Использование гелия в качестве компонента в смеси охлаждения при производстве СПГ

ВВЕДЕНИЕ 5
Анализ современных технологий выделения гелия 7
1.1 Методы получения гелиевого концентрата 7
1.2 Процессы, основанные на расширении газа 8
1.2.1 APCI Flashing Process 8
1.2.2 Linde Flashing Process 11
1.3 Процессы, основанные на дистилляции 15
1.3.1 APCI Distillation Process 15
1.3.2 Technip Distillation Process 18
1.4Мембранные технологии 21
1.5Сравнение методов выделения гелия 21
1.6Получение АГС на Амурском ГПЗ 22
2. Разработка и оптимизация технологии выделения азотно-гелиевого концентрата 24
2.1 Краткое описание инженерной идеи 24
1.2 Определение исходных данных ввиду изменения содержания гелия 25
1.1 Разработка технологического процесса выделения азотно-гелиевой смеси 26
2.4 Материально-тепловой баланс 29
2.5 Спецификация основного технологического оборудования 30
2.6 Расчет экономической эффективности 34
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 35
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 36
ПРИЛОЖЕНИЕ А 37
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 39
ПРИЛОЖЕНИЕ В 41
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 43
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 45
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 47

Весь текст будет доступен после покупки

В современных условиях энергоперехода и растущей потребности в энергоэффективных технологиях особую роль играет переработка природного газа с выделением гелия. Гелий, являясь стратегически важным ресурсом, применяется в высокотехнологичных областях, таких как криогеника, медицинские технологии и аэрокосмическая промышленность. В условиях сокращения поставок импортного оборудования для производства гелия перед отечественными предприятиями стоит задача разработки конкурентоспособных технологий, способных обеспечить независимость от зарубежных решений.
Амурский газоперерабатывающий завод (ГПЗ) играет ключевую роль в развитии российской гелиевой промышленности. Этот объект, являясь крупнейшим в стране производителем гелия, обеспечивает переработку природного газа с Ковыктинского и Чаяндинского месторождений. На Амурском ГПЗ реализован полный цикл выделения этана, широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), азотно-гелиевой смеси и производства товарного гелия. Однако для дальнейшего устойчивого развития требуется активное внедрение отечественных технологий, что позволит минимизировать зависимость от импорта и повысить эффективность переработки газа.

Весь текст будет доступен после покупки

Анализ современных технологий выделения гелия
1.1 Методы получения гелиевого концентрата
Гелиевый концентрат возможно получать следующими способами: криогенным, абсорбционным, гидратообразованием и диффузией через пористые мембраны. Гелий является стратегически важным ресурсом, широко используемым в высокотехнологичных отраслях, таких как криогеника, аэрокосмическая промышленность, медицина и электроника. Благодаря своим уникальным свойствам, включая низкую температуру кипения (-268,9 °C), высокую теплопроводность и инертность, гелий играет незаменимую роль в обеспечении работы высокоточных приборов и систем. Учитывая дефицит данного газа на мировом рынке, технологии его выделения из природного газа приобретают всё большее значение.
На сегодняшний день основными методами выделения гелия являются криогенные, мембранные и адсорбционные технологии. Каждый из этих методов имеет свои особенности, преимущества и недостатки, которые определяют их область применения [2].
Для Амурского ГПЗ сырьем является газы Ковыктинского и Чаяндинского месторождения с высоким содержанием гелия, поэтому был выбран криогенный метод. Также важным преимуществом метода является возможность попутно получать ценные товарные продукты – этановую, метановую фракцию и ШФЛУ, которые планируют экспортировать в КНР.
Криогенное извлечение гелия из природного газа состоит из двух стадий: получение полупродукта гелий-сырец и последующая тонкая очистка. На первой стадии газ компримируют и охлаждают, получая гелий-сырец с концентрацией гелия от 50 до 80%. Затем газ направляют в колонну, где повышение температуры и расширение позволяют выделить гелиевый концентрат для дальнейшей очистки. Данная технология рентабельна только для крупнотоннажных установок [4].

1.2 Процессы, основанные на расширении газа
Одной из наиболее широко используемых технологий является криогенный метод. Этот способ основан на охлаждении природного газа до температур, при которых его компоненты конденсируются, а гелий остаётся в газовой фазе. Природный газ, предварительно очищенный от влаги, сероводорода и углекислого газа, сжимается и охлаждается с использованием специализированного оборудования, такого как турбодетандеры и теплообменники. На завершающем этапе газовая смесь поступает в ректификационную колонну, где происходит разделение компонентов.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Патент № 2597081 C2 Российская Федерация, МПК B01D 53/00. Способ комплексного извлечения ценных примесей из природного гелийсодержащего углеводородного газа с повышенным содержанием азота : № 2014153653/05 : заявл. 29.12.2014 : опубл. 10.09.2016 / И. А. Мнушкин.
2. Лапидус, А. Л. Газохимия : Учебник для вузов / А. Л. Лапидус, И. А. Голубева, Ф. Г. Жагфаров – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: – Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина, 2013. – 405 с.
3. Русецкая Г.Д., Юрышев А.А. Проблемы и перспективы гелиевой промышленности России // Известия БГУ. 2021. №4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/problemy-i-perspektivy-gelievoy-promyshlennosti-rossii (дата обращения: 11.06.2024).
4. Золототрубова А. А. Извлечение гелия из природного газа: классические и новые методы получения гелиевого концентрата и товарного гелия //Успехи в химии и химической технологии. – 2018. – Т. 32. – №. 8 (204). – С. 77-79.
5. Патент US 2007/0245771 A1
6. Kim D. Helium extraction from LNG end flash : дис. – Institutt for energi-og prosessteknikk, 2014. – 151с.

Весь текст будет доступен после покупки