Определение эффективности мембранной технологии отделения гелия от ПНГ. Курсовая работа определение эффективности мембранной технологии отделения гелия от пнг
 Скачать 334.33 Kb.
|
|
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Нефти и газа институт Разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений кафедра КУРСОВАЯ РАБОТА Определение эффективности мембранной технологии отделения гелия от ПНГ Вариант 16 Преподаватель Н.В. Чухарева подпись, дата инициалы, фамилия Студент ГБ18–03Б, 081831036 Д.В. Домрина номер группы, зачетной книжки подпись, дата инициалы, фамилия Красноярск СОДЕРЖАНИЕ теоретическая часть 3 1.1Свойства гелия 3 1.2Основные методы получения гелия 3 1.3Основные понятия и термины мембранного процесса газоразделения 5 2Расчетная часть 7 теоретическая частьСвойства гелияГелий (He, лат. helium) – химический элемент 18-й группы периодической системы химических элементов (по устаревшей классификации – элемент главной подгруппы VIII группы) первого периода системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 2. Возглавляет группу инертных газов. Замкнутость и насыщенность электронной оболочки его атома исключает возможность ковалентных и ионных связей с любыми другими элементами. Не образует газовых клатратов. Как простое вещество представляет собой инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха. По распространённости во Вселенной занимает второе место после водорода. Таблица 1.1 – Физические свойства гелия
Основные методы получения гелияГидратообразование наименее популярный метод - очень энерго- и ресурсозатратный метод, так как в зависимости от концентрации гелия в исходном сырье требует воды в соотношении до 100:1 Абсорбция гелия на фторсодержащих соединениях применяется как одна из стадий процесса глубокой очистки гелия: обеспечить полную очистку по средствам данной технологии не представляется возможным. Альтернативой является адсорбция на активированных углях. Сорбционные процессы могут быть использованы как для очистки, так и для осушки газов. Согласно подсчетам, затраты на данное технологическое решение в среднем ниже на 25% по сравнению с другими технологиями очистки, так как данный процесс не требует большого количества жидкого азота. Тем не менее, использование адсорберов на последней стадии очистки гелиевого концентрата затруднено в связи с большими капитальными затратами на адсорберы (технологические установки этого типа достаточно громоздки, требует большого количества запорной арматуры). Особого внимания заслуживают два конкурирующих процесса - мембранный метод и криогенный. Криогенное извлечение гелия из природного газа, является классическим методом, протекающем в две стадии: получение полупродукта «гелий-сырец» [3] и тонкой очистки. Именно для первой стадии наиболее востребован криогенный метод - исходный газ постепенно компримируют параллельно с понижение температуры, получая «сырой гелий» с содержанием гелия от 50 до 80 об.%. Далее, в зависимости от технологии, газ отправляется в колонну, где путем повышения температуры и расширения, получают гелиевый концентрат, отправляемый на тонкую очистку. Помимо гелия, при криогенном его извлечении получают сжиженный природный газ (СПГ), который так же является товарным продуктом (служит как топливо), что делает данный метод экономически выгодным несмотря на свою энергозатратность. Для мембранной технологии, наоборот, наиболее интересные схемы представлены в среде малых объемов получаемого продукта. Мембраны, используемые для газоразделения, обычно представляют собой либо полые волокна, либо мембранные элементы рулонного (в иностранной литературе -спирального) типа. В зависимости от материала мембраны, изменяется коэффициент проницаемости того или иного газа через нее: в качестве материалов для мембраны могут служить полимеры (например, ацетатцеллюлоза), кварцевые стекла. Последние представляют особый интерес как двойная система: дело в том, что проницаемость гелия через кварцевое микропористое стекло имеет относительно высокие порядки, что позволяет говорить о возможной высокой производительности мембран из данного материала; но при этом возникают условия, ведущие к падению селективности мембраны - например, концентрационная поляризация. Если речь идет о полимерных мембранах, более хорошо изученных на данный момент, можно наблюдать широкое разнообразие предлагаемых технологических схем с использованием мембранной технологии: доказано, что одноступенчатые схемы не представляют особого интереса в связи с малым выходом товарного продукта, а трехступенчатые схемы требуют высоких эксплуатационных затрат в связи с использованием мощных компрессоров и увеличением их общего числа. Наиболее перспективной является двухступенчатая схема без рецикла. Основные понятия и термины мембранного процесса газоразделенияМембрана – это тонкий газоразделительный слой, который разделяет газы за счет различных коэффициентов их газопроницаемости. Мембрана может быть плоской и в виде полого волокна Мембранный модуль – это мембрана, сформированная в конструкцию картриджа, который при размещении в специальном корпусе позволяет реализовать газоразделительный процесс. Принцип мембранного газоразделения основан на различной скорости проникания компонентов газовой смеси через селективный слой мембраны за счет перепада парциальных давлений по обе стороны мембраны. Свойства мембраны таковы, что не нужные компоненты газовой смеси проходят через мембранный газоразделительный слой, а нужные не проходят. Исходя из конфигурации мембранного картриджа, существуют мембранные модули на основе плоской, рулонной мембраны и полых волокон. Мембранный газоразделительный блок – мембранные модули, собранные в единую конструкцию. Проницаемость – это способность мембраны позволять проникающему газу диффундировать через материал мембраны в результате разницы давлений над мембраной, и ее можно измерить с точки зрения скорости потока пермеата, толщины и площади мембраны, а также давления. разница по мембране. Селективность – различие в проницаемостях для различных компонентов смеси и потоком через мембрану. Пермеат – поток, прошедший сквозь мембрану. Ретентат – поток, не прошедший через мембрану. |