WO2011117121A1 - Device and method for separating a gas mixture by means of membranes - Google Patents

Device and method for separating a gas mixture by means of membranes Download PDF

Info

Publication number
WO2011117121A1
WO2011117121A1 PCT/EP2011/053929 EP2011053929W WO2011117121A1 WO 2011117121 A1 WO2011117121 A1 WO 2011117121A1 EP 2011053929 W EP2011053929 W EP 2011053929W WO 2011117121 A1 WO2011117121 A1 WO 2011117121A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
membrane
mixture
retentate
fluid
permeate
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/053929
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Manfred Baldauf
Marc Hanebuth
Harald Landes
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2011117121A1 publication Critical patent/WO2011117121A1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/225—Multiple stage diffusion
    • B01D53/226—Multiple stage diffusion in serial connexion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/225—Multiple stage diffusion
    • B01D53/227—Multiple stage diffusion in parallel connexion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2317/00—Membrane module arrangements within a plant or an apparatus
    • B01D2317/02—Elements in series
    • B01D2317/022—Reject series
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2317/00—Membrane module arrangements within a plant or an apparatus
    • B01D2317/08—Use of membrane modules of different kinds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2319/00—Membrane assemblies within one housing
    • B01D2319/04—Elements in parallel

Definitions

  • the invention relates to a device for separating a fluid mixture and a method for separating a fluid mixture.
  • Apparatus for separating a fluid mixture of substances are relevant, for example, during loading ⁇ powered by power plants. ⁇ coal power plants example, the deposition of carbonaceous components of the fuel is important to reduce C02 emissions per kilowatt hour.
  • the separation or separation takes place with the help of membranes.
  • a driving force must be applied ran ⁇ essentially by a partial pressure difference at Vorlie ⁇ gen a gas mixture of the respective gases is determined.
  • ba ⁇ Siert the separating action of the membrane on a membrane-specific selectivity that is, the membrane acts to passing through the membrane materials to different degrees opposed.
  • a Derar ⁇ term sequential arrangement of membranes exploits the fact that for an initial separation with a first membrane, a higher pressure of the permeate is allowed, as it is necessary for the attainment of a predetermined Abtrenngrades forshingtren- nenden fabric.
  • the decreases Energybe ⁇ may total about different compression levels, however, are more components in the form of modules, compression levels, larger membrane surfaces, etc., are needed. Due to the finite selectivity of membranes, it is mög ⁇ Lich that a predetermined purity of a substance to be separated with a single membrane can not be achieved. In order to solve this problem, it is already known to pass the permeate already passed through a membrane through further membranes and to concentrate it in this way.
  • the device defined in claim 1 for separating a fluid mixture and the method defined in claim 8 for separating a fluid mixture have the advantage that less energy must be expended to achieve a certain purity ⁇ be ⁇ separated a substance. Furthermore, a desired high purity of a substance to be separated can be obtained.
  • the means for passing through a compressor and / or a purge gas is provided.
  • the advantage of a compressor that this one ⁇ times can be integrated into existing lines extremely.
  • the advantage of a sweep gas is that this precisely ⁇ so as to be separated fluid mixture must not be unnecessarily high compressed, whereby the total energy required for the separation of the fluid mixture of substances is set down ⁇ .
  • the first membrane and the second membrane are each arranged in a first and second membrane module.
  • the first and second Memb ⁇ ranmodul preferably each comprises at least an input for a feed mixture, a first output for a meat Per- and a second output for a retentate.
  • the advantage here is that it allows a simple coupling of the first and second membrane module and thus increases the flexibility of the first and second membrane module.
  • the input of the second membrane module is fluidly connected to the output for the retention of the first membrane module.
  • the advantage here is that the retentate of the first membrane module can now urge the second membrane module and the second membrane ⁇ sen in a simple manner to separate therein the second material from the retentate.
  • combinations of the first and second membrane modules are fluidly arranged in multiple succession, so that at least one of the exits for a retentate of the second
  • Membrane module is connected to at least one input of the first membrane ⁇ module for a feed mixture.
  • the advantage here is that the first and the second substance can successively be separated from one another without large changes in the partial pressures relevant for a separation occurring and a first and second permeate for the first and second substances being contaminated by undesirable co-permeation ,
  • the first and second membranes are arranged in a common module in such a way that the first and second membranes can be acted on substantially simultaneously by the fluid substance mixture.
  • the advantage here is that two membranes with respective selectivity for the first and the second substance are arranged in a single membrane module.
  • Such an arrangement essentially corresponds to an infinite number of successively arranged combinations of first and second membrane module.
  • the effort to separate the fluid mixture can be further reduced.
  • the dimensions of the device can be reduced.
  • the substance mixture is essentially a carbon dioxide / hydrogen, a nitrogen / oxygen, carbon monoxide / hydrogen or a carbon dioxide / nitrogen mixture.
  • the second retentate forms the feed mixture for at least one repetition of steps i-vi.
  • the advantage here is that the fluid mixture is successively separated without the formation of appreciable undesired partial pressure profiles along the first and second membranes.
  • the energy required for a separation of the fluid mixture is lowered, at the same time increases the purity of the first and second permeate.
  • the respective first and the respective second permeate permeate are brought together ⁇ .
  • the advantage here is that in a simple way, the first and second substance with the appropriate purity for further processing are provided.
  • the first permeate is thereby enriched in accordance with the first material, the second Per ⁇ meat with the second fabric.
  • FIG. 1 shows a first conventional apparatus for the separation of fluid mixtures in a schematic form.
  • FIG. 2 shows a further conventional device for separating fluid mixtures in schematic form
  • FIG. 4 shows a device or a method according to a first embodiment of the present invention in schematic form
  • FIG. 5 shows a device or a method according to a second embodiment of the present invention in schematic form
  • FIG. 7 shows a flow diagram of a possible embodiment of the method according to the invention for separating a fluid mixture (S).
  • FIG. 1 shows a device for separating fluids
  • reference numeral 1 denotes a feed for a fluid mixture S of gases to be separated.
  • the gas mixture S consisting of two different gases is conducted via an inlet of a membrane module 2 into the membrane module 2 and acts there on a membrane M, which separates the mixture S at least partially due to the finite selectivity of the membrane M.
  • the membrane M separates the substance mixture S into a retentate R and makes this available at an outlet of the membrane module 2 and into a permeate P which is made available at a further outlet of the membrane module 2.
  • a compressor 4 which compresses the permeate P, is arranged at the permeate-side outlet of the membrane module 2 in order to pass the gas mixture S through the membrane M of the membrane module 2.
  • Figure 2 shows a further device for the separation of fluid mixtures in a schematic form.
  • Figure 2 essentially corresponds to a series connection of k membrane modules 2 according to Figure 1.
  • a to be separated gas mixture S is fed via an input of a Membranmo ⁇ duls 2 k in this and pressurized there, a membrane M k, selective for at least one gas the gas mixture S is formed.
  • the membrane M k separates the gas mixture S into a retentate R k and a permeate P k , which is provided at corresponding outputs of the membrane module 2 k .
  • the retentate R k is now again a second membrane module 2 k + i supplied.
  • the membrane M k + i again separates the added retentate R k into a second residue R k + i and a second permeate P k + i.
  • the second retentate R k + i can then in turn be supplied to a third membrane module 2 k + 2 for further separation.
  • N separation steps are carried out sequentially, wherein the pressure of the permeate P k is lowered in each step. This energy of the permeate P k is saved, since in this arrangement no longer the entire permeate P k is obtained at the lowest pressure level.
  • All membranes M k are se ⁇ selectively designed for the same gas.
  • compressors 4 k , membrane surfaces M k etc. are required, so that the outlay for this is greater.
  • FIG. 3 shows a third device for separating fluid mixtures.
  • a gas mixture S consisting of at least two different gases, a membrane module 2a is supplied and applied to it there, a membrane Mi.
  • the membrane Mi has a selectivity for a first gas of the to be separated Gasge ⁇ premix S and the gas mixture separates S in a retentate Ri and a permeate Pi.
  • the resulting permeate Pi is provided.
  • the permeate Pi is then compressed by a compressor 4 and passed through an input of a further membrane module 2b in this.
  • the permeate Pi now again acts on a membrane Mi, which allows the same gas as the membrane Mi of the membrane module 2a to permeate.
  • the membrane Mi further separates the gases of the permeate, so that the permeate P2 has a higher purity than the permeate Pi with respect to the first gas.
  • the permeate P2 is then further compressed by a compressor 7.
  • the retentate R2 of the second membrane module 2b is now fed back to the gas mixture S to be separated before the first membrane module 2a is charged.
  • the membranes Mi have selectivities which are not sufficient for a desired purity of the permeate. chen. For this reason, the retentate R2 is fed to the gas mixture S for re-admission of the membrane modules 2a, 2b for concentration of the permeate Pi, P2.
  • the purpose of the compressor 4 between the first membrane module 2 a and the second membrane module 2 b is firstly to pass the first permeate Pi through the second membrane module 2 b and secondly to provide sufficient pressure for the retentate R 2 in order to be able to reintroduce it to the gas mixture S and Furthermore, in order to apply a sufficiently large driving force for the mass or gas transport through membrane Mi.
  • the flow rate of the retentate R2 must be sufficiently large to provide a sufficient ⁇ the volume of permeate P 2 in order to allow high Abtrenngrade of the f ⁇ th gas.
  • the compressor 4 therefore requires a corresponding amount of energy.
  • FIG. 4 shows a device or a method according to a first embodiment of the present invention in a schematic form.
  • a gas mixture S to be separated consisting of two different gases, is fed to a first membrane module 2a with a membrane Mi.
  • the membrane Mi has a selectivity with respect to the first gas of the gas mixture S.
  • the membrane Mi now partially separates the gas mixture S with respect to the first gas.
  • the permeate P2 a is a molar ⁇ share of the first gas compared with a mole fraction of the first gas in the gas mixture S increases, whereas in the retentate R2 a, the second gas is present correspondingly with a higher mole fraction.
  • the retentate R2 a now a second membrane module 2b is acted upon.
  • the retentate R2a 2b through a second membrane M2 is further ge separates ⁇ .
  • the membrane M2 has a selectivity with respect to the second gas of the gas mixture S.
  • the membrane M2 now separates the two gases of the retentate R2 a, which has a particular slightly higher proportion of the second gas so that the permeate P2 has a higher mole fraction of the second gas as the retentate R2 a and as the gas ⁇ mixture S
  • the retentate R2 is then re-used as a starting point. or feed gas mixture S in turn analogously to the manner described above fed to a membrane module 2a.
  • Both gas mixtures 7 can be 6 compresses it here by means of at least one compressor 4. However, the compressors 4, 6 are not necessary for each de application. Further, the retentate R 2 may be combined depending on the application 9 with the gas mixture ⁇ 7.
  • Figure 5 shows a device or a method according to a second embodiment of the present invention in a schematic form.
  • a gas mixture S to be separated consisting of two different gases, is fed to a membrane module 2 ab .
  • the membrane module 2 from in this case has membranes Mi, M 2 , which each have a corresponding selectivity for the two different gases.
  • the gas mixture S since ⁇ at in the membrane module 2 from the two membranes contained therein Mi, M 2 substantially simultaneously apply.
  • the membrane module 2 ab has a total of three outputs.
  • the first exit provides a permeate 9 for the membrane Mi, that is, at the exit a gas mixture 9 is made available, which is enriched with the first gas.
  • the permeate 7 is enriched with the second gas of the gas mixture S, for which the membrane M 2 has a corresponding Se ⁇ selectivity. Furthermore, a third exit can be provided, which provides a retentate 8.
  • the two permeates 7, 9 can in each case additionally be compressed by means of compressors 4, 6, so that in each case a gas mixture is compressed at an outlet of the respective compressor 4, 6, which has an increased proportion of the first and second gas.
  • the separation properties of the membrane module 2 match from which the overall in Figure 4 show device, but for an infinite number of repetitions N ⁇ °°.
  • the gas mixture S to be separated can also consist of more than two gases.
  • the membrane module 2 ab then has membranes Mi, M 2 , each having a respective selectivity for the two relevant, ie to be separated, different gases.
  • Figure 6 shows a diagram illustrating the energy required for the separation of carbon dioxide CO 2 from a äquimo ⁇ stellar mixture of hydrogen and carbon dioxide in dependence of the carbon dioxide Abtrenngrades.
  • reference numerals LI-L6 denote necessary electric power for separating carbon dioxide from an equimolar mixture of hydrogen and carbon dioxide depending on the degree of carbon dioxide separation.
  • the degree of separation is defined as the quotient of a molar mass flow of the separated carbon dioxide, which passes into a permeate, and a molar mass flow of the carbon dioxide in the gas
  • the respective power for the compression to the original pressure of the gas mixture S is plotted above the degree of separation.
  • Reference character LI denotes a curve for the necessary power for an arrangement according to FIG. 1 with a carbon dioxide-selective membrane.
  • Reference character L6 denotes the necessary electrical performance processing for a device according to FIG 5 with carbon dioxide selective membrane ⁇ Mi and hydrogen-selective membrane m 2. All curves shown LI, L2, L3, L4, L5, L6 need no electrical power L for a degree of separation of 0. With increasing degree of separation of the energy demand increases disproportionately, with the curve LI has the highest energy demand in descending order and the curve L5 the cu ⁇ rigsten. Linearly, however, the curve L6 increases and lies at the respective degree of separation in each case below the curves LI - L5. The energy requirement of the arrangement according to FIG. 5 is thus significantly lower, in particular at higher degrees of separation.
  • the basis for the calculations of the necessary electric power L are the following assumptions.
  • the necessary electric power L is for an equimolar mixture of H2 and CO 2 (per one mole per second) is calculated in dependence of the carbon dioxide ⁇ Abtrenngrades.
  • the gas mixture to be separated has 30 bar and both gas streams, that is, the Kohlendi ⁇ oxide stream and the hydrogen, are to be recompressed after separation to 30 bar to compare corresponding values for energy requirements and electrical performance can.
  • the carbon dioxide of separation always refers to the entire process, and not on a single Tren ⁇ voltage through a membrane. In the calculation of the hydrogen-carbon dioxide-of separation and the degree of separation is the same, chosen from within the module 2 in figure 5 in order to avoid partial pressure changes in the gas mixture to be separated.
  • FIG. 7 shows a flowchart of an exemplary embodiment of the method according to the invention for separating a substance mixture.
  • the method comprises the following steps: i) pressurizing Sl of a first membrane Mi with the fluid mixture S to separate it, wherein the first membrane Mi is selectively designed for a first substance, ii) passing S2 through at least a part of the substance mixture S first diaphragm Mi by a means 4, 6 for the passage of the fluid substance mixture S, iii) separating S3 of the material mixture S by means of the first Memb ⁇ ran Mi into a first permeate P2 a and a first retentate R2a means of the first membrane Mi, iv) applying S4 a second membrane M2 with the mixture S and / or with the first retentate R2a / wherein the second membrane M2 is selectively formed for a second substance, v) passing S5 at least a portion of the fluid mixture ⁇ S and / or at least one part the first reten
  • the steps S2 and S3 as well as correspondingly S5 and S6 can in each case also take place substantially simultaneously at the same time.
  • the separation S3, S6 takes place by means of the Membrane Mi, M 2 , which allows at least a portion of the mixture S and / or the retentate R2a pass through the respective membrane Mi, M2 on the basis of their respective selectivity.
  • the method may be carried out by a controller which drives the device according to FIG. 4 or FIG. 5.
  • the invention has as a particular advantage that mixtures of fluid substances in respective Ge ⁇ mixtures can be separated with higher purity of a substance and at the same time the energy requirements for a separation can be significantly reduced.
  • the mixture of substances may be a mixture of two or more gases or gas substances or a mixture of two or more other fluids, in particular liquids.

Abstract

The invention relates to a device and method for separating a fluid material mixture, in particular a gas mixture. The device according to the invention comprises at least one first membrane for separating the fluid material mixture, wherein the first membrane (M1) is designed to be selective for a first material of the fluid material mixture. The device according to the invention furthermore comprises at least one second membrane (M2) which is designed to be selective for a second material of the fluid material mixture, and a means for conducting materials, in particular gases, through the first and second membranes. According to the invention, mixtures of fluid materials (S) are thus separated with a high degree of purity and with low energy consumption.

Description

Beschreibung description
VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM TRENNEN EINES GASGEMISCHESDEVICE AND METHOD FOR DISCONNECTING A GAS MIXTURE
MITTELS MEMBRANEN MEDIUM MEMBRANES
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen eines fluiden Stoffgemisches und ein Verfahren zum Trennen eines fluiden Stoffgemisches . Vorrichtungen zum Trennen eines fluiden Stoffgemisches , insbesondere eines Gasgemisches, sind beispielsweise beim Be¬ trieb von Kraftwerken relevant. Beispielsweise ist bei Kohle¬ kraftwerken die Abscheidung von kohlenstoffhaltigen Bestandteilen des Brennstoffes von Bedeutung, um den C02-Ausstoß pro erzeugter Kilowattstunde zu senken. Die Stofftrennung bzw. Abscheidung erfolgt dabei mit Hilfe von Membranen. Für den Transport der Stoffe, insbesondere der Gase, durch eine Memb¬ ran muss eine Triebkraft aufgebracht werden, die bei Vorlie¬ gen eines Gasgemisches im Wesentlichen durch eine Partial- druckdifferenz der jeweiligen Gase bestimmt wird. Dabei ba¬ siert die Trennwirkung der Membran auf einer membranspezifischen Selektivität, das heißt, die Membran wirkt den durch die Membran hindurch tretenden Stoffen unterschiedlich stark entgegen . The invention relates to a device for separating a fluid mixture and a method for separating a fluid mixture. Apparatus for separating a fluid mixture of substances, in particular of a gas mixture, are relevant, for example, during loading ¬ powered by power plants. ¬ coal power plants example, the deposition of carbonaceous components of the fuel is important to reduce C02 emissions per kilowatt hour. The separation or separation takes place with the help of membranes. For the transport of materials, particularly of the gases by a Memb a driving force must be applied ran ¬ essentially by a partial pressure difference at Vorlie ¬ gen a gas mixture of the respective gases is determined. Here ba ¬ Siert the separating action of the membrane on a membrane-specific selectivity, that is, the membrane acts to passing through the membrane materials to different degrees opposed.
Wird eine Membran einem Stoffgemisch beaufschlagt, welches getrennt werden soll, ändert sich bei fortschreitender Abtrennung eines Stoffes des Stoffgemisches die Zusammensetzung des Stoffgemisches auf einer Eingangsseite der Membran. Dies bedeutet, dass ein Partialdruck des abzutrennenden Stoffes eingangsseitig absinkt. Dies führt dazu, dass bei einem hohen Grad der Abtrennung eingangseitig das Stoffgemisch komprimiert werden oder aber ausgangsseitig der Druck eines Per- meats der Membran entsprechend erniedrigt werden muss, um eine weitere Abtrennung zu ermöglichen. Um dies zu erreichen, wird entweder das Stoffgemisch auf der Eingangsseite oder das Permeat auf der Ausgangsseite der Membran komprimiert. Bei gasförmigen Stoffen ist eine Kompression allerdings sehr energieaufwendig. Reale Membranen weisen zudem keine unendli¬ che Selektivität auf. Mit zunehmender Abtrennung eines Stof¬ fes steigt somit ein Anteil an unerwünschter Co-Permeation . Dies hat zur Folge, dass das Permeat durch einen weiteren Stoff verunreinigt wird. Dies schmälert wiederum die Ausbeute des abgetrennten Stoffes und bedingt gegebenenfalls weitere Aufbereitungsschritte . If a membrane is subjected to a substance mixture which is to be separated, as the separation of a substance of the substance mixture progresses, the composition of the substance mixture on an input side of the membrane changes. This means that a partial pressure of the substance to be separated drops on the input side. As a result, at a high degree of separation, the substance mixture must be compressed on the input side or, on the output side, the pressure of a permeate of the membrane must be correspondingly reduced in order to allow further separation. In order to achieve this, either the substance mixture on the input side or the permeate on the output side of the membrane is compressed. For gaseous substances, however, compression is very high energy intensive. Real membranes also do not have unendli ¬ che selectivity. With increasing separation of a Stof ¬ fes thus increases a proportion of unwanted co-permeation. This has the consequence that the permeate is contaminated by another substance. This in turn reduces the yield of the separated substance and possibly requires further treatment steps.
Um den Energiebedarf bei einer Kompression zu senken, ist es bekannt, die Abtrennung eines Stoffes aus einem Stoffgemisch nicht in einem einzigen Schritt und bei einem bestimmten Druck eines Permeats vorzunehmen, sondern den aus dem Stoffgemisch abzutrennenden Stoff in mehreren Schritten bei sinkendem Gegendruck abzutrennen. Bei jedem Schritt wird damit das bisherige Permeat wiederum einer Membran mit einer Selektivität für den abzutrennenden Stoff zugeführt, um den abzu¬ trennenden Stoff weiter abzutrennen. Diese unterschiedlichen Permeate fallen dann nacheinander und bei unterschiedlichen Drücken an, sodass nicht mehr das gesamte Permeat vom nied- rigsten Druckniveau aus komprimiert werden muss. Eine derar¬ tige sequentielle Anordnung von Membranen nutzt dabei aus, dass für eine anfängliche Abtrennung mit einer ersten Membran ein höherer Druck des Permeats erlaubt ist, als es für die Erreichung eines vorgegebenen Abtrenngrades für den abzutren- nenden Stoff notwendig ist. Damit sinkt zwar der Energiebe¬ darf insgesamt über die verschiedenen Kompressionsstufen, allerdings werden mehr Komponenten in Form von Modulen, Kompressionsstufen, größeren Membranflächen, etc., benötigt. Aufgrund der endlichen Selektivität von Membranen ist es mög¬ lich, dass eine vorgegebene Reinheit eines abzutrennenden Stoffes mit einer einzelnen Membran nicht erreicht werden kann. Um dieses Problem zu lösen, ist es bereits bekannt, das durch eine Membran bereits hindurchgeleitete Permeat durch weitere Membranen durchzuleiten und auf diese Weise aufzukon- zentrieren. Hierzu wird ein Teil des bereits durch eine Memb¬ ran hindurch geleiteten Stoffstromeszurückgeführt, mit dem ursprünglichen Stoffgemisch erneut gemischt und wiederum durch eine oder mehrere Membranen mit Selektivität für den abzutrennenden Stoff zur Abtrennung des Stoffes durchgeleitet. Zwischen den Membranen erfolgt dann eine Aufkonzentrie¬ rung, sodass bei Abtrennung durch die letzte Membran der ab- zutrennende Stoff die gewünschte Reinheit aufweist. Für die Aufkonzentrierung ist üblicherweise ein Verdichter vorgesehen, der bewirkt, dass einerseits das Stoffgemisch durch die weitere Membran hindurchgeleitet wird und andererseits, dass ebenfalls ein Druck eines Retentats der Membran entsprechend groß ist, um eine Kreisführung zu ermöglichen, d.h. eine Zu- rückführung des Retentats zur erneuten Durchleitung durch eine oder mehrere Membranen. Der Volumenstrom des Retentats muss groß sein, um einen gewünschten hohen Abtrenngrad zu ermöglichen. Hierzu benötigt der Verdichter viel Energie, was hohe Investitions- und Betriebskosten bedingt. In order to reduce the energy requirement in a compression, it is known to carry out the separation of a substance from a mixture not in a single step and at a certain pressure of a permeate, but to separate the substance to be separated from the mixture in several steps with decreasing back pressure. At each step, so that the previous permeate is in turn fed to a membrane with a selectivity for the material to be separated in order to further separate the ERS ¬ separating material. These different permeates then accumulate successively and at different pressures, so that it is no longer necessary to compress the entire permeate from the lowest pressure level. A Derar ¬ term sequential arrangement of membranes exploits the fact that for an initial separation with a first membrane, a higher pressure of the permeate is allowed, as it is necessary for the attainment of a predetermined Abtrenngrades for abzutren- nenden fabric. Thus, although the decreases Energiebe ¬ may total about different compression levels, however, are more components in the form of modules, compression levels, larger membrane surfaces, etc., are needed. Due to the finite selectivity of membranes, it is mög ¬ Lich that a predetermined purity of a substance to be separated with a single membrane can not be achieved. In order to solve this problem, it is already known to pass the permeate already passed through a membrane through further membranes and to concentrate it in this way. For this, part of the already by a Memb ¬ ran passed therethrough Stoffstromeszurückgeführt, mixed again with the original mixture and turn passed through one or more membranes with selectivity for the substance to be separated for the separation of the substance. Then a Aufkonzentrie ¬ tion between the membranes, so that upon separation by the last membrane of the off zutrennende material having the desired purity. For the concentration usually a compressor is provided, which causes on the one hand, the mixture is passed through the further membrane and on the other hand, that also a pressure of a retentate of the membrane is correspondingly large, to allow a Kreisführung, ie a return of the retentate for redirecting through one or more membranes. The volume flow of the retentate must be large in order to allow a desired high degree of separation. For this purpose, the compressor requires a lot of energy, which requires high investment and operating costs.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Trennen eines fluiden It is therefore an object of the present invention to provide an apparatus and a method for separating a fluid
Stoffgemisches zu schaffen, die eine gewünschte hohe Reinheit eines abzutrennenden Stoffes aus dem Stoffgemisch ermöglichen und gleichzeitig einfach hergestellt und betrieben werden können . To provide mixtures of substances that allow a desired high purity of a substance to be separated from the mixture and at the same time can be easily produced and operated.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 8 gelöst. This object is achieved with a device having the features of claim 1 and a method having the features of claim 8.
Die in Anspruch 1 definierte Vorrichtung zum Trennen eines fluiden Stoffgemisches sowie das in Anspruch 8 definierte Verfahren zum Trennen eines fluiden Stoffgemisches weisen den Vorteil auf, dass weniger Energie zur Erreichung einer be¬ stimmten Reinheit eines abzutrennenden Stoffes aufgewendet werden muss. Des Weiteren kann eine gewünschte hohe Reinheit eines abzutrennenden Stoffes erhalten werden. The device defined in claim 1 for separating a fluid mixture and the method defined in claim 8 for separating a fluid mixture have the advantage that less energy must be expended to achieve a certain purity ¬ be ¬ separated a substance. Furthermore, a desired high purity of a substance to be separated can be obtained.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfassen die Mittel zum Durchleiten einen Verdichter und/oder ein Spülgas . Der Vorteil eines Verdichters ist, dass dieser äußerst ein¬ fach in bereits bestehende Leitungen integriert werden kann. Der Vorteil eines Spülgases besteht darin, dass dieses, eben¬ so wie das zu trennende fluide Stoffgemisch, nicht unnötig hoch komprimiert werden muss, wodurch die benötigte Energie insgesamt für die Trennung des fluiden Stoffgemisches herab¬ gesetzt wird. According to a preferred development of the invention, the means for passing through a compressor and / or a purge gas. The advantage of a compressor that this one ¬ times can be integrated into existing lines extremely. The advantage of a sweep gas is that this precisely ¬ so as to be separated fluid mixture must not be unnecessarily high compressed, whereby the total energy required for the separation of the fluid mixture of substances is set down ¬.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die erste Membran und die zweite Membran jeweils in einem ersten und zweiten Membranmodul angeordnet. Das erste und zweite Memb¬ ranmodul umfasst vorzugsweise jeweils zumindest einen Eingang für ein Feedstoffgemisch, einen ersten Ausgang für ein Per- meat und einen zweiten Ausgang für ein Retentat. According to a further preferred development, the first membrane and the second membrane are each arranged in a first and second membrane module. The first and second Memb ¬ ranmodul preferably each comprises at least an input for a feed mixture, a first output for a meat Per- and a second output for a retentate.
Der Vorteil hierbei ist, dass damit eine einfache Kopplung von erstem und zweitem Membranmodul ermöglicht wird und damit die Flexibilität von erstem und zweitem Membranmodul erhöht wird . The advantage here is that it allows a simple coupling of the first and second membrane module and thus increases the flexibility of the first and second membrane module.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der Eingang des zweiten Membranmoduls mit dem Ausgang für das Reten- tat des ersten Membranmoduls fluidtechnisch verbunden. According to a further preferred development, the input of the second membrane module is fluidly connected to the output for the retention of the first membrane module.
Der Vorteil hierbei ist, dass auf einfache Weise das Retentat des ersten Membranmoduls nun das zweite Membranmodul und des¬ sen zweite Membran beaufschlagen kann, um dort den zweiten Stoff aus dem Retentat abzutrennen. The advantage here is that the retentate of the first membrane module can now urge the second membrane module and the second membrane ¬ sen in a simple manner to separate therein the second material from the retentate.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind Kombinationen aus erstem und zweitem Membranmodul fluid- technisch derart mehrfach hintereinander angeordnet, sodass zumindest einer der Ausgänge für ein Retentat des zweitenAccording to a further preferred development of the invention, combinations of the first and second membrane modules are fluidly arranged in multiple succession, so that at least one of the exits for a retentate of the second
Membranmoduls mit zumindest einem Eingang des ersten Membran¬ moduls für ein Feedstoffgemisch verbunden ist. Der Vorteil hierbei ist, dass sukzessive der erste und der zweite Stoff voneinander getrennt werden können, ohne dass große Veränderungen der für eine Abtrennung relevanten Parti- aldrücke entstehen und ein erstes und zweites Permeat für den ersten und zweiten Stoff durch unerwünschte Co-Permeation verunreinigt werden. Membrane module is connected to at least one input of the first membrane ¬ module for a feed mixture. The advantage here is that the first and the second substance can successively be separated from one another without large changes in the partial pressures relevant for a separation occurring and a first and second permeate for the first and second substances being contaminated by undesirable co-permeation ,
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die erste und zweite Membran in einem gemeinsamen Modul derart angeord- net, dass die erste und zweite Membran im Wesentlichen gleichzeitig vom fluiden Stoffgemisch beaufschlagbar sind. According to a further preferred development, the first and second membranes are arranged in a common module in such a way that the first and second membranes can be acted on substantially simultaneously by the fluid substance mixture.
Der Vorteil dabei ist, dass in einem einzigen Membranmodul zwei Membranen mit jeweiliger Selektivität für den ersten und den zweiten Stoff angeordnet sind. The advantage here is that two membranes with respective selectivity for the first and the second substance are arranged in a single membrane module.
Eine derartige Anordnung entspricht im Wesentlichen einer unendlichen Anzahl hintereinander angeordneter Kombinationen aus erstem und zweitem Membranmodul. Damit kann der Aufwand zur Trennung des fluiden Stoffgemisches weiter herabgesetzt werden. Ebenso können die Abmessungen der Vorrichtung verkleinert werden. Such an arrangement essentially corresponds to an infinite number of successively arranged combinations of first and second membrane module. Thus, the effort to separate the fluid mixture can be further reduced. Likewise, the dimensions of the device can be reduced.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Stoff- gemisch im Wesentlichen ein Kohlendioxid-/Wasserstoff-, ein Stickstoff-/ Sauerstoff-, Kohlenmonoxid-/ Wasserstoff- oder ein Kohlendioxid-/ Stickstoffgemisch . According to a further preferred development, the substance mixture is essentially a carbon dioxide / hydrogen, a nitrogen / oxygen, carbon monoxide / hydrogen or a carbon dioxide / nitrogen mixture.
Der hierbei erzielte Vorteil ist, dass beispielsweise im Fal- le eines Kohlendioxid/Wasserstoffgemisches kostengünstige und eine hohe Selektivität aufweisende Membranen verfügbar sind. The advantage achieved here is that, for example, in the case of a carbon dioxide / hydrogen mixture, cost-effective and high-selectivity membranes are available.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens bildet das zweite Retentat das Feedstoffgemisch für zumindest eine Wiederholung der Schritte i-vi. Der Vorteil hierbei ist, dass sukzessive das fluide Stoffgemisch getrennt wird, ohne dass es zur Ausbildung von merklichen unerwünschten Partial- druckprofilen entlang der ersten und zweiten Membran kommt. Damit wird der Energieaufwand für eine Trennung des fluiden Stoffgemisches gesenkt, gleichzeitig die Reinheit des ersten und zweiten Permeats erhöht. According to a further preferred development of the method, the second retentate forms the feed mixture for at least one repetition of steps i-vi. The advantage here is that the fluid mixture is successively separated without the formation of appreciable undesired partial pressure profiles along the first and second membranes. Thus, the energy required for a separation of the fluid mixture is lowered, at the same time increases the purity of the first and second permeate.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden das jeweils erste Permeat und das jeweils zweite Permeat zusammen¬ geführt. Der Vorteil hierbei ist, damit auf einfach Weise der erste und zweite Stoff mit der entsprechenden Reinheit für eine weitere Verarbeitung zur Verfügung gestellt werden. Das erste Permeat ist dabei mit dem ersten Stoff, das zweite Per¬ meat mit dem zweiten Stoff entsprechend angereichert. According to a further preferred development, the respective first and the respective second permeate permeate are brought together ¬. The advantage here is that in a simple way, the first and second substance with the appropriate purity for further processing are provided. The first permeate is thereby enriched in accordance with the first material, the second Per ¬ meat with the second fabric.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfol¬ genden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung : Other advantages of the invention will be apparent from the nachfol ¬ constricting description of embodiments using the drawings:
Dabei zeigt: Showing:
Fig. 1 eine erste herkömmliche Vorrichtung zur Trennung von fluiden Stoffgemischen in schematischer Form; 1 shows a first conventional apparatus for the separation of fluid mixtures in a schematic form.
Fig. 2 eine weitere herkömmliche Vorrichtung zur Trennung von fluiden Stoffgemischen in schematischer Form; FIG. 2 shows a further conventional device for separating fluid mixtures in schematic form; FIG.
Fig. 3 eine dritte herkömmliche Vorrichtung zur Trennung von fluiden Stoffgemischen; 3 shows a third conventional device for the separation of fluid mixtures;
Fig. 4 eine Vorrichtung beziehungsweise ein Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Form; 4 shows a device or a method according to a first embodiment of the present invention in schematic form;
Fig. 5 eine Vorrichtung beziehungsweise ein Verfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Form; 5 shows a device or a method according to a second embodiment of the present invention in schematic form;
Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung des Energieaufwandes für die Abtrennung von Kohlendioxid aus einem äqui- molaren Gemisch aus Wasserstoff und Kohlendioxid in Abhängigkeit des Kohlendioxid-Abtrenngrades; und 6 is a graph showing the energy expenditure for the separation of carbon dioxide from an equi molar mixture of hydrogen and carbon dioxide depending on the degree of carbon dioxide separation; and
Fig. 7 ein Ablaufdiagramm einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trennen eines fluiden Stoffgemisches (S) . 7 shows a flow diagram of a possible embodiment of the method according to the invention for separating a fluid mixture (S).
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zur Trennung von fluiden FIG. 1 shows a device for separating fluids
Stoffgemischen in schematischer Form. Mixtures in schematic form.
In Figur 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Zuführung für ein zu trennendes fluides Stoffgemisch S aus Gasen. Das aus zwei unterschiedlichen Gasen bestehende Gasgemisch S wird über einen Eingang eines Membranmoduls 2 in das Membranmodul 2 geleitet und beaufschlagt dort eine Membran M, welche das Stoffgemisch S zumindest teilweise auf Grund der endlichen Selektivität der Membran M trennt. Die Membran M trennt das Stoffgemisch S in ein Retentat R und stellt dieses an einem Ausgang des Membranmoduls 2 zur Verfügung sowie in ein Per- meat P, welches an einem weiteren Ausgang des Membranmoduls 2 zur Verfügung gestellt wird. Als Mittel zum Durchleiten des Gasgemisches S ist an dem permeatseitigen Ausgang des Membranmoduls 2 ein Verdichter 4 angeordnet, der das Permeat P verdichtet, um das Gasgemisch S durch die Membran M des Memb- ranmoduls 2 hindurchzuleiten. In Fig. 1, reference numeral 1 denotes a feed for a fluid mixture S of gases to be separated. The gas mixture S consisting of two different gases is conducted via an inlet of a membrane module 2 into the membrane module 2 and acts there on a membrane M, which separates the mixture S at least partially due to the finite selectivity of the membrane M. The membrane M separates the substance mixture S into a retentate R and makes this available at an outlet of the membrane module 2 and into a permeate P which is made available at a further outlet of the membrane module 2. As means for passing the gas mixture S, a compressor 4, which compresses the permeate P, is arranged at the permeate-side outlet of the membrane module 2 in order to pass the gas mixture S through the membrane M of the membrane module 2.
Figur 2 zeigt eine weitere Vorrichtung zur Trennung von fluiden Stoffgemischen in schematischer Form. Figur 2 entspricht im Wesentlichen einer Serienschaltung von k Membranmodulen 2 gemäß Figur 1. In Figur 2 wird ein zu trennendes Gasgemisch S über einen Eingang eines Membranmo¬ duls 2k in dieses geleitet und beaufschlagt dort eine Membran Mk, die selektiv für mindestens ein Gas des Gasgemisches S ausgebildet ist. Die Membran Mk trennt das Gasgemisch S in ein Retentat Rk und ein Permeat Pk, welches an entsprechenden Ausgängen des Membranmoduls 2k zur Verfügung gestellt wird. Im Unterschied zu Figur 1 wird nun das Retentat Rk erneut einem zweiten Membranmodul 2k+i zugeführt. Die Membran Mk+i trennt erneut das zugeführte Retentat Rk in ein zweites Re- tentat Rk+i und ein zweites Permeat Pk+i . Das zweite Retentat Rk+i kann dann wiederum einem dritten Membranmodul 2k+2 zur weiteren Abtrennung zugeführt werden. Bei dieser Anordnung werden also N Abtrennungsschritte nacheinander durchgeführt, wobei der Druck des Permeats Pk in jedem Schritt abgesenkt wird. Damit wird Energie des Permeats Pk eingespart, da bei dieser Anordnung nicht mehr das gesamte Permeat Pk auf dem niedrigsten Druckniveau anfällt. Alle Membranen Mk sind se¬ lektiv für das gleiche Gas ausgebildet. Im Gegensatz zu Figur 1 werden bei der Vorrichtung gemäß Figur 2 mehrere Module 2k, Verdichter 4k, Membranflächen Mk etc. benötigt, so dass der Aufwand hierfür größer ist. Figure 2 shows a further device for the separation of fluid mixtures in a schematic form. Figure 2 essentially corresponds to a series connection of k membrane modules 2 according to Figure 1. In Figure 2, a to be separated gas mixture S is fed via an input of a Membranmo ¬ duls 2 k in this and pressurized there, a membrane M k, selective for at least one gas the gas mixture S is formed. The membrane M k separates the gas mixture S into a retentate R k and a permeate P k , which is provided at corresponding outputs of the membrane module 2 k . In contrast to Figure 1, the retentate R k is now again a second membrane module 2 k + i supplied. The membrane M k + i again separates the added retentate R k into a second residue R k + i and a second permeate P k + i. The second retentate R k + i can then in turn be supplied to a third membrane module 2 k + 2 for further separation. In this arrangement, therefore N separation steps are carried out sequentially, wherein the pressure of the permeate P k is lowered in each step. This energy of the permeate P k is saved, since in this arrangement no longer the entire permeate P k is obtained at the lowest pressure level. All membranes M k are se ¬ selectively designed for the same gas. In contrast to FIG. 1, in the device according to FIG. 2 several modules 2 k , compressors 4 k , membrane surfaces M k etc. are required, so that the outlay for this is greater.
Figur 3 zeigt eine dritte Vorrichtung zur Trennung von fluiden Stoffgemischen . FIG. 3 shows a third device for separating fluid mixtures.
In Figur 3 wird ein Gasgemisch S, bestehend aus mindestens zwei unterschiedlichen Gasen, einem Membranmodul 2a zugeführt und beaufschlagt dort eine Membran Mi. Die Membran Mi weist eine Selektivität für ein erstes Gas des zu trennenden Gasge¬ misches S auf und trennt das Gasgemisch S in ein Retentat Ri und ein Permeat Pi. An einem Ausgang des Membranmoduls 2a wird das erhaltene Permeat Pi bereitgestellt. Das Permeat Pi wird anschließend durch einen Verdichter 4 verdichtet und über einen Eingang eines weiteren Membranmoduls 2b in dieses geleitet. In dem Membranmodul 2b beaufschlagt das Permeat Pi nun erneut eine Membran Mi, die dasselbe Gas wie die Membran Mi des Membranmoduls 2a permeieren lässt. Die Membran Mi trennt die Gase des Permeats weiter, sodass das Permeat P2 eine höhere Reinheit als das Permeat Pi bezüglich des ersten Gases aufweist. Das Permeat P2 wird dann weiter durch einen Verdichter 7 verdichtet. Das Retentat R2 des zweiten Membran- moduls 2b wird nun dem zu trennenden Gasgemisch S vor der Beaufschlagung des ersten Membranmoduls 2a wieder zugeführt. Die Membranen Mi weisen dabei Selektivitäten auf, die für eine gewünschte Reinheit des Permeats insgesamt nicht ausrei- chen. Aus diesem Grund wird das Retentat R2 dem Gasgemisch S zur erneuten Beaufschlagung der Membranmodule 2a, 2b zur Aufkonzentrierung des Permeats Pi, P2 zugeführt. Der Zweck des Verdichters 4 zwischen erstem Membranmodul 2a und zweitem Membranmodul 2b ist zum einen das erste Permeat Pi durch das zweite Membranmodul 2b durchzuleiten, zum anderen ausreichend Druck für das Retentat R2 zur Verfügung zu stellen, um dieses dem Gasgemisch S wieder zuleiten zu können und weiterhin, um eine hinreichend große Triebkraft für den Stoff- bzw. Gas- transport durch Membran Mi aufzubringen. Der Volumenstrom des Retentats R2 muss entsprechend groß sein, um ein ausreichen¬ des Volumen des Permeats P2, damit hohe Abtrenngrade des ers¬ ten Gases zu ermöglichen. Der Verdichter 4 benötigt daher entsprechend viel Energie. In Figure 3, a gas mixture S consisting of at least two different gases, a membrane module 2a is supplied and applied to it there, a membrane Mi. The membrane Mi has a selectivity for a first gas of the to be separated Gasge ¬ premix S and the gas mixture separates S in a retentate Ri and a permeate Pi. At an output of the membrane module 2a, the resulting permeate Pi is provided. The permeate Pi is then compressed by a compressor 4 and passed through an input of a further membrane module 2b in this. In the membrane module 2b, the permeate Pi now again acts on a membrane Mi, which allows the same gas as the membrane Mi of the membrane module 2a to permeate. The membrane Mi further separates the gases of the permeate, so that the permeate P2 has a higher purity than the permeate Pi with respect to the first gas. The permeate P2 is then further compressed by a compressor 7. The retentate R2 of the second membrane module 2b is now fed back to the gas mixture S to be separated before the first membrane module 2a is charged. The membranes Mi have selectivities which are not sufficient for a desired purity of the permeate. chen. For this reason, the retentate R2 is fed to the gas mixture S for re-admission of the membrane modules 2a, 2b for concentration of the permeate Pi, P2. The purpose of the compressor 4 between the first membrane module 2 a and the second membrane module 2 b is firstly to pass the first permeate Pi through the second membrane module 2 b and secondly to provide sufficient pressure for the retentate R 2 in order to be able to reintroduce it to the gas mixture S and Furthermore, in order to apply a sufficiently large driving force for the mass or gas transport through membrane Mi. The flow rate of the retentate R2 must be sufficiently large to provide a sufficient ¬ the volume of permeate P 2 in order to allow high Abtrenngrade of the f ¬ th gas. The compressor 4 therefore requires a corresponding amount of energy.
Figur 4 zeigt eine Vorrichtung beziehungsweise ein Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Form. In Figur 4 wird ein zu trennendes Gasgemisch S, bestehend aus zweiunterschiedlichen Gasen, einem ersten Membranmodul 2a mit einer Membran Mi zugeführt. Die Membran Mi weist dabei eine Selektivität bezüglich des ersten Gases des Gasgemisches S auf. Die Membran Mi trennt nun das Gasgemisch S teilweise be- züglich des ersten Gases. Im Permeat P2a ist ein Stoffmengen¬ anteil des ersten Gases verglichen mit einem Stoffmengenan- teil des ersten Gases in dem Gasgemisch S erhöht, wohingegen im Retentat R2a das zweite Gas entsprechend mit einem höherem Stoffmengenanteil vorliegt. Mit dem Retentat R2a wird nun ein zweites Membranmodul 2b beaufschlagt. In dem Membranmodul 2b wird das Retentat R2a durch eine zweite Membran M2 weiter ge¬ trennt. Die Membran M2 weist eine Selektivität bezüglich des zweiten Gases des Gasgemisches S auf. Die Membran M2 trennt nun die zwei Gase des Retentats R2a, welches einen insbeson- dere geringfügig höheren Anteil des zweiten Gases aufweist, so dass das Permeat P2 einen höheren Stoffmengenanteil des zweiten Gases aufweist als das Retentat R2a und als das Gas¬ gemisch S. Das Retentat R2 wird dann erneut als Ausgangs- oder Feedgasgemisch S wiederum analog der vorbeschriebenen Weise einem Membranmodul 2a zugeführt. Figure 4 shows a device or a method according to a first embodiment of the present invention in a schematic form. In FIG. 4, a gas mixture S to be separated, consisting of two different gases, is fed to a first membrane module 2a with a membrane Mi. The membrane Mi has a selectivity with respect to the first gas of the gas mixture S. The membrane Mi now partially separates the gas mixture S with respect to the first gas. In the permeate P2 a is a molar ¬ share of the first gas compared with a mole fraction of the first gas in the gas mixture S increases, whereas in the retentate R2 a, the second gas is present correspondingly with a higher mole fraction. With the retentate R2 a now a second membrane module 2b is acted upon. In the membrane module, the retentate R2a 2b through a second membrane M2 is further ge separates ¬. The membrane M2 has a selectivity with respect to the second gas of the gas mixture S. The membrane M2 now separates the two gases of the retentate R2 a, which has a particular slightly higher proportion of the second gas so that the permeate P2 has a higher mole fraction of the second gas as the retentate R2 a and as the gas ¬ mixture S The retentate R2 is then re-used as a starting point. or feed gas mixture S in turn analogously to the manner described above fed to a membrane module 2a.
Durch eine N-fache Hintereinander-Anordnung von Kombinationen aus Membranmodulen 2a und Membranmodulen 2b, die jeweils eine Membran Mi, M2 mit unterschiedlicher Selektivität für das erste und zweite Gas aufweisen, wird einer Ausbildung eines jeweils eingangsseitigen Partialdruckprofils entgegengewirkt. Wird die Anzahl der Wiederholungen N der Kombination aus Membranmodulen in 2a und 2b möglichst hoch gewählt, wird in einem Membranmodul 2a, 2b jeweils nur ein kleiner Teil des ersten und zweiten Gas aus dem Gasgemisch S abgetrennt. By an N-fold sequential arrangement of combinations of membrane modules 2a and membrane modules 2b, each having a membrane Mi, M 2 with different selectivity for the first and second gas, a formation of a respective input-side partial pressure profile is counteracted. If the number of repetitions N of the combination of membrane modules in FIGS. 2a and 2b is selected to be as high as possible, only a small part of the first and second gas is separated from the gas mixture S in a membrane module 2a, 2b.
Das Permeat P2a des ersten Membranmoduls 2a wird mit den je¬ weiligen Permeaten (P2a)k der wiederholten Kombinationen aus Membranmodulen 2a, 2b zusammengeführt, sodass ein Gasgemisch 9 mit einer gewünschten Reinheit des ersten Gases vorliegt. Ebenfalls werden die Permeate (P2 )k der jeweiligen wiederhol ten Kombinationen aus Membranmodulen 2a, 2b zusammengeführt, so dass ein mit dem zweiten Gas angereichertes Gasgemisch 7 bereitgestellt wird, wobei das zweite Gas in der gewünschten Reinheit in dem Gasgemisch 3 vorliegt. Beide Gasgemische 7, können dabei mittels mindestens eines Verdichters 4, 6 ver¬ dichtet werden. Die Verdichter 4, 6 sind jedoch nicht für je de Anwendung nötig. Ferner kann das Retentat R2 mit dem Gas¬ gemisch 7, 9 je nach Anwendung zusammengeführt werden. The permeate P 2a 2a of the first membrane module to the permeate per weiligen ¬ (P 2a) k of repeated combinations of membrane modules 2a, 2b together, so that a gas mixture 9 exists at a desired purity of the first gas. Also, the permeates (P 2 ) k of the respective repeated combinations of membrane modules 2 a, 2 b are combined so that a gas mixture enriched with the second gas 7 is provided, the second gas being present in the desired purity in the gas mixture 3. Both gas mixtures 7 can be 6 compresses it here by means of at least one compressor 4. However, the compressors 4, 6 are not necessary for each de application. Further, the retentate R 2 may be combined depending on the application 9 with the gas mixture ¬ 7.
Figur 5 zeigt eine Vorrichtung beziehungsweise ein Verfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Form. Figure 5 shows a device or a method according to a second embodiment of the present invention in a schematic form.
In Figur 5 wird ein zu trennendes Gasgemisch S, bestehend aus zwei unterschiedlichen Gasen, einem Membranmodul 2ab zugeführt. Das Membranmodul 2ab weist dabei Membranen Mi, M2 auf, die jeweils für die beiden unterschiedlichen Gase eine entsprechende Selektivität aufweisen. Das Gasgemisch S kann da¬ bei in dem Membranmodul 2ab die beiden darin enthaltenen Membranen Mi, M2 im Wesentlichen gleichzeitig beaufschlagen. Das Membranmodul 2ab weist dabei insgesamt drei Ausgänge auf. Der erste Ausgang stellt ein Permeat 9 für die Membran Mi zur Verfügung, das heißt an dem Ausgang wird ein Gasgemisch 9 zur Verfügung gestellt, welches mit dem ersten Gas angereichert ist. Analog wird ein Ausgang des Membranmoduls 2ab für ein Permeat 7 der zweiten Membran M2 zur Verfügung gestellt. Das Permeat 7 ist dabei mit dem zweiten Gas des Gasgemisches S angereichert, für die die Membran M2 eine entsprechende Se¬ lektivität aufweist. Des Weiteren kann ein dritter Ausgang vorgesehen sein, der ein Retentat 8 zur Verfügung stellt. Die beiden Permeate 7, 9 können dabei jeweils mittels Verdichtern 4, 6 zusätzlich verdichtet werden, sodass an einem Ausgang der jeweiligen Verdichter 4, 6 jeweils ein Gasgemisch verdichtet vorliegt, welches einen erhöhten Anteil des ersten beziehungsweise zweiten Gases aufweist. Bei der in Figur 5 gezeigten Anordnung sind in dem Membranmodul 2ab zwei Membra¬ nen Mi, M2 mit einer Selektivität für das erste und zweite Gas gemeinsam in diesem angeordnet. Die Trenneigenschaften des Membranmoduls 2ab entsprechen denen der in Figur 4 ge- zeigten Vorrichtung, jedoch für unendlich viele Wiederholungen N^°° . Das zu trennende Gasgemisch S kann dabei auch aus mehr als zwei Gasen bestehen. Das Membranmodul 2ab weist dann Membranen Mi, M2 auf, die jeweils für die beiden relevanten, d.h. zu trennenden, unterschiedlichen Gase eine entsprechende Selektivität aufweisen. In FIG. 5, a gas mixture S to be separated, consisting of two different gases, is fed to a membrane module 2 ab . The membrane module 2 from in this case has membranes Mi, M 2 , which each have a corresponding selectivity for the two different gases. The gas mixture S since ¬ at in the membrane module 2 from the two membranes contained therein Mi, M 2 substantially simultaneously apply. The membrane module 2 ab has a total of three outputs. The first exit provides a permeate 9 for the membrane Mi, that is, at the exit a gas mixture 9 is made available, which is enriched with the first gas. Analogously, there is provided an output of the membrane module 2 from a permeate of the second membrane 7 m 2. The permeate 7 is enriched with the second gas of the gas mixture S, for which the membrane M 2 has a corresponding Se ¬ selectivity. Furthermore, a third exit can be provided, which provides a retentate 8. The two permeates 7, 9 can in each case additionally be compressed by means of compressors 4, 6, so that in each case a gas mixture is compressed at an outlet of the respective compressor 4, 6, which has an increased proportion of the first and second gas. In the arrangement shown in Figure 5 are in the membrane module 2 from two Membra nen ¬ Mi, M 2 arranged with a selectivity for the first and second gas together in this. The separation properties of the membrane module 2 match from which the overall in Figure 4 show device, but for an infinite number of repetitions N ^ °°. The gas mixture S to be separated can also consist of more than two gases. The membrane module 2 ab then has membranes Mi, M 2 , each having a respective selectivity for the two relevant, ie to be separated, different gases.
Figur 6 zeigt ein Diagramm zur Darstellung des Energieaufwandes für die Abtrennung von Kohlendioxid CO2 aus einem äquimo¬ laren Gemisch aus Wasserstoff und Kohlendioxid in Abhängig- keit des Kohlendioxid-Abtrenngrades. Figure 6 shows a diagram illustrating the energy required for the separation of carbon dioxide CO 2 from a äquimo ¬ stellar mixture of hydrogen and carbon dioxide in dependence of the carbon dioxide Abtrenngrades.
In Figur 6 bezeichnen Bezugsziffern LI - L6 eine notwendige elektrische Leistung für die Abtrennung von Kohlendioxid aus einem äquimolaren Gemisch aus Wasserstoff und Kohlendioxid in Abhängigkeit des Kohlendioxid-Abtrenngrades. Der Abtrenngrad ist dabei definiert als Quotient eines Stoffmengenstroms des abgetrennten Kohlendioxids, welches in ein Permeat übertritt, und eines Stoffmengenstroms des Kohlendioxids in dem Gasge- misch S. In Figur 6 ist über dem Abtrenngrad die jeweilige Leistung für die Kompression auf den ursprünglichen Druck des Gasgemisches S aufgetragen. Bezugszeichen LI bezeichnet eine Kurve für die notwendige Leistung für eine Anordnung gemäß Figur 1 mit Kohlendioxidselektiver Membran. In Fig. 6, reference numerals LI-L6 denote necessary electric power for separating carbon dioxide from an equimolar mixture of hydrogen and carbon dioxide depending on the degree of carbon dioxide separation. The degree of separation is defined as the quotient of a molar mass flow of the separated carbon dioxide, which passes into a permeate, and a molar mass flow of the carbon dioxide in the gas In FIG. 6, the respective power for the compression to the original pressure of the gas mixture S is plotted above the degree of separation. Reference character LI denotes a curve for the necessary power for an arrangement according to FIG. 1 with a carbon dioxide-selective membrane.
Bezugszeichen L2 bezeichnet eine Kurve für die notwendige Leistung mit Kohlendioxid-selektiver Membran und einem Wiederholungsschritt (N=2) für eine Vorrichtung gemäß Fig. 2. Reference numeral L2 denotes a necessary power curve with carbon dioxide-selective membrane and a repeating step (N = 2) for a device according to FIG. 2.
Bezugszeichen L3 bezeichnet eine Kurve für die notwendige elektrische Leistung für eine Vorrichtung gemäß Fig. 2 mit vier Schritten (N=4) . Reference symbol L3 denotes a curve for the necessary electric power for a device according to FIG. 2 with four steps (N = 4).
Bezugszeichen L4 bezeichnet eine Kurve für eine Vorrichtung gemäß Fig. 2 für eine notwendige elektrische Leistung mit acht Schritten (N=8) . Reference symbol L4 denotes a curve for a device according to FIG. 2 for a necessary electric power with eight steps (N = 8).
Bezugszeichen L5 bezeichnet eine Kurve für die notwendige elektrische Leistung mit sechzehn Schritten (N=16). Reference numeral L5 denotes a necessary electric power curve of sixteen steps (N = 16).
Bezugszeichen L6 bezeichnet die notwendige elektrische Leis- tung für eine Vorrichtung gemäß Figur 5 mit Kohlendioxid¬ selektiver Membran Mi und Wasserstoff-selektiver Membran M2. Alle gezeigten Kurven LI, L2, L3, L4, L5, L6 benötigen für einen Abtrenngrad von 0 keine elektrische Leistung L. Mit steigendem Abtrenngrad steigt der Energiebedarf überproporti- onal, wobei in absteigender Reihenfolge die Kurve LI den höchsten Energiebedarf aufweist und die Kurve L5 den nied¬ rigsten. Linear steigt jedoch die Kurve L6 an und liegt bei dem jeweiligen Abtrenngrad jeweils unterhalb der Kurven LI - L5. Der Energiebedarf der Anordnung gemäß Fig. 5 ist insbe- sondere bei höheren Abtrenngraden somit deutlich geringer. Grundlage für die Berechnungen der notwendigen elektrischen Leistung L sind die folgenden Annahmen. Die notwendige elektrische Leistung L wird für ein äquimolares Gemisch aus H2 und CO2 (je ein Mol pro Sekunde) in Abhängigkeit des Kohlen¬ dioxid-Abtrenngrades berechnet. Das zu trennende Gasgemisch weist 30 bar auf und beide Gasströme, das heißt der Kohlendi¬ oxidstrom und der Wasserstoffström, sollen nach der Trennung auf 30 bar rekomprimiert werden, um entsprechende Werte für den Energiebedarf bzw. die elektrische Leistung vergleichen zu können. Der Kohlendioxid-Abtrenngrad bezieht sich stets auf das gesamte Verfahren und nicht auf eine einzelne Tren¬ nung durch eine Membran. Bei der Berechnung wird der Wasser- stoff-Abtrenngrad und der Kohlendioxid-Abtrenngrad innerhalb des Moduls 2ab in Figur 5 identisch gewählt, um Partialdruck- änderungen in dem zu trennenden Gasgemisch zu vermeiden. Bei allen Kurven LI - L6 sind die erzeugten jeweiligen Gasströme in der Zusammensetzung und dem Gesamtdruck identisch. Die Be- rechnungen lasen sich z. B. mit Hilfe des Programms Chemcad 6.1 durchführen. Die Berechnung kann aufgrund der folgenden Annahmen erfolgen: eine Beschreibung sämtlicher Gasgemische erfolgt nach dem idealen Gasgesetz; ein Hindurchtreten der Gase bzw. des Gasgemisches durch die Membranen erfolgt auf Grund einer Partialdruckdiffe- renz zwischen Eingang und Ausgang des jeweiligen Moduls; nahezu kein Druckabfall innerhalb eines Membranmoduls; der Druck auf Permeatseite wird maximal gewählt, um eine für die Kompression notwendige Leistung zu minimieren; adiabatische Kompression der jeweiligen Gase von 50 °C ausgehend in einer Stufe auf 30 bar (idealer Wirkungs¬ grad) ; - eine nahezu unendliche Selektivität der Membranen; die Membranflächen werden derart groß gewählt, dass Per- meat und Retentat jeweils Gleichgewichtszusammensetzungen aufweisen. Reference character L6 denotes the necessary electrical performance processing for a device according to FIG 5 with carbon dioxide selective membrane ¬ Mi and hydrogen-selective membrane m 2. All curves shown LI, L2, L3, L4, L5, L6 need no electrical power L for a degree of separation of 0. With increasing degree of separation of the energy demand increases disproportionately, with the curve LI has the highest energy demand in descending order and the curve L5 the cu ¬ rigsten. Linearly, however, the curve L6 increases and lies at the respective degree of separation in each case below the curves LI - L5. The energy requirement of the arrangement according to FIG. 5 is thus significantly lower, in particular at higher degrees of separation. The basis for the calculations of the necessary electric power L are the following assumptions. The necessary electric power L is for an equimolar mixture of H2 and CO 2 (per one mole per second) is calculated in dependence of the carbon dioxide ¬ Abtrenngrades. The gas mixture to be separated has 30 bar and both gas streams, that is, the Kohlendi ¬ oxide stream and the hydrogen, are to be recompressed after separation to 30 bar to compare corresponding values for energy requirements and electrical performance can. The carbon dioxide of separation always refers to the entire process, and not on a single Tren ¬ voltage through a membrane. In the calculation of the hydrogen-carbon dioxide-of separation and the degree of separation is the same, chosen from within the module 2 in figure 5 in order to avoid partial pressure changes in the gas mixture to be separated. For all curves LI - L6 the generated gas flows are identical in composition and total pressure. The calculations read z. B. using the program Chemcad 6.1 perform. The calculation can be made on the basis of the following assumptions: a description of all gas mixtures is made according to the ideal gas law; a passage of the gases or of the gas mixture through the membranes takes place due to a partial pressure difference between the inlet and outlet of the respective module; almost no pressure drop within a membrane module; the pressure on the permeate side is maximally selected in order to minimize a power necessary for the compression; adiabatic compression of the respective gases from 50 ° C starting at a stage at 30 bar (ideal response ¬ grad); - an almost infinite selectivity of the membranes; the membrane surfaces are chosen so large that permeate and retentate each have equilibrium compositions.
Figur 7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Trennung eines Stoffgemisches. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: i) Beaufschlagen Sl einer ersten Membran Mi mit dem fluiden Stoffgemisch S zu dessen Trennung, wobei die erste Membran Mi selektiv für einen ersten Stoff ausgebildet ist, ii) Durchleiten S2 zumindest eines Teils des Stoffgemisches S durch die erste Membran Mi mittels eines Mittels 4, 6 zum Durchleiten des fluiden Stoffgemisches S, iii) Trennen S3 des Stoffgemisches S mittels der ersten Memb¬ ran Mi in ein erstes Permeat P2a und ein erstes Retentat R2a mittels der ersten Membran Mi, iv) Beaufschlagen S4 einer zweiten Membran M2 mit dem Stoffgemisch S und/oder mit dem ersten Retentat R2a/ wobei die zweite Membran M2 selektiv für einen zweiten Stoff ausgebildet ist, v) Durchleiten S5 zumindest eines Teils des fluiden Stoff¬ gemisches S und/oder zumindest eines Teils des ersten Retentats R2a durch die zweite Membran M2 mittels eines zweiten Mittels 4, 6 zum Durchleiten von Stoffen, und vi) Trennen S6 des durchgeleiteten fluiden Stoffgemisches S und/oder des ersten Retentats R2a in ein zweites Permeat P2 und ein zweites Retentat R2 mittels der zweiten Membran M2. FIG. 7 shows a flowchart of an exemplary embodiment of the method according to the invention for separating a substance mixture. The method comprises the following steps: i) pressurizing Sl of a first membrane Mi with the fluid mixture S to separate it, wherein the first membrane Mi is selectively designed for a first substance, ii) passing S2 through at least a part of the substance mixture S first diaphragm Mi by a means 4, 6 for the passage of the fluid substance mixture S, iii) separating S3 of the material mixture S by means of the first Memb ¬ ran Mi into a first permeate P2 a and a first retentate R2a means of the first membrane Mi, iv) applying S4 a second membrane M2 with the mixture S and / or with the first retentate R2a / wherein the second membrane M2 is selectively formed for a second substance, v) passing S5 at least a portion of the fluid mixture ¬ S and / or at least one part the first retentate R2a through the second membrane M2 by means of a second means 4, 6 for the passage of substances, and vi) separating S6 of the passed-through fluid substance emischen S and / or the first retentate R2a in a second permeate P2 and a second retentate R2 by means of the second membrane M2.
Die Schritte S2 und S3 sowie entsprechend S5 und S6 können dabei insbesondere jeweils auch im Wesentlichen gleichzeitig erfolgen: Das Trennen S3, S6 erfolgt dabei mittels der Membran Mi, M2, die zumindest einen Teil des Stoffgemisches S und/oder des Retentats R2a durch die jeweilige Membran Mi, M2 auf Grund ihrer jeweiligen Selektivität hindurchtreten lässt . The steps S2 and S3 as well as correspondingly S5 and S6 can in each case also take place substantially simultaneously at the same time. The separation S3, S6 takes place by means of the Membrane Mi, M 2 , which allows at least a portion of the mixture S and / or the retentate R2a pass through the respective membrane Mi, M2 on the basis of their respective selectivity.
Mit der vorliegenden Erfindung lassen sich nicht nur binäre, sondern auch höhere Stoffgemische trennen. Die Vorteile der Erfindung, d. h. höhere Reinheit und niedrigerer Energieauf¬ wand, treten dann maximal zu Tage, wenn für jeden Stoff des Stoffgemisches eine selektive Membran erhältlich ist. With the present invention, not only binary, but also higher mixtures of substances can be separated. The advantages of the invention, ie higher purity and lower Energieauf ¬ wall, then contact days maximum, if a selective membrane can be obtained for each substance of the mixture.
Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, Stoffgemische, insbesondere Gasgemische durch ein Membranmodul gemäß Fig. 5 mit mehr als zwei Membranen zu trennen. Die jeweiligen Memb- ranen können dabei alternierend nacheinander oder auch für eine gleichzeitige Trennung des höheren Stoffgemisches ange¬ ordnet sind. Furthermore, it is within the scope of the invention to separate mixtures of substances, in particular gas mixtures, by a membrane module according to FIG. 5 with more than two membranes. Can Ranen the respective Memb- while alternating succession or for simultaneous separation of higher fuel mixture is ¬ associates are.
Das Verfahren kann durch eine Steuerung ausgeführt werden, welche die Vorrichtung gemäß Fig. 4 oder Fig. 5 ansteuert. The method may be carried out by a controller which drives the device according to FIG. 4 or FIG. 5.
Zusammenfassend weist die Erfindung als einen besonderen Vorteil auf, dass Gemische von fluiden Stoffen in jeweilige Ge¬ mische mit höherer Reinheit eines Stoffes getrennt werden können und gleichzeitig der Energiebedarf für eine Trennung erheblich gesenkt werden kann. In summary, the invention has as a particular advantage that mixtures of fluid substances in respective Ge ¬ mixtures can be separated with higher purity of a substance and at the same time the energy requirements for a separation can be significantly reduced.
Bei dem Stoffgemisch kann es sich um ein Gemisch aus zwei oder mehreren Gasen bzw. Gasstoffen handeln oder um ein Ge- misch aus zwei oder mehreren sonstigen Fluiden, insbesondere Flüssigkeiten. The mixture of substances may be a mixture of two or more gases or gas substances or a mixture of two or more other fluids, in particular liquids.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzug¬ ter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizier¬ bar . Although the present invention has been described above with reference to Favor ¬ ter embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in many ways ¬ bar.

Claims

Vorrichtung zum Trennen eines fluiden Stoffgemisches (S) , insbesondere eines Gasgemisches, mit zumindest einer ersten Membran ( Mi ) zur Trennung des Stoffgemisches (S) , wobei die erste Membran ( Mi ) selektiv für einen ersten Stoff des fluiden Stoffgemisches (S) ausge¬ bildet ist, Apparatus for separating a fluid substance mixture (S), in particular a gas mixture with at least one first membrane (Mi) for the separation of the substance mixture (S), wherein the first membrane (Mi) selective for one first material of the fluid substance mixture (S) out ¬ is forming,
einer zweiten Membran (M2) , die selektiv für einen zweiten Stoff des fluiden Stoffgemisches ausgebildet ist, und mit einem Mittel (4, 6) zum Durchleiten von Stoffen, insbesondere Gasen, durch die erste und/oder zweite Membran ( Mi , M2) . a second membrane (M 2 ), which is formed selectively for a second substance of the fluid substance mixture, and with a means (4, 6) for passing substances, in particular gases, through the first and / or second membrane (Mi, M 2 ).
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Mittel (4, 6) zum Durchleiten von Stoffen einen Verdichter und/oder ein Spülgas aufweist. Apparatus according to claim 1, wherein the means (4, 6) for the passage of substances comprises a compressor and / or a purge gas.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Membran The device of claim 1, wherein the first membrane
( Mi ) und die zweite Membran (M2) in jeweils in einem ersten und zweiten Membranmodul (2a, 2b) angeordnet sind und wobei das erste und das zweite Membranmodul (2a, 2b) jeweils zumindest einen Eingang für ein Feedstoffgemisch (S) , einen ersten Ausgang für ein Permeat (P2a, ?2 ) und einen zweiten Ausgang für ein Retentat (R2a, R2b) umfas¬ sen . (Mi) and the second membrane (M 2 ) are each arranged in a first and second membrane module (2a, 2b) and wherein the first and the second membrane module (2a, 2b) each have at least one inlet for a mixture of feed substances (S), a first output for the permeate (P 2a,? 2) and a second output for a retentate (R 2 a, R 2 b) umfas ¬ sen.
Vorrichtung nach zumindest Anspruch 3, wobei der Eingang des zweiten Membranmoduls (2b) mit dem Ausgang für das Retentat (R2a) des ersten Membranmoduls (2a) fluidtech- nisch verbunden ist. Device according to at least claim 3, wherein the inlet of the second membrane module (2b) is fluidly connected to the outlet for the retentate (R 2a ) of the first membrane module (2a).
Vorrichtung nach zumindest Anspruch 3, wobei Kombinatio¬ nen aus erstem und zweitem Membranmodul (2a, 2b) fluid- technisch derart mehrfach hintereinander angeordnet sind, dass zumindest einer der Ausgänge für ein Retentat (R2b) des zweiten Membranmoduls (2b) mit zumindest einem Eingang des ersten Membranmoduls (2a) für ein Feedstoff gemisch (S) verbunden ist. Device according to at least claim 3, wherein COMBINATION ¬ NEN of first and second membrane module (2a, 2b) fluid- are arranged so technologically more times in succession, that at least one of the outputs of a retentate (R 2 b) of the second membrane module (2b) having at least one Input of the first membrane module (2a) for a feed mixture (S) is connected.
Vorrichtung nach zumindest Anspruch 1, wobei die erste und zweite Membran ( Mi , M2 ) in einem gemeinsamen Modul (2ab) derart angeordnet sind, dass die erste und die zweite Membran ( Mi , M2 ) im Wesentlichen gleichzeitig vom fluiden Stoffgemisch (S) beaufschlagbar sind. Device according to at least claim 1, wherein the first and second membranes (Mi, M 2 ) are arranged in a common module (2 ab ) such that the first and the second membrane (Mi, M 2 ) are substantially simultaneously separated from the fluid mixture ( S) can be acted upon.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorgehenden Ansprüche 1 - 6, wobei das fluide Stoffgemisch (S) im Wesent¬ lichen ein Kohlendioxid/Wasserstoff-, Stickstoff/Sauer¬ stoff-, Kohlenmonoxid/Wasserstoff oder Kohlendioxid/ Stickstoff-Gemisch ist. Device according to at least one of the preceding claims 1-6, wherein the fluid substance mixture (S) in the union Wesent ¬ a carbon dioxide / hydrogen, nitrogen / Sauer ¬ fabric, carbon monoxide / hydrogen or carbon dioxide / nitrogen mixture.
Verfahren zum Trennen eines fluiden Stoffgemisches (S) , insbesondere eines Gasgemisches, mit den folgenden Process for separating a fluid mixture (S), in particular a gas mixture, with the following
Schritten : i) Beaufschlagen (Sl) einer ersten Membran ( Mi ) mit dem fluiden Stoffgemisch (S) zu dessen Trennung, wobei die erste Membran ( Mi ) selektiv für einen ersten Stoff ausgebildet ist, ii) Durchleiten (S2) zumindest eines Teils des fluiden Stoffgemisches (S) durch die erste Membran ( Mi ) mittels eines Mittels (4, 6) zum Durchleiten des fluiden Stoffgemisches (S) , iii) Trennen (S3) des Stoffgemisches (S) mittels der Steps: i) applying (Sl) a first membrane (Mi) to the fluid mixture (S) for its separation, wherein the first membrane (Mi) is selectively formed for a first substance, ii) passing (S2) at least a part of the fluid mixture (S) through the first membrane (Mi) by means (4, 6) for passing the fluid mixture (S), iii) separating (S3) of the mixture (S) by means of
ersten Membran ( Mi ) in ein erstes Permeat (P2a) und ein erstes Retentat (R2a) mittels der ersten Memb¬ ran ( Mi ) , iv) Beaufschlagen (S4) einer zweiten Membran ( M2 ) mit dem Stoffgemisch (S) und/oder mit dem ersten Retentat (R2a) wobei die zweite Membran ( M2 ) selektiv für einen zweiten Stoff ausgebildet ist. v) Durchleiten (S5) zumindest eines Teils des fluiden Stoffgemisches (S) und/oder zumindest eines Teils des ersten Retentats (R2a) durch die zweite Membran (M2) mittels eines zweiten Mittels (4, 6) zum first diaphragm (Mi) a second diaphragm (in a first permeate (P 2a) and a first retentate (R 2a) by means of the first Memb ¬ ran (Mi), iv) applying (S4) M 2) (with the mixture of substances S) and / or with the first retentate (R 2a ) wherein the second membrane (M 2 ) is selectively formed for a second material. v) passing (S5) at least a portion of the fluid mixture (S) and / or at least a portion of the first retentate (R 2a ) through the second membrane (M 2 ) by means of a second means (4, 6)
Durchleiten von Stoffen, und vi) Trennen (S6) des durchgeleiteten fluiden Stoffgemisches (S) und/oder des ersten Retentats (R2a) in ein zweites Permeat (P2b ) und ein zweites Retentat (R2b ) mittels der zweiten Membran (M2) . Passing through substances, and vi) separating (S6) the passed fluid mixture (S) and / or the first retentate (R 2a ) into a second permeate (P 2b ) and a second retentate (R 2b ) by means of the second membrane (M 2 ).
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das zweite Retentat (R2b ) ein Feedstoffgemisch (S) für zumindest eine Wie¬ derholung der Schritte i)-vi) bildet. ) -Vi) forms 9. The method of claim 8, wherein the second retentate (R 2b) a feed mixture (S) for at least one As ¬ derholung steps i.
10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das jeweils erste Per¬ meat (P2a) und das jeweils zweite Permeat (P2b ) zusammen¬ geführt werden. 10. The method of claim 8, wherein the respective first be brought together ¬ Per ¬ meat (P 2a) and the respective second permeate (P 2b).
11. Verwendung von zumindest zwei Membranen ( Mi , M2 ) zur 11. Use of at least two membranes (Mi, M 2 ) for
Trennung eines fluiden Stoffgemisches (S) , insbesondere eines Gasgemisches, das zumindest zwei Stoffe aufweist, wobei die erste Membran ( Mi ) eine Selektivität für den ersten Stoff und die zweite Membran ( M2 ) eine Selektivi¬ tät für den zweiten Stoff aufweist. Separating a fluid substance mixture (S), in particular a gas mixture comprising at least two materials, wherein the first membrane (Mi) has a selectivity for the first material and the second membrane (M 2) a Selektivi ¬ ty for the second substance.
PCT/EP2011/053929 2010-03-24 2011-03-16 Device and method for separating a gas mixture by means of membranes WO2011117121A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010012601A DE102010012601A1 (en) 2010-03-24 2010-03-24 Apparatus and method for separating a fluid mixture
DE102010012601.2 2010-03-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011117121A1 true WO2011117121A1 (en) 2011-09-29

Family

ID=43975220

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/053929 WO2011117121A1 (en) 2010-03-24 2011-03-16 Device and method for separating a gas mixture by means of membranes

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102010012601A1 (en)
WO (1) WO2011117121A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102580472A (en) * 2012-03-05 2012-07-18 厦门国麟科技有限公司 Industrial waste gas resource utilization and treatment method
CN111321022A (en) * 2018-12-14 2020-06-23 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 Apparatus and method for osmotically treating a gas stream through a membrane with an adjusted suction pressure of a second permeate

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4119417A (en) * 1975-11-17 1978-10-10 Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. Gas separator
US4944882A (en) * 1989-04-21 1990-07-31 Bend Research, Inc. Hybrid membrane separation systems
US5164081A (en) * 1989-03-24 1992-11-17 The Standard Oil Company Apparatus for separation and for treatment of fluid feedstreams, wafers for use therein and related methods
EP0754487A1 (en) * 1995-07-17 1997-01-22 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and system for separation and recovery of perfluorocompound gases
US20050045029A1 (en) * 2003-08-28 2005-03-03 Colling Craig W. Selective separation of fluid compounds utilizing a membrane separation process
WO2009017054A1 (en) * 2007-07-27 2009-02-05 Nippon Oil Corporation Method and apparatus for hydrogen production and carbon dioxide recovery

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4302223A (en) * 1969-03-26 1981-11-24 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Air removal device
JPS5944081B2 (en) * 1980-07-03 1984-10-26 日東電工株式会社 Complex selective separation membrane module
AU647856B2 (en) * 1990-12-28 1994-03-31 Terumo Kabushiki Kaisha Transfusion filtering device
US5306427A (en) * 1992-12-18 1994-04-26 Permea, Inc. Low pressure feed membrane separation process
DE4300438C1 (en) * 1993-01-09 1994-06-30 Sartorius Gmbh Method and device for separating oil / water mixtures
DE10138319A1 (en) * 2001-08-10 2003-04-24 Geesthacht Gkss Forschung Membrane body and method for producing the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4119417A (en) * 1975-11-17 1978-10-10 Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. Gas separator
US5164081A (en) * 1989-03-24 1992-11-17 The Standard Oil Company Apparatus for separation and for treatment of fluid feedstreams, wafers for use therein and related methods
US4944882A (en) * 1989-04-21 1990-07-31 Bend Research, Inc. Hybrid membrane separation systems
EP0754487A1 (en) * 1995-07-17 1997-01-22 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and system for separation and recovery of perfluorocompound gases
US20050045029A1 (en) * 2003-08-28 2005-03-03 Colling Craig W. Selective separation of fluid compounds utilizing a membrane separation process
WO2009017054A1 (en) * 2007-07-27 2009-02-05 Nippon Oil Corporation Method and apparatus for hydrogen production and carbon dioxide recovery

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102580472A (en) * 2012-03-05 2012-07-18 厦门国麟科技有限公司 Industrial waste gas resource utilization and treatment method
CN111321022A (en) * 2018-12-14 2020-06-23 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 Apparatus and method for osmotically treating a gas stream through a membrane with an adjusted suction pressure of a second permeate

Also Published As

Publication number Publication date
DE102010012601A1 (en) 2011-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60102788T3 (en) Integrated process for air separation and energy production
DE69819809T2 (en) Solid electrolytic membrane process for the production of oxygen with controlled purity
DE102013004079A1 (en) Process for the extraction of high-purity methane from biogas and plant for carrying out this process
WO2010072305A1 (en) Method and device for treating a gas flow comprising carbon dioxide from a large combustion plant
EP2300361A1 (en) Method and device for generating hydrogen
WO2017020919A1 (en) Method for obtaining a helium-rich product fraction
EP2440312B1 (en) Device and method for separating a gas mixture
DE60013212T2 (en) Method for controlling the concentration of a gas mixture
WO2023217533A1 (en) Fuel cell system and method for operating same
DE3531310A1 (en) PURE AIR GENERATOR
WO2011117121A1 (en) Device and method for separating a gas mixture by means of membranes
EP3180104B1 (en) Device and method of separating a gas mixture in a membrane unit
DE2847310A1 (en) PROCESS FOR SEPARATING GASES
EP1975123A2 (en) Process and apparatus for generating synthesis gas
EP4087820A1 (en) Process and plant for preparing nitric acid
EP0146646B1 (en) Process for separating and producing relatively highly adsorbable gases by adsorbents from gas mixtures also containing less adsorbable gases
EP3020696A1 (en) Method and installation for the production of one or more reaction products
DE60313149T2 (en) METHOD AND APPARATUS FOR ENRICHING AT LEAST ONE COMPONENT OF A COMBUSTIBLE GAS MIXTURE
DE4434101C1 (en) Pressure-swing adsorption process to purify or analyse a gas stream
AT513061B1 (en) Apparatus and method for controlling the concentration of product gas in an offgas
DE102007011879A1 (en) Apparatus and method for CO2 separation from a process gas
DE19610722B4 (en) Process for the preparation of protective or reaction gases for the heat treatment of metals
EP3935010B1 (en) Process and installation for the production of synthesis gas with carbon dioxide recycling
DE102007012069A1 (en) Apparatus and method for CO2 separation from a process gas
EP3059207A1 (en) Method and device for generating synthetic gas

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11708850

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11708850

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1