Насадкові колони в технології отримання натурального холодагенту — пропану (R290)

Анотація

Стаття присвячена актуальній науково-технічній проблемі — пошуку та впровадженню енергоефективних та екологічно безпечних робочих тіл для холодильних систем. Розглянуто натуральний холодоагент — пропан (R290), який характеризується нульовим потенціалом руйнування озонового шару (ODP = 0) і вкрай низьким потенціалом глобального потепління (GWP ≤ 3). Використання вуглеводнів є стратегічною альтернативою синтетичним фреонам (HFC), які потрапили під жорсткі обмеження міжнародних протоколів і F-Gas регулювання. У роботі запропоновано технологію вилучення пропану та інших вуглеводнів (етану (R170), ізобутану (R600a) з широкої фракції легких вуглеводнів (С₂₊), що утворюється при підготовці природного газу до транспортування та виробництва ЗПГ. Аналіз фазових рівноваг бінарних сумішей компонентів природного газу підтвердив їхній неазеотропний характер, що дозволяє використовувати методи багатоступеневої ректифікації для глибокого очищення. Для умов малотоннажного виробництва обґрунтовано застосування насадкових колон із нерегулярними елементами. Проведено порівняльний аналіз трьох типів насадок: сітчастої сідлоподібної, спіральної та спірально-призматичної. У середовищі Mathcad реалізовано алгоритм конструктивного розрахунку, що дозволив визначити оптимальні параметри поділу сумішей пропан-ізобутан та пропан-пропілен. Встановлено, що для досягнення чистоти 99,9% при поділі суміші з пропіленом потрібно значно більше одиниць переносу (понад 200 ВЕТТ), ніж для суміші з ізобутаном (~~40 ВЕТТ). Дослідження показало, що очищення від висококиплячих і низькокиплячих домішок технічно неможливе в одному апараті через відмінності в гідравлічних режимах та температурних умовах. Результати роботи можуть бути використані при проектуванні компактних установок для отримання надчистих холодоагентів шляхом потрійної перегонки.