Мембранно-диффузионный метод получения концентрированного водорода из газов пиролиза тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.13, кандидат технических наук Аканова, Галина Николаевна

• Аканова, Галина Николаевна
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Аканова, Галина Николаевна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Методы получения водорода в нефтехимической промышленности

1.2. Мембранно-диффузионные методы газоразделения и основные требования, предъявляемые к мембранам II

1.3. Механизм проникания газов через непористые полимерные мембраны и основные эксплуатационные характеристики процесса мембранного газоразделения

1.4. Теоретические основы, определяющие эксплуатационные характеристики мембран.

1.5. Теория диффузии

1.6 . Мембраны из ПВТМС.

1.7. Другие непористые полимерные мембраны, селективные по отношению к водороду

1.8. Преимущества плоскорамных диффузионных аппаратов, по сравнению с аппаратами, оснащенными полыми волокнами.

Глава П. АППАРАТУРА, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

П.1. Диффузионный аппарат для изучения процесса концентрирования водорода в. метано-водородных смесях.

П.2. Технические условия на асимметричную мембрану из ПВШС марки ПА-150.

П.З. Методика анализа газов пиролиза и метано-водородной фракции.

П.4. Объекты экспериментальных исследований

П.5. Определение ошибок результатов непосредственных измерений.

Глава Ш. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АСИММЕТРИЧНЫХ МЕМБРАН ИЗ ПВТМС

Ш.1. Определение проницаемости мембраны по индивидуальным газам.

Ш.2. Влияние кратности потоков и перепада парциальных давлений водорода на его концентрацию в "пенетранте"

Ш.З. Исследование влияния температуры на проницаемость асимметричных мембран из ПВТМС

Ш.4. Определение растворимости мембраны из ПВТМС в различных углеводородах и предельно допустимых парциальных давлений углеводородов Cg,

Cg, С^ в рабочих смесях.

Краткие выводы

Глава 1У. КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ВОДОРОДА ИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ

МЕТАНО-ВОДОРОДНЫХ ФРАКЦИЙ ДИФФУЗИОННЫМИ АППАРАТАМИ, ОСНАЩЕННЫМИ АСИММЕТРИЧНЫМИ МЕМБРАНАМИ ИЗ ПВТМС.

1У.1. Концентрирование водорода из промышленных метано-водородных фракций газов пиролиза бензина.

1У.2. Концентрирование водорода в промышленной ме-тано-водородной фракции газов пиролиза этана и характеристика технологической схемы цеха газоразделения.

1У.З. Испытания пилотной и опытно-промышленной мембранных установок, предназначенных для концентрирования водорода в метано-водородной фракции газов пиролиза этана на ПО "Оргсинтез" г, Казань.U

Краткие выводы.

Глава У. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ДИФФУЗИОННОМУ ВЫДЕЛЕНИЮ ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННОГО ВОДОРОДА АСИММЕТРИЧНЫМИ МЕМБРАНАМИ ИЗ ПВТМС.

ВЫВОДЫ

Заключение диссертации по теме «Нефтехимия», Аканова, Галина Николаевна

выводы

1. В широком диапазоне температур (от 63°С до -27°С) и давлений (до 5,0 МПа) исследованы газопроницаемость и селективность асимметричных мембран из поливинилтриметилсилана по отношению к индивидуальным газам СН^, и бинарным модельным смесям.

2. Впервые изучены проницаемость и селективность асимметричной мембраны из поливинилтриметилсилана в области отрицательJ ных температур.

3. Экспериментально показано, что для асимметричной мембраны из поливинилтриметилсилана наблюдается низкотемпературный переход при Т=25°С, связанный с изменением тепловой подвижности фрагментов молекул в активном слое асимметричной мембраны, либо с остаточным присутствием в нем растворителя.

4. Получена эмпирическая зависимость ЩК углеводородов (С2» Сд, С4), находящихся в рабочих смесях для асимметричной мембраны из поливинилтриметилсилана от числа атомов углерода в их цепи.

5. Показано, что асимметричная мембрана из поливинилтриметилсилана в течение длительных (9 месяцев) непрерывных промышленных испытаний пилотной установки в процессе получения технического водорода из метано-водородной фракции газов пиролиза этана сохранила свои эксплуатационные свойства (производительность и селективность) на первоначальном уровне.

6. Показана хорошая воспроизводимость результатов по концентрированию водорода при переходе от лабораторной установки производительностью 0,3 нм3/час технического водорода к опытно-промышленной производительностью 3000 нм3/час технического водорода. Определены следующие оптимальные технологические условия режима концентрирования водорода из метано-водородных фракций: кратность потоков 4:1, перепад давлений 3,0 МПа, температура 20°С.

7. Установлено, что с помощью мембранно-диффузионного метода целесообразно получать технический водород с концентрацией 92-95$ об. в одну ступень, используя фракции, содержащие в своем составе не менее 70$ об. водорода.

8. Впервые установлено, что парциальные давления углеводородов С2 и Сд в метано-водородной фракции газов пиролиза должны быть не более: этан - 0,5 МПа, этилен - 0,6 МПа, пропан - 0,2 МПа, пропилен - 0,2 МПа, н-бутана - ОД МПа для сохранения стабильных эксплуатационных характеристик асимметричной мембраны из поливинилтриметилсилана. Эти данные позволили обоснованно предъявить требования к метано-водородной фракции газов пиролиза этана с целью получения технического водорода с использованием асимметричной мембраны из поливинилтриметилсилана.

9. Показана принципиальная возможность мембранно-диффузнойного метода получения высококонцентрированного (98,4 - 98,7$ об.) водорода из технического (95,7$ об.) водорода с использованием асимметричных мембран из поливинилтриметилсилана.

10. На основании технико-экономического расчета показаны значительные преимущества мембранно-диффузионного метода получения водорода по сравнению с методом низкотемпературной ректификации. Реальный годовой экономический эффект от внедрения этого метода получения водорода в производстве товарного этилена пиролизом этана составил С^- 190000 руб.

11. Впервые в СССР освоена промышленная мембранно-диффузи-онная установка концентрирования водорода из газов пиролиза этана с использованием асимметричных мембран.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Аканова, Галина Николаевна, 1984 год

1. Черный И.Р., Черный Юг1Ь "Современное состояние и тенденции развития производства водорода",, М., ЩШИТЭНос^техим., 1979,с.3. Чориухин А.А., Флаксерман Ю.Н. "Экономика энергетики СССР", М., "Энергия" , 1975 , с.496.

2. Hyctzogen puz/ftcaiiort " tyc/wcattf. Рг#с . 1972 , 51 , № 9, p. 221-222.

3. Гройсман iC.A., Караваева К.А., Миловидова JI.H. "Процессы получения водорода из сухих и водородосодержащих газов нефтеперерабатывающих и нофтехимичоских заводов и пути проектирования установок". М., ЦНИИТЭНефтохим., ^970, с. 62.

4. Roahuz/rJO/? Л. S v Tiesnar/?n F, " Ez^et/avrQ i/ен hoc.hu/-пет li/asse^zicf/'! £г</о& сше/ АЬА^е Зс/г?, |

5. Стеженекий A.M., Лукьянчиков В.С^, Русаков Г.В. Получение высокочистого водорода в диффузионных установках". Киев, "Наукова Думка", 1970, с .48.

6. Стерн С.А. "Процессы проникновения газов". В кн.: Технологические процессы с применением мембран. М.,"Мир", 1976, с.325. Рейтлингер С.А. "Проницаемость полимерных материалов' "Химия", 1974, с.12,22,53,62,227•• л»

7. Е. Lupe/síto/r? . "Jnzvó -¿/i'bQughitcutopotyw-ck /nwÍTasr^", ¿^

8. Зык С.Ш., Кирсанова Р.П. "Разделение некоторых углеводородных газовых смесей методом диффузии через непористые органические лембраны";. Журнал Физическая химия, 1960, т.34, $ 12, с.2844->845.

9. Ьп. AbfozA О cao/. Se/., , А//, р. /&

10. Мембраны для выделения водорода из газовых смесей"/Бондарен-со А.Г. и др., Мин-во газовой промыш., Обзорная информация,выпуск 3, М. , 1931, с. 24

11. Голиков Б.М., Чалых А.Е. Влияцие природы низкомолекулярных веществ на диффузию в полиэтилене. III Всесогаз. конф. по диффузионным явлениям в полимерах. 4.1. Рига: Рижск. политехи, ин-т, 1977, с.П5-П8.

12. Тагер А.А., Физико-химия полимеров. 3-е изд. перераб., М., Химия, 1978, 0.544.

13. Яо/?гМ С В., VЗг-мугс.М, ¿ыр&е«

14. ЬуШк с1ио/ Ь^и^-еа-й'ми е/ тел/гес.1. РрЦшыс.па Ш ' ^атЛи. ргеры-»*, /8¥5;л' А'V; «"»г1' ^

15. Тихомиров Н.С., Малинскигй Ю.М./ Карлов В.П. Исследование диффузионных процесоов в полимерах. ВМС, i960, том II, Дй, о.230

16. Nie/tack Jf.S., Blx£ut ffj. Icuu/freuu, ficwMtiw: -JheoW W pza&ttub . ш ^m^tro-u

17. Ол/о! pinrftecitfM /gcg, \//> p. W . kutvmezßi. K. ft-vtcuzfrfroi/ tfizhtиш-иёшшм, &ciu<(& J2ue/t Tie ftr?iLmv,' paztг, зазв, л/д, s,m, , ,

18. ЫЛуелис, . \fvu>w&& prfruuek ЗсУгиег,/SSV,tfhtt, А 393-WA, . ; ' JtUüW/tc/r ¿er ¿/¿irf&cuestl fiuSt&b Wut*. 7ee./uw&. \/36*/, ^-13»- ;

19. УомипС /в£9, МГ, У // /? М -/з

20. Волков В.В. Кандидатская диссертация. Растворимость изия газов и паров в поливинилтриметилоилане. Москва. ИНХС АН СССР, 1979.

21. Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. Изд-во иностр. лит-ры. М., 1961, с.854.

22. Ямпольокий Ю.П. , Дургарьян С.Г., Наметкин Н.С. Проницаемость,диффузия и растворимость, н-алканов в поливинилтриметилоилане. ВМС. Х979. том ШБ, Ш, с. 616-621.

23. Ямпольский Ю.П., Дургарьян С.Г. Диффузионное разделение углеводородов с помощью полимерных мембран. Нефтехимия. 1983, том XX. М, с 1439

24. ЛсИгш Аакшо -Теишбег* аис/1. МШо Кмъи&о .

25. Л а/>/>г<ра,(Ж ¿Ы я^с/о/а/лр1. Лги^Шсо . РбЖнш+1 % ¿//Л,1.2 9>.е., МьС«^ %>ж1. ЖЖГ^ / ¿Г^Г3.