Г. И. ПИСАРЕВ1,2, О. Г. ТАЛАКИН2, Н. И. ЛАГУНЦОВ1
1Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
2ОАО “Криогенмаш”, Балашиха
МЕМБРАННЫЙ ПРОЦЕСС ИЗВЛЕЧЕНИЯ
НЕОНА И ГЕЛИЯ ИЗ СБРОСНЫХ ГАЗОВ
КРИОГЕННЫХ УСТАНОВОК
Проведены исследования половолоконного мембранного модуля по разделению тройной смеси неон – азот – гелий. Определены проницаемости компонентов через мембрану модуля. Сравнение экспериментальных и расчетных данных дало совпадение результатов в пределах 5-7 %.
В настоящее время на металлургических комбинатах используются воздухоразделительные криогенные установки для получения кислорода. В результате криогенного разделения накапливаются сбросные газовые смеси, содержащие в сумме до 20 % неона и гелия, преимущественно неона. В большинстве случаев из-за сложности процесса и нерентабельности переработки эти смеси выбрасываются в атмосферу. В то же время неон широко применяется в электронике, в вакуумной технике, лазерном оборудовании и при производстве свето – технических рекламных изделий. Стоимость неона составляет до 50 долл. США за 1 н. м3. Применение мембранной технологии, позволит предложить уникальный экономичный процесс обогащения газовой смеси неоном с высокой степенью извлечения (более 90 %). Проведенные исследования впервые показывают реальную возможность применения мембранной технологии для выделения неона из сбросных газов.
Исследования проводились на специально спроектированном стенде в ОАО “Криогенмаш”. Стенд предназначен для определения проницаемостей половолоконных мембран по различным газам и исследования процессов разделения газовых смесей, а также производительности модулей, изготовленных на базе этих мембран. Стенд оборудован всеми приборами, необходимыми для проведения исследований.
Первым этапом было проведение экспериментов по определению производительности половолоконного модуля по чистым газам – неону, азоту и гелию. Были получены следующие результаты:
QHe = 24.513 м3/(ч·атм); QNe = 4.195 м3/(ч·атм); QN2 = 0.189 м3/(ч·атм)
Следующим этапом был экспериментальный анализ разделения на данном модуле эталонных трехкомпонентных смесей, содержащих азот, неон и гелий, приготовленных на Московском газоперерабатывающем заводе.
Исследовались следующие эталонные смеси:
1. СN2 = 91,76 %, CNe = 8.06 %, CHe = 0.18 %;
2. СN2 = 95,2 %, CNe = 4.7 %, CHe = 0.1 %;
В результате процесса разделения для первой эталонной смеси, при потоке питания 55 нм3/ч и коэффициенте деления потока q=0,064, в потоке ретентата получили газовую смесь следующего содержания:
СN2 = 93.9 %; CNe = 6.1 %; He – не обнаружен
Для второй эталонной смеси на том же модуле при потоке питания 16 нм3/ч и коэффициенте деления потока q=0,11 получили:
СN2 = 96.88 %; CNe = 3.12 %; He – не обнаружен
Анализ составов эталонных и полученных экспериментально смесей выполнялся на Московском газоперерабатывающем заводе хроматографическим методом определения примесей неона и гелия в азоте. Для определения содержания неона в азоте - на хроматографе фирмы Фишер с детектором по теплопроводности и газом носителем гелием (доза 5 мл). А для определения гелия в азоте – на хроматографе ЛХМ-80 с детектором по теплопроводности и с газом носителем неоном (доза 2 мл).
Расчет разделения указанных выше эталонных смесей был произведен, по программе MGS ver. 3.2.2. Исходные данные для расчета определялись экспериментально.
Расчет показал совпадение экспериментально полученных данных с расчетными в пределах 7–10 %-ой погрешности. Основным источником ошибки является пренебрежение изменением потока давления внутри волокна.
Полученные данные могут иметь большое практическое значение для реализации опытно – промышленных процессов.
Авторы выражают благодарность за проведение анализов составов эталонных и экспериментально полученных смесей.
