Extraction of helium from neon-helium mixture by the adsorption method

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Helium is an important natural resource and it has great importance for scientific research. It is currently extracted mainly from natural gas or in large air separation units. Helium and neon are usually separated from an separation column together. In order to obtain pure neon and helium they are further purified. This article discusses the main methods of extracting helium from the neon-helium mixture. Having compared rectification, freezing, membrane separation and sorption methods, the authors concluded that the adsorption method allows separation at relatively high temperature intervals and is more energy-efficient than the other methods considered. The paper presents existing examples of the application of the adsorption method for the purification of helium from neon, which have been implemented in China and in the CIS. An overview of adsorption separation on new adsorbents, both on metal-organic bases and on single-walled carbon nanotubes, is also presented. In the future, the authors will conduct experiments to fill in the data gaps on adsorption and desorption of neon-helium mixture on different adsorbents.

About the authors

Lingran Yang

Bauman Moscow State Technical University

Author for correspondence.
Email: yanl@student.bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0001-7097-1898
Russian Federation, Moscow

Maksim Yu. Kupriyanov

Bauman Moscow State Technical University

Email: kupriyanov.m@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0003-2180-1221
SPIN-code: 2716-2525

Cand. (Tech.) Sci

Russian Federation, Moscow

Victoria D. Kononova

Bauman Moscow State Technical University

Email: viktoriadmitrievna@live.ru
ORCID iD: 0009-0008-8609-6205
SPIN-code: 5369-7308
Russian Federation, Moscow

References

  1. Wang P, Zhang X, Zhao J. Study on the purification process of helium exhausted from the industry. Cryo. Supercond. 2013;41(8):83–88. (In Chinese). doi: 10.16711/j.1001-7100.2013.08.018
  2. Bondarenko VL, Chigrin A.A., Pilipenko B.A., Yu.M. Simonenko. Industrial plants for separating mixtures at temperatures of 68...78 K by freezing. Inzhenernyy zhurnal: nauka i innovatsii. 2017;8(68). (In Russ). doi: 10.18698/2308-6033-2017-8-1648
  3. Peng G, Gong Z, Zhang X. Present situation and prospect of helium purification. Cryo. Supercond. 2012;40(6):4–7. (In Chinese). doi: 10.16711/j.1001-7100.2012.06.019
  4. Fastovskii VG (editor) Nizkie temperatury i redkie gazy. Trudy VEI. 1958;61. (In Russ).
  5. Yuan JH, Bai H. Helium purification in large cryogenic system. Chinese Cryogenics. 2006;4-2:28–32. (In Chinese)
  6. Arkharov IA, Navasardyan ES. Sravnenie sposobov razdeleniya neonogelievoj smesi s poziczij tekhniko-e`konomicheskogo analiza. Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Ser. Mashinostroenie. 2010. Special Issue. 61–69. (In Russ).
  7. Wang Ch. Extraction of high purity helium from air separation plants. Cryogenic technology. 1980;3:11–14. (In Chinese).
  8. Zhang Y. Refining of helium. Cryogenic technology. 1983;1:12–16. (In Chinese).
  9. Simonenko Yu. Energosberegayushhie tekhnologii v ustanovkakh dlya polucheniya neona i geliya vy’sokoj chistoty. Refrigeration Technology. 2014;4(150): 4–12. (In Russ).
  10. Liu Y, Liu J, Hu J. Noble gas separation by a MOF with one-dimensional channels. BMC Chem. Eng. 2019;1(3). doi: 10.1186/s42480-019-0003-y
  11. Bolboli NZ, Abbas RA, Majid HS, et al. Predicting helium and neon adsorption and separation on carbon nanotubes by Monte Carlo simulation. Mol. Model. 2011;17(4):785–794. doi: 10.1007/s00894-010-0769-6
  12. Sha H., Faller R. Molecular simulation of adsorption and separation of pure noble gases and noble gas mixtures on single wall carbon nanotubes. Computational Materials Science. 2016;114:160–166.
  13. Bondarenko VL, Nikiforov YuV, Vorotyntsev VB. Comparative Analysis of Various Adsorbents for Low-Temperature Separation of a 20Ne–22Ne Isotopic Mixture. Chemical and Petroleum Engineering. 2016;51(11–12):743–748. (In Russ).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig 1. Scheme of separation of Ne and He via condensation with liquid hydrogen 1 – Mixture gas receiver. 2 – Compressor; 3 – Heat exchanger; 4 – Nitrogen bath: 5 – Heat exchanger; 6 – Hydrogen bath; 7 – Desublimator; 8 – Helium cylinder.

Download (74KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Scheme of diffusion of a gaseous molecule on an adsorbent 1 – Internal surface diffusion of adsorbent; 2 – Surface adsorption; 3 – Diffusion of mobile phase into other pores; 4 – Diffusion of mobile phase on and around external surface [5].

Download (119KB)
Indexing metadata
4. Fig. 4 Adsorption isotherms of a neon gel mixture with various component proportions [12].

Download (88KB)
Indexing metadata
5. Fig. 3 Classical scheme of a complex for producing high-purity neon and helium Units V – rectification unit; VI – adsorption unit. TO1–TO4 – heat exchangers; AB – nitrogen bath; ИК – coil in the cube of the column, serving as an evaporator–condenser; ФС – phase separator; РК – rectification column; A - adsorber; РВД1, РВД2 – high-pressure receivers; R1, R2 – reducers; K1...K5 – diaphragm compressors [9].

Download (214KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Yang L., Kupriyanov M.Y., Kononova V.D.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».