多级提氦装置及氦气分离系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了多级提氦装置及氦气分离系统，涉及气体分离技术领域。多级提氦装置用于从天然气中提取氦气，包括多级膜分离单元和除氢单元，多级膜分离单元包括至少三级膜分离组，分别为第一级膜分离组至第N级膜分离组，每一级膜分离组的渗透气出口与下一级膜分离组的进气口连通，除氢单元设置于任意相邻的两级膜分离组之间。氦气分离系统包括上述多级提氦装置，避免了深冷分离或者变压吸附所造成的能耗高的缺点，在保证产品纯度的基础上降低了设备的能耗，缩短了启动时间。

【技术实现步骤摘要】
多级提氦装置及氦气分离系统
本技术涉及气体分离
，具体而言，涉及多级提氦装置及氦气分离系统。
技术介绍
氦气是重要的战略资源，被广泛用于军工、医疗、半导体、低温超导、核磁共振及气体检漏等领域。氦气在空气中的含量比较低，在地层中的含量明显高于空气。随着我国石油天然气勘探的快速发展，我国天然气及页岩气加工及处理得到了快速发展，国内天然气消费市场规模不断扩大，天然气中含有大量的氦气且浓度较高，油田伴生天然气及天然气处理工厂中大量放空气通常通过工厂锅炉燃烧或者火炬燃烧，造成了天然气中大量氦气被浪费，因此能够亟需研发一种投资成本较低、能耗较低的氦气回收装置，对天然气中的较高浓度的氦气进行回收，能够有效避免氦气的浪费，增加国内的氦气储存。现有的提纯氦气的方法普遍采用深冷分离或者变压吸附装置，深冷分离氦气装置设备具有投资较大、启动时间较长、能耗较高、产品纯度低等缺点；变压吸附装置具有设备体积大、噪音大、氦气收率较低等缺点。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种多级提氦装置，旨在降低提氦过程的能耗，同时保证产品的纯度和收率。本技术的另一目的在于提供一种氦气分离系统，旨在提升产品纯度的前提下，降低工艺的能耗。本技术是这样实现的：本技术提供一种多级提氦装置，用于从天然气中提取氦气，包括多级膜分离单元和除氢单元，多级膜分离单元包括至少三级膜分离组，分别为第一级膜分离组至第N级膜分离组，每一级膜分离组的渗透气出口与下一级膜分离组的进气口连通，除氢单元设置于任意相邻的两级膜分离组之间，第一级膜分离组的非渗透气出口与提氦尾气排气口连通，第N级膜分离组的渗透气出口与氦气产品收集口连通。进一步地，在本技术较佳的实施例中，多级膜分离单元包括至少四级膜分离组，多级提氦装置还包括第一增压单元，第一增压单元的进气口与天然气供气管路连通，第一增压单元的出气口与第一级膜分离组的进气口连通。进一步地，在本技术较佳的实施例中，在第一级膜分离组至第N级膜分离组的任一相邻的两个膜分离组之间设置第二增压单元。进一步地，在本技术较佳的实施例中，在第一级膜分离组至第N级膜分离组的任一相邻的两个膜分离组之间均设置有增压单元。进一步地，在本技术较佳的实施例中，第二级膜分离组的非渗透气出口与第一增压单元中压缩机的进气口连通，从第三级膜分离组至第N级膜分离组的非渗透气出口均与前端压缩机的进气口连通。进一步地，在本技术较佳的实施例中，第一增压单元包括依次设置的压缩机、冷却器和分离罐，压缩机的进气口与天然气供气管路连通，分离罐的气体出口与第一级膜分离组的进气口连通。进一步地，在本技术较佳的实施例中，除氢单元包括依次设置的脱氢塔、脱氧塔和脱水塔，脱氢塔的进气口分别与膜分离组的渗透气出口和供氧管路连通，脱水塔的出气口与另一组膜分离组的进气口连通。进一步地，在本技术较佳的实施例中，在脱氧塔和脱水塔之间设置冷却分离装置；其中，冷却分离装置包括用于对塔式设备处理后的物料进行冷却的冷却器和用于对冷却后的物料进行气液分离的分离罐。进一步地，在本技术较佳的实施例中，脱水塔和对应的膜分离组之间的还包括过滤器，过滤器的出气口与膜分离组的进气口连通。本技术还提供一种氦气分离系统，其包括上述多级提氦装置。本技术的有益效果是：本技术通过上述设计得到的多级提氦装置，其通过采用至少三级膜分离组对氦气进行逐级提浓，后面级的膜分离组的非渗透气返回前面压缩机入口增压，提氦尾气从第一级膜分离组的非渗透气出口排出，氦气产品从第N级膜分离组的渗透气出口排出。通过将后面级膜分离组的非渗透气循环至前面级膜分离组的入口，实现对各级非渗透气中的氦气成分的进一步提取，有效提高了提氦装置的产品收率。此外，从第一级至第N级膜分离组的处理气量依次减小，氦气浓度依次升高，有效减少了压缩机的压缩做功，降低了装置能耗。此外，将包含脱氢塔、脱氧塔、脱水塔的除氢单元设置于相邻的两级膜分离组之间，实现了氦气与氢气的有效分离，避免了深冷分离氦气和氢气造成的能耗较高的缺点。同时，无需设置变压吸附装置，在保证产品纯度和收率的基础上，有效降低了装置的投资和操作难度。特别说明的是，本技术中多级提氦装置的后面级膜分离组的非渗透气出口根据气体组分相近的原则，选择与前端某一增压单元的压缩机入口连通，避免了不同纯度的气体返混造成的分离做功。特别说明的是，本技术中除氢单元的设置位置较为关键，通过将除氢单元设置在相邻的两级膜分离组之间，既避免了在低浓度下进行除氢反应需要处理大量原料气而存在的能耗高、处理精度低等缺点，也避免了在过高浓度下进行除氢反应(放热反应)而存在的设备超温风险。本技术所提供的一种氦气分离系统，其包括上述多级提氦装置，通过多级膜分离组和位于相邻的两级膜分离组之间的除氢单元进行分离，避免了采用深冷分离或者变压吸附所带来的能耗高、启动时间长等问题。附图说明为了更清楚地说明本技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本技术实施例提供的多级提氦装置的第一结构示意图；图2是本技术实施例提供的多级提氦装置的第二结构示意图；图3是本技术实施例提供的多级提氦装置的第三结构示意图；图4是图3中除氢单元的结构示意图；图5是本技术较佳的实施例中的流程图。图标：100a-多级提氦装置；100b-多级提氦装置；100c-多级提氦装置；001-LNG储罐；002-氦气收集罐；110-多级膜分离单元；111-第一级膜分离组；112-第二级膜分离组；113-第三级膜分离组；114-第四级膜分离组；115-第N级膜分离组；120-除氢单元；121-脱氢塔；122-脱氧塔；123-脱水塔；124-冷却分离装置；1241-冷却器；1242-分离罐；1243-过滤器；130-第一增压单元；131-压缩机；132-冷却器；133-分离罐；140-第三增压单元；150-第二增压单元。具体实施方式为使本技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施方式。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多级提氦装置，用于从天然气中提取氦气，其特征在于，包括多级膜分离单元和除氢单元，所述多级膜分离单元包括至少三级膜分离组，分别为第一级膜分离组至第N级膜分离组，每一级膜分离组的渗透气出口与下一级膜分离组的进气口连通，所述除氢单元设置于任意相邻的两级膜分离组之间，第一级膜分离组的非渗透气出口与提氦尾气排气口连通，第N级膜分离组的渗透气出口与氦气产品收集口连通。/n

【技术特征摘要】
1.一种多级提氦装置，用于从天然气中提取氦气，其特征在于，包括多级膜分离单元和除氢单元，所述多级膜分离单元包括至少三级膜分离组，分别为第一级膜分离组至第N级膜分离组，每一级膜分离组的渗透气出口与下一级膜分离组的进气口连通，所述除氢单元设置于任意相邻的两级膜分离组之间，第一级膜分离组的非渗透气出口与提氦尾气排气口连通，第N级膜分离组的渗透气出口与氦气产品收集口连通。


2.根据权利要求1所述的多级提氦装置，其特征在于，所述多级膜分离单元包括至少四级膜分离组，所述多级提氦装置还包括第一增压单元，所述第一增压单元的进气口与天然气供气管路连通，所述第一增压单元的出气口与所述第一级膜分离组的进气口连通。


3.根据权利要求2所述的多级提氦装置，其特征在于，在所述第一级膜分离组至所述第N级膜分离组的任一相邻的两个膜分离组之间设置第二增压单元。


4.根据权利要求2所述的多级提氦装置，其特征在于，在所述第一级膜分离组至所述第N级膜分离组的任一相邻的两个膜分离组之间均设置有增压单元。


5.根据权利要求2-4中任一项所述的多级提氦装置，其特征在于，第二级膜分离组的非渗透气出口与所述第一增压单...

【专利技术属性】
技术研发人员：张惊涛，周庆，陈小林，
申请(专利权)人：成都赛普瑞兴科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51