Инертные газы - Фастовский В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
7* 195
рое поддерживается вакуум-насосом. В результате дополнительной конденсации азота содержание гелия в газе возрастает до 99,5%. Жидкий азот, отделенный в сепараторе 3 и конденсаторе 4, содержит около 3,7% Не; эта жидкость дросселируется до ^ давления 3,5 ат в сепаратор 5, что сопровождается переходом в 4 газовую фазу почти всего гелия, растворенного в жидком азоте. ] Образующийся при дросселировании газ содержит около '1 37% Не и 63% N2; он выводится через теплообменник / н сме- ;|
Рис. 3.27. Схема установки для очистки сырого гелия на заводе в Кейесе. |
шивается с потоком сырого гелия, который засасывается ком- ; прессором перед дальнейшей переработкой. Таким способом потери гелия, растворяющегося в жидком азоте, сводятся к минимуму. Жидкий азот, содержащий примерно 0,1% Не, из сепаратора 5 также направляется в теплообменник /, где нагревается до нормальной температуры и частично используется для восполнения потерь азота в холодильном цикле.
Дальнейшая очистка 99,5%-ного гелия производится в одном из двух переключающихся адсорберов 6 с активированным углем, охлаждаемым жидким азотом. Газ, выходящий из адсорбера 6, содержит не менее 99,995% Не.
О насыщении угля в адсорберах 6 судят по проскоку водорода, который легко фиксируется при содержании его в гелии порядка 0,0001% с помощью специально разработанного для этой цели аналитического прибора. Чистый продукционный гелий из адсорберов 6 поступает в теплообменник 1, где нагревается до нормальной температуры и направляется в баллоны. По эксплуатационным данным содержание примесей в продукте
ционном гелии лежит в следующих пределах: водород—0,00004— 0,00023%, неон —0,00041—0,00061%, азот—0,00002—0,00052%, суммарное содержание загрязняющих примесей — 0,00056— 0,00099%.
Жидкий азот, используемый в установке, также получается в замкнутом циркуляционном цикле. Сухой азот под давлением 42 ат поступает в теплообменник 7, где охлаждается до ¦.—110° С, после чего около 80% сжатого азота расширяется в поршневом детандере 8. Остальной азот (20%) охлаждается в теплообменнике 9, откуда направляется к дроссельным вентилям, расположенным непосредственно у тех аппаратов, где необходим жидкий азот. Испарившийся азот смешивается с потоком азота, расширенного в детандере 8 и имеющего температуру — 190° С, и поступает в теплообменники 9 и 7, откуда засасывается компрессором.
Ё сентябре 1963 г. начал эксплуатироваться крупнейший гелиевый завод в Либерале (США, шт. Канзас) [74, 75]. Природный гелненосный газ поступает из двух месторождений: в одном потоке содержание гелия составляет 0,40%, в другом — 0,45%; после смешения содержание гелия равно 0,42%. Ежесуточно перерабатывается 2,4•107 м3 природного газа, причем извлекается более 95% содержащегося в нем гелия; это позволяет получать около 1,64-Ю3 м3 в сутки сырого гелия (65% Не). Схема завода приведена на рис. 3.28.
Газ сжимается турбокомпрессорами / до давления 45,5 ат, охлаждается в водяном холодильнике 2 и теплообменнике 3 от 43,5 до 10° С н подвергается адсорбционной осушке в блоке 4. который содержит четыре адсорбера с алюмогелем: три из них включены в работу, а четвертый регенерируется. В поступающем на осушку газе содержание влаги равно 128 мг/м3; после осушки температура точки росы достигает —73° С.
Очистка от СОг, который содержится в природном газе в количестве 0,2%, не производится. Расчетным путем установлено, что при выбранных рабочих параметрах С02 будет растворяться в конденсате без образования твердой фазы; эксплуатация установки подтвердила основательность этого заключения.
После осушки газ под давлением 43 ат идет в теплообменники 5, 6 и 7; потоки, выходящие из теплообменников 6 -л 7, смешиваются и охлаждаются до —46° С в пропановом холодильнике 8. Потоки из теплообменника 5 и холодильника 8 смешиваются и поступают в сепаратор 9, где отделяется 3220 л/мин конденсата, что составляет примерно 7% массового расхода газа. Конденсат представляет собой смесь тяжелых углеводородов; он дросселируется и выводится через теплообменник 6; неиспарившаяся часть отделяется в сепараторе 10, а испарившаяся присоединяется к обратному потоку остаточного газа.
197
Из сепаратора 9 несконденсировавшийся газ (~93 вес.% поступившего на переработку природного газа) распределяется между двумя идентичными блоками глубокого охлажде-, ния (на схеме рис. 3.28 показан один такой блок). В теплообменнике 11 газ охлаждается сырым гелием, поступающим при —171° С, а в теплообменнике 12 — потоком остаточного газа, имеющего температуру •—100° С. После смешения газ идет в метановый холодильник 13, где охлаждается до —102° С, что сопровождается частичной конденсацией, и поступает в отпар-ную колонну 14. Выходящий из колонны газ обогащен гелием до 3%: под давлением около 40 ат при температуре—101°С газ поступает в теплообменник 15, а затем в метановый холодильник 16, где температура газа снижается до —120° С, после чего через дроссельный вентиль он вводится в дистилляцион-ную колонну 17. Тепло к кубу колонны подводится за счет конденсирующегося метана, а конденсатор охлаждается азотом, кипящим при —173°С. Верхний продукт колонны /7—сырой гелий, содержащий 65% Не, который нагревается в теплообменниках 11 и 5, а затем сжимается компрессором 18 до давления 125 ат и поступает в гелиевый трубопровод.
