Проектирование технологической схемы установки производства гелия

Целью данной работы является проектирование установки производства гелия низкотемпературным способом. В процессе исследования спроектировано несколько технологических схем получения гелия. Проведен анализ схем с помощью варьирования перепада давления в дросселирующих устройствах и турбодетандерах. Разработан комплекс критериев, по которым сравнивались технологические схемы. В результате спроектирована установка получения гелия низкотемпературным способом, с максимальным выходом целевого продукта, с меньшими затратами и высоким выходом побочных продуктов.
Степень внедрения: находится на стадии исследования. Область применения: результаты данной работы могут быть внедрены в проект Амурского газоперерабатывающего завода.

Введение ……………………………………………………………………………………………………… 15
1. Обзор литературы ………………………………………………………………………………….. 16
1.1 Назначение и свойства гелия…………………………………………………………….. 16
1.2 Месторождения природного газа с повышенным содержанием гелия в
России и в мире ………………………………………………………………………………………… 18
1.2.1 Запасы зарубежных стран ………………………………………………………………. 20
1.2.2 Запасы России ……………………………………………………………………………….. 23
1.3 Извлечение гелия из природного газа России и за рубежом ……………… 26
1.3.1 История модернизации процесса извлечения гелия ……………………… 27
1.3.2 Способы извлечения гелия …………………………………………………………….. 29
1.3.3 Низкотемпературный способ получения гелия ……………………………….. 31
2 Объект и методы исследования …………………………………………………………………. 36
2.1 Объект исследования …………………………………………………………………………… 36
2.2 Метод исследования ……………………………………………………………………………. 37
3 Расчет и аналитика ……………………………………………………………………………………. 39
3.1 Проектирование работы установки производства гелия в программной
среде Aspen HYSYS ………………………………………………………………………………….. 39
3.2 Проектирование схемы с охлаждением смеси в турбодетандере …………… 41
3.3 Проектирование схемы с охлаждением смеси в теплообменнике………….. 48
3.4 Проектирование схемы с охлаждением в каскаде дросселирующих
устройств ………………………………………………………………………………………………….. 53
4. Результаты проведенного исследования …………………………………………………. 58
5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение …… 59
5.1 Предпроектный анализ …………………………………………………………………….. 59
5.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования …………………. 59
5.1.2 Диаграмма Исикавы……………………………………………………………………….. 59
5.1.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации …………………………… 62
5.1.4 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования …………………………………………………………………………………………. 63
5.2 Инициация проекта ……………………………………………………………………………… 63
5.2.1 Цели и результат проекта ……………………………………………………………. 64
5.2.2 Организационная структура проекта …………………………………………… 64
5.2.3 Ограничения и допущения проекта……………………………………………… 65
5.3 Планирование управления научно-техническим проектом …………………… 66
5.3.1 Иерархическая структура работ проекта …………………………………………. 66
5.3.2 Контрольные события проекта ……………………………………………………….. 67
5.3.3 План проекта …………………………………………………………………………………. 67
5.4 Бюджет научного исследования …………………………………………………………… 68
5.4.1 Расчет затрат на сырье, материалы, покупные изделия и
полуфабрикаты ………………………………………………………………………………………. 69
5.4.2 Расчет затрат на специальное оборудование для научных работ ……… 70
5.4.3 Основная заработная плата исполнителей ………………………………………. 70
5.4.4 Дополнительная заработная плата исполнителей ……………………………. 72
5.4.5 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) ………. 72
5.4.6 Научные и производственные командировки ………………………………….. 73
5.4.7 Оплата работ, выполняемых сторонними организациями ……………….. 73
5.4.8 Накладные расходы ……………………………………………………………………….. 73
5.4.9 Формирование бюджета затрат научно–исследовательского проекта 73
5.4.10 Организационная структура проекта …………………………………………….. 75
5.4.11 Матрица ответственности …………………………………………………………… 75
5.4.12 План управления коммуникациями проекта ………………………………….. 76
5.5 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования ………………………. 76
5.5.1 Оценка сравнительной эффективности исследования ……………………… 76
6. Социальная ответственность ………………………………………………………………….. 80
6.1 Производственная безопасность ………………………………………………………….. 81
6.1.1 Анализ выявленных вредных и опасных факторов на рабочем месте . 81
6.2 Экологическая безопасность …………………………………………………………….. 84
6.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………. 84
6.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ………. 85
Выводы и рекомендации по разделу ………………………………………………………….. 86
Заключение …………………………………………………………………………………………………. 87
Список использованных источников ……………………………………………………………. 88
Приложение А …………………………………………………………………………………………….. 92

В рамках данной работы рассмотрен процесс получения гелия
низкотемпературным способом. Подробно разобраны свойства гелия,
месторождения природного газа с повышенным содержанием гелия, его запасы
в России и в мире, а также способы извлечения гелия.
Спроектированы три вида схем с охлаждением азотно-гелиевой смеси в
турбодетандере (1 вариант), с охлаждением смеси в теплообменнике (2
вариант) и с охлаждением в каскаде дросселирующих устройств (3 вариант).
Анализируя литературный обзор и варьируя различные параметры в
схеме, выявлено, что лучший способ для сравнения схем – это изменение
перепада давлений в дросселирующих устройствах или турбодетандерах.
Подобраны критерии оценки для сравнения схем. Проведен анализ
каждой схемы путем варьирования перепада давления в дросселирующих
устройствах и турбодетандере.
Выявлена наиболее эффективная схема, это схема с охлаждением в
каскаде дросселирующих параметров. Степень извлечения гелия составила
99,99 % масс. от максимального выхода продукта. Расход гелиевого
концентрата равен 1542 м3/ч, а также содержание гелия в концентрате 76,47 %
об. При варьировании перепада давлений в дросселирующем устройстве
параметры не изменились.
Также эффективной схемой является вариант с охлаждением азотно-
гелиевой смеси в турбодетандере. Расход гелиевого концентрата равен 1618,3
м3/ч, а также содержание гелия в концентрате 69,5 % об. При повышении
перепада давления на 100 кПа в турбодетандере содержание гелия в
концентрате увеличивается до 71,44 % об.
Данная тема на сегодняшний день очень актуальна в связи со
строительством газопровода «Сила Сибири» и Амурского
газоперерабатывающего завода. Данная разработка может найти
промышленное внедрение на Амурском ГПЗ.