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

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).