从富氦气体中提纯氦气的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及氦气提纯技术领域，具体公开了一种从富氦气体中提纯氦气的方法和系统。本发明专利技术提供的方法包括以下步骤：(1)将富氦气体与氧气接触使得富氦气体中的氢气与氧气进行反应，得到催化脱氢后的气体；(2)在金属氧化物的存在下，将所述催化脱氢后的气体进行化学脱氢，得到化学脱氢后的气体；(3)将所述化学脱氢后的气体依次进行深冷分离、膜分离和变压吸附，得到超纯氦气。本发明专利技术将贵金属催化脱氢分离(氢气和氧气发生反应)、化学脱氢(氢气在高温下与金属氧化物进行反应)、深冷分离、膜分离、变压吸附等工艺进行高效融合，具有能耗低、投资成本低、运行稳定、条件温和等优势，解决了氦气提纯的难题，具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
从富氦气体中提纯氦气的方法和系统


[0001]本专利技术涉及氦气提纯
，具体地，涉及一种从富氦气体中提纯氦气的方法和系统。

技术介绍

[0002]氦气由于其独特的性质，氦气在低温、航天、电子工业、生物医疗、核设施等领域应用广泛，是国家安全和高技术产业发展的重要基本物资之一。随着经济的不断发展，我国对氦气需求的快速增长，目前我国氦气主要依赖于进口，为了满足我国经济发展对氦气资源的需求及我国国防安全的战略需求，急需开发低能耗制备高浓度氦气的方法。
[0003]深冷工艺是目前工业化常用的方法。深冷工艺进行天然气提氦的过程中存在着设备设计制造要求苛刻，单独应用深冷工艺的建设和运行成本较高、设备负责、能耗高等问题，经济效益方面不具有竞争力。
[0004]膜分离具有操作简单、节约能耗、可较大幅度的降低建设和运行成本；设计制备对氦气/甲烷具有较高的选择性和透量，对于实现经济天然气提氦、降低氦气进口依赖、实现氦气生产使用的独立性具有伟大的战略意义。
[0005]深冷法与高性能膜的结合将大大提升天然气提氦效率并降低能耗，但是为保证深本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种从富氦气体中提纯氦气的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将富氦气体与氧气接触使得富氦气体中的氢气与氧气进行反应，得到催化脱氢后的气体；(2)在金属氧化物的存在下，将所述催化脱氢后的气体进行化学脱氢，得到化学脱氢后的气体；(3)将所述化学脱氢后的气体依次进行深冷分离、膜分离和变压吸附，得到超纯氦气。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述富氦气体选自天然气、页岩气和液化天然气闪蒸汽(BOG)中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(1)中，氢气与氧气进行反应采用的催化剂为贵金属催化剂，所述贵金属催化剂选自Pt、Pd、Rh、Ru和Au中的至少一种；和/或，所述接触的条件包括：温度为30
‑
300℃，优选为50
‑
120℃；所述原料气的空速为1
‑
10000h
‑1，优选为10
‑
1000h
‑1。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(2)中，所述化学脱氢的条件包括：化学脱氢的温度为100℃至1000℃，化学脱氢的空速为50
‑
400h
‑1；和/或，所述金属氧化物选自氧化铜、氧化铁和氧化铬中的至少一种；优选地，所述化学脱氢和所述深冷分离之间还包括脱碳干燥，所述吸附剂为氢氧化钾、氢氧化钠和碱石灰中的至少一种；优选地，所述脱碳干燥的空速为200
‑
800h
‑1。5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述深冷分离的条件包括：温度为
‑
220℃至
‑
100℃，压力为0.1MPa至10MPa。6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述膜分离中采用的膜选自中空纤维膜、平板膜和管式膜中的至少一种；优选地，所述膜分离中采用的膜的材质选自聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、合成树脂、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚苯并咪唑、聚二甲基硅氧烷、醋酸纤维素膜、聚碳酸酯膜、聚甲基丙烯酸甲酯膜、沸石分子筛膜、碳分子筛膜和金属有机骨架材料中的至少一种的，更优选为聚酰亚胺；和/或，所述膜分离采用一级或多级分离的方式；和/或，所述膜分离的条件包括：在进行膜分离前，将深冷分离得到的气体压力控制为0.1
‑
15MPa，气体温度控制为
‑
20℃至100℃。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述膜分离中采用的膜为聚酰亚胺基中空纤维膜；优选地，所述聚酰亚胺基中空纤维膜包括支撑层和附着在支撑层外表面的致密层，所述致密层的厚度小于1000nm，所述中空纤维膜的孔隙率为40
‑
80％；优选地，所述致密层的厚度为100
‑
500nm，所述中空纤维膜孔隙率为50
‑
70％；优选地，所述中空纤维膜的材质为聚酰亚胺无规共聚物。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述聚酰亚胺无规共聚物具有式(I)所示的结构：
式(I)中，m和n各自独立地为10
‑
2000的整数；X具有式(X1)
‑
式(X3)中任意一种所示的结构；式(X1)
‑
式(X3)中，R1、R2、R3、R4、R5和R6各自独立地为H、C1
‑
C4的烷基、C6
‑
C10的芳基、氨基、羟基或羧基；Y具有式(Y1)
‑
式(Y5)中任意一种所示的结构；式(Y1)
‑
式(Y5)中，R7、R8、R9、R
10
、R
11
、R
12
、R
13
、R
14
、R
15
和R
16
各自独立地为H、C1
‑
C4的烷基、C6
‑
C10的芳基、氨基、羟基或羧基；Z和Z
’
各自独立地具有式(Z1)或式(Z2)所示的结构；式(Z2)中，Ra和Rb各自独立地为H、C1
‑
C4的烷基或C1
‑
C4的卤代烷基；优选地，m和n各自独立地为50
‑
1000的整数；优选地，0.9≥n/(m+n)≥0.3，优选地，0.7≥n/(m+n)≥0.5。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述X具有以下所示结构中的一种，
和/或，Y具有以下所示结构中的一种，和/或，Y具有以下所示结构中的一种，和/或，Z和Z
’
均具有Z1或Z3所示的结构，优选地，X为Xa，Y为Ya，Z和Z
’
均为Z1；或者，X为Xa，Y为Yb，Z和Z
’
均为Z1；或者，X为Xa，Y为Yd，Z和Z
’
均为Z1；或者，X为Xb，Y为Ya，Z和Z
’
均为Z1；或者，X为Xb，Y为Yb，Z和Z
’
均为Z1；或者，X为Xb，Y为Yd，Z和Z
’
均为Z1；或者，X为Xc，Y为Ya，Z和Z
’
均为Z1；或者，X为Xc，Y为Yb，Z和Z
’
均为Z1；或者，X为Xc，Y为Yc，Z和Z
’
均为Z1；或者，X为Xc，Y为Y4，Z和Z
’
均为Z1；或者，X为Xc，Y为Yd，Z和Z
’
均为Z1；或者，X为Xb，Y为Ya，Z和Z
’
均为Z3；或者，X为Xb，Y为Yb，Z和Z
’
均为Z3；或者，X为Xb，Y为Yd，Z和Z
...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏昕，吴长江，王玉杰，孟凡宁，彭晖，张新妙，刘小波，徐一潇，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：