一种直接从天然气中获取高纯氦气的设备制造技术

本实用新型专利技术涉及一种直接从天然气中获取高纯氦气的设备，直接从天然气中获取高纯氦气的设备包括精密滤油器、膜分离系统、酸气脱除单元、精脱硫单元、脱氢单元、再净化系统以及低温杂质脱除单元。本实用新型专利技术根据国内资源现状，主要用于解决贫氦、特贫氦天然气中的氦气提纯，采用多级膜分离+低温吸附工艺实现了贫氦天然气提取并获得高纯氦气或液氦，能直接从贫氦、特贫氦气田(0.03

【技术实现步骤摘要】
一种直接从天然气中获取高纯氦气的设备


[0001]本技术涉及氦气生产
，具体指一种直接从天然气中获取高纯氦气的设备。

技术介绍

[0002]氦气是我国稀缺的不可再生资源，对国防进步和科技发展起着不可替代的作用。传统氦气提取技术深冷法，用于国内普遍存在的贫氦乃至特贫氦气田，单位产品成本高，无工业应用价值。
[0003]授权公告号为CN214087729U的中国专利《一种常温天然气氦气提取提纯系统》、授权公告号为CN215113528U的中国专利《一种从天然气中提取氦气制取液氦的装置》分别公开了自天然气中提取氦气的技术。其中，CN214087729U一是单纯采用变压吸附作为氦气纯化的最终手段，CH4、N2、Ar、尤其是Ne杂质脱除不彻底，杂质随循环气在工艺生产过程中累积，导致氦气纯度不达标；二是其未考虑干燥脱水，产品露点难以保证；三是未考虑硫的脱除，脱氢单元难以长时间运行。CN215113528U采用MDEA脱碳，一是未考虑醇胺挥发或夹带对后续分离膜耐受性及性能指标的影响，二是膜分离器下游存在较高的背压，膜分离操作压差小，导致分离效果差、膜设备投资大幅度上升，技术经济不合理。
[0004]对于现有技术中已公开的自天然气中提取氦气的技术，还普遍存在以下问题：
[0005]1)国内气田的天然气中普遍含硫，即使经处理过的外输产品硫含量一般为20～100mg/cm3且以有机硫为主，现有公开技术均未考虑硫的脱除方案，无论是PSA还是MDEA均不能有效脱除有机硫，使脱氢单元无法长期运行；
[0006]2)现有技术未考虑催化脱氢和脱碳的操作条件，脱氢在常温下进行无法保证氢气的转化率，导致氦气纯度不达标；
[0007]3)油气行业多采用有油润滑的活塞式压缩机，天然气产品中含有微量润滑油，长期运行会影响膜分离效果乃至寿命，现有技术膜前过滤处理设施。
[0008]4)现有技术未考虑脱氢氧气的来源，氧气中微量N2、Ar等杂质可能对产品纯度造成不利影响。
[0009]5)现有技术虽考虑了脱水工艺，但未明确指出干燥系统再生方式以及再生气的来源问题。
[0010]因此，基于目前国内天然气条件获取单一氦气产品的技术，仍存在较大改进空间。

技术实现思路

[0011]本技术所要解决的第一个技术问题是基于国内资源现状，提供一种能直接从贫氦、特贫氦管输天然气中提取氦气并纯化为高纯氦(99.999％)及生产液氦的设备。
[0012]本技术所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提出一种膜前过滤处理装置，解决来自压缩机的残余润滑油脂对膜分离长期运行造成的影响。
[0013]本技术所要解决的第三个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种酸性气
体脱除的方法，避免吸收溶剂带入工艺气对分离膜造成不利影响。
[0014]本技术所要解决的第四个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种通过COS中温水解塔、精脱硫塔组合工艺有效脱出有机硫和无机硫方法，保证了催化脱氢单元的长稳运行。
[0015]本技术所要解决的第五个技术问题是针对现有技术的现状，提出加氢及有机硫氧化所需补氧的具体位置及采用电解水获得高纯氧以减少杂质的积聚，可有效保证氦气纯度。
[0016]本技术所要解决的第六个技术问题是针对现有技术的现状，提出采用TSA进行彻底干燥以及利用尾气作为再生气源，减少有用气体损失。
[0017]本技术所要解决的第七个技术问题是针对现有技术的现状，提出利用压缩机分段满足COS水解、精脱硫、脱氢反应最佳操作温度的要求，从而避免了工艺流程的“冷热病”问题，使得能量利用更为合理。
[0018]本技术解决至少一个上述技术问题所采用的技术方案为：
[0019]一种直接从天然气中获取高纯氦气的设备，包括：
[0020]精密滤油器，设置有供贫氦含硫天然气输入的进气口，用于脱除天然气中悬浮的油滴；
[0021]膜分离系统，设于所述精密滤油器的下游，包括有至少两组相串联或并联的膜分离器，用于对物料进行渗透分离得到送天气然尾气管网的非渗透气及氦气提浓后的渗透气；
[0022]酸气脱除单元，连接于所述膜分离系统中，用于脱除工艺气中的CO2、H2S并将挥发的胺液进行去除；
[0023]精脱硫单元，连接于所述膜分离系统中且位于酸气脱除单元的下游，用于对工艺气中的含硫物进行脱除；
[0024]脱氢单元，连接于所述膜分离系统中且位于精脱硫单元的下游，用于对工艺气中的残H2进行脱除；
[0025]再净化系统，设于所述膜分离系统及脱氢单元的下游，用于对工艺气所含的CO2、H2O、硫化物中的至少一种进行去除；以及
[0026]低温杂质脱除单元，设于所述再净化系统的下游，用于对工艺气所含的CH4、N2、Ar、O2、Ne中的至少一种进行脱除。
[0027]优选地，所述酸气脱除单元串接于两相邻的膜分离器之间，包括沿气流方向依次串接的胺洗塔、洗胺塔，所述胺洗塔用于除去工艺气中的大量CO2、H2S，所述洗胺塔用于除去工艺气中的夹带的胺液。优选地，当原料处理规模小、CO2含量高时，酸气脱除单元可以用VPSA工艺代替。
[0028]优选地，所述精脱硫单元串接于两相邻的膜分离器之间，包括有依次串接的COS中温水解塔、水冷却器及精脱硫塔，所述COS中温水解塔用于将COS转化为H2S，所述水冷却器用于对工艺气进行冷却，所述精脱硫塔用于脱除全部硫化物。优选地，脱硫单元可以根据需要采用多级COS水解塔、精脱硫进行串联或并联组合。
[0029]优选地，还包括用于提供高纯氧的电解水装置，该电解水装置的氧气输出端与所述精脱硫塔的入口相连接，用于为精脱硫塔的有机硫氧化及脱氢单元提供所需氧气。
[0030]优选地，所述脱氢单元串接于两相邻的膜分离器之间，包括有位于上游的催化脱氢反应器及位于下游的脱氢冷却器，所述催化脱氢反应器用于对工艺气中的残H2进行脱除，所述脱氢冷却器用于对脱除残H2后的工艺气进行冷却、为进入下游的膜分离器做准备。优选地，根据需要可以采用多级脱氢反应器串联或并联组合。
[0031]优选地，所述的膜分离系统包括依次串接的1#膜分离器、2#膜分离器、3#膜分离器，所述1#膜分离器与2#膜分离器之间设置有用于对工艺气进行升压的1#压缩机，所述2#膜分离器与3#膜分离器之间设置有用于对工艺气进行升压的2#压缩机、2#增压机，所述3#膜分离器与再净化系统之间设置有用于对工艺气进行升压的3#压缩机。
[0032]优选地，所述酸气脱除单元设于1#膜分离器与2#膜分离器之间且位于1#压缩机的下游；所述精脱硫单元设于2#膜分离器与3#膜分离器之间且位于2#压缩机与2#增压机之间；所述脱氢单元设于2#膜分离器与3#膜分离器之间且位于2#增压机的下游。优选地，为了达到最佳效果，2#压缩机与2#增压机均不设后冷却器。
[0033]优选地，所述1#膜分离器的顶部连接有将其非渗透气侧与天本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直接从天然气中获取高纯氦气的设备，其特征在于包括：精密滤油器，设置有供贫氦含硫天然气输入的进气口，用于脱除天然气中悬浮的油滴；膜分离系统，设于所述精密滤油器的下游，包括有至少两组相串联的膜分离器，用于对物料进行渗透分离得到送天然气尾气管网的非渗透气及氦气提浓后的渗透气；酸气脱除单元，连接于所述膜分离系统中，用于对工艺气中的CO2、H2S、胺液进行去除；精脱硫单元，连接于所述膜分离系统中且位于酸气脱除单元的下游，用于对工艺气中的含硫物进行脱除；脱氢单元，连接于所述膜分离系统中且位于精脱硫单元的下游，用于对工艺气中的残氢进行脱除；再净化系统，设于所述膜分离系统及脱氢单元的下游；以及低温杂质脱除单元，设于所述再净化系统的下游。2.根据权利要求1所述的直接从天然气中获取高纯氦气的设备，其特征在于：所述酸气脱除单元串接于两相邻的膜分离器之间，包括沿气流方向依次串接的胺洗塔、洗胺塔，所述胺洗塔用于除去工艺气中的大量CO2、H2S，所述洗胺塔用于除去工艺气中的夹带的胺液。3.根据权利要求1所述的直接从天然气中获取高纯氦气的设备，其特征在于：所述精脱硫单元串接于两相邻的膜分离器之间，包括有依次串接的COS中温水解塔、水冷却器及精脱硫塔，所述COS中温水解塔用于将COS转化为H2S，所述水冷却器用于对工艺气进行冷却，所述精脱硫塔用于脱除全部硫化物。4.根据权利要求3所述的直接从天然气中获取高纯氦气的设备，其特征在于：还包括用于提供氧气的电解水装置，该电解水装置的氧气输出端与所述精脱硫塔的入口相连接、用于为精脱硫塔及脱氢单元提供所需高纯氧。5.根据权利要求1 ~ 4中任一项所述的直接从天然气中获取高纯氦气的设备，其特征在于：所述脱氢单元串接于两相邻的膜分离器之间，包括有位于上游的催化脱氢反应器及位于下游的脱氢冷却器，所述催化脱氢反应器用于对工艺气中的残H...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永先，初鹏，亢万忠，陈虹，雷雳，徐徜徉，罗宗敏，范斌，
申请(专利权)人：中石化宁波技术研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：