【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及天然气提纯，具体涉及一种富氦低品位天然气提纯多元化产品的方法和系统。
技术介绍
1、油气田中富氦低品位天然气通常具有富氦气(0.1％-5％)、富氮气(10％-70％)和热值品位低(10mj/nm3-30mj/nm3)的特点，国家天然气标准(gb17820-2018)要求的热值31.4mj/nm3，国家长距离管输天然气标准(gbt37124-2018)要求热值34.0mj/nm3，因此，通常需要对这类低品位的气田气进行脱氮处理提高热值长距离管输到各地，或生产lng，并对lng的尾气进行提氦。lng深冷精馏过程能耗比较高，并且不适合气田天然气的长距离运输，大部分技术提氦后没有考虑富氮和甲烷的气体怎样处理，这部分气体热值也很低(10mj/nm3-20mj/nm3)。
2、中国专利文献一种天然气液化含氦尾气提纯氦气的系统(公开号：cn210237128u)其主要包括压缩、膜分离、变压吸附、脱氧单元、多段脱氢单元。天然气液化含氦尾气(bog)经压缩ⅰ单元压缩到一定压力进入膜分离ⅰ单元提高氦气浓度，膜分离ⅰ为单段或多段膜分离，出膜分离ⅰ单元的非渗透气送回天然气液化系统，渗透气根据其氦气浓度高低确定是否还需要再进入膜分离进一步提高氦气浓度，含氦气浓度高的渗透气与变压吸附2单元来的含氧氦气混合，经过压缩ⅱ单元压缩到一定压力进入脱氧单元。
3、中国专利文献一种产品多元化的氦气高收率分离提纯耦合工艺(公开号：cn111715028b)从生产多元化氦气产品和氦气高收率的角度出发，将膜分离技术和吸附技术耦合联用，实
4、中国专利文献一种综合利用富氦天然气液化尾气的多目标分离工艺(公开号：cn113154798b)将来自天然气液化装置的含氦尾气，首先以液化装置副产的轻烃为溶剂，通过深冷吸收分离甲烷，用于生产液化天然气，然后将吸收尾气依次通过催化氧化、多级膜分离和深冷脱水单元，获得粗氦气，灌装送往高纯氦气装置。通过多种技术的无隙匹配和协同增效，可以高效率且高收率地将氦气和甲烷分离出来，实现天然气液化尾气的综合利用。
5、中国专利文献一种膜分离、变压吸附和电化学氢泵(ehp)耦合的氦气分离回收系统(公开号：cn115140718a)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(ehp)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。
6、中国专利文献一种低温强化渗透选择性的含氮天然气膜分离工艺(公开号：cn113357840b)含氮天然气经过压缩和脱水等预处理，然后通过多级低温膜过程实现高效率、高收率的甲烷浓缩，生产氮气含量<4.0vol％的商品化天然气。本专利技术所述的分离工艺，通过降低膜的操作温度，显著提高渗透选择性，进而提高分离效率和甲烷回收率；通过膜渗透的节流制冷、高压尾气的膨胀制冷、透平驱动的压缩制冷，为低温膜过程提供充足的冷量，避免消耗外部能量来驱动制冷系统。
7、本专利技术申请保护的技术与现有技术最大的区别在于，对于这种富氮富氦低热值的天然气进行综合分离纯化利用，从产品角度考虑，即考虑了提取氦气生产高纯氦或电子级氦，同时也考虑使工艺兼具生产工业级氦，副产纯氢或高纯氢或燃料电池氢或超纯氢，另一方面同时考虑了脱氮生产长距离管输天然气，副产富氮驱油气同时为各吸附单元提供吹扫气，并对吹扫气进一步回收利用，实现富氦富氮天然气脱氮提氦工艺协同优化开发，实现近零排放。
技术实现思路
1、鉴于上述
技术介绍
中描述的内容，本专利技术提出一种富氦低品位天然气提纯多元化产品的方法和系统。具体方案是：多种类气体分离膜、电化学氢泵(ehp)、吸附为核心的多技术梯级耦合工艺。
2、本专利技术的技术方案：
3、一种富氦低品位天然气提纯多元化产品的方法和系统，步骤如下：
4、步骤1：
5、天然气(s-1)与压缩机k-4出口气(s-27)混合后，进入气液分离罐v-1，进行气液分离，凝液(s-3)从气液分离罐v-1罐底排到装置外，混合天然气(s-2)从气液分离罐v-1罐顶出来，经加热器e-1预热，加热后的混合天然气(s-4)进入预处理设备pr-1，脱除固体杂质和液滴，膜分离器m-1入口气(s-5)进入膜分离器m-1，膜分离器m-1渗余气(s-7)与膜分离器m-2渗余气(s-10)混合，膜分离器m-1渗透气(s-6)经压缩机k-1提压，压缩机k-1出口气(s-8)与膜分离器m-3渗余气(s-16)混合后，进入膜分离器m-2，膜分离器m-2渗透气(s-9)经压缩机k-2提压，压缩机k-2出口气(s-11)进入二氧化碳吸附装置co2-psa，脱除气体中的co2，二氧化碳吸附装置co2-psa解吸气(s-14)与膜分离器m-6渗余气(s-31)混合，二氧化碳吸附装置采用变压和吹扫方式把二氧化碳从吸附剂上脱除下来，脱除二氧化碳的二氧化碳吸附装置co2-psa出口气(s-12)进入膜分离器m-3，膜分离器m-3渗余气(s-16)与压缩机k-1出口气(s-8)混合，返回膜分离器m-2入口，膜分离器m-3渗透气(s-15)进入电化学氢泵(ehp)，电化学氢泵(ehp)出口的高纯度氢气(s-18)，作为产品送出装置外，电化学氢泵(ehp)出口气(s-17)分为两股气，一股气为工业级氦气(s-19)作为产品送出装置外，另一股气为高纯度氦气原料气(s-20)，经压缩机k-3提压，变成高压高纯度氦气原料气(s-21)，进入氦气吸附装置he-psa，脱除杂质，脱除杂质的氦气吸附装置he-psa出口气为浓度满足高纯氦或电子级氦气(s-22)，作为产品送出装置外，氦气吸附装置he-psa解吸气(s-24)与膜分离器m-7渗透气(s-34)混合，氦气吸附装置采用变压和吹扫方式把杂质从吸附剂上脱除下来；
6、步骤2：
7、膜分离器m-1渗余气(s-7)与膜分离器m-2渗余气(s-10)混合后，进入膜分离器m-4，膜分离器m-4渗透气(s-25)经压缩机k-4提压，压缩机k-4出口气(s-27)与天然气(s-1)混合后，返回气液分离罐v-1，膜分离器m-4渗余气(s-26)与压缩机k-6出口气(s-36)混合后，进入膜分离器m-5，膜分离器m-5渗透气作为长距离管输天然气(s-28)送出装置外，膜分离器m-5渗余气(s-29)与膜分离器m-7渗余气(s-35)混合后，进入膜分离器m-6，膜分离器m-6渗余气(s-31)分为三股气，其中两股气分别为二氧化碳吸附装置co2-psa吹扫气(s-13)和氦气吸附装置he-psa吹扫气(s-23)，第本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种富氦低品位天然气提纯多元化产品的方法和系统，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种富氦低品位天然气提纯多元化产品的方法和系统，其特征在于，所述膜分离器M-1、M-2、M-3、M-4采用改性玻璃态分离膜，氢气、氦气和二氧化碳优先透过膜，在膜渗透侧富集。
3.根据权利要求1所述的一种富氦低品位天然气提纯多元化产品的方法和系统，其特征在于，所述膜分离器M-5、M-6、M-7采用橡胶态分离膜，甲烷优先透过膜，在膜渗透侧富集。
4.根据权利要求2所述的一种富氦低品位天然气提纯多元化产品的方法和系统，其特征在于，所述改性玻璃态分离膜的制备方法：
5.根据权利要求4所述的一种富氦低品位天然气提纯多元化产品的方法和系统，其特征在于，所述等离子改性条件为：等离子射频设备频率为100-200kHz，输出功率200-260W。
6.根据权利要求4所述的一种富氦低品位天然气提纯多元化产品的方法和系统，其特征在于，所述巯基乙醇蒸汽流量为12-18ml/min，氦气流量为30-50ml/min。
7.根据权利要
8.根据权利要求1所述的一种富氦低品位天然气提纯多元化产品的方法和系统，其特征在于，所述膜分离器M-1采用改性玻璃态分离膜，入口压力为1.0～5.0MPaA，入口温度40～90℃；膜分离器M-2采用改性玻璃态分离膜，入口压力为1.0～5.0MPaA，入口温度40～90℃；膜分离器M-3采用改性玻璃态分离膜，入口压力为1.0～5.0MPaA，入口温度40～90℃；膜分离器M-4采用改性玻璃态分离膜，入口压力为1.0～5.0MPaA，入口温度40～90℃；膜分离器M-5采用橡胶态分离膜，入口压力为1.0～5.0MPaA，入口温度10～60℃；膜分离器M-6采用橡胶态分离膜，入口压力为1.0～5.0MPaA，入口温度10～60℃；膜分离器M-7采用橡胶态分离膜，入口压力为1.0～5.0MPaA，入口温度10～60℃。
9.根据权利要求1所述的一种富氦低品位天然气提纯多元化产品的方法和系统，其特征在于，所述电化学氢泵(EHP)，入口压力为0.2～5.0MPaA，入口温度40～90℃，氢气产品为纯氢或高纯氢或燃料电池氢或超纯氢。
...【技术特征摘要】
1.一种富氦低品位天然气提纯多元化产品的方法和系统，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种富氦低品位天然气提纯多元化产品的方法和系统，其特征在于，所述膜分离器m-1、m-2、m-3、m-4采用改性玻璃态分离膜，氢气、氦气和二氧化碳优先透过膜，在膜渗透侧富集。
3.根据权利要求1所述的一种富氦低品位天然气提纯多元化产品的方法和系统，其特征在于，所述膜分离器m-5、m-6、m-7采用橡胶态分离膜，甲烷优先透过膜，在膜渗透侧富集。
4.根据权利要求2所述的一种富氦低品位天然气提纯多元化产品的方法和系统，其特征在于，所述改性玻璃态分离膜的制备方法：
5.根据权利要求4所述的一种富氦低品位天然气提纯多元化产品的方法和系统，其特征在于，所述等离子改性条件为：等离子射频设备频率为100-200khz，输出功率200-260w。
6.根据权利要求4所述的一种富氦低品位天然气提纯多元化产品的方法和系统，其特征在于，所述巯基乙醇蒸汽流量为12-18ml/min，氦气流量为30-50ml/min。
7.根据权利要求1所述的一种富氦低品位天然气提纯多元化产品的方法和系统，其特征在于，所述二氧化碳吸附装置co2-ps...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭明钢，贺高红，代岩，杨晓航，米盼盼，何钦政，崔福军，付佳辉，周永哲，
申请(专利权)人：大连理工大学盘锦产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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