Физические методы переработки и использования газа: Учебное пособие, страница 79

на разделение при более высокой изотерме холода или при одинаковых затратах достигается более глубокое извлечение целевых компонентов. Однако установки НТР требуют использования более высокопроизводи­тельного и, следовательно, более дорогого оборудова­ния.

Сравнение схем НТР с внешним холодильным цик­лом и с турбодетандером показывает, что в первом слу­чае требуется меньший расход энергии, но последние схемы требуют меньше капитальных вложений. Следо­вательно, применение технологических схем НТР с тур­бодетандером оправдывается только, если имеется сво­бодный перепад давления между сырым и сухим газа­ми, т. е. когда нет необходимости в дожатии газа перед подачей его в магистральный газопровод.

§ 3. ПОЛУЧЕНИЕГЕЛИЯИЗПРИРОДНОГО ИНЕФТЯНОГОГАЗОВ

Гелий — в нормальных условиях легкий газ (pj-= = 0,1785 кг/м³ при р = 0,1 МПа и / = 0°С), обладающий высокой теплопроводностью и электропроводностью, низкой критической температурой (^_ф = — 267,97 °С) и низкой температурой кипения (t_KWI — —268,94 °С). Гелий плохо растворяется в воде и в жидких углеводородах, химически инертен.

Указанные свойства обусловили широкое применение гелия в криогенной, ядерной, ракетной технике, при сварке металлов, в металлургии, хроматографии, меди­цине, светотехнике, при кессонных и водолазных рабо­тах и т. д.

Для промышленного производства гелия использу­ют природные и нефтяные газы с содержанием гелия не менее 0,2—0,3 об. %. Гелиеносные газы наряду с угле­водородами и кислыми компонентами содержат также различные сераорганические соединения и азот. Темпе­ратуры кипения азота, гелия и метана очень близки, по­этому основная сложность при получении чистого гелия заключается в разделении этих компонентов. При по­нижении температуры и повышении давления раствори­мость азота и гелия в жидкой фазе уменьшается, при этом чем легче жидкая фаза, тем больше растворяют­ся в ней азот и гелий. Растворимость   гелия   заметно

171

уменьшается в жидкости при понижении температуры, при этом в жидком этане гелий растворяется меньше, чем в жидком метане.

Указанные закономерности распределения низкоки-пящих компонентов между жидкой и паровой фазами имеют принципиальное значение для технологии про­цесса выделения их из многокомпонентной углеводород­ной смеси. В связи с этим технология получения гелия из газа основана на глубоком охлаждении газа и при­менении процессов конденсации, сепарации и ректифи­кации. Для получения чистого гелия используют также различные физико-химические процессы очистки.

Константы равновесия азота и гелия могут быть рассчитаны при помощи уравнений (V.6) — (V.10). Для повышения точности расчета используют дополнитель­ную зависимость коэффициентов d_Ni и due и от со­става жидкой фазы, учитывающую специфические взаи­модействия этих компонентов с углеводородами.

d_Ni (Не) = У! d,_N,<He) *fl                      (VII. 12)

1=1
,(He) = Ai + &t ^------- f---------- IJ-r

где Xi — мольная доля t-го компонента в жилкой фазе.

Значения коэффициентов А, В, С приведены в табл. VII.4.

Промышленные процессы получения чистого гелия включают обычно несколько стадий: предварительную очистку и осушку природного газа, выделение гелия из природного газа (получение сырого гелия или концент­рата гелия), очистку сырого гелия и, наконец, получение чистого гелия.

Ниже подробно рассматривается наиболее энергоем­кая стадия процесса — получение концентрата гелия, осуществляемое на установках выделения гелия из при­родного газа.

Существуют два варианта технологических схем установки извлечения гелия из природного газа (рис. 6).

По первому варианту (рис. VII.6, а) на установку поступает очищенный и осушенный природный  газ под

172