Труды КНЦ (Технические науки вып. 1/2024(15))

Введение Мембранно-абсорбционный метод газоразделения — комбинированный метод, совмещающий процессы абсорбционного и мембранного газоразделения в объёме одного массообменного аппарата. Исследования мембранно-абсорбционного модуля с радиальной конфигурацией ячейки показали перспективность метода в задачах удаления кислых газов из метансодержащих газовых смесей [1-4]. С целью интенсификации процесса был разработан и создан мембранно-абсорбционный газоразделительный аппарат с половолоконной конфигурацией ячейки. Его ключевой особенностью является применение комбинированной системы из двух типов половолоконных мембран, которые расположены одна внутри другой, а межмембранное пространство заполняется жидким абсорбентом. Процесс газоразделения происходит следующим образом: газовая смесь под давлением подаётся в кожух аппарата, где попадает на внешнюю мембрану, представляющую собой ультрафильтрационное волокно, затем смесь беспрепятственно проникает в слой абсорбента, который растворяет примесные компоненты кислых газов. Растворённый в абсорбенте газ контактирует с поверхностью газоразделительной половолоконной мембраной из полисульфона и растворяется на её поверхности, затем под действием перепада давления десорбируется с внутренней стороны мембраны. В рамках настоящей работы было проведено исследование проницаемости мембраны из полисульфона для компонентов модельной газовой смеси. Его результатом стало определение проницаемости для индивидуальных газов и компонентов газовой смеси, проведено их сравнение. Результаты исследований Одна из основных задач — определение подходящей мембраны с учётом её массообменных свойств (проницаемость, селективность) и стабильности в присутствии пластифицирующих компонентов, таких как диоксид углерода и сероводород. Ключевым требованием, предъявляемым к мембране, является высокая проницаемость, в то время как высокая селективность обеспечивается жидким абсорбентом. В связи с этим было проведено экспериментальное исследование газотранспортных свойств мембраны PSF (полисульфон) на экспериментальной установке, сопряжённой с масс-спектрометром. Принципиальная схема такой установки приведена на рисунке. Газораспределительная система включает в себя три регулятора расхода газа (Bronkhorst FG-201CV) для подачи в установку индивидуальных газов, которые могут использоваться по отдельности или в виде газовой смеси, полученной методом динамического смешения потоков в камере смешения. Два других регулятора расхода газа (Bronkhorst F201CV и Bronkhorst F201CM) необходимы для подачи в систему гелия и аргона (если не предусмотрено исследование газопроницаемости в отношении этих газов). Гелий применяют для продувки газораспределительной системы между экспериментами, а аргон — в качестве внутреннего стандарта для масс-спектрометра. Четырёхпортовый двухпозиционный кран соединяет полость высокого давления мембранного модуля с камерой смешения или линией подачи гелия. Полость высокого давления модуля также соединена с регулятором давления газа «до себя» (Bronkhorst P702CM) для поддержания постоянного давления газа в мембранном модуле, полость низкого давления модуля соединена с вакуумным постом, состоящим из мембранного и турбомолекулярного вакуумных насосов (Pfeiffer Hi-Cube ECO 300), обеспечивающим разряжение в подмембранном пространстве. Давление в полости низкого давления определяют с помощью преобразователя давления (Pfeiffer MPT200), диафрагменный клапан с электромагнитным актуатором (Pfeiffer DVC 025 PX) служит для отсечения вакуумного оборудования от газораспределительной системы в случае повреждения мембраны и резкого роста давления. Вакуумный пост далее соединяется с камерой масс-спектрометра (Pfeiffer PrismaPro QMG 250 M2), вакуум в которой обеспечивается вторым постом (Pfeiffer Hi-Cube 80 Eco), а его уровень определяется с помощью второго преобразователя давления той же модели. Экспериментальная процедура включает в себя следующие этапы. До начала эксперимента мембранный модуль продувается постоянным потоком гелия (50-150 см3 мин ), в то время как в камеру смешения подаются требуемые газы (общий объёмный расход составляет до 750 см3 мин-1). В вакуумную часть газораспределительной системы подаётся аргон (4 см3 мин-1), если не предусмотрено Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2024. Т. 15, № 1. С. 13-17. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2024. Vol. 15, No. 1. P. 13-17. 14 © Атласкин А. А., Атласкина М. Е., Крючков С. С., Степакова А. Н., Смородин К. А., Воротынцев И. В., 2024