一种从管道天然气中回收氦气的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种从管道天然气中回收氦气的方法和装置，其是先将管道天然气通过浓缩工艺进行浓缩，可将氦气含量200～500ppm的管道天然气浓缩到氦气含量20％以上；然后再将浓缩后的原料粗氦气经过提纯回收工艺提纯。本发明专利技术针对我国含氦量≥300ppm的管道天然气，通过多级膜分离组件、变压吸附提纯装置、氢氦分离装置及变温吸附提纯装置等从管道天然气中直接获得高纯的氦气。本发明专利技术不同于低温分馏工艺，而是采用复合工艺，对天然气中氦气含量适应能力较强，可以直接用于处理300ppm以上的管道天然气并获得高纯氦气。本发明专利技术涉及天然气回收氦气技术领域，可应用于天然气输气管道、天然气净化站、天然气增压站、天然气调输站、井口天然气等回收制取高纯氦气。

【技术实现步骤摘要】
一种从管道天然气中回收氦气的方法和装置
本专利技术属于氦气回收
，特别是涉及一种从管道天然气中回收氦气的方法和装置。
技术介绍
氦气是一种无色无味的惰性气体，被广泛应用于光纤、半导体、医疗、国防等诸多领域，是一种不可再生的稀缺性战略资源。氦气用途广、用量大，但获取来源却有限，空气中氦含量约为5ppm，不具备提取价值，目前主要来源于天然气开采中的伴生氦气回收。我国是典型的贫氦国，天然气伴生氦含量普遍在200～600ppm之间，直接从天然气中回收提取氦气面临技术复杂、成本高、经济性不突出等问题，导致我国所用氦气对进口的依赖度超过95％，2018年后每年约进口3000万立方米以上，我国贫氦的现状严重制约国防和国民经济发展。相对于美国、卡塔尔、俄罗斯等国天然气含氦量普遍1000ppm以上，我国天然气含氦量普遍较低。然而我国是典型的能源消耗大国，有典型的榆林-内蒙、青海、新疆、川渝等几大气区，天然气储量、开采量较为巨大。我国现在所开发的LNG液化过程中的BOG气回收氦气技术和装置已经有2-3套开车并产出合格的高纯氦气，普遍采用低温分馏工艺。然而在BOG气中氦气含量被浓缩十倍以上，所涉及的技术较为简单。更为重要的是，我国LNG液化厂相对于庞大的天然气开采量占比较小，即使国内所有液化厂均开展回收氦气项目所生产的氦气也仅占我国每年消耗氦气的20～30％，依然缺口较大。因此开展管道天然气回收氦气的研究意义重大，也是解决我国氦气供给自足的唯一方法和途径。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可以直接用于处理300ppm以上的管道天然气并从中获得高纯氦气的从管道天然气中回收氦气的方法和装置。本专利技术提供的一种从管道天然气中回收氦气的方法，其是先将管道天然气通过浓缩工艺进行浓缩，从300～500ppm浓缩到20％(体积)以上；然后再将浓缩后的管道天然气经过提纯回收工艺提纯。本专利技术还提供了一种从管道天然气中回收氦气的装置，其包括氦气浓缩系统以及氦气提纯回收系统；所述氦气浓缩系统包括连接管道天然气引出管的一级膜分离组件以及与一级膜分离组件相连接的多级膜分离组件；所述管道天然气引出管与一级膜分离组件之间设有脱重烃的填料塔；所述氦气提纯回收系统包括通过输气管路依次连接的变压吸附提纯装置、氢氦分离装置、脱氢装置和变温吸附TSA提纯装置；所述变压吸附提纯装置连接多级膜分离组件。本专利技术是将来自天然气输气管道的原料天然气经脱重烃处理后调压进入一级膜分离组件。一级膜分离组件的非渗透尾气相对于原料天然气压降较小，可直接返回管道并输送至下游用气。一级膜分离组件渗透气连接至压缩机，经压缩机增压后进入多级膜分离组件。多级膜分离组件的渗透气经过增压泵增压后送入变压吸附提纯装置，出变压吸附提纯装置的粗氦气进入氢氦分离装置，氢氦分离装置的出口连接脱氢装置和变温吸附(TSA)提纯装置，经变温吸附(TSA)提纯装置获得高纯氦气。其中多级膜分离组件、变压吸附提纯装置、氢氦分离装置所产生的尾气或者再生气返回储罐，经压缩机增压、调压后返回输气管道，从而减少管道输送气量的损耗。本专利技术针对我国含氦量≥300ppm的管道天然气，先通过多级膜分离组件将其浓缩至氦含量20％(体积比)以上，极大拓展了氦气的来源，而不局限于当前从LNG液化过程中形成的具有较高氦含量的冷箱不凝气或BOG气中回收氦气。本专利技术再通过变压吸附提纯装置、氢氦分离装置及变温吸附提纯装置等从管道天然气中直接获得了高纯的氦气。本专利技术不同于低温分馏工艺，而是采用复合工艺，对天然气中氦气含量波动适应能力较强，是一种普适的氦气浓缩和提纯工艺，可以直接用于处理300ppm以上的管道天然气并获得高纯氦气。本专利技术涉及天然气回收氦气
，可应用于天然气输气管道、天然气净化站、天然气增压站、天然气调输站、井口天然气等回收制取高纯氦气。附图说明图1为氦气浓缩系统结构示意图。图2为从管道天然气中回收氦气的装置整体结构示意图。图中：601一级膜分离组件，602压缩机，603、605多级膜分离组件，604压缩机，606压缩机、607变压吸附提纯装置，608氢氦分离装置，609脱氢装置，610变温吸附提纯装置，T611储罐，612填料塔。具体实施方式下述是对于本
技术实现思路
的进一步说明以作为对本专利技术
技术实现思路
的阐释，但本专利技术的实质内容并不仅限于下述所述，本领域的普通技术人员可以且应当知晓任何基于本专利技术实质精神的简单变化或替换均应属于本专利技术所要求的保护范围。本专利技术采用了一种从管道天然气中回收氦气的方法，其是先将管道天然气通过浓缩工艺进行浓缩，可将氦气含量300～500ppm的管道天然气浓缩到氦气含量20％(体积)以上；然后再将浓缩后的管道天然气经过提纯回收工艺提纯。本专利技术为实现上述回收氦气的方法采用了一种装置，其包括氦气浓缩系统以及氦气提纯回收系统；氦气浓缩系统包括连接管道天然气引出管的一级膜分离组件601以及与一级膜分离组件601相连接的多级膜分离组件；其中，多级膜分离组件采用相串联的二级膜分离组件603和三级膜分离组件605。二级膜分离组件603的气体入口端连接一级膜分离组件601的渗透气出口端，二级膜分离组件603的渗透气出口端连接三级膜分离组件605的气体入口端。同时，在管道天然气引出管与一级膜分离组件601之间设置脱重烃的填料塔；本专利技术的装置中，还包含有氦气提纯回收系统，其具体包括通过输气管路依次连接的变压吸附提纯装置607、氢氦分离装置608、脱氢装置609和变温吸附TSA提纯装置610；其中，变压吸附提纯装置607进口端连接到三级膜分离组件605的渗透气出口端。具体的，如图2所示，本专利技术先是将管道天然气先经填料塔处理析出脱除C6+重烃后调压送入一级膜分离组件601进行一级分离。填料塔脱除C6+重烃采用常用天然气重烃脱除吸附法，其中的填料可采用吸附剂如分子筛、硅胶和活性氧化铝等。一级膜分离组件601非渗透气与入口原料气压差不超过0.5Mpa，一级膜分离组件601入口压力是渗透气侧压力的5倍以上。从一级膜分离组件601出来的渗透其经压缩机604增压后依次送入二级膜分离组件603、三级膜分离组件605进行多级膜分离，使得最终膜分离后渗透出来的粗氦原料气含氦量达到20％以上。二级膜分离组件603、三级膜分离组件605的尾气返回T611并经压缩泵602增压返回输气管道。其中二级膜分离组件603和三级膜分离组件605是有机串级工艺，可以在二级膜分离组件603/三级膜分离组件605之间增加一级压缩泵，也可以不增加。一级膜分离组件601、压缩机604、二级膜分离组件603、三级膜分离组件605及压缩机606有机耦合，通过调压，依靠各级膜分离组件尾气端安装的背压阀或者其他调压装置调节各级膜分离组件的入口侧和渗透气侧的压力比。控制一级膜分离组件601、二级膜分离组件603和三级膜分离组件605的入口压力和渗透气侧压力比≥5(压力比越大越易于渗透气的获取，一般可选择压力比在5-30之间)，从而可以把管道天然气中氦气含量从≥300pp本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从管道天然气中回收氦气的方法，其特征在于，将管道天然气通过浓缩工艺进行浓缩到20％以上；再将浓缩后的管道天然气经过提纯回收工艺提纯。/n

【技术特征摘要】
1.一种从管道天然气中回收氦气的方法，其特征在于，将管道天然气通过浓缩工艺进行浓缩到20％以上；再将浓缩后的管道天然气经过提纯回收工艺提纯。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浓缩工艺包括步骤：将管道天然气调压送入一级膜分离组件(601)进行一级分离，再经增压后送入多级膜分离组件进行多级膜分离，所述多级膜分离组件至少包含相串联的二级膜分离组件(603)和三级膜分离组件(605)；所述二级膜分离组件(603)和三级膜分离组件(605)之间设置或不设置压缩机；所述一级膜分离组件(601)、二级膜分离组件(603)和三级膜分离组件(605)的气体入口压力与渗透气出口侧压力比≥5；所述浓缩工艺还包括将管道天然气进行脱重烃处理后再进行一级分离的步骤。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提纯回收工艺包括步骤：将浓缩后的管道天然气增压后送入变压吸附提纯装置(607)进行吸附提纯，经过吸附提纯得到的粗氦气送入氢氦分离装置(608)进行氢氦分离，然后再送入脱氢装置(609)进行脱氢处理，最后再送入变温吸附提纯装置(610)获得高纯氦气。


4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述一级膜分离组件(601)的气体温度维持在50～60℃；所述多级膜分离组件所产生的尾气或再生气返回输气管道。


5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述变压吸附提纯装置(607)和氢氦分离装置(608)所产生的尾气或再生气返回储罐(T611)，经压缩机(602)增压、调压后返回输气管道。


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【专利技术属性】
技术研发人员：郭会军，
申请(专利权)人：安徽中科皖能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34