от диоксида углерода. .

Изобретение относится к абсорбенту, для удаления диоксида углерода из дымовых газов, образующихся в работающей на ископаемом топливе установке для сжигания. .

Изобретение относится к способам для проведения тепло-массобменных процессов для системы газ-жидкость, в том числе для кондиционирования воздуха и его осушки, очистки газов от примесей других газов, паров жидкости и дисперсных твердых частиц, и может быть использовано в системах кондиционирования воздуха, санитарной очистки газовых выбросов, для подготовки природных или попутных нефтяных газов перед их использованием или транспортом. Способ очистки газов включает охлаждение газового потока, образование конденсата, выделение его с абсорбированными газовыми и механическими примесями. В качестве холодного теплоносителя, непосредственно контактирующего с газовым потоком, используется ранее образованный конденсат из очищаемого газового потока, охлажденный до температуры ниже точки росы газового потока. Перед взаимодействием разделяемого газа и охлажденного конденсата вводят часть ранее полученного конденсата без его охлаждения с целью насыщения паром газовой фазы и последующего увеличения количества конденсата на жидких или твердых частицах для повышения эффективности их сепарации. Очистку газа проводят в несколько этапов с целью выделения на каждом этапе отдельного компонента или групп компонентов газовой фазы. Технический результат: разработка простого, эффективного и надежного способа очистки газов от газовых, жидких и твердых примесей, снижение материалоемкости оборудования и эксплуатационных затрат. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Изобретение может быть использовано в нефтяной, газовой, газоперерабатывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической отраслях промышленности и относится к способам жидкофазной окислительной конверсии сероводорода, содержащегося в газах, с получением элементарной серы. Способ включает подачу очищаемых от сероводорода газов в зону абсорбции при встречном движении их с абсорбентом, а воздуха - в зону регенерации в количестве, обеспечивающем отношение парциальных объемов кислорода воздуха и сероводорода в газах в диапазоне 0,5÷25:1, отбор очищенных газов из верхней части зоны абсорбции, а серы - из нижней зоны регенерации, отличающийся тем, что вместе с очищаемыми газами в зону абсорбции подают воздух в количестве, обеспечивающем соотношение парциальных объемов кислорода воздуха к сероводороду газов 0,05÷0,75:1, причем суммарный объем подаваемого воздуха в зоны абсорбции и регенерации обеспечивает соотношение парциальных объемов кислорода воздуха к сероводороду, не превышающее первоначальное. Предлагаемый способ позволяет увеличить эффективность очистки газов от сероводорода (не менее 99,99%) за счет интенсификации процесса окисления сероводорода до элементарной серы благодаря частичному проведению регенерации абсорбента в зоне абсорбции и, как следствие, снизить материальные затраты на реализацию способа. 3 табл., 2 ил.
Изобретение относится к способу удаления кислотных газов из газового потока, в частности потока природного газа, потока синтез-газа или тому подобного, причем кислотные газы поглощаются из потока газа, по меньшей мере, одним абсорбентом. В качестве абсорбента применяется смесь из физического моющего средства, химического средства и воды. Абсорбент имеет более 60% по массе физического моющего средства, причем в качестве физического моющего средства применяется производное морфолина и применяется химическое моющее средство на основе, по меньшей мере, одного алифатического амина. Изобретение позволяет удалять компоненты кислотных газов из газового потока и предотвратить появление коррозии. 5 з.п. ф-лы.

Настоящее изобретение относится к способу очищения биогаза для получения метана, в котором компоненты, содержащиеся в биогазе, такие как диоксид углерода, соединения серы и аммиака, отделяются в ходе нескольких этапов процесса, и к соответствующей установке для осуществления способа. Цель обеспечения способа очистки биогаза для получения метана, характеризующегося низким потреблением энергии и позволяющего увеличить содержание метана, по меньшей мере, на 10%, достигается следующим образом: на первом этапе очистки диоксид углерода, сероводород, аммиак и другие водорастворимые органические вещества, присутствующие в сыром газе, удаляются в промывной колонне при стандартном давлении или при избыточном давлении до 6 бар пресной водой, при этом метановый газ, имеющий содержание метана, по меньшей мере, 65%, отводится у головы промывной колонны. Растворенные в промывочной воде метан и диоксид углерода последовательно выделяются из загрязненной промывочной воды, выпускаемой из промывной ступени, в первой испарительной колонне под стандартным давлением, а затем во второй испарительной колонне под вакуумом. Кислородосодержащий аэрационный газ, имеющий качество топливного газа, получают в первой испарительной ступени. Очищенная промывочная вода, накапливающаяся во второй испарительной ступени, возвращается в промывочную ступень К1. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу отделения диоксида углерода от дымового газа работающей на ископаемом топливе энергоустановки. Сначала в процессе сжигания сжигается ископаемое топливо (2), причем образуется горячий, содержащий диоксид углерода отходящий газ (3). На следующем этапе в процессе абсорбции (4) содержащий диоксид углерода отходящий газ (3) приводится в контакт с абсорбентом (5), причем диоксид углерода поглощается абсорбентом (5) и образуется загрязненный абсорбент (6). На следующем этапе в процессе десорбции (7) из загрязненного абсорбента (6) термически удаляется газообразный диоксид углерода (8). При этом в процесс десорбции (7) подается пар (9), который впрыскивается в загрязненный абсорбент (6), причем высвобождающееся в результате конденсации пара (9) тепло конденсации переносится на загрязненный абсорбент (6) и в то же время понижается парциальное давление диоксида углерода в десорбционном блоке. Изобретение позволяет повысить эффективность по сравнению с традиционным устройством газоочистки работающей на ископаемом топливе энергоустановки. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области очистки газов от сероводорода и диоксида углерода. Абсорбент содержит метилдиэтаноламин, фракцию вакуумной перегонки технического полиэтиленполиамина с интервалом кипения 50÷200°С, водорастворимый физический растворитель и воду. Абсорбент в качестве водорастворимого физического растворителя содержит полиэтиленгликоль или метиловые эфиры полиэтиленгликоля с формулой СН3-O(СН2СН2O)х-Н, где х=2÷5. Изобретение обеспечивает повышение эффективности очистки газа от H2S и СO2 при сохранении высокой эффективности регенерации абсорбента от кислых компонентов. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к области очистки газов пиролиза углеводородного сырья от сероводорода и двуокиси углерода, конкретнее к способам очистки сернисто-щелочных водных стоков, образовавшихся при щелочной очистке газов. Может быть использовано в химической и нефтехимической отраслях промышленности. Предложена технология селективной очистки пирогаза от кислых компонентов, включающая на первом этапе очистку пирогаза от сероводорода и регенерацию циркулирующего поглотительного раствора с выводом из материального потока элементарной серы, как продукта железо-каталитического окисления сульфидов. На втором этапе поглощение двуокиси углерода с термической регенерацией циркулирующего в схеме газоочистки раствора карбоната натрия. Изобретение обеспечивает полностью безотходную технологию, а также позволяет достичь высокой экономичности технологии. 2 ил.

Изобретение относится к способу очистки газовых смесей, в частности природного газа, содержащих меркаптаны и другие кислые газы, а также к поглащающему указанные загрязнители раствору. Способ очистки газовой смеси, содержащей меркаптан и/или этилмеркаптан и другие кислые газы, включает этап приведения в контакт указанной газовой смеси с поглощающим раствором, содержащим диэтаноламин, этоксилированный полиэтиленимин и воду, причем средняя молекулярная масса этоксилированного полиэтилена составляет от 500 до 106 г/моль. Изобретение позволяет обеспечить эффективное поглощение метилмеркаптана и/или этилмеркаптана, содержащихся в газовой смеси. 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Заявлены способ и установка для нейтрализации кислотности газовой смеси. Способ и установка включают в себя осуществление контакта газовой смеси с абсорбентом в абсорбере. При этом абсорбент содержит несущую фазу и органическую фазу, которая не смешивается с несущей фазой; обеспечение возможности абсорбции органической фазой кислого газа и превращения кислого газа в абсорбированный кислый газ с тем, чтобы превратить абсорбент в абсорбент, богатый газом, и газовую смесь превратить в очищенную газовую смесь. Обеспечение возможности перехода абсорбированного кислого газа в несущую фазу с тем, чтобы образовать в богатом газом абсорбенте первую бедную газом фазу и фазу, богатую газом; подачу богатого газом абсорбента в сепаратор с тем, чтобы отделить первую бедную газом фазу от богатой газом фазы. Циклическое возвращение отделенной первой бедной газом фазы обратно в абсорбер; подачу отделенной богатой газом фазы в регенератор с тем, чтобы получить кислый газ и вторую бедную газом фазу; и циклическое возвращение второй бедной газом фазы обратно в абсорбер. Изобретение позволяет уменьшить общие затраты энергии для проведения операции нейтрализации кислотности. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области абсорбционной очистки углеводородных газов от сернистых соединений жидкими абсорбентами. Способ очистки природного газа от серы и сероводорода, включающий его контактирование с поглотителем и последующей регенерацией отработанного поглотителя продувкой кислородом воздуха, при этом в качестве поглотителя используют расплав черновой меди при температурах 1225-1350°C и времени контактирования 2-2,5 мин. Технический результат заключается в уменьшении сероотложения в абсорбционном аппарате при сохранении степени регенерации поглотителя. 1 табл.
Наверх