Извлечение гелия из неоногелиевой смеси адсорбционным методом

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Гелий – ценный природный ресурс, имеющий большое значение для научных исследований. В настоящее время его извлекают в основном из природного газа или с помощью крупных воздухоразделительных установок (ВРУ). Гелий, обычно вместе с неоном, отводятся из ректификационной колонны. В целях получения чистых неона и гелия производится их дополнительная очистка. В настоящей статье рассматриваются основные методы выделения гелия из неоногелиевой смеси, разрабатываемые отечественными и зарубежными исследователями. Сравнение методов ректификации, вымораживания, мембранного разделения и сорбции, позволяет заключить, что метод адсорбция позволяет проводить разделение в относительно высоких температурных интервалах и более энерго-эффективно, чем другие рассмотренные методы разделения. В работе приведены существующие примеры использования адсорбционного метода очистки гелия от неона, которые реализованы в КНР и на территории СНГ. Представлен обзор по адсорбционному разделению на новых адсорбентах, как на металлоорганических основах, так и на одностенных углеродных нанотрубках. В дальнейшем авторы планируют проводить эксперименты, с целью восполнения пробелов данных по адсорбции и десорбции неоногелиевой смеси на разных адсорбентах.

Об авторах

Линжань Ян

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

Автор, ответственный за переписку.
Email: yanl@student.bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0001-7097-1898
Россия, Москва

Максим Юрьевич Куприянов

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Email: kupriyanov.m@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0003-2180-1221
SPIN-код: 2716-2525

к.т.н.

Россия, Москва

Виктория Дмитриевна Кононова

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Email: viktoriadmitrievna@live.ru
ORCID iD: 0009-0008-8609-6205
SPIN-код: 5369-7308
Россия, Москва

Список литературы

  1. Wang P., Zhang X., Zhao J. Study on the purification process of helium exhausted from the industry // Cryo. Supercond. 2013. Vol. 41, N 8. P. 83–88. doi: 10.16711/j.1001-7100.2013.08.018
  2. Бондаренко В.Л., Чигрин А.А., Пилипенко Б.А., и др. Промышленные установки для разделения смесей при температурах 68…78 к методом вымораживания // Инженерный журнал: наука и инновации. 2017. № 8(68). doi: 10.18698/2308-6033-2017-8-1648
  3. Peng G., Gong Z, Zhang X. Present situation and prospect of helium purification // Cryo. Supercond. 2012. Vol. 40, N 6. P. 4–7. doi: 10.16711/j.1001-7100.2012.06.019
  4. Низкие температуры и редкие газы. Под. ред. В.Г. Фастовского. Труды ВЭИ. Выпуск 61. М., Л.: Госэнергоиздат, 1958.
  5. Yuan JH, Bai H. Helium purification in large cryogenic system // Chinese Cryogenics. 2006. Vol. 4-2. P. 28–32.
  6. Архаров И.А., Навасардян Е.С. Сравнение способов разделения неоногелиевой смеси с позиций технико-экономического анализа // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2010. Спецвыпуск. C. 61–69.
  7. Wang Ch. Extraction of high purity helium from air separation plants // Cryogenic technology. 1980. Vol. 3. P. 11–14.
  8. Zhang Y. Refining of helium // Cryogenic technology. 1983. Vol. 1. P. 12–16.
  9. Симоненко, Ю. Энергосберегающие технологии в установках для получения неона и гелия высокой чистоты // Холодильная техника. 2014. № 4(150). C. 4–12.
  10. Liu Y., Liu J., Hu J. Noble gas separation by a MOF with one-dimensional channels // BMC Chem. Eng. 2019. Vol. 1, N 3. doi: 10.1186/s42480-019-0003-y
  11. Bolboli N.Z., Abbas R.A., Majid H.S., et al. Predicting helium and neon adsorption and separation on carbon nanotubes by Monte Carlo simulation // J. Mol. Model. 2011. Vol. 17, N 4. P. 785–794. doi: 10.1007/s00894-010-0769-6.
  12. Sha H., Faller R. Molecular simulation of adsorption and separation of pure noble gases and noble gas mixtures on single wall carbon nanotubes // Computational Materials Science. 2016. Vol. 114. P. 160–166.
  13. Бондаренко В.Л., Никифоров Ю.В., Воротынцев В.Б. Сравнительный анализ низкотемпературного разделения изотопной смеси неона 20Ne–22Ne на различных адсорбентах // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2015. № 11. С. 13–16.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Cхема разделения Ne и He методом конденсации с помощью жидкого водорода 1 – Ресивер смесевого газа. 2 – Компрессор; 3 – Теплообменник; 4 – Азотная ванна: 5 – еплообменник; 6 – Водородная ванна; 7 – Десублиматор; 8 – Гелиевый баллон.

Скачать (74KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема диффузии газообразной молекулы на адсорбенте 1 – Внутренняя поверхностная диффузия адсорбента; 2 – Поверхностная адсорбция; 3 – Диффузия подвижной фазы в другие поры; 4 – Диффузия подвижной фазы на и около внешней поверхности

Скачать (119KB)
Метаданные
4. Рис. 4 Изотермы адсорбции неоногелиевой смеси с различными пропорциями компонентов

Скачать (88KB)
Метаданные
5. Рис. 3 Классическая схема комплекса для получения неона и гелия высокой чистоты Блоки V – Ректификационная установка; VI – Адсорбционный блок. ТО1–ТО4 – теплообменники; АВ – азотная ванна; ИК – змеевик в кубе колонны; выполняющий функции испарителя-конденсатора; ФС – фазовый сепаратор; РК – ректификационная колонна; А – адсорбер; РВД1, РВД2 – ресиверы высокого давления; R1, R2 – редукторы; К1…К5 – мембранные компрессоры.

Скачать (214KB)
Метаданные

© Ян Л., Куприянов М.Ю., Кононова В.Д., 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».