FR2852255A1 - Treatment of gas mixture by selective permeation uses flow of scavenging gas adjusted according to a parameter of at least one of the feed/output gases - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne les procédés de traitement de mélangesThe present invention relates to methods of treating mixtures
gazeux de charge par perméation sélective dans une unité de perméation 5 comprenant au moins un perméateur à membrane ayant, d'un côté de la membrane, une entrée de gaz de charge et une sortie de résiduaire, et de l'autre côté de la membrane, une entrée de gaz de balayage et une sortie de perméat. feed gas by selective permeation in a permeation unit 5 comprising at least one membrane permeator having, on one side of the membrane, a feed gas inlet and a waste outlet, and on the other side of the membrane , a purge gas inlet and a permeate outlet.
Pour favoriser le transport à travers la membrane d'un composant présent dans le gaz de charge on peut, dans certaines applications, injecter côté 10 perméat un fluide suffisamment pauvre en ledit constituant pour baisser, sur ce côté perméat, la pression partielle du constituant et donc favoriser son transport à travers la membrane. Pour une surface donnée de membrane, cette opération se traduit par une perte de la pureté du perméat mais trouve cependant de nombreuses applications, par exemple lorsque la production de l'unité de 15 traitement est le résiduaire ou lorsque la quantité de gaz perméat extraite prime sur la pureté, ce qui est le cas par exemple pour la production d'hydrogène impur. To favor the transport through the membrane of a component present in the feed gas, it is possible, in certain applications, to inject on the permeate side a fluid sufficiently poor in said constituent to lower, on this permeate side, the partial pressure of the constituent and therefore favor its transport through the membrane. For a given membrane surface, this operation results in a loss of the purity of the permeate but nevertheless finds numerous applications, for example when the production of the treatment unit is residual or when the quantity of permeate gas extracted takes precedence. on purity, which is the case for example for the production of impure hydrogen.
Un problème général rencontré avec des unités de perméation de tous types tient dans les variations entre les conditions dites de " dimensionnement " 20 de l'installation et les conditions réelles d'exploitation: en l'absence d'actions correctives, les performances obtenues concrètement diffèrent, parfois considérablement, de celles prévues initialement. Les solutions connues consistent généralement à modifier les pressions de fonctionnement côté gaz de charge et/ou côté perméat, ou bien à changer la température opératoire, ce qui 25 modifie les caractéristiques de la membrane ou encore en faisant varier la surface de perméation, en ne mettant en oeuvre que certains sous-ensembles de l'unité de perméation. Ce faisant, on peut par exemple maintenir la pureté de la production mais nécessairement au prix d'une pénalisation sur un des paramètres de fonctionnement (pression, température ou surface de 30 membrane). A general problem encountered with permeation units of all types lies in the variations between the so-called "dimensioning" conditions of the installation and the actual operating conditions: in the absence of corrective actions, the performances obtained concretely. differ, sometimes considerably, from those originally planned. Known solutions generally consist in modifying the operating pressures on the feed gas side and / or on the permeate side, or else to change the operating temperature, which modifies the characteristics of the membrane or alternatively by varying the permeation surface, by not using only certain subsets of the permeation unit. In doing so, it is possible, for example, to maintain the purity of the production, but necessarily at the cost of a penalty on one of the operating parameters (pressure, temperature or membrane surface).
La présente invention a pour but de proposer un procédé de traitement d'un mélange gazeux permettant, en cas de variations dans les conditions de fonctionnement réelles, de conserver une récupération maximale de gaz de production pour une pureté donnée de ce dernier. The object of the present invention is to propose a process for treating a gaseous mixture making it possible, in the event of variations in the actual operating conditions, to maintain a maximum recovery of production gas for a given purity of the latter.
Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, on ajuste le débit de gaz de balayage en fonction d'au moins un paramètre d'au moins un des, gaz de charge et de sortie du perméateur. To do this, according to a characteristic of the invention, the flow rate of sweeping gas is adjusted as a function of at least one parameter of at least one of the gases, charge gas and permeate outlet.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention: Le paramètre est le débit dudit gaz et/ou une teneur en un desdits constituants dudit gaz. According to other characteristics of the invention: The parameter is the flow rate of said gas and / or a content of one of said constituents of said gas.
Le procédé selon l'invention permet ainsi de réguler la pureté de la 10 production tout en conservant la totalité de la surface de perméation, l'écart de pression maximum disponible et la température opératoire optimale. The method according to the invention thus makes it possible to regulate the purity of the production while preserving the entire permeation surface, the maximum pressure difference available and the optimal operating temperature.
Le. procédé selon l'invention permet de prendre en compte dans un, large domaine les variations de débit, de composition, de pressions, voire de température si. cette dernière n'est pas régulée par ailleurs. Il permet également 15 de prendre en compte des modifications au cours du temps des caractéristiques de la membrane. Le. procédé selon. l'invention permet également de modifier de façon quasi instantanée la pureté de la production, un changement de consigne de pureté ayant une action immédiate sur le débit de balayage pour retrouver en très peu de temps une nouvelle marche stable optimisée. The. process according to the invention makes it possible to take into account in a wide range the variations in flow rate, in composition, in pressures, and even in temperature if. the latter is not otherwise regulated. It also makes it possible to take account of changes over time in the characteristics of the membrane. The. process according to. the invention also makes it possible to modify the purity of the production almost instantaneously, a change of purity setpoint having an immediate action on the sweeping flow rate in order to find in a very short time a new optimized optimized step.
20. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels: - la figure.1 est une vue schématique.d'une unité de perméation mettant 25 en oeuvre le procédé de l'invention; et la figure 2 est une vue schématique d'une variante de réalisation de l'invention avec balayage du côté perméat par du résiduaire. 20. Other characteristics and advantages of the present invention will emerge from the following description of embodiments, given by way of illustration but in no way limiting, made in relation to the appended drawings, in which: - Figure.1 is a schematic view a permeation unit implementing the method of the invention; and Figure 2 is a schematic view of an alternative embodiment of the invention with sweeping of the permeate side with waste.
Dans le mode de réalisation dela figure 1, un gaz.de charge 1, contenant typiquement de l'hydrogène, est adressé à l'entrée 2 d'un perméateur 3 30 comprenant une surface membranaire 4 perméable à. l'hydrogène telle que celles disponibles auprès. de la. Société Médal, Wilmington - USA. In the embodiment of FIG. 1, a feed gas 1, typically containing hydrogen, is sent to the inlet 2 of a permeator 3 comprising a membrane surface 4 permeable to. hydrogen such as those available from. of the. Medal Society, Wilmington - USA.
Un gaz résiduaire 5 appauvri en hydrogène quitte le perméateur 3 par la sortie 6 du côté rétentat de la membrane 4. Côté perméat, un gaz de balayage 7 (par exemple de l'azote provenant d'une boîte froide d'une unité de séparation cryogénique de gaz de l'air) est introduit par l'entrée 8 pour assister l'évacuation, par la sortie 9, d'un flux 10 de gaz perméat contenant l'hydrogène qui a été extrait du résiduaire 5. A waste gas 5 depleted in hydrogen leaves the permeator 3 through the outlet 6 on the retentate side of the membrane 4. On the permeate side, a purging gas 7 (for example nitrogen from a cold box of a separation unit cryogenic gas from the air) is introduced via the inlet 8 to assist the evacuation, via the outlet 9, of a stream 10 of permeate gas containing the hydrogen which has been extracted from the waste 5.
Selon l'invention, dans la ligne 7 de gaz de balayage est disposé un régulateur de débit 11 commandé par des signaux en provenance d'une unité de commande 12 recevant des signaux d'entrée indicateurs de paramètres significatifs des gaz circulants dans l'installation, typiquement de capteurs de débit et/ou d'analyseurs 13,14,15, disposés respectivement dans les 10 canalisations de gaz de charge 1, de gaz résiduaire 5 et de gaz perméat 10. According to the invention, in the sweep gas line 7 is arranged a flow regulator 11 controlled by signals from a control unit 12 receiving input signals indicative of significant parameters of the gases flowing in the installation , typically flow sensors and / or analyzers 13,14,15, arranged respectively in the 10 feed gas pipes 1, waste gas 5 and permeate gas 10.
Ainsi, en ajustant le débit de gaz de balayage 7 il est possible soit de maintenir une teneur en hydrogène constante dans le gaz résiduaire 5 malgré des variations de teneur et/ou de débit dans le gaz de charge 1, soit de maintenir une quantité constante d'hydrogène dans le gaz résiduaire 10 malgré des 15 variations de débit du gaz de charge, selon que l'on veut privilégier l'un ou l'autre de ces paramètres. Thus, by adjusting the purge gas flow 7 it is possible either to maintain a constant hydrogen content in the waste gas 5 despite variations in content and / or flow in the feed gas 1, or to maintain a constant quantity of hydrogen in the waste gas 10 despite variations in the flow rate of the feed gas, depending on whether one wishes to favor one or the other of these parameters.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, on a représenté une cascade de deux groupes de perméateurs installés en série 3A, 3B pour le traitement d'un gaz de charge 1 contenant majoritairement de l'hydrogène, le résiduaire 5A 20 du premier groupe 3A alimentant le deuxième groupe 3B dont le résiduaire 5B est utilisé en partie comme gaz de balayage du côté perméat du deuxième groupe 3B dont le perméat 10B est fusionné avec le perméat 10A du premier groupe 3A exempt, lui, de balayage. In the embodiment of Figure 2, there is shown a cascade of two groups of permeators installed in series 3A, 3B for the treatment of a feed gas 1 containing mainly hydrogen, the waste 5A 20 of the first group 3A supplying the second group 3B, the residual 5B of which is used in part as a scavenging gas on the permeate side of the second group 3B, the permeate 10B of which is fused with the permeate 10A of the first group 3A which is itself free from sweeping.
Dans ce mode de réalisation, le débit du gaz de balayage 7A du côté 25 perméat du deuxième groupe 3B est régulé en fonction de la teneur en hydrogène mesurée par le capteur 15 dans le flux mélangé des perméats des deux groupes 3A et 3B. In this embodiment, the flow rate of the sweeping gas 7A on the permeate side of the second group 3B is regulated as a function of the hydrogen content measured by the sensor 15 in the mixed flow of the permeates from the two groups 3A and 3B.
Ainsi, pour un gaz de charge 1 à un débit nomial d'environ 8000 Nm31h comportant de 65 à 75% d'hydrogène, de 15 à 20% de méthane, de 10 à 15% 30 d'hydrocarbure C2-C6, sous une pression d'alimentation d'environ 60 bars et avec une pression de perméat d'environ 30 bars, le système permet de maintenir la pureté de la production d'hydrogène (90% en moles en l'espèce) en 10 sur toute la plage de compositions du gaz de charge avec un débit de balayage variant entre environ 450 et 270 Nm3/h. En cas de réduction du débit du gaz de charge 1, on peut maintenir cette pureté de l'hydrogène tout en conservant les autres conditions opératoires et la totalité de la surface de perméation des deux unités 3A et 3B. Thus, for a feed gas 1 at a nominal flow rate of approximately 8000 Nm31h comprising from 65 to 75% of hydrogen, from 15 to 20% of methane, from 10 to 15% of C2-C6 hydrocarbon, under a supply pressure of approximately 60 bars and with a permeate pressure of approximately 30 bars, the system makes it possible to maintain the purity of the production of hydrogen (90 mol% in this case) in 10 over the entire range of feed gas compositions with a sweep rate varying between about 450 and 270 Nm3 / h. If the flow rate of the feed gas 1 is reduced, this purity of the hydrogen can be maintained while retaining the other operating conditions and the entire permeation surface of the two units 3A and 3B.
Dans le cas du gaz de charge le plus lourd, c'est à dire avec une teneur minimale d'environ 65% en hydrogène, le débit de balayage passe des 270 Nm3/h susmentionné à environ 120 Nm3/h pour 80% du débit de gaz de charge d'alimentation, à environ 60Nm3/h pour 70% du débit d'alimentation, et avoisine 0 pour 60% du débit d'alimentation en gaz de charge. Pour des débits inférieurs, 10 il faut. recourir alors aux méthodes classiques telles que celles jouant par exemple sur la surface totale de perméation, en isolant une partie des unités de perméation. In the case of the heaviest feed gas, that is to say with a minimum content of approximately 65% of hydrogen, the sweep flow passes from the 270 Nm3 / h above mentioned to approximately 120 Nm3 / h for 80% of the flow feed gas feed, at around 60Nm3 / h for 70% of the feed flow, and around 0 for 60% of the feed gas feed. For lower flow rates, 10 is required. then resort to conventional methods such as those playing for example on the total permeation surface, by isolating part of the permeation units.
Dans le cas du gaz de charge le plus léger (c'est-à-dire avec une teneur d'environ 75% en d'hydrogène), le débit de gaz de charge peut descendre 15 jusqu'à 50% de la valeur nominale par simple adaptation du débit du balayage dans les plages susmentionnées. In the case of the lightest feed gas (that is to say with a content of approximately 75% of hydrogen), the feed gas flow rate can drop from 15 to 50% of the nominal value by simple adaptation of the sweep rate in the above-mentioned ranges.
Dans d'autres cas, une fraction du gaz de charge peut être également utilisée comme gaz de balayage. In other cases, a fraction of the feed gas can also be used as the sweep gas.
Quoique l'invention ait été décrite en relation avec des modes de 20 réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée mais est susceptible de susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme du Although the invention has been described in relation to particular embodiments, it is not limited thereto but is susceptible of modifications and variants which will appear to a person skilled in the art.
métier dans le cadre des revendications ci-après. trade within the scope of the claims below.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20051130 |