一种用于自贫氦特贫氦天然气中提纯氦气的设备制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于自贫氦特贫氦天然气中提纯氦气的设，用于自贫氦特贫氦天然气中提纯氦气的设备包括预净化系统、膜分离系统、脱硫单元、脱氢单元、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，通过预净化先脱除原料气中的全部CO2、水、重烃、部分有机硫和无机硫，大大减少了膜分离器的快气组分，有利于氦气的提浓，采用多级膜分离器进行氦气提浓，适用于处理贫氦、特贫氦天然气，且在该过程中，采用催化加氢工艺+干法脱硫彻底脱除硫化物，这对氦气的提纯也起到了十分关键的作用；本实用新型专利技术解决了天然气脱碳、脱硫、脱氢、干燥、微量杂质尤其是氖去除问题从而提高了氦气纯度。纯度。纯度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于自贫氦特贫氦天然气中提纯氦气的设备


[0001]本技术涉及氦气生产
，具体指一种用于自贫氦特贫氦天然气中提纯氦气的设。

技术介绍

[0002]氦气是军工、航空航天不可或缺的重要战略物资，然而我国是贫氦国，氦气提取技术落后，95％以上的氦气必须依赖进口且进口量呈逐年上升趋势。目前，国际上主流的氦气提取技术为深冷法，该法用于国内普遍存在的贫氦乃至特贫氦气田，投资及能耗巨大，无产业化价值。
[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采用变压吸附作为脱碳及氦气纯化的最终手段，脱除杂质不彻底，杂质易在工艺生产过程中累积，导致氦气纯度不达标，且其未考虑干燥脱水，产品露点难以保证；CN215113528U采用MDEA脱碳，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，且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，无经济性。
[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)国内气田的天然气含有微量的硫，国家标准对天然气的硫含量要求为总硫不大于100mg/cm3，现有公开技术均未考虑有机硫和无机硫的脱除方案，无论是PSA还是MDEA均不能彻底脱除有机硫满足后续催化脱氢的催化剂要求，很容易造成催化剂中毒，同时氢气杂质无法与氦气分离，最终造成氦气纯度不合格；
[0006]2)现有技术未考虑工艺过程换热的合理组织，存在“冷热病”；如压缩机产生的热量被冷却进行脱碳，脱氢反应又需要加热，后续过程又需要冷却，脱氢若是在常温下进行，则很难保证H2的去除率，直接影响到氦气纯度；
[0007]3)现有技术适用的天然气He含量为0.1％左右，而国内气田的现状为贫氦乃至特贫氦天然气，对比无法获得有效分离及提纯。
[0008]因此，针对目前以国内贫氦、特贫氦天然气资源提取氦气的技术，有待于做进一步的改进。

技术实现思路

[0009]本技术所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能直接从贫氦、特贫氦气田(0.03
‑
0.1％He)预处理后的天然气中提取氦气并纯化为高纯氦(99.999％)的用于自贫氦、特贫氦天然气中提纯氦气的设备。
[0010]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，提供一种能解决天然气脱碳、脱硫、脱氢、干燥、微量杂质尤其是氖去除问题从而提高产物纯度的用于自贫氦、特贫氦天然气中提纯氦气的设备。
[0011]本技术解决至少一个上述技术问题所采用的技术方案为：
[0012]一种用于自贫氦、特贫氦天然气中提纯氦气的设备，包括：
[0013]预净化系统，具有供贫氦天然气输入的入口，用于对进气中的CO2、水、重烃和部分硫化物进行脱除；
[0014]膜分离系统，设于所述预净化系统下游，包括有至少两组以上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管网的非渗透气及氦气提浓后的渗透气；
[0015]脱硫单元，连接于所述膜分离系统中，用于对工艺气中的硫化物进行脱除；
[0016]脱氢单元，连接于所述膜分离系统中且位于脱硫单元的下游，用于对工艺气中的残氢进行脱除；以及
[0017]低温杂质脱除单元，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CH4、N2、Ar、O2、Ne中的至少一种进行脱除。
[0018]上述脱硫、脱氢、脱除杂质的设施可进一步变成，也可以分布分级实施，也可以相互耦合集成实施。
[0019]优选地，所述脱硫单元串接于两相邻的膜分离器之间，包括有位于上游的加氢反应器及位于下游的脱硫塔，所述加氢反应器用于将天然气中的氢气和有机硫化物进行反应从而将有机硫转化为无机硫硫化物，所述脱硫塔用于脱除无机硫硫化物。
[0020]优选地，两相邻的所述膜分离器之间设置有2#压缩机，该2#压缩机的初级进口与其上游的膜分离器的渗透气侧相连通、末级出口与所述脱硫塔的顶部进口相连通，所述2#压缩机的中部出口与加氢反应器的顶部进口相连通，所述加氢反应器的底部出口与2#压缩机的末级进口相连通。
[0021]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氢进行脱除，所述脱氢冷却器用于对脱除残氢后的工艺气进行冷却、为进入下游的膜分离器做准备。
[0022]优选地，所述低温杂质脱除单元包括依次串接于膜分离系统下游的粗氦预冷器及低温吸附器，所述粗氦预冷器用于降低水露点，所述低温吸附器用于对工艺气所含的CH4、N2、Ar、O2、Ne中的至少一种进行脱除。
[0023]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、4#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，所述3#膜分离器与4#膜分离器之间设置有用于对工艺气进行升压的3#压缩机，所述4#膜分离器与低温杂质脱除单元之间设置有用于对工艺气进行升压的4#压缩机。
[0024]优选地，本技术可根据原料气中H2含量设置脱氢和脱硫的位置，在原料气含H2量高状态下，所述脱硫单元设于2#膜分离器与3#膜分离器之间且与2#压缩机配合连接，所述脱氢单元设于3#膜分离器与4#膜分离器之间；在原料气含H2量低状态下(进入脱氢反应器的氢气浓度不超过2％为宜)，所述脱氢单元设于4#膜分离器的下游，所述脱硫单元设于3#膜分离器与4#膜分离器之间且与3#压缩机配合连接。
[0025]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然气管网相连接的第一管道，所述2#膜分离器的顶部连接有将其非渗透气侧与第一管道相连接的第二管道，该第二管道上设置有沿气流方向串接的天然气缓冲罐、天然气增压机，所述3#膜分离器的顶
部连接有将其非渗透气侧与天然气缓冲罐上游的第二管道相连接的第三管道，所述4#膜分离器顶部连接有将其非渗透气侧与脱硫单元下游、3#膜分离器上游的管线相连接的第四管道。
[0026]优选地，所述的预净化系统为TSA净化系统，所述TSA净化系统为变温吸附，包括有吸附单元及再生单元，所述吸附单元中填装有用于吸附CO2、水、重烃和部分硫化物的吸附剂，所述再生单元包括有第五管道、再生气加热器、第六管道及再生气冷却器，所述第五管道连接于第一管道的入口附近与TSA净化系统的底部进口之间，所述再生气加热器设于第五管道上、用于将第一管道中的部分非渗透气进行加热后输入TSA净化系统吹除吸附在吸附剂内的杂质，所述第六管道连接于TSA净化系统的顶部出口与第一管道之间且与第一管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于自贫氦特贫氦天然气中提纯氦气的设备，其特征在于包括：预净化系统，具有供贫氦天然气输入的入口，用于对进气中的CO2、水、重烃和部分硫化物进行脱除；膜分离系统，设于所述预净化系统下游，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气然管网的非渗透气及氦气提浓后的渗透气；脱硫单元，连接于所述膜分离系统中，用于对工艺气中的硫化物进行脱除；脱氢单元，连接于所述膜分离系统中且位于脱硫单元的下游，用于对工艺气中的残氢进行脱除；以及低温杂质脱除单元，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CH4、N2、Ar、O2、Ne中的至少一种进行脱除。2.根据权利要求1所述的用于自贫氦特贫氦天然气中提纯氦气的设备，其特征在于：所述脱硫单元串接于两相邻的膜分离器之间，包括有位于上游的加氢反应器及位于下游的脱硫塔，所述加氢反应器用于将天然气中的H2和有机硫化物进行反应从而将有机硫化物转化为无机硫化物，所述脱硫塔用于脱除无机硫化物。3.根据权利要求2所述的用于自贫氦特贫氦天然气中提纯氦气的设备，其特征在于：两相邻的所述膜分离器之间设置有2#压缩机，该2#压缩机的初级进口与其上游的膜分离器的渗透气侧相连通、末级出口与所述脱硫塔的顶部进口相连通，所述2#压缩机的中部出口与加氢反应器的顶部进口相连通，所述加氢反应器的底部出口与2#压缩机的末级进口相连通。4.根据权利要求1或2或3所述的用于自贫氦特贫氦天然气中提纯氦气的设备，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氢进行脱除，所述脱氢冷却器用于对脱除残氢后的工艺气进行冷却、为进入下游的膜分离器做准备。5.根据权利要求1或2或3所述的用于自贫氦特贫氦天然气中提纯氦气的设备，其特征在于：所述低温杂质脱除单元包括依次串接于膜分离系统下游的粗氦预冷器及低温吸附器，所述粗氦预冷器用于将降低水露点，所述低温吸附器用于对工艺气所含的CH4、N2、Ar、O2、Ne中的至少一种进行脱除。6.根据权利要求1或2或3所述的用于自贫氦特贫氦天然气中提纯氦气的设备，其特征在于：所述的膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：亢万忠，初鹏，李永先，刘兴东，徐超，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：