Определение эффективности мембранной технологии отделения гелия от ПНГ. Курсовая работа определение эффективности мембранной технологии отделения гелия от пнг

• Название: Курсовая работа определение эффективности мембранной технологии отделения гелия от пнг
• Анкор: Определение эффективности мембранной технологии отделения гелия от ПНГ
• Дата: 17.12.2021
• Размер: 334.33 Kb.
• Имя файла: Kursovaya.docx
• Тип: Курсовая; #307036
• страница: 3 из 3

2. 
   Расчет средней концентрации гелия:
   

Концентрация селективно проникающего компонента в напорном пространстве аппарата изменяется от y_f до y_r. Среднее значение ее с достаточной для инженерных расчетов степенью точности можно выразить как:

			(2.5)
где	y – текущая концентрация компонента в напорном канале, об. доли;
	yf – начальная концентрация компонента в смеси, об. доли;
	yr – концентрация компонента в ретентате, об. доли. Таблица 3.2. Концентрации компонента.
Yf
0,0054
Yr
0,0005
Y
0,002059216

В результате математических преобразований получаем квадратное уравнение в общем виде, решение которого позволяет определить состав пермеата.

Таблица 3.3. Переменные квадратного уравнения, состав пермеата для исходного типа.

Таблица 3.4. Переменные квадратного уравнения, состав пермеата для фторированного типа.

3. 
   Материальный баланс мембранной установки:
   

Потоки пермеата (P) и ретентата (R) связаны с заданной производительностью по исходной газовой смеси (F) и концентрациями y_f, y_p, y_r следующими балансовыми отношениями:

где	– поток пермеата, м3/ч – поток ретентата, м3/ч F – заданная производительность, м3/ч Таблица 3.5. Материальный баланс

4. 
   Определение потерь метана в потоке пермеата:
   

Потребная площадь мембраны:

Потери СН4	δ
0,5144092	7,979739257
0,2592002	35,86359966
0,1778512	84,63678143
0,1384283	154,9002073
0,1155756	246,7942468
0,1009796	360,0288343
0,0911118	493,9365844
0,0842207	647,540891
0,079339	819,6304114
0,0758902	1008,832544
0,0735106	1213,680503
0,0719601	1432,670749
0,0710751	1664,309448
0,0707411	1907,148003
0,0708763	2159,808656
0,071422	2421,001582
0,0723355	2689,535064
0,0735859	2964,320288
0,0751512	3244,37208
0,0770163	3528,806759

Таблица 3.6. Потери и площадь мембраны.

Потери СН4	δ
1,6893452	223,4176144
0,7448018	402,6511977
0,4645274	576,7509978
0,3306685	744,0894651
0,2526053	904,3592095
0,2016983	1057,492814
0,1660374	1203,536641
0,1397836	1342,628415
0,1197391	1474,996998
0,1040056	1600,968898
0,0913861	1720,977276
0,0810884	1835,571789
0,072568	1945,428318
0,0654382	2051,357732
0,0594175	2154,312787
0,0542962	2255,392164
0,0499147	2355,840496
0,0461503	2457,04317
0,0429066	2560,514727
0,0401074	2667,879787

Рисунок 1. Графики зависимости концентрации гелия и потерь метана в пермеате от величины давления для мембраны исходного типа.

5. 
   Рассчитываем капитальные вложения:
   

где	КВ – капитальные вложения, рубль;
	С – удельная стоимость мембраны, рубль/м2; δ – потребная площадь мембраны, м2.

Таблица 3.7. Экономический эффект.

Капитальные вложения
	Исходного типа	Фторированного типа
Цена, руб./м2	100	150
КВ, руб	100868,9	742707,0805

6. 
   Далее осуществим расчет второй ступени мембранной установки по формулам с (2.5) по (2.14), руководствуясь схемой на рисунке 2.1 и принимая во внимание, что и F = P₁.
   

Таблица 3.8. Расчёт второй ступени для мембраны исходного типа.

7. 
   Оцениваем материальный баланс для первой ступени:
   

Таблица 3.9. Материальный баланс первой ступени мембранной установки при использовании мембран двух вариаций, с учетом зависимости проницаемости от перепада давления в напорном канале

Параметр	Исходного типа			Фторированного типа
	Смесь (F)	Пермеат (P1)	Ретентат (R1)	Сырьевой (F)	Пермеат (P1)	Ретентат (R1)
Расход, млрд. м3/год	5,32	0,614	4,701	5,32	0,525	4,795
Концентрация He, %	0,54	4,87	0,05	0,54	6,06	0,05
Давление, МПа	80	0,2	5,8	6	0,2	5,8
Потери СH4 в пермеате, %	9,63	9,63	9,63	7,68	7,68	7,68

8. 
   Оцениваем материальный баланс для второй ступени:
   

Таблица 3.10. Материальный баланс второй ступени мембранной установки при использовании мембран двух вариаций, с учетом зависимости проницаемости от перепада давления в напорном канале

Параметр	Исходного типа			Фторированного типа
	Пермеат (P1)	Пермеат (P2)	Ретентат (R2)	Пермеат (P1)	Пермеат (P2)	Ретентат (R2)
Расход, млрд. м3/год	0,619	0,16	0,43	0,525	0,07	0,36
Концентрация He, %	4,87	2,8	0,05	5,01	35	0,05
Давление, МПа (абс)	6	0,2	5,8	6	0,2	5,8
Потери СH4 в пермеате, %	1,5	1,5	1,5	0,88	0,88	0,88

9. 
   Оцениваем экономический эффект для второй ступени
   

Таблица 3.11. Капитальные вложения первой и второй ступеней.

	Исходного типа	Фторированного типа
Цена, руб./м2	100	150
КВ 1ст, руб	100898,9	56058,68035
КВ 2ст, руб	742707,0805	739417,2045
Сумма, руб	843605,98	795502,884

Значения показателей укладываются в рамки, заявленные требованиями исходя из чего, принимается решение, что газоразделительная система, состоящая из двух мембранных ступеней, способна решить задачу выделения гелия из бинарной смеси на нефтегазоконденсатном месторождении.

Вывод: Результаты расчета подтверждают, что использование мембран как исходного, так и фторированного типов является целесообразным. Однако, применение модифицированной мембраны, полученной газофазным фторированием, в половолоконных мембранных модулях является наиболее эффективным решением, оптимизирующим технологию извлечения гелия, исходя из того, что в пермеате концентрация He значительно повышается и потери CH₄ снижаются на порядок, а также обеспечиваются наименьшие капитальные затраты.