【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及氦氣生產，具體指一種直接從天然氣中獲取高純氦氣的設備及工藝。
技術介紹
1、氦氣是我國稀缺的不可再生資源，對國防進步和科技發展起著不可替代的作用。傳統氦氣提取技術深冷法，用于國內普遍存在的貧氦乃至特貧氦氣田，單位產品成本高，無工業應用價值。
2、授權公告號為cn214087729u的中國專利《一種常溫天然氣氦氣提取提純系統》、授權公告號為cn215113528u的中國專利《一種從天然氣中提取氦氣制取液氦的裝置》分別公開了自天然氣中提取氦氣的技術。其中，cn214087729u一是單純采用變壓吸附作為氦氣純化的最終手段，ch4、n2、ar、尤其是ne雜質脫除不徹底，雜質隨循環氣在工藝生產過程中累積，導致氦氣純度不達標；二是其未考慮干燥脫水，產品露點難以保證；三是未考慮硫的脫除，脫氫單元難以長時間運行。cn215113528u采用mdea脫碳，一是未考慮醇胺揮發或夾帶對后續分離膜耐受性及性能指標的影響，二是膜分離器下游存在較高的背壓，膜分離操作壓差小，導致分離效果差、膜設備投資大幅度上升，技術經濟不合理。
3、對于現有技術中已公開的自天然氣中提取氦氣的技術，還普遍存在以下問題：
4、1)國內氣田的天然氣中普遍含硫，即使經處理過的外輸產品硫含量一般為20～100mg/cm3且以有機硫為主，現有公開技術均未考慮硫的脫除方案，無論是psa還是mdea均不能有效脫除有機硫，使脫氫單元無法長期運行；
5、2)現有技術未考慮催化脫氫和脫碳的操作條件，脫氫在常溫下進行無法保證氫氣的轉化
6、3)油氣行業多采用有油潤滑的活塞式壓縮機，天然氣產品中含有微量潤滑油，長期運行會影響膜分離效果乃至壽命，現有技術膜前過濾處理設施。
7、4)現有技術未考慮脫氫氧氣的來源，氧氣中微量n2、ar等雜質可能對產品純度造成不利影響。
8、5)現有技術雖考慮了脫水工藝，但未明確指出干燥系統再生方式以及再生氣的來源問題。
9、因此，基于目前國內天然氣條件獲取單一氦氣產品的技術，仍存在較大改進空間。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的第一個技術問題是基于國內資源現狀，提供一種能直接從貧氦、特貧氦管輸天然氣中提取氦氣并純化為高純氦(99.999％)及生產液氦的設備及工藝。
2、本專利技術所要解決的第二個技術問題是針對現有技術的現狀，提出一種膜前過濾處理裝置，解決來自壓縮機的殘余潤滑油脂對膜分離長期運行造成的影響。
3、本專利技術所要解決的第三個技術問題是針對現有技術的現狀，提供一種酸性氣體脫除的方法，避免吸收溶劑帶入工藝氣對分離膜造成不利影響。
4、本專利技術所要解決的第四個技術問題是針對現有技術的現狀，提供一種通過cos中溫水解塔、精脫硫塔組合工藝有效脫出有機硫和無機硫方法，保證了催化脫氫單元的長穩運行。
5、本專利技術所要解決的第五個技術問題是針對現有技術的現狀，提出加氫及有機硫氧化所需補氧的具體位置及采用電解水獲得高純氧以減少雜質的積聚，可有效保證氦氣純度。
6、本專利技術所要解決的第六個技術問題是針對現有技術的現狀，提出采用tsa進行徹底干燥以及利用尾氣作為再生氣源，減少有用氣體損失。
7、本專利技術所要解決的第七個技術問題是針對現有技術的現狀，提出利用壓縮機分段滿足cos水解、精脫硫、脫氫反應最佳操作溫度的要求，從而避免了工藝流程的“冷熱病”問題，使得能量利用更為合理。
8、本專利技術還提供了一種直接從天然氣中獲取高純氦氣的工藝。
9、本專利技術解決至少一個上述技術問題所采用的技術方案為：
10、一種直接從天然氣中獲取高純氦氣的設備，包括：
11、精密濾油器，設置有供貧氦含硫天然氣輸入的進氣口，用于脫除天然氣中懸浮的油滴；
12、膜分離系統，設于所述精密濾油器的下游，包括有至少兩組相串聯或并聯的膜分離器，用于對物料進行滲透分離得到送天氣然尾氣管網的非滲透氣及氦氣提濃后的滲透氣；
13、酸氣脫除單元，連接于所述膜分離系統中，用于脫除工藝氣中的co2、h2s并將揮發的胺液進行去除；
14、精脫硫單元，連接于所述膜分離系統中且位于酸氣脫除單元的下游，用于對工藝氣中的含硫物進行脫除；
15、脫氫單元，連接于所述膜分離系統中且位于精脫硫單元的下游，用于對工藝氣中的殘h2進行脫除；
16、再凈化系統，設于所述膜分離系統及脫氫單元的下游，用于對工藝氣所含的co2、h2o、硫化物中的至少一種進行去除；以及
17、低溫雜質脫除單元，設于所述再凈化系統的下游，用于對工藝氣所含的ch4、n2、ar、o2、ne中的至少一種進行脫除。
18、優選地，所述酸氣脫除單元串接于兩相鄰的膜分離器之間，包括沿氣流方向依次串接的胺洗塔、洗胺塔，所述胺洗塔用于除去工藝氣中的大量co2、h2s，所述洗胺塔用于除去工藝氣中的夾帶的胺液。優選地，當原料處理規模小、co2含量高時，酸氣脫除單元可以用vpsa工藝代替。
19、優選地，所述精脫硫單元串接于兩相鄰的膜分離器之間，包括有依次串接的cos中溫水解塔、水冷卻器及精脫硫塔，所述cos中溫水解塔用于將cos轉化為h2s，所述水冷卻器用于對工藝氣進行冷卻，所述精脫硫塔用于脫除全部硫化物。優選地，脫硫單元可以根據需要采用多級cos水解塔、精脫硫進行串聯或并聯組合。
20、優選地，還包括用于提供高純氧的電解水裝置，該電解水裝置的氧氣輸出端與所述精脫硫塔的入口相連接，用于為精脫硫塔的有機硫氧化及脫氫單元提供所需氧氣。
21、優選地，所述脫氫單元串接于兩相鄰的膜分離器之間，包括有位于上游的催化脫氫反應器及位于下游的脫氫冷卻器，所述催化脫氫反應器用于對工藝氣中的殘h2進行脫除，所述脫氫冷卻器用于對脫除殘h2后的工藝氣進行冷卻、為進入下游的膜分離器做準備。優選地，根據需要可以采用多級脫氫反應器串聯或并聯組合。
22、優選地，所述的膜分離系統包括依次串接的1#膜分離器、2#膜分離器、3#膜分離器，所述1#膜分離器與2#膜分離器之間設置有用于對工藝氣進行升壓的1#壓縮機，所述2#膜分離器與3#膜分離器之間設置有用于對工藝氣進行升壓的2#壓縮機、2#增壓機，所述3#膜分離器與再凈化系統之間設置有用于對工藝氣進行升壓的3#壓縮機。
23、優選地，所述酸氣脫除單元設于1#膜分離器與2#膜分離器之間且位于1#壓縮機的下游；所述精脫硫單元設于2#膜分離器與3#膜分離器之間且位于2#壓縮機與2#增壓機之間；所述脫氫單元設于2#膜分離器與3#膜分離器之間且位于2#增壓機的下游。優選地，為了達到最佳效果，2#壓縮機與2#增壓機均不設后冷卻器。
24、優選地，所述1#膜分離器的頂部連接有將其非滲透氣側與天然氣管網相連接的第一管道，所述2#膜分離器的頂部連接有將其非滲透氣側與第一管道相連接的第二管道，所述3#膜分本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種直接從天然氣中獲取高純氦氣的設備，其特征在于包括：
2.根據權利要求1所述的直接從天然氣中獲取高純氦氣的設備，其特征在于：所述酸氣脫除單元串接于兩相鄰的膜分離器之間，包括沿氣流方向依次串接的胺洗塔、洗胺塔，所述胺洗塔用于除去工藝氣中的大量CO2、H2S，所述洗胺塔用于除去工藝氣中的夾帶的胺液。
3.根據權利要求1所述的直接從天然氣中獲取高純氦氣的設備，其特征在于：所述精脫硫單元串接于兩相鄰的膜分離器之間，包括有依次串接的COS中溫水解塔、水冷卻器及精脫硫塔，所述COS中溫水解塔用于將COS轉化為H2S，所述水冷卻器用于對工藝氣進行冷卻，所述精脫硫塔用于脫除全部硫化物。
4.根據權利要求3所述的直接從天然氣中獲取高純氦氣的設備，其特征在于：還包括用于提供氧氣的電解水裝置，該電解水裝置的氧氣輸出端與所述精脫硫塔的入口相連接、用于為精脫硫塔及脫氫單元提供所需高純氧。
5.根據權利要求1～4中任一項所述的直接從天然氣中獲取高純氦氣的設備，其特征在于：所述脫氫單元串接于兩相鄰的膜分離器之間，包括有位于上游的催化脫氫反應器及位于下游的脫
6.根據權利要求1～4中任一項所述的直接從天然氣中獲取高純氦氣的設備，其特征在于：所述的膜分離系統包括依次串接的1#膜分離器、2#膜分離器、3#膜分離器，所述1#膜分離器與2#膜分離器之間設置有用于對工藝氣進行升壓的1#壓縮機，所述2#膜分離器與3#膜分離器之間設置有用于對工藝氣進行升壓的2#壓縮機、2#增壓機，所述3#膜分離器與再凈化系統之間設置有用于對工藝氣進行升壓的3#壓縮機。
7.根據權利要求6所述的直接從天然氣中獲取高純氦氣的設備，其特征在于：所述酸氣脫除單元設于1#膜分離器與2#膜分離器之間且位于1#壓縮機的下游；所述精脫硫單元設于2#膜分離器與3#膜分離器之間且位于2#壓縮機與2#增壓機之間；所述脫氫單元設于2#膜分離器與3#膜分離器之間且位于2#增壓機的下游。
8.根據權利要求6所述的直接從天然氣中獲取高純氦氣的設備，其特征在于：所述1#膜分離器的頂部連接有將其非滲透氣側與天然氣管網相連接的第一管道，所述2#膜分離器的頂部連接有將其非滲透氣側與第一管道相連接的第二管道，所述3#膜分離器的頂部連接有將其非滲透氣側與1#壓縮機和2#膜分離器入口之間的管線相連接的第三管道。
9.根據權利要求8所述的直接從天然氣中獲取高純氦氣的設備，其特征在于：所述的再凈化系統為TSA凈化系統，所述TSA凈化系統包括有吸附單元及再生單元，所述吸附單元中填裝有用于吸附CO2、水、重烴和部分硫化物的吸附劑，所述再生單元包括有第四管道及第五管道，所述第四管道連接于第一管道的入口附近與TSA凈化系統的頂部進口之間，用于將第一管道中的部分非滲透氣輸入TSA凈化系統吹除吸附在吸附劑內的雜質，所述第五管道連接于TSA凈化系統的頂部出口與第二管道之間。
10.一種直接從天然氣中獲取高純氦氣的工藝，其特征在于包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種直接從天然氣中獲取高純氦氣的設備，其特征在于包括：
2.根據權利要求1所述的直接從天然氣中獲取高純氦氣的設備，其特征在于：所述酸氣脫除單元串接于兩相鄰的膜分離器之間，包括沿氣流方向依次串接的胺洗塔、洗胺塔，所述胺洗塔用于除去工藝氣中的大量co2、h2s，所述洗胺塔用于除去工藝氣中的夾帶的胺液。
3.根據權利要求1所述的直接從天然氣中獲取高純氦氣的設備，其特征在于：所述精脫硫單元串接于兩相鄰的膜分離器之間，包括有依次串接的cos中溫水解塔、水冷卻器及精脫硫塔，所述cos中溫水解塔用于將cos轉化為h2s，所述水冷卻器用于對工藝氣進行冷卻，所述精脫硫塔用于脫除全部硫化物。
4.根據權利要求3所述的直接從天然氣中獲取高純氦氣的設備，其特征在于：還包括用于提供氧氣的電解水裝置，該電解水裝置的氧氣輸出端與所述精脫硫塔的入口相連接、用于為精脫硫塔及脫氫單元提供所需高純氧。
5.根據權利要求1～4中任一項所述的直接從天然氣中獲取高純氦氣的設備，其特征在于：所述脫氫單元串接于兩相鄰的膜分離器之間，包括有位于上游的催化脫氫反應器及位于下游的脫氫冷卻器，所述催化脫氫反應器用于對工藝氣中的殘h2氫進行脫除，所述脫氫冷卻器用于對脫除殘h2后的工藝氣進行冷卻，為進入下游的膜分離器做準備。
6.根據權利要求1～4中任一項所述的直接從天然氣中獲取高純氦氣的設備，其特征在于：所述的膜分離系統包括依次串接的1#膜分離器、2#膜分離器、3#膜分離器，所述1#膜分離器與2#膜分離器之間設置有用于對工藝氣進行升...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李永先，初鵬，亢萬忠，陳虹，雷靂，徐徜徉，羅宗敏，范斌，
申請(專利權)人：中石化寧波技術研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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