CN110844894A - 一种氦气提浓系统 - Google Patents

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张文彬
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Abstract

本发明公开了一种氦气提浓系统，包括以下单元：第一压缩单元、第二压缩单元、第三压缩单元、第一膜分离单元、第二膜分离单元、第三膜分离单元、变压吸附单元，含低浓度氦气的原料气与第一压缩单元的入口连接，第一压缩单元的出口与第一膜分离单元的进口连接，第一膜分离单元出口的非渗透气与第二压缩单元的进口连接，第一膜分离单元出口的渗透气与第二压缩单元的入口连接，第二膜分离单元出口的非渗透气外送，第二膜分离单元出口的渗透气与第一压缩单元的入口连接。本发明所述的一种氦气提浓系统，采用三套膜分离单元、一套变压吸附单元及三套压缩单元组合技术将低浓度氦气提浓，对低浓度氦气采用两级膜分离串联回收氦气，氦气回收率高。

Description

一种氦气提浓系统
技术领域
本发明涉及氦气处理领域，特别涉及一种氦气提浓系统。
背景技术
部分地下水以及部分天然气中含有少量氦气，特别是以天然气为原料制取LNG产品后，其尾气中氦气浓度提高到1～10％，为了进一步得到高纯度的氦气，通常采用低温分离或者吸附法或膜分离或甲烷化来提纯氦气。不管采用何种技术来提取高纯度的氦气，均需要将低浓度氦气提浓，目前还没有一种投资低，成本低，氦气高回收率高，将低浓度氦气提浓技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种氦气提浓系统，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种氦气提浓系统，包括以下单元：第一压缩单元、第二压缩单元、第三压缩单元、第一膜分离单元、第二膜分离单元、第三膜分离单元、变压吸附单元，含低浓度氦气的原料气与第一压缩单元的入口连接，所述第一压缩单元的出口与第一膜分离单元的进口连接，所述第一膜分离单元出口的非渗透气与第二压缩单元的进口连接，所述第一膜分离单元出口的渗透气与第二压缩单元的入口连接，所述第二膜分离单元出口的非渗透气外送，所述第二膜分离单元出口的渗透气与第一压缩单元的入口连接，所述第二压缩单元的出口与第三膜分离单元的进口连接，所述第三膜分离单元出口的非渗透气与第一膜分离单元的进口连接，所述第三膜分离单元出口的渗透气与第三压缩单元的入口连接，所述第三压缩单元的出口与变压吸附单元的进口连接，所述变压吸附单元出口的解析气与第二压缩单元的入口连接，所述变压吸附单元出口高浓度氦气送后续高纯氦气提纯系统。
优选的，所述低浓度氦气的氦气浓度为1～10％氦气，所述第一膜分离单元后氦气浓度提高到8～50％，所述第三膜分离单元后氦气浓度提高到50～80％，所述经过变压吸附单元后氦气+氢气的浓度大于95％。
优选的，所述第二膜分离单元出口渗透气与含低浓度氦气的原料气混合，然后与第一压缩单元的入口连接。
优选的，所述第二压缩单元出口压力比第一压缩单元出口压力高，保证第三膜分离单元出口的非渗透气压力与第一压缩单元出口压力相当，所述第三膜分离单元出口的非渗透气与第一压缩单元出口气混合，然后与第一膜分离单元进口连接。
优选的，所述变压吸附单元出口解析气与第一膜分离单元出口渗透气混合，然后与第二压缩单元入口连接。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明中，采用三套膜分离单元、一套变压吸附单元及三套压缩单元组合技术将低浓度氦气提浓，对低浓度氦气采用两级膜分离串联回收氦气，氦气回收率高，不同压力的相近氦气浓度的气体合并，节省压缩功，两级膜分离与变压吸附组合保证获得高浓度氦气，氦气回收率高，投资低，能耗低，成本低。
附图说明
图1是本发明的系统循环流程图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一：
如图1所示，一种氦气提浓系统，包括以下单元：第一压缩单元、第二压缩单元、第三压缩单元、第一膜分离单元、第二膜分离单元、第三膜分离单元、变压吸附单元，含低浓度氦气的原料气与第一压缩单元的入口连接，所述第一压缩单元的出口与第一膜分离单元的进口连接，所述第一膜分离单元出口的非渗透气与第二压缩单元的进口连接，所述第一膜分离单元出口的渗透气与第二压缩单元的入口连接，所述第二膜分离单元出口的非渗透气外送，所述第二膜分离单元出口的渗透气与第一压缩单元的入口连接，所述第二膜分离单元出口渗透气与含低浓度氦气的原料气混合，然后与第一压缩单元的入口连接，所述第二压缩单元的出口与第三膜分离单元的进口连接，所述第二压缩单元出口压力比第一压缩单元出口压力高，保证第三膜分离单元出口的非渗透气压力与第一压缩单元出口压力相当，所述第三膜分离单元出口的非渗透气与第一压缩单元出口气混合，然后与第一膜分离单元进口连接，所述第三膜分离单元出口的非渗透气与第一膜分离单元的进口连接，所述低浓度氦气的氦气浓度为1～10％氦气，所述第一膜分离单元后氦气浓度提高到8～50％，所述第三膜分离单元后氦气浓度提高到50～80％，所述经过变压吸附单元后氦气+氢气的浓度大于95％，所述第三膜分离单元出口的渗透气与第三压缩单元的入口连接，所述第三压缩单元的出口与变压吸附单元的进口连接，所述变压吸附单元出口的解析气与第二压缩单元的入口连接，所述变压吸附单元出口解析气与第一膜分离单元出口渗透气混合，然后与第二压缩单元入口连接，所述变压吸附单元出口高浓度氦气送后续高纯氦气提纯系统。
实施例二：
在实施例一的基础之上，以天然气液化尾气(BOG气体)为例，液化BOG气体压力约0.11Mpa(G),流量500Nm3/h，组成为：HE：4％、H2：0.8％、N2：11％、CH4：84.1％，与膜分离Ⅱ单元出口渗透气混合后，进入压缩I单元，压缩到2.2Mpa(G)后与膜分离Ⅲ单元出口渗透气混合，然后进入膜分离I单元。膜分离I单元出口的非渗透气进入膜分离Ⅱ单元，膜分离Ⅱ单元出口渗透气流量约24.3Nm3/h，含氦约4.5％，返回到压缩I单元进口与BOG气体混合；膜分离Ⅱ单元出口的非渗透气外送，流量477Nm3/h，含氦约0.17％。膜分离I单元出口渗透气流量约71.8Nm3/h，含氦约29.9％，与变压吸附单元来的解析气混合后进入压缩Ⅱ单元，压缩到2.3Mpa(G)后进入膜分离Ⅲ单元。膜分离Ⅲ单元出口的非渗透气流量约48.7Nm3/h，含氦约4.6％，返回到膜分离I单元进口与压缩I单元出口气体混合；膜分离Ⅲ单元出口渗透气流量约31.2Nm3/h，含氦约72.4％，进入压缩Ⅲ单元。压缩到2.4Mpa(G)后进入变压吸附单元，变压吸附单元出口解析气流量约8Nm3/h，含氦约42.1％，返回到压缩Ⅱ单元进口与膜分离I单元出口渗透气混合；变压吸附单元出口高浓度氦气流量约23.1Nm3/h，含氦约83％、含氢气约16.6％，送后续高纯氦气提纯系统。
实施例三：
在实施例一的基础之上，以含氦地下水为例，含氦地下水分离出含氦气体压力约0.12Mpa(G),流量1000Nm3/h，组成为：HE：1.5％、H2：0.2％、N2：70％、CH4：28％、O2：0.3％，与膜分离Ⅱ单元出口渗透气混合后，进入压缩I单元，压缩到2.8Mpa(G)分离水后与膜分离Ⅲ单元出口渗透气混合，然后进入膜分离I单元。膜分离I单元出口的非渗透气进入膜分离Ⅱ单元，膜分离Ⅱ单元出口渗透气流量约54Nm3/h，含氦约1.5％，返回到压缩I单元进口与BOG气体混合；膜分离Ⅱ单元出口的非渗透气外送，流量922Nm3/h，含氦约0.06％。膜分离I单元出口渗透气流量约133Nm3/h，含氦约13.4％，与变压吸附单元来的解析气混合后进入压缩Ⅱ单元，压缩到2.9Mpa(G)分离水后进入膜分离Ⅲ单元。膜分离Ⅲ单元出口的非渗透气流量约96Nm3/h，含氦约1.8％，返回到膜分离I单元进口与压缩I单元出口气体混合；膜分离Ⅲ单元出口渗透气流量约28Nm3/h，含氦约56.6％，进入压缩Ⅲ单元。压缩到2.4Mpa(G)分离水后进入变压吸附单元，变压吸附单元出口解析气流量约12Nm3/h，含氦约19.6％，返回到压缩Ⅱ单元进口与膜分离I单元出口渗透气混合；变压吸附单元出口高浓度氦气流量约15.7Nm3/h，含氦约86％、含氢气约11.5％，送后续高纯氦气提纯系统。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种氦气提浓系统，其特征在于：包括以下单元：第一压缩单元、第二压缩单元、第三压缩单元、第一膜分离单元、第二膜分离单元、第三膜分离单元、变压吸附单元，含低浓度氦气的原料气与第一压缩单元的入口连接，所述第一压缩单元的出口与第一膜分离单元的进口连接，所述第一膜分离单元出口的非渗透气与第二压缩单元的进口连接，所述第一膜分离单元出口的渗透气与第二压缩单元的入口连接，所述第二膜分离单元出口的非渗透气外送，所述第二膜分离单元出口的渗透气与第一压缩单元的入口连接，所述第二压缩单元的出口与第三膜分离单元的进口连接，所述第三膜分离单元出口的非渗透气与第一膜分离单元的进口连接，所述第三膜分离单元出口的渗透气与第三压缩单元的入口连接，所述第三压缩单元的出口与变压吸附单元的进口连接，所述变压吸附单元出口的解析气与第二压缩单元的入口连接，所述变压吸附单元出口高浓度氦气送后续高纯氦气提纯系统。
2.根据权利要求1所述的一种氦气提浓系统，其特征在于：所述低浓度氦气的氦气浓度为1～10％氦气，所述第一膜分离单元后氦气浓度提高到8～50％，所述第三膜分离单元后氦气浓度提高到50～80％，所述经过变压吸附单元后氦气+氢气的浓度大于95％。
3.根据权利要求2所述的一种氦气提浓系统，其特征在于：所述第二膜分离单元出口渗透气与含低浓度氦气的原料气混合，然后与第一压缩单元的入口连接。
4.根据权利要求3所述的一种氦气提浓系统，其特征在于：所述第二压缩单元出口压力比第一压缩单元出口压力高，保证第三膜分离单元出口的非渗透气压力与第一压缩单元出口压力相当，所述第三膜分离单元出口的非渗透气与第一压缩单元出口气混合，然后与第一膜分离单元进口连接。
5.根据权利要求4所述的一种氦气提浓系统，其特征在于：所述变压吸附单元出口解析气与第一膜分离单元出口渗透气混合，然后与第二压缩单元入口连接。
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