一种天然气膜法提氦工艺及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种天然气膜法提氦工艺及系统，涉及天然气提氦技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种天然气膜法提氦工艺及系统


[0001]本专利技术涉及天然气提氦
，具体涉及一种天然气膜法提氦工艺及系统
。

技术介绍

[0002]目前，天然气提氦主要有深冷法
、
膜分离法
。
深冷法主要是利用天然气中各组分（如甲烷
、
氮气
、
氦气）的沸点不同，通过低温冷凝
、
低温精馏等方式进行分离
。
膜分离法主要是利用天然气中各组分（如甲烷
、
氮气
、
氦气）在高分子膜材料中的溶解和渗透速率不同进行分离
。
[0003]天然气采用膜分离法提氦的过程如下：首先，天然气在膜的上游侧表面吸附溶解；然后，溶解在膜表面的气体在压力的作用下，进一步在膜主体内扩散；最后，膜下游侧表面的气体解吸
。
氦气相比较于天然其它组分，其在膜上的溶解能力和扩散速度最快，更加容易透过膜，属于渗透气，其它组分属于非渗透气
。
[0004]现有技术在工程应用上，膜分离技术无法达到氦气纯度与回收率均较高的地步，渗透气需要进一步增压，再通过其它方法如深冷法
、
变压吸附等方法进一步提纯
。
因此，对于贫氦天然气而言，通过膜分离后的渗透气增压过程是一个能耗较高的过程，高能耗限制了膜法提氦的应用
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是开发一种利用天然气压差进行发电，降低膜法提氦能耗的天然气膜法提氦工艺及系统
。
[0006]本专利技术通过如下的技术方案实现：一种天然气膜法提氦工艺，适用于输送端压力大于应用端压力的场景，包括膜分离工序
、
膨胀发电工序
、
氦气精制工序；其中，输送端输送含氦天然气进入所述膜分离工序，所述膜分离工序中分离出的渗透气增压后进入所述氦气精制工序，所述氦气精制工序输出高纯氦，所述膜分离工序中分离出的非渗透气通入所述膨胀发电工序膨胀发电后去至应用端，所述膨胀发电工序产生的电能供至膜分离工序及氦气精制工序用电
。
[0007]可选的，所述膜分离工序采用多级膜分离法，多级膜分离之间串联，每一级膜分离由多个膜组件并联，输送端输送的含氦天然气顺次进行多次膜分离；其中，每级膜分离的渗透气经增压后通入下一级膜分离，最后一级膜分离的渗透气增压后通入氦气精制工序；第一级膜分离中的非渗透气通入膨胀发电工序，其余膜分离中的非渗透气回流至第一级膜分离进行循环
。
[0008]可选的，所述氦气精制工序采用变压吸附法或深冷低温法
。
[0009]可选的，该工艺还包括预处理工序，输送端输送的含氦天然气先经过所述预处理工序进行过滤及预热后，再进入所述膜分离工序
。
[0010]一种天然气膜法提氦系统，包括：
膜分离单元，供含氦天然气通入，包括：至少一个膜分离器；压缩机，将膜分离器分离出的渗透气增压输送；膨胀发电单元，接收来自膜分离单元分离出的非渗透气并进行膨胀发电；氦气精制单元，接收来自膜分离单元在压缩机中进行增压后的渗透气；其中，该系统适用于输送端压力大于应用端压力的场景，输送端输送的含氦天然气通入所述膜分离单元，所述膨胀发电单元内的非渗透气膨胀发电后送至应用端
。
[0011]可选的，所述膜分离单元包括多个串联的膜分离器，输送端输送的含氦天然气顺次在多个膜分离器中进行多次膜分离；其中，每个膜分离器分离出的渗透气经过压缩机增压后输入下一个膜分离器，最后一个膜分离器分离出的渗透气经压缩机增压后输入氦气精制单元；第一个膜分离器分离出的非渗透气通入膨胀发电单元，其余膜分离器分离出的非渗透气通过管路回流至第一个膜分离器进行循环
。
[0012]可选的，所述膨胀发电单元为透平膨胀发电机组或轴流膨胀发电机组；所述氦气精制单元包括变压吸附设备或者深冷低温设备
。
[0013]可选的，该系统还包括预处理单元和电能调节匹配单元；其中，所述预处理单元包括过滤器及预热器，输送端输送的含氦天然气先经过所述预处理单元过滤及预热后通入所述膜分离单元；所述电能调节匹配单元包括并网柜及控制系统，所述膨胀发电单元所发的电能通过所述电能调节匹配单元分配
。
[0014]本专利技术的有益效果是：本专利技术利用天然气输送端与应用端之间的压差进行发电，将发电量用于天然气膜分离渗透气的增压，降低膜分离提氦的能耗，特别适用于我国贫氦天然气国情
。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图
。
[0016]图1为本专利技术天然气膜法提氦系统的结构示意图；图2为本专利技术天然气膜法提氦系统中膜分离单元的结构示意图
。
具体实施方式
[0017]在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例
。
正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本专利技术创造的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例
。
因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的
。
[0018]在本专利技术创造中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触
。
而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第
一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征
。
第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征
。
[0019]本专利技术公开了一种天然气膜法提氦工艺，适用于天然气具有压差的应用场景
。
目前，天然气主要通过高压管道输送，而天然气终端应用场景大部分为低压，这种就属于天然气具有压差的应用场景
。
[0020]天然气膜法提氦工艺包括预处理工序
、
膜分离工序
、
膨胀发电工序
、
氦气精制工序，高压管道输出的含氦天然气经过预处理工序后进入膜分离工序，膜分离工序中分离出的渗透气增压后进入氦气精制工序，氦气精制工序输出高纯氦，膜分离工序中分离出的非渗透气经过膨胀发电工序后去至应用终端，膨胀发电工序产生的电能供至膜分离工序及氦气精制工序
。
[0021]含氦天然气由高压管道进入预处理工序，预处理工序包括对天然气的过滤和预热
。
[0022]膜分离工序采用单级膜分离法或多级膜分离法
。
[0023]膜分离工序采用单级膜分离法时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种天然气膜法提氦工艺，其特征在于，适用于输送端压力大于应用端压力的场景，包括膜分离工序
、
膨胀发电工序
、
氦气精制工序；其中，输送端输送含氦天然气进入所述膜分离工序，所述膜分离工序中分离出的渗透气增压后进入所述氦气精制工序，所述氦气精制工序输出高纯氦，所述膜分离工序中分离出的非渗透气通入所述膨胀发电工序膨胀发电后去至应用端，所述膨胀发电工序产生的电能供至膜分离工序及氦气精制工序用电
。2.
根据权利要求1所述的天然气膜法提氦工艺，其特征在于，所述膜分离工序采用多级膜分离法，多级膜分离之间串联，每一级膜分离由多个膜组件并联，输送端输送的含氦天然气顺次进行多次膜分离；其中，每级膜分离的渗透气经增压后通入下一级膜分离，最后一级膜分离的渗透气增压后通入氦气精制工序；第一级膜分离中的非渗透气通入膨胀发电工序，其余膜分离中的非渗透气回流至第一级膜分离进行循环
。3.
根据权利要求1所述的天然气膜法提氦工艺，其特征在于，所述氦气精制工序采用变压吸附法或深冷低温法
。4.
根据权利要求
1~3
任意一项所述的天然气膜法提氦工艺，其特征在于，该工艺还包括预处理工序，输送端输送的含氦天然气先经过所述预处理工序进行过滤及预热后，再进入所述膜分离工序
。5.
一种天然气膜法提氦系统，其特征在于，包括：膜分离单元，供含氦天然气通入，包括：至...

【专利技术属性】
技术研发人员：向润清，江蓉，严磊，赖勇杰，倪宏伟，曹峻，
申请(专利权)人：四川空分设备集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：