Конденсация элегаза

Сепарация элегаза путем конденсации и выделения конденсата может быть эффективным процессом, особенно, при достаточно высоких давлениях сжатия и-или низких температурах охлаждения. Однако, в этом процессе газовая фаза выше сжиженного элегаза все еще содержит заметное количество элегаза, который определяет величину утечки в процессе отделения.

Количественно, этот процесс характеризуется давлением сжатия P_comp и температурой охлаждения T_c. Регулирующим отношением является кривая давления пара элегаза, приведенная на рис. 6.4 [34]. Ось ординат отражает давление пара элегаза p_v, т.е. парциальное давление элегаза, выше которого начинается конденсация элегаза, как функцию температуры охлаждения T_c. Ось абсцисс показывает абсолютные давления, при которых элегаз конденсируется из смеси. Эта зависимость справедлива как при 10 %, так и 50 % смесях элегаза, соответственно.

Замечено, что для начала конденсации элегаза из 10-ной % смеси элегаза при температуре окружающего воздуха 20 ^оC требуется почти 20 МПА, в то время как для начала конденсации элегаза из 50%-ной смеси при температуре окружающего воздуха достаточно 4 МПа. Однако, начало конденсации не означает, что конденсируется весь элегаз. Часть элегаза, которая фактически конденсируется, возрастает с увеличением давления сжатия и с уменьшением температуры охлаждения. Еще одним важным свойством процесса является тот факт, что конденсат элегаза представляет собой жидкость только до температуры плавления элегаза, равной T_m = - 51 °C (пунктирная линия на рис. 6.4). Ниже этой температуры элегаз конденсируется в твердой форме в виде " элегазового снега», экстракция которого может представлять собой значительные практические проблемы.

В Л. [43] рассматриваются SF6-N2 смеси с 50%-ным содержанием элегаза и обсуждаются факторы, ограничивающие эффективность его отделения и способы его улучшения.

-100 -50 0

температура T [°C]

Рис. 6.4: Кривая давления паров элегаза. Шкала давления на левой стороне относится к чистому элегазу или к парциальному давлению SF6. Шкалы давления справа относятся к полному давлению 10 и 50 %-ных смесей элегаза. Слева от пунктирной линии (температура плавления) SF6 конденсируется в твердой форме.

Кривая давления пара pv (Tc) отображает парциальное давление элегаза в газе выше жидкой фазы и таким образом количественно определяет концентрацию элегаза V_res., который остается в газовой фазе: -

V_res= Pv (Tc) / p_comp (10)

Так как количество элегаза, содержащееся в газовой фазе пропорционально V_resp_comp, а количество элегаза, первоначально содержащееся в смеси пропорционально Vp_comp, доля элегаза, остающегося в газовой фазе составляет: -

l = V_res /V= Pv (Tc) /(V p_comp) (11)

что является величиной утечки в процессе конденсации для отделения элегаза.

Замечено, что величина утечки уменьшается в зависимости от температуры охлаждения Tc и по мере увеличения давления сжатия p_compr и начальной концентрации элегаза V в смеси. На ри с. 6.5 приведен график зависимости величины утечки l от температуры охлаждения Tc при давлениях сжатия p_comp 5 и 20 МПа и при 50%-ной (сплошные линии) и 10%-ной (пунктирные линии) элегазовых смесях.

Замечено, что исходное значение l = 1 % может быть достигнуто только при значениях температуры охлаждения Tc ниже точки плавления Tm элегаза. Это привело бы к большим затратам на охлаждение и, кроме того, создало бы проблему экстрагирования элегаза в виде «элегазового снега».

Практические предельные значения величины утечки могут быть получены, принимая температуру охлаждения Tc = -40 °C, которая может быть достигнута с помощью стандартных устройств охлаждения и обеспечивает экстракцию элегаза в виде жидкости. При этой температуре давление паров элегаза составляет p_v (Tc = -40 °C) = 350 кПа. Величины утечки при давлениях сжатия 5 и 20 МПа показаны в таблице 6.2.

Таблица 6.2: Величина утечки при сепарации элегаза посредством конденсации при -40 ^оC как функция начальных концентрации элегаза и давления сжатия

Поэтому, с практической точки зрения можно прийти к выводу, что: