Введение к работе
Актуальность проблемы. В последнее время повышенные интерес к мембранной технологии отмечается в различных отраслях промышленности. Мембраны уже стали типовыми в химической технологии и приобрели особое значение благодаря низкой энергоемкости при их применении. Широкое использованда мембран, по- видимому, позволит унта в ближайшее время рэшить вопросы ресурсе- и энергоейерешния, улучшения качества продукции, охраны окружающей среды.
В настоящее время мембранное газоразделонда наибольших успехов достигло в трех областях: извлечение водорода из сбросных (продувочных) газов синтеза аммиака и метанола, процессов реформинга, гидрокрекинга, гидроочистки, оксосинтвза; выделение двуокиси углерода из ее смеси с углеводородами (в основном с метаном) для повторного использования при добыче нефти, при раздэлэяии биогаза и т.д.; обогащение воздуха кислородом или получение обога-тэнноя азотноа фракции.
Шследниз годы в России однея из наиболее перспективных задач химической технологии является выделение сероводорода из природного газа и переработка сероводорода на серу и водород. Такая значимость обусловлена, с одной стороны, тем, что после выделения сероводорода природный газ становится экологически чистым и переработка выделенного .сероводорода позволит существенно увеличить долю такой продукции как сера и водород; с другой стороны, тем, что громадные газовые месторождения в Прикаспийская низменности не могут использоваться до тех гор, пока не будет решена проблема утилизации сероводорода в природном газа этих месторождения, доля которого составляет в некоторых случаях до 20Ж. Аналогичная проблема существует и в других странах <Канаде, Франции), хотя в этих странах количество сероводорода существенно меньше. Более того, сероводородная проблема начинает интересовать все большее число исслздаватела» и технологов в связи с том, что аналогичные проблемы возникают при использовании биогаза, газификации угля и т.д.
Плззмохимический и мембранный способ переработки сороводо-родсодержашего природного газа является одаоЯ- из перспективных
технологий. Выделяемый из природного газа мембранным способом сероводород разлагается в илэзк'охимическом реакторе на водород я перу. Смесь водорода и неразложивиюгося сероводорода, поступающая на разделение в мембранный-блок, разделяется и веразлошшшився серозодород поступает вновь на вход- плазмохимическаго реактора. Для обеспечения эффективной работы мембранных блоков требуются высокопроизводительные и высокоселективные по парам газов HgS-COg, HgS-GH,, HgS-Hg мембраны, разработка которых является основное темой дзкяоя работы. '
Цель работы.'Целью диссертационной работы является теоретическое исследование процессов переноса газов в полимерах с целью создания теории транспортных, свойств газов в поликэрэ, которая позволял? бы предсказать необходимые' направления изменения свойств полиморов для разделения заданной пары газов, и аксперимонтальнэя проверка полученных закономерностей при проницаемости серозедород-содержащих газых смесей через мембрану.
Научная новизна. В работе впервые:
I. Создана и обоснована теория транспорта низкомолекулярных веществ в полимере, которая позволяет предсказывать коэффициенты сорбции, диффузии и проницаемости исходя из молекулярных характеристик системы полимер-, газ. Эта теория вэрнс объясняет целый ряд експериментально полученных закономерностей:
экспоненциальную зависимость коэффициента растворимости от энергетическое постоянной Леннарда-Джонсэ газа; . - _
экспоненциальную зависимость коэффициента проницаемости и диффузии от размеров газовой молекулы;
синфазную зависимость коэффициента проницаемости от механических характеристик полимера;
обратную зависимость селективности и проницаемости в полимерах в никоторых случаях;
1- аномальну» зависимость" селективности от проницаемости (рост проницаемости сопровождается ростом селэктизности);
экспоненциальную зависимость коэффициента проницаемости от давления в газовой фазе (как возрастание так и убывание) в зависимости от характеристик полимера;
уменьшение селективности полимеров при совместном проникании газов. , -.
2 ^
\
2. На основании полученной теории даны ^рекомендации по
изменению физико-механических свойств эластомеров для улучшения
газоразделительиых характеристик полимера* С помощью пзду".зшшх
рекомендаций были синтезированы новые по.лмеры. Эксперименталь
ная проверка, проведенная с помогаю разработанное апторам экспе
риментальной установки, подтвердила правильность полученных ре
комендаций.
3. Впервые детально изучены вопросы переноса сероводорода к
'смесей на его осьове через различные классы полиморов.
Научная и практическая значимость. Результаті! работы могут быть использованы для дальнейшего развитая теоретических преде-тавленга о процессе диффузии, сорбции и проницаемости s акорртйх нозастеклованных полимерах. Полученные уравнения позволяют рассчитывать коэффициенты диффузии, проницаемости и сорбции исходя из молекулярных характеристик газов и полимеров, что позволят с помощью численного расчета предсказать возможность разделения сложных газовых смесей с помощью известных мембран и, наоборот, предсказать, какие хараістеристики полилора необходимо изменить для того, чтобы добиться разделения требуемой газовой смэои. Разработанные с помощью сделанных представлений полимеры для разделения сероводородсодержзщих газовых смэеея нашли применение при создании опытно- лромышшжых обрззцов оборудования для Оренбургского ГПЗ.
Апробация работы.' Результаты работы докладывались нз: I.Всесоюзной научной конференции "Состояние и развитие мембранной техники". Дивноиорск. ІР89 г.
-
International зітрс-sium on membranes JTor gas and. yapor separation. Suzdal. 1989.
-
Всесоюзном семинаре "ш атомно- водородной энергетики. Москва. 1890 Т.
-
The 9tn SUMMER SCHOOL ої MST in КМЕШШ SCIENCE AJflj -ESCHIfO-LOGY. Zrenigorod. 1991.
-
Всесоюзной научной конференции "Мембранные ме.оды раедолепия смесей". Влздагир. 1991 г.
-
Международном семинаре "Мембранно- каталетическая технология: Практика и перспективы.". Н.Новгород- Москва. 1933 г.
Публикации-. По материалам диссертации опубликовано болаэ 13
работ. , —
Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти
глав, выводов, списка цитируемой литературы из наименования,
заключения. Диссертация изложена на страницах, содержит
рисунка.
