Обогащение природного газа гелием при нестационарных диффузионно-сорбционных процессах в слое стеклянных микросфер

Автор: Долгушев Сергей Викторович, Фомин Василий Михайлович

Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm

Статья в выпуске: 3 т.1, 2008 года.

Бесплатный доступ

Проведено численное исследование динамики заполнения колонки с плотным слоем полых стеклянных микросфер метано-гелиевой смесью при ступенчатом и плавном повышении давления на входе. Оболочки микросфер из кварцевого стекла являются проницаемыми для гелия и не пропускают метан. Расчеты выполнены в одномерном изотермическом приближении при различных значениях радиуса микросфер, толщины их оболочки и температуры. Численно решались уравнения, описывающие динамику газовой смеси и кинетику поглощения гелия микросферами. Соотношение скорости заполнения колонки газом и скорости поглощения гелия отдельными микросферами определяет режим процесса. В случае медленного движения волны давления (малая скорость заполнения колонки) имеет место равновесный (волновой) режим. При быстром заполнении колонки, когда характерные времена заполнения колонки смесью и процесса насыщения микросфер гелием существенно различаются, режим работы колонки является неравновесным. Полученные результаты предполагается использовать при разработке некриогенных методов обогащения природного газа гелием и разделения смесей.

Еще

Короткий адрес: https://sciup.org/14320438

IDR: 14320438

Helium enrichment of natural gas in non-steady diffusion-sorption processes in the bed of glass microspheres

A numerical study of the dynamics of filling a column containing a packed bed of hollow glass microspheres with a methane-helium mixture is carried out for cases of stepwise and smooth pressure rise at the column entrance. The quartz glass shells of microspheres are permeable to helium and impermeable to methane. Computations are performed in one-dimensional isothermal approximation for different values of the microsphere radius, shell thickness and temperature. The equations governing the gas mixture dynamics and helium sorption by microspheres are solved numerically. The relation between the rate of column filling with a gas and the rate of helium sorption by individual microspheres defines the regime of the process. In the case of the slow movement of a pressure wave (low rate of column filling), an equilibrium (wave) regime takes place. In the case of rapid column filling when the characteristic time of column filling with the mixture and the time of microsphere saturation with helium are considerably different, the operation regime of the column appears to be non-equilibrium. The results obtained are supposed to be used for the development of non-cryogenic methods of natural gas enrichment with helium and separation of mixtures.

Еще

Список литературы Обогащение природного газа гелием при нестационарных диффузионно-сорбционных процессах в слое стеклянных микросфер

  • Архаров А.М. Гелий: история открытия, технологии ожижения, области применения//Хим. нефт. машиност. -1995. -№2. -С. 2-9.
  • The Impact of Selling of Federal Helium Reserve. -Washington: National Academic Press, 2000. -80p.
  • Беньяминович О.А. Гелий в России//Хим. нефт. машиностр. -1995. -№ 2. -С. 11-12.
  • Андреев И.Л. Установки для получения гелия из бедного сырья//Вест. АН СССР. -1980. -№ 9. -С. 27-31.
  • Фомин В., Долгушев С., Верещагин А., Аншиц А., Верещагин С. Некриогенный метод получения гелия из природного газа//Технологии ТЭК. -2004, № 6. -С. 89-95.
  • Дытнерский Ю.И., Брыков В.П., Каграманов Г.Г. Мембранное разделение газов. -М.: Химия, 1991.-344c.
  • Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. -М.: Химия, 1984. -591с.
  • Бэррер Р. Диффузия в твердых телах. -М.: ИЛ, 1948. -504с.
  • Будов В.В. Полые стеклянные микросферы. Применение, свойства,технология/Стекло и керамика. -1994. -№ 7-8. -С. 7-11.
  • Кизильштейн Л.Я., Дубов И.В., Шпицглуз А.Л., Парада С.Г. Компоненты зол и шлаков ТЭС. -М.: Энергоатомиздат, 1995. -176с.
  • Верещагин А.С., Верещагин С.Н., Фомин В.М. Математическое моделирование движения импульса концентрации гелия по колонке, заполненной ценосферами//ПМТФ. -2007. -Т. 48, № 3. -С. 92-102.
  • Верещагин А,С., Фомин В.М. Оценка скорости заполнения колонки с ценосферами гелием//Вестник НГУ. Сер.: Физика. -Новосибирск, изд. НГУ, 2007. -Т. 2, № 4. -С. 45-48.
  • Долгушев С.В., Фомин В.М. Уравнения динамики смеси газ -полые селективно-проницаемые микросферы//ПМТФ. -2002. -Т. 43, № 1. -С. 83-90.
  • Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей. -Л.: Химия, 1966. -536c.
  • Shankar V, Anderson D., Kutler P. Numerical Solution for Supersonic Corner Flow//J. Comp. Phys. -1975. -V. 17, N. 2. -P. 160-180.
Еще