Исследование рабочих процессов и разработка современных криогенных технологий в производстве криптона и ксенона

• Автор: Савинов, Михаил Юрьевич
• Шифр специальности: 05.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 309 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Основные обозначения

Введение

1. Промышленное производство криптона и ксенона. Состояние вопроса

и постановка задачи исследования

1.1. Анализ данных по составу атмосферного воздуха как основного источника тяжелых инертных газов

1.2. Данные об объемах мирового производства криптон-ксенон содержащих смесей

1.3. Физико-химические методы, применяемые при разделении и

очистке многокомпонентных смесей

1.4. Анализ технологий получения смесей, содержащих тяжелые инертные газы
1.5. Технологии для получения чистых криптона и ксенона
1.6. Анализ литературных данных по теплообмену и парожидкостному равновесию смесей, содержащих криптон и ксенон
1.7. Выводы и постановка задач исследования
2. Исследование распределения криптона и ксенона в тепломассообменных аппаратах воздухоразделительных установок (ВРУ)
2.1. Классификация ВРУ большой производительности для целей анализа потерь криптона и ксенона
2.2. Классификация потерь криптона и ксенона в ВРУ
2.3. Экспериментальное исследование условно невозвратных потерь тяжелых инертных газов
2.3.1. Потери криптона и ксенона в регенераторах ВРУ
2.3.2. Потери криптона и ксенона в газовых адсорберах ВРУ
2.3.3. Потери криптона и ксенона в жидкостных адсорберах
2.3.4. Итоговые данные о величинах условно невозвратных потерь
тяжелых инертных газов в аппаратах ВРУ
2.4. Исследование распределения криптона и ксенона в аппаратах
узла ректификации ВРУ
2.4.1. Разработка универсальной расчетной схемы и методики
расчета
2.4.2. Анализ результатов расчетно-теоретических исследований процессов концентрирования криптона, ксенона и метана
2.5. Основные результаты и выводы к главе
3. Исследование процессов массообмена при получении криптона и
ксенона адсорбционным методом и разработка установок
Х-0,06 и «Хром-3»
3.1. Динамика адсорбции газовых смесей на неподвижных слоях промышленных сорбентов
3.1.1. Основные стадии кинетики процесса сорбции
3.1.1.1. Внутренний массоперенос и его составляющие
3.1.1.2. Внешний массоперенос и его составляющие
3.1.1.3. Переходная область и определяющие ее критерии
3.1.2. Учет тепловых факторов при описании кинетики адсорбции
3.1.3. Определение стабилизации адсорбционного фронта
3.1.4. Особенности динамики адсорбции газовых смесей
3.1.5. Обзор экспериментальных данных
3.2. Определение потерь криптона и ксенона в узле БКО ВРУ
нового поколения
3.3. Экспериментальное исследование динамики процесса низкотемпературной адсорбции ксенона (в микроконцентрациях)
из «грязного» кислорода
3.3.1. Методика проведения экспериментов на лабораторном стенде
3.3.2. Обработка выходных кривых
3.3.3. Определение адсорбционной емкости промышленных
сорбентов при криогенных температурах
3.3.4. Влияние температуры на процесс динамического
насыщения сорбента
3.3.5. Оценка влияния внешних параметров на параметры динамического процесса адсорбции
3.3.5.1. Влияние зернения
3.3.5.2. Влияние начального содержания ксенона в смеси
3.3.5.3. Влияние линейной скорости газовой смеси
3.4. Экспериментальное исследование процесса получения азотно-ксеноновой смеси на установке Х-0
3.4.1. Схема и технологический цикл установки Х-0
3.4.2. Вопросы взрывобезопасности
3.4.3. Исследование процесса адсорбционного нанесения
ксенона из «грязного» кислорода
3.5. Разработка и создание эффективной установки для переработки
ПКК «ХРОМ-3»
3.5.1. Исследование процесса каталитического окисления углеводородов из криптон-ксенон содержащих смесей
3.5.2. Анализ условий образования твердых фаз криптона и ксенона на поверхности аппаратов и в технологических
потоках установок
3.5.3. Описание схемы и технологического цикла установки «Хром-3»
3.5.4. Сравнительные характеристики установок УСК-1М,
УСК-0,45 и «Хром-3»
3.6. Основные результаты и выводы к главе
4. Исследование процессов тепломассообмена, разработка технологии
и создание установки для производства криптона и ксенона
особо высокой чистоты (99,99995 %)

Метод химического связывания. К этому методу относятся работы по разделению ККС с помощью создания различных химических соединений криптона и ксенона в виде фторидов (KrF2, XeF2), оксидов (ХеОз), оксифтори-дов (XeOF4) и других подобного рода веществ в твердой фазе. Так, например, в патенте [142] описан метод разделения ККС, основанный на выделении под действием светового пучка из разделяемой газообразной смеси с предварительно добавленным в нее газообразным фтором, твердых фторидов более вы-сококипящих компонентов (для рассматриваемого случая - ксенона), а затем разделения их при нагреве под вакуумом. Обычно данная технология предназначается для переработки отбросных газов из атомного реактора или для заводов регенерации ядерного топлива, содержащих радиоактивные криптон и ксенон, хотя авторы утверждают, что она может применяться и для обогащения стандартной ККС. К этому же методу относятся патенты, предлагающие химически связывать 02 из потока Кг концентрата углеводородами [158] или водородом [159].
Абсорбционный метод. Данный способ в патентной литературе часто предлагается в различных вариантах при переработке вредных отходов атомных станций и при переработке отработанного топлива. Например, в патенте [6] описан способ выделения благородных газов из газовых отходов, содержащих компоненты воздуха, при котором благородные газы конденсируют во фреонах при температуре ниже температуры кипения выделяемого компонента и выше температуры кипения остальных, более низкокипящих компонентов смеси, а извлечение из фреона осуществляют при температуре выше температуры кипения извлекаемого компонента, но ниже температуры кипения фреона. Поглощение ксенона предлагается осуществлять во фреонах-12, 22 при температурах 1635-123 К, его извлечение - при температурах 1655-203 К. Поглощение криптона осуществляется во фреоне-13 при температурах 1205-93 К с последующим извлечением при температурах 120 5- 153К.
Мембранный метод. Очистке и разделению газовых смесей на полимерных мембранах в последние годы посвящено большое количество публикаций.