Підвищення ефективності вилучення та збагачення сумішей неону і гелію на основі баромембранних методів
Вантажиться...
Файли
Дата
2015
Автори
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
ОНАХТ
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05. 05. 14 - Холодильна, вакуумна та компресорна техніка, системи кондиціонування.
Дисертаційна робота присвячується вирішенню актуальної наукової задачі підвищення ефективності вилучення та збагачення сумішей неону і гелію шляхом впровадження мембранних систем в існуючі криогенні процеси і розробки технологічних рішень вилучення неоногеліевого концентрату при обмеженому наявності криогенного забезпечення. Значні відмінності в коефіцієнтах проникності продукційних і домішкових компонентів суміші та вимога щодо забезпечення високого ступеня вилучення зумовили необхідність розробки універсальної розрахункової методики, що забезпечує високий ступінь достовірності в режимах зі значними частками відбору пермеатного (продукционного) потоку. Коефіцієнти проникності чистих Ne, He, Kr, Xe були визначені на експериментальному стенді манометричним методом для мембран з полісульфона. Для налагодження розрахункових алгоритмів і підтвердження робочих режимів установок збагачення неоногеліевої суміші були проведені дослідження на сумішах-імітаторах, компонентний склад яких відповідає такому на виході з блоку розділення ВРУ. Визначено, що одиничний мембранний модуль, при роботі на наявному перепаді тисків, забезпечує зниження концентрації домішкового азоту з 50% об до 20..22% об при ступеня вилучення неоногеліевой суміші С = 0,9. Визначено, що рециркуляція пермеатного потоку, збільшує вміст легкопронікаючих компонентів в потоці високого тиску, що в свою чергу дозволяє домогтися концентрації домішкового азоту у (N2) = 12% об.
Показано, що включення мембранного модуля для попередньої сепарації неоно-геліевой суміші перед криогенним адсорбером дозволяє знизити концентрацію неону в потоці отдувки з 20% об до 5% об, дозволяючи при цьому збільшити час захисної дії. Розроблено технологічні схеми включення двоступеневих мембранних систем в установки скраплення природного газу малої продуктивності, показано, що у разі початкової концентрації гелію в природному газі у (Не)> 0,3% об. можливо отримувати гелієвий концентрат у (Не)> 90% об, при загальній ступеня вилучення С = 0,9.
Диссертация на соискание ученной степени кандидата технических наук по специальности 05. 05. 14 - Холодильная, вакуумная и компрессорная техника, системы кондиционирования. Диссертационная работа посвящается решению актуальной научной задачи повышения эффективности извлечения и обогащения смесей неона и гелия путем внедрения мембранных систем в существующие криогенные процессы и разработки технологических решений извлечения неоногелиевого концентрата при ограниченном наличии криогенного обеспечения. Значительные различия в коэффициентах проницаемости продукционных и примесных компонентов смеси и требование к обеспечению высокой степени извлечения целевых фракций обусловили необходимость разработки универсальной расчетной методики, обеспечивающей высокую степень достоверности в режимах со значительными долями отбора пермеатного (продукционного) потока (Ɵ→l). Коэффициенты проницаемости чистых Ne, He, Kr, Xe были определены на экспериментальном стенде манометрическим методом для мембран из полисульфона. Для отладки расчетных алгоритмов и подтверждения рабочих режимов установок обогащения неоногелиевой смеси были проведены исследования на смесях-имитаторах, компонентный состав которых соответствует таковому на выходе из блока разделения ВРУ. Определено, что единичный мембранный модуль, при работе на располагаемом перепаде давлений, обеспечивает снижение концентрации примесного азота с 50% об до 20..22 % об при степени извлечения неоногелиевой смеси С=0,9. Определено, что рециркуляция пермеатного потока, увеличивает содержание легкопроникающих компонентов в потоке высокого давления, что в свою очередь позволяет добиться концентрации примесного азота y(N2) = 12% об. Показано, что включение мембранного модуля для предварительной сепарации неоногелиевой смеси перед криогенным адсорбером позволяет снизить концентрацию неона в потоке отдувки с 20% об до 5% об, позволяя при этом увеличить время защитного действия. Разработаны технологические схемы включения двухступенчатых мембранных систем в установки сжижения природного газа малой производительности, показано, что в случае начальной концентрации гелия в природном газе у(Не)>0,3 % об. возможно получать гелиевый концентрат у(Не)>90 % об, при общей степени извлечения С=0,9.
Thesis for the degree of candidate of technical sciences, specialty 05. 05. 14 - Refrigeration vacuum and compressor equipment, air-conditioning system. The thesis is devoted for solving of an actual scientific task, which is the following: increase of the efficiency of extraction and enrichment of neon and helium mixture through the introduction of membrane systems in existing cryogenic processes and the development of tech-nological solutions for extraction of crude neon-helium concentrate on a limited availability of cryogenic supply. Significant differences in the permeability coefficients of productional and impurity components of the mixture and requirement to ensure a high degree of extraction necessitated the development of a universal calculation procedure, ensuring a high degree of confidence predicting regimes with high stage cuts of permeate (production) stream. Permeability coefficients of pure Ne, He, Kr, Xe were determined on the experimental unit with the application of manometric method on polysulfonc membranes. Conducted experiments have shown a good convergence between experimental and calculation values, discrepancy between them, is growing with a values of a stage cuts and reaches 10 % at stage cut equals 0,7. A key figure in this process is the recovery of target components (neon and helium) as well as concentration of nitrogen impurity in the production stream . Presented calculations of neon helium mixture enrichment process on the membrane in a wide range of conditions. The dependence neon-helium mixture extraction degree from nitrogen impurity concentration at different recycle ratios is obtained. It is determined that a single membrane module, when operating in disposable pressure drop, reduces the concentration of impurity nitrogen from about 50% of 20..22% with recoveries neon helium mixture C = 0.9. It is determined that recycle of permeate stream increases concentration of highly penetrating components on the high-pressure side, which in turn allows to reduce concentration of nitrogen impurities to the values of (N2) = 12% vol. It is shown that the inclusion of a membrane separation module prior cryogenic adsorber reduces the concentration of neon in a stream from 20% to about 5%, thus allowing to increase the time of protective action. Technological schemes which include two-stage membrane systems were developed for the production of ciude helium mixture on low capacity natural gas liquefaction plant, it is shown that in case the initial concentration of helium in the natural gas y (He)> 0,3% vol. is possible to obtain a concentrate y (He)> 90% vol, and a total recovery rate C = 0.9.
Диссертация на соискание ученной степени кандидата технических наук по специальности 05. 05. 14 - Холодильная, вакуумная и компрессорная техника, системы кондиционирования. Диссертационная работа посвящается решению актуальной научной задачи повышения эффективности извлечения и обогащения смесей неона и гелия путем внедрения мембранных систем в существующие криогенные процессы и разработки технологических решений извлечения неоногелиевого концентрата при ограниченном наличии криогенного обеспечения. Значительные различия в коэффициентах проницаемости продукционных и примесных компонентов смеси и требование к обеспечению высокой степени извлечения целевых фракций обусловили необходимость разработки универсальной расчетной методики, обеспечивающей высокую степень достоверности в режимах со значительными долями отбора пермеатного (продукционного) потока (Ɵ→l). Коэффициенты проницаемости чистых Ne, He, Kr, Xe были определены на экспериментальном стенде манометрическим методом для мембран из полисульфона. Для отладки расчетных алгоритмов и подтверждения рабочих режимов установок обогащения неоногелиевой смеси были проведены исследования на смесях-имитаторах, компонентный состав которых соответствует таковому на выходе из блока разделения ВРУ. Определено, что единичный мембранный модуль, при работе на располагаемом перепаде давлений, обеспечивает снижение концентрации примесного азота с 50% об до 20..22 % об при степени извлечения неоногелиевой смеси С=0,9. Определено, что рециркуляция пермеатного потока, увеличивает содержание легкопроникающих компонентов в потоке высокого давления, что в свою очередь позволяет добиться концентрации примесного азота y(N2) = 12% об. Показано, что включение мембранного модуля для предварительной сепарации неоногелиевой смеси перед криогенным адсорбером позволяет снизить концентрацию неона в потоке отдувки с 20% об до 5% об, позволяя при этом увеличить время защитного действия. Разработаны технологические схемы включения двухступенчатых мембранных систем в установки сжижения природного газа малой производительности, показано, что в случае начальной концентрации гелия в природном газе у(Не)>0,3 % об. возможно получать гелиевый концентрат у(Не)>90 % об, при общей степени извлечения С=0,9.
Thesis for the degree of candidate of technical sciences, specialty 05. 05. 14 - Refrigeration vacuum and compressor equipment, air-conditioning system. The thesis is devoted for solving of an actual scientific task, which is the following: increase of the efficiency of extraction and enrichment of neon and helium mixture through the introduction of membrane systems in existing cryogenic processes and the development of tech-nological solutions for extraction of crude neon-helium concentrate on a limited availability of cryogenic supply. Significant differences in the permeability coefficients of productional and impurity components of the mixture and requirement to ensure a high degree of extraction necessitated the development of a universal calculation procedure, ensuring a high degree of confidence predicting regimes with high stage cuts of permeate (production) stream. Permeability coefficients of pure Ne, He, Kr, Xe were determined on the experimental unit with the application of manometric method on polysulfonc membranes. Conducted experiments have shown a good convergence between experimental and calculation values, discrepancy between them, is growing with a values of a stage cuts and reaches 10 % at stage cut equals 0,7. A key figure in this process is the recovery of target components (neon and helium) as well as concentration of nitrogen impurity in the production stream . Presented calculations of neon helium mixture enrichment process on the membrane in a wide range of conditions. The dependence neon-helium mixture extraction degree from nitrogen impurity concentration at different recycle ratios is obtained. It is determined that a single membrane module, when operating in disposable pressure drop, reduces the concentration of impurity nitrogen from about 50% of 20..22% with recoveries neon helium mixture C = 0.9. It is determined that recycle of permeate stream increases concentration of highly penetrating components on the high-pressure side, which in turn allows to reduce concentration of nitrogen impurities to the values of (N2) = 12% vol. It is shown that the inclusion of a membrane separation module prior cryogenic adsorber reduces the concentration of neon in a stream from 20% to about 5%, thus allowing to increase the time of protective action. Technological schemes which include two-stage membrane systems were developed for the production of ciude helium mixture on low capacity natural gas liquefaction plant, it is shown that in case the initial concentration of helium in the natural gas y (He)> 0,3% vol. is possible to obtain a concentrate y (He)> 90% vol, and a total recovery rate C = 0.9.
Опис
Чуклін, О. П.
Підвищення ефективності вилучення і збагачення сумішей неону і гелію на основі баромембранних методів [Текст] : автореф. дис. ... канд. техн. наук : спец. 05.05.14 "Холодильна, вакуумна та компресорна техніка, системи кондиціонування" / Чуклін Олександр Павлович ; наук. кер. В. Л. Бондаренко ; Одес. нац. акад. харч. технологій. – Одеса : ОНАХТ, 2015. – 20 с.
Ключові слова
половолоконной мембранний модуль, збагачення сумішей неону і гелію, рециркуляційні схеми, зниження витрат криогенного холодоагенту, половолоконный мембранный модуль, обогащение смесей неона и гелия, рециркуляционные схемы, снижение затрат криогенного хладагента, hollow fiber membrane module, enrich mixtures of helium and neon, recirculation circuits, reduction the costs of the cryogenic refrigerant