【技术实现步骤摘要】
一种基于膜分离、变压吸附和电化学氢泵耦合的氦气分离回收系统及方法
[0001]本专利技术属于氦气提取
,涉及一种基于膜分离、变压吸附和电化学氢泵耦合的氦气分离回收系统及方法。相较于传统的深冷精馏+变压吸附+空气催化氧化脱氢的氦气提取工艺,该工艺通过膜分离氦气高效富集和电化学氢泵高效脱氢协同增效,在生产高纯氦气的同时联产高纯氢气,实现天然气提氦过程提质增效。本专利技术所提出的系统从根本上避免了传统深冷精馏工艺的高能耗和空气催化氧化脱氢导致的杂质引入和设备复杂等问题,可以大幅度降低变压吸附装置的能耗和设备投资,实现含氦天然气资源高效利用,提升企业的经济和社会效益。
技术介绍
[0002]氦气(He)因其具有沸点低、溶解度小、强化学惰性和密度小等特点,其在航空航天、深海潜水、医疗及国防等领域中应用价值极高,是一种稀有的战略资源。尽管氦元素是宇宙中第二丰富的元素,但是地球大气中的氦气含量很低(5.0ppm),因此从空气中直接提取氦气是不经济的。从天然气田中获取氦气几乎是唯一的工业化来源,全世界超过95%的氦气都是基于天然气加工过程的副产品。但是含氦天然气资源在各国的分布极不均匀,我国的含氦天然气资源储量仅占0.1%,且多为贫氦天然气田,因此我国的氦气主要依赖进口且对外依存度高达97%。基于以上问题,开发一种新型高效提氦工艺并缓解我国氦气资源紧张的问题迫在眉睫。
[0003]从液化天然气工厂获得含氦混合气中的氦气含量较低(1
‑
10mol%),常规的分离技术包括精馏、吸收、变压吸附和膜分离等。尽 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于膜分离、变压吸附和电化学氢泵耦合的氦气分离回收系统,其特征在于,所述的氦气分离回收系统包括两部分:氦气富集工段和氦气纯化工段;所述的氦气富集工段包括依次连接的缓冲罐(1)、第1#压缩机(2)、第1#膜前过滤器(3)、第1#膜分离器(4)、第2#压缩机(5)、第2#膜前过滤器(6)、第2#膜分离器(7)和第3#压缩机(8);所述的氦气纯化工段包括变压吸附装置(9)、第1#电化学氢泵(10)和第2#电化学氢泵(11),变压吸附装置(9)的出口与第1#电化学氢泵(10)的阳极侧入口相连,第1#电化学氢泵(10)的阳极侧出口与第2#电化学氢泵(11)的阳极侧入口相连;所述的缓冲罐(1)还分别与原料气(1
‑
1)、第2#膜分离器(7)及变压吸附装置(9)相连;所述的第3#压缩机(8)还分别与变压吸附装置(9)相连。2.一种基于膜分离、变压吸附和电化学氢泵耦合的氦气分离回收方法,其特征在于,该方法是采用权利要求1所述的氦气分离回收系统实现的,具体过程如下:在氦气富集工段,从液化天然气工厂获得的原料气(1
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1)经缓冲罐(1)与来自于第2#膜分离器(7)的二级膜渗余气(1
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8)和来自于变压吸附装置(9)的解吸气(1
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11)混合,混合后的气体(1
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2)经第1#压缩机(2)升压,一次升压后的混合气体(1
‑
3)经第1#膜前过滤器(3)进入第1#膜分离器(4);氦气组分在第1#膜分离器(4)的渗透侧富集,并在膜渗透侧得到一级膜渗透气(1
‑
4);第1#膜分离器(4)渗余侧得到主要成分为甲烷和氮气的一级膜渗余气(1
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5),一级膜渗余气(1
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5)返回至液化天然气工厂脱氮装置回收甲烷;一级膜渗透气(1
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4)经第2#压缩机(5)升压,二次升压后的混合气体(1
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6)经第2#膜前过滤器(6)进入第2#膜分离器(7);氦气组分在第2#膜分离器(7)经过进一步富集得到粗氦(1
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7);从第2#膜分离器(7)获得的二级膜渗余气(1
‑
8)进入缓冲罐(1)与原料气(1
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1)和解吸气(1
‑
11)混合后参与循环;在氦气纯化工段,粗氦(1
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7)经第3#压缩机(8)升压;三次升压后的混合气体(1
‑
9)进入变压吸附装置(9),经变压吸附装置(9)除去非氢杂质后的氢氦混合气(1
‑
10)进入第1#电化学氢泵(10)的阳极侧脱除氢气,变压吸附装置(9)得到的解吸气(1
‑
11)返回至缓冲罐(1)与原料气(1
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1)和二级膜渗余气(1
‑
8)混合后参与循环;氢氦混合气(1
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10...
【专利技术属性】
技术研发人员:贺高红,程安迪,肖武,吴雪梅,姜晓滨,李祥村,阮雪华,马沧海,李甜甜,陈婉婷,
申请(专利权)人:大连理工大学,
类型:发明
国别省市:
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