CN116281896B - 一种含氦煤层气浓缩低温提氦的方法 - Google Patents

一种含氦煤层气浓缩低温提氦的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含氦煤层气浓缩低温提氦的方法。所述方法包括如下步骤：含氦煤层气经前处理后依次经第一级变压吸附脱碳分离、第二级变压吸附浓缩提氦、低温冷凝液化提氦和第三级变压吸附分离精制，得到液化天然气和氦气产品；第一级变压吸附脱碳分离、第二级变压吸附浓缩提氦和第三级变压吸附分离精制采用的吸附剂均为碳分子筛；碳分子筛的分离系数本发明变压吸附脱碳、变压吸附浓缩提氦以及变压吸附精制均选用一种碳分子筛，即可达到脱碳、浓缩提氦和氦气精制的目的，浓缩提氦分离效率显著提高，在煤层气利用、氦气制备技术途径拓宽方面具有重要的意义和应用价值。

Description

一种含氦煤层气浓缩低温提氦的方法
技术领域
本发明涉及一种含氦煤层气浓缩低温提氦的方法，属于氦气提纯技术领域。
背景技术
氦气(He)是一种不可再生资源，具有沸点低(-269℃、4K)、导热性好、渗透性好、性质稳定、绝对零度不固化等独特性能。因此，氦气被广泛应用于航空航天、军工、潜艇、尖端科研、高端制造、医疗等领域，是国防军工和高科技产业发展不可或缺的战略性物资。
自然界中氦气分布广泛，在地幔、空气、矿石及天然气中均有分布，但含量极少，很难形成具有开采价值的工业气藏。大气中氦的浓度极低，并且空气中气体成分复杂，很难从中提取氦气。放射性矿区的氦含量很高，但由于开采量少，上述地区无法为工业应用提供足够的氦。目前最主要的来源是以游离态存在的富氦天然气藏，其具有工业经济价值的含量下限为0.05％，其次还有少量水溶氦。
氦气制备按来源分主要有4种，分别为天然气分离法、合成氨法(在合成氨中，从尾气分离提纯的氦)、空气分离法和铀矿石法。其中，空气分离法和铀矿石法仅处于技术研究阶段很难实现工业化，合成氨法早期有过研究开发，进行了中试试验但未工业化，天然气分离法是包括天然气和液化闪蒸气(BOG)分离提氦，已实现了工业化生产。氦气按制备工艺分主要包括：天然气、空气深冷分离工艺、氢液化工艺、膜分离工艺、变压吸附工艺等，其中天然气深冷分离工艺应用于天然气氦气的提取，空气深冷分离工艺应用于大气中氦气的提取，氢液化工艺应用于合成氨尾气中氦气的提取，膜分离工艺多应用于氦气的粗提，变压吸附工艺则通常用于粗氦气的精制。
现有技术中，中国专利申请(CN101975503A、CN102735020A、CN102937369B)公开了针对天然气提氦工艺，采用后膨胀制冷的单塔低温精馏分离工艺、后膨胀+氮循环制制冷的两塔低温精馏工艺，实现了天然气中氦气分离。中国专利申请CN112811402A公开了天然气提氦方法，采用水合物法制粗氦联合变压吸附纯化精制工艺。中国专利申请CN113148967A公开了一种管道天然气提氦方法，采用多级膜分离粗提联合变压吸附和变温吸附精制工艺。中国专利申请(CN109734064B、CN110455038B、CN106352657B、CN214009705U、CN113154409A)公开了针对BOG气体提氦方法，采用两级或四级低温精馏工艺、纯氧燃烧和两级低温冷凝组合工艺。中国专利申请CN113501508A公开了针对天然气或BOG气体提氦方法，采用两级膜分离和低温吸附纯化组合工艺。中国专利申请CN210559394U公开了从光纤预制棒过程排放的氦气、氯气及其他杂质混合气中回收提纯氦气的装置，采用膜分离工艺制粗氦再进行低温吸附纯化。中国专利申请(CN113865263A、CN112880302A)公开了天然气提取粗氦并联产液化天然气系统，采用混合冷剂循环制冷的三级精馏提氦工艺、两级膜分离制粗氦联合低温吸附纯化工艺。中国专利申请CN113247872A公开了一种粗氦提纯回收装置，采用膜分离和变温吸附精制工艺。中国专利申请CN112919437A公开了一种高含氢粗氦精制方法，采用变压吸附纯化和催化脱氢联合工艺。中国专利申请CN112023618A公开了一种粗氦精制方法，采用催化脱氢、中压低温冷凝和常温变压吸附联合工艺。
从氦气制备的气源方面看，主要有天然气、液化天然气闪蒸气(BOG)以及光纤预制棒过程排放的氦气混合气等，并未有针对煤层气中氦气制备的方法。从氦气制备工艺方面看，主要有低温冷凝工艺、膜分离工艺、水合物工艺和纯氧燃烧工艺用于氦气粗提，而并未有变压吸附工艺用于氦气粗提，对于粗氦精制工艺主要有膜分离和变压吸附联合工艺、变压吸附纯化和催化脱氢联合工艺、低温冷凝和变压吸附联合工艺、变压吸附和变温吸附联合工艺，而未见有仅用变压吸附粗氦精制工艺。
发明内容
本发明的目的是针对煤层气中氦气，提供一种含氦煤层气浓缩低温提氦的方法，采用变压吸附浓缩、低温冷凝液化提纯、变压吸附精制工艺，获得液化天然气(LNG)和氦气产品，构思巧妙、工艺容易控制、产品多元。
本发明所提供的含氦煤层气浓缩低温提氦的方法，包括如下步骤：
含氦煤层气经前处理后依次经第一级变压吸附脱碳分离、第二级变压吸附浓缩提氦、低温冷凝液化提氦和第三级变压吸附分离精制，得到液化天然气和氦气产品；
所述第一级变压吸附脱碳分离、所述第二级变压吸附浓缩提氦和所述第三级变压吸附分离精制采用的吸附剂均为碳分子筛；
所述碳分子筛的分离系数(如3.5～4.0)，堆比重为650～700g/L。
其中，所述含氦煤层气中氦气的体积百分含量为0.2～0.5％，甲烷的体积分数为30～60％。
本发明的方法中，所述前处理包括依次进行的脱水、压缩和净化的步骤。
其中，所述脱水的方式为旋风分离脱水；
经所述压缩后，所述含氦煤层气的压力为0.2～1.0MPa，可采用喷水螺杆压缩机进行压缩。
本发明的方法中，所述净化包括依次进行的油水过滤器除尘除水、冷冻式干燥机除水、主管过滤器除尘、高效除油过滤器和活性炭罐除油；
所述冷冻式干燥机除水后煤层气压力露点可为2～10℃，如5℃；
所述活性炭罐内装填的活性炭的堆比重为400～500g/L。
本发明的方法中，所述第一级变压吸附脱碳分离的条件如下：
温度为5～35℃，时间为120～270s，压力为0.2～1.0MPa；
所述第一级变压吸附脱碳分离采用单级变压吸附装置，六塔真空时序；
所述变压吸附脱碳分离排放的尾气进行排空处理。
本发明的方法中，所述第二级变压吸附浓缩提氦的条件如下：
温度为5～35℃，时间为120～270s，压力为0.2～1.0MPa；
变压吸附浓缩提氦，采用单级变压吸附装置，六塔真空时序；
所述变压吸附浓缩提氦排放的尾气返回所述前处理步骤中，与经脱水后的所述含氦煤层气进行混合，以提高产品回收率。
本发明的方法中，所述低温冷凝液化提氦采用氮气三级压缩和两级膨胀制冷的方式，提取粗氦同时制取所述液化天然气；
所述低温精馏提氦采用两级提氦精馏塔和一级脱氮塔。
所述变压吸附浓缩精制分离的条件如下：
温度为5～35℃，时间为120～270s，压力为1.0～2.5MPa。
所述变压吸附精制采用单级变压吸附装置，六塔真空时序；
所述变压吸附精制排放的尾气进行排空处理。
本发明含氦煤层气浓缩低温提氦的方法，流程图如图1所示，以含氦煤层气为原料气，先进行输送、混合、压缩和净化，再根据气源浓度采用两级变压吸附方法对含氦煤层气进行脱碳、浓缩提氦分离，从而使煤层气中氦气的浓度由原料气中的0.3～0.4％提浓至1.0～1.5％，得到一级粗氦。再经过两级低温冷凝液化提氦，使氦气浓度从1.0～1.5％提浓至60～67％，得到二级粗氦，同时还副产甲烷浓度99％的液化天然气(LNG)。最后经变压吸附精制，使氦气浓度从60～67％提浓至99.9％以上，得到氦气产品。本发明变压吸附脱碳、变压吸附浓缩提氦以及变压吸附精制均选用一种碳分子筛，即可达到脱碳、浓缩提氦和氦气精制的目的，浓缩提氦分离效率显著提高，在煤层气利用、氦气制备技术途径拓宽方面具有重要的意义和应用价值。
附图说明
图1为本发明含氦煤层气浓缩低温提氦的方法的工艺流程图。
图2为本发明实施例1-4中含氦煤层气浓缩低温提氦的工艺流程图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中所述装置或设备如无特别说明，均为常规装置或设备。
下述实施例中所述含量如无特别说明，均为体积百分含量。
其中，测定氦气含量采用气相色谱分析方法测量，氦气的回收率(指的是经过变压吸附浓缩分离后得到产品中纯氦气的量占浓缩原料气中纯氦气的量)按照如下公式进行计算：
氦气回收率＝(回收的氦气量/原料气中氦气的量)×100％
测定甲烷含量采用气相色谱分析方法测量，甲烷的回收率(指的是经过变压吸附浓缩分离后得到产品中纯氦气的量占浓缩原料气中纯氦气的量)按照如下公式进行计算：
甲烷回收率＝(回收的甲烷量/原料气中甲烷的量)×100％
下述实施例中所用碳分子筛为BM型，其参数指标如下：吸附剂直径(mm)为1.8～2.1，吸附剂粒度(目)为4～12，耐磨强度98％，吸附剂堆比重为650～700g/L，分离系数为3.5～4.0。
实施例1、对He含量为0.3％的煤层气中的氦气进行浓缩液化提氦分离
本实施例浓缩液化提氦分离的工艺流程如图2所示，具体过程如下：
1)将作为原料气的含氦煤层气进行旋风脱水，得到脱除液态水的含氦煤层气，旋风脱水采用新型α型旋风除雾器，液态水脱水效率为96％；
其中，原料气各组分的名称及体积百分含量分别如下所示：He：0.3％、CH4：30.8％、CO2：22.3％、N2：46.6％；
2)将步骤1)所得脱液态水后的煤层气与变压吸附浓缩提氦返回的常压解吸尾气和真空解吸尾气进行混合，得到混合后煤层气；
3)将步骤2)所得混合后煤层气进行压缩，得到压缩后的煤层气，压缩采用喷水螺杆压缩机，该压缩后的煤层气的压力为0.7MPa；
4)将步骤3)所得压缩后煤层气进行第一级过滤，得到过滤后压缩煤层气，第一级过滤采用油水分离过滤器，可以过滤3μm以上颗粒；
5)将步骤4)所得过滤后压缩煤层气进行干燥脱水，得到干燥脱水后压缩煤层气，干燥脱水采用冷冻式干燥机，脱水后露点温度2～10℃；
6)将步骤5)所得干燥脱水后压缩煤层气进行第二级过滤，得到过滤后压缩煤层气，第二级过滤采用主管过滤器，可以过滤1μm以上颗粒；
7)将步骤6)所得过滤后压缩煤层气进行第三级过滤，得到过滤后压缩煤层气，第三级过滤采用高效除油过滤器，可以过滤0.01μm以上颗粒；
8)将步骤7)所得过滤后压缩煤层气进行活性炭过滤，得到最终过滤净化后压缩煤层气，其中，活性炭罐内装填的活性炭堆比重为500g/L；
步骤3)～步骤8)产生的废水、废油等汇集后经排污10排放。
9)将步骤8)所得最终过滤净化后压缩煤层气进行第一级变压吸附脱碳浓缩分离，得到脱碳浓缩煤层气；
该步骤中，变压吸附采用六塔真空吸附塔，吸附塔内径108mm，吸附剂采用BM型碳分子筛，吸附温度为25℃，吸附时间为180s，吸附压力为0.6MPa；
该步骤中，脱碳浓缩气各组分的名称及体积百分含量分别如下所示：He：0.6％、CH4：62.5％、CO2：0.01％、N2：36.89％，He回收率90.1％，CH4回收率80.8％；
该步骤中，变压吸附脱碳产生的常压解吸尾气和真空解吸尾气排空；
10)将步骤9)所得脱碳浓缩气进行第二级变压吸附浓缩提氦，得到一级粗氦产品气18；
该步骤中，变压吸附采用六塔真空吸附塔，吸附塔内径108mm，吸附剂采用BM型碳分子筛，吸附温度为25℃，吸附时间为210s，吸附压力为0.5MPa；
该步骤中，一级粗氦气各组分的名称及体积百分含量分别如下所示：He：1.15％、CH4：87％、CO2：0％、N2：11.85％，He回收率92％，CH4回收率68％；
该步骤中，变压吸附浓缩提氦产生的常压解吸尾气和真空解吸尾气返回步骤2)与脱水后含氦煤层气进行混合，按照前述步骤3)～步骤10)进行压缩、净化、变压吸附脱碳和变压吸附浓缩提氦；
11)将步骤10)所得一级粗氦气进行低温冷凝液化提氦，得到液化天然气(LNG)产品和二级粗氦气；
该步骤中，制冷方式采用后膨胀+氮气循环制冷，其中氮气循环为三级压缩，后膨胀为两级膨胀；
该步骤中，液化提氦为低温精馏和深冷液化，采用两级提氦精馏塔和一级脱氮塔，一级提氦塔温度-122.6℃、压力2.125MPa，二级提氦塔温度-179.1℃、压力1.9MPa，脱碳塔温度-154.7℃、压力0.205MPa；
该步骤中，液化天然气(LNG)各组分的名称及体积百分含量分别如下所示：CH4：99.89％、N2：0.11％，CH4回收率80.8％；二级粗氦气各组分的名称及体积百分含量分别如下所示：He：66.7％、N2：33.3％，He回收率90.1％；
12)将步骤11)所得二级粗氦气体进行压缩，得到压缩后粗氦气体，该压缩后粗氦气体压力为2.0MPa；
13)将步骤12)所得压缩后粗氦气体进行第一级过滤，得到过滤后压缩粗氦气，第一级过滤采用油水分离过滤器，可以过滤3μm以上颗粒；
14)将步骤13)所得过滤后粗氦气进行干燥脱水，得到干燥脱水后压缩粗氦气，脱水采用冷冻式干燥机，脱水后露点温度2～10℃；
15)将步骤14)所得干燥脱水后压缩粗氦气进行第二级过滤，得到过滤后压缩粗氦气，第二级过滤采用主管过滤器，可以过滤1μm以上颗粒；
16)将步骤15)所得过滤后压缩粗氦气进行第三级过滤，得到过滤后压缩煤层气，第三级过滤采用高效除油过滤器，可以过滤0.01μm以上颗粒；
17)将步骤16)所得最终过滤净化后压缩粗氦气进行变压吸附浓缩精制，得到氦气产品；
该步骤中，变压吸附精制采用六塔真空吸附塔，吸附塔内径108mm，吸附剂采用BM型碳分子筛，吸附温度为25℃，吸附时间为240s，吸附压力为2.0MPa；
该步骤中，氦气产品各组分的名称及体积百分含量分别如下所示：He：99.995％、N2：0.005％，He回收率95％；
该步骤中，变压吸附浓缩精制产生的尾气排空；
步骤12)～步骤16)产生的废水、废油等汇集后经排污排放。
实施例2、对He含量为0.4％的煤层气中的氦气进行浓缩液化提氦分离
本实施例浓缩液化提氦分离的工艺流程如图2所示，具体过程如下：
1)将作为原料气的含氦煤层气1进行旋风脱水，得到脱除液态水的含氦煤层气，旋风脱水采用新型α型旋风除雾器，液态水脱水效率为96％；
其中，原料气各组分的名称及体积百分含量分别如下所示：He：0.4％、CH4：51.7％、CO2：16.4％、N2：31.5％；
2)将步骤1)所得脱液态水后的煤层气与变压吸附浓缩提氦返回的常压解吸尾气和真空解吸尾气进行混合，得到混合后煤层气；
3)将步骤2)所得混合后煤层气进行压缩，得到压缩后的煤层气，压缩采用喷水螺杆压缩机，该压缩后的煤层气的压力为0.7MPa；
4)将步骤3)所得压缩后煤层气进行第一级过滤，得到过滤后压缩煤层气，第一级过滤采用油水分离过滤器，可以过滤3μm以上颗粒；
5)将步骤4)所得过滤后压缩煤层气进行干燥脱水，得到干燥脱水后压缩煤层气，干燥脱水采用冷冻式干燥机，脱水后露点温度2～10℃；
6)将步骤5)所得干燥脱水后压缩煤层气进行第二级过滤，得到过滤后压缩煤层气，第二级过滤采用主管过滤器，可以过滤1μm以上颗粒；
7)将步骤6)所得过滤后压缩煤层气进行第三级过滤，得到过滤后压缩煤层气，第三级过滤采用高效除油过滤器，可以过滤0.01μm以上颗粒；
8)将步骤7)所得过滤后压缩煤层气进行活性炭过滤，得到最终过滤净化后压缩煤层气，其中，活性炭罐内装填的活性炭堆比重为500g/L；
步骤3)～步骤8)产生的废水、废油等汇集后经排污排放。
9)将步骤8)所得最终过滤净化后压缩煤层气进行第一级变压吸附脱碳浓缩分离，得到脱碳浓缩煤层气；
该步骤中，变压吸附采用六塔真空吸附塔，吸附塔内径108mm，吸附剂采用BM型碳分子筛，吸附温度为25℃，吸附时间为180s，吸附压力为0.6MPa；
该步骤中，脱碳浓缩气各组分的名称及体积百分含量分别如下所示：He：0.8％、CH4：83％、CO2：0.02％、N2：16.18％，He回收率84.5％，CH4回收率75.3％；
该步骤中，变压吸附脱碳产生的常压解吸尾气和真空解吸尾气排空；
10)将步骤9)所得脱碳浓缩气进行第二级变压吸附浓缩提氦，得到一级粗氦产品气；
该步骤中，变压吸附采用六塔真空吸附塔，吸附塔内径108mm，吸附剂采用BM型碳分子筛，吸附温度为25℃，吸附时间为210s，吸附压力为0.5MPa；
该步骤中，一级粗氦气各组分的名称及体积百分含量分别如下所示：He：1.4％、CH4：91％、CO2：0％、N2：7.6％，He回收率83.1％，CH4回收率63.3％；
该步骤中，变压吸附浓缩提氦产生的常压解吸尾气和真空解吸尾气返回步骤2)与脱水后含氦煤层气进行混合，按照前述步骤3)～步骤10)进行压缩、净化、变压吸附脱碳和变压吸附浓缩提氦；
11)将步骤10)所得一级粗氦气进行低温冷凝液化提氦，得到液化天然气(LNG)产品和二级粗氦气；
该步骤中，制冷方式采用后膨胀+氮气循环制冷，其中氮气循环为三级压缩，后膨胀为两级膨胀；
该步骤中，液化提氦为低温精馏和深冷液化，采用两级提氦精馏塔和一级脱氮塔，一级提氦塔温度-122.0℃、压力2.125MPa，二级提氦塔温度-179.4℃、压力1.9MPa，脱碳塔温度-154.7℃、压力0.205MPa；
该步骤中，液化天然气(LNG)各组分的名称及体积百分含量分别如下所示：CH4：99.89％、N2：0.11％，CH4回收率86.4％；二级粗氦气各组分的名称及体积百分含量分别如下所示：He：67.4％、N2：32.6％，He回收率99.8％；
12)将步骤11)所得二级粗氦气体进行压缩，得到压缩后粗氦气体，该压缩后粗氦气体压力为2.0MPa；
13)将步骤12)所得压缩后粗氦气体进行第一级过滤，得到过滤后压缩粗氦气，第一级过滤采用油水分离过滤器，可以过滤3μm以上颗粒；
14)将步骤13)所得过滤后粗氦气进行干燥脱水，得到干燥脱水后压缩粗氦气，脱水采用冷冻式干燥机，脱水后露点温度2～10℃；
15)将步骤14)所得干燥脱水后压缩粗氦气进行第二级过滤，得到过滤后压缩粗氦气，第二级过滤采用主管过滤器，可以过滤1μm以上颗粒；
16)将步骤15)所得过滤后压缩粗氦气进行第三级过滤，得到过滤后压缩煤层气，第三级过滤采用高效除油过滤器，可以过滤0.01μm以上颗粒；
17)将步骤16)所得最终过滤净化后压缩粗氦气进行变压吸附浓缩精制，得到氦气产品；
该步骤中，变压吸附精制采用六塔真空吸附塔，吸附塔内径108mm，吸附剂采用BM型碳分子筛，吸附温度为25℃，吸附时间为240s，吸附压力为2.0MPa；
该步骤中，氦气产品各组分的名称及体积百分含量分别如下所示：He：99.995％、N2：0.005％，He回收率94.8％；
该步骤中，变压吸附浓缩精制产生的尾气排空；
步骤12)～步骤16)产生的废水、废油等汇集后经排污排放。
实施例3：
提取工艺与实施例1中相同，区别在于脱碳、浓缩提氦及氦气精制所用吸附剂为分离系数为4.0的BM型系列碳分子筛。
其中脱碳后得到的浓缩气即一级粗氦气，He：0.7％、CH4：64％；He回收率90.9％，CH4回收率82％；
其中浓缩提氦后得到的浓缩气即二级粗氦气，He：1.36％、CH4：88％；He回收率92.8％，CH4回收率71％；
最终氦气精制后，得到高纯氦气，He回收率95.5％。
本实施例表明吸附剂分离系数增大，增强了吸附分离效果，在进气组分相同条件下，分离产气中He和CH4的浓度、回收率均有明显提升。
实施例4：
提取工艺与实施例2中相同，区别在于脱碳、浓缩提氦及氦气精制所用吸附剂为分离系数为4.0的BM型系列碳分子筛。
其中脱碳后得到的浓缩气即一级粗氦气，He：0.9％、CH4：84％；He回收率85.5％，CH4回收率78％；
其中浓缩提氦后得到的浓缩气即二级粗氦气，He：1.75％、CH4：92.6％；He回收率85％，CH4回收率66％；
最终氦气精制后，得到高纯氦气，He回收率95.2％。
本实施例表明吸附剂分离系数增大，增强了吸附分离效果，对比实施例3，在进气He和CH4浓度均升高条件下，分离产气中He和CH4浓度、回收率同样有一定提升。
对比例1：
提取工艺与实施例1中相同，采用的煤层气组成也相同，区别在于脱碳、浓缩提氦及氦气精制所用吸附剂为分离系数为3.0的商用碳分子筛。该碳分子筛直径(mm)为1.5～1.8，粒度(目)为4～10，耐磨强度95～98％，堆比重为650～690g/L。
其中脱碳后得到的浓缩气即一级粗氦气，He：0.45％、CH4：55％；He回收率85.2％，CH4回收率76.6％；
其中浓缩提氦后得到的浓缩气即二级粗氦气，He：0.81％、CH4：82％；He回收率86％，CH4回收率63％；
最终氦气精制后，得到高纯氦气，在He浓度99.995％时，He回收率仅为91％。
本对比例表明吸附剂分离系数降低后，对于煤层气中各组分吸附分离效果出现明显下降。在进气组分相同条件下，虽然在一、二级粗氦产气中He和CH4浓度均有一定提升，但He和CH4回收率明显下降，导致在氦气精制过程中为保证高纯氦气浓度，造成产气量下降即He回收率下降。
对比例2：
提取工艺与实施例2中相同，采用的煤层气组成也相同，区别在于脱碳、浓缩提氦及氦气精制所用吸附剂为分离系数为3.0的商用碳分子筛。该碳分子筛直径(mm)为1.5～1.8，粒度(目)为4～10，耐磨强度95～98％，堆比重为650～690g/L。
其中脱碳后得到的浓缩气即一级粗氦气，He：0.6％、CH4：78％；He回收率79.8％，CH4回收率71.1％；
其中浓缩提氦后得到的浓缩气即二级粗氦气，He：1.15％、CH4：88％；He回收率80.5％，CH4回收率59.8％；
最终氦气精制后，得到高纯氦气，在He浓度99.995％时，He回收率仅为90.5％。
本对比例表明吸附剂分离系数降低后，对于煤层气中各组分吸附分离效果出现明显下降。与对比例1相比，在进气He和CH4浓度均提高条件下，虽然在一、二级粗氦产气中He和CH4浓度均有一定提升，但He和CH4回收率明显下降，下降幅度高于对比例1，导致在氦气精制过程中为保证高纯氦气浓度，造成产气量下降即He回收率下降。
对比例3：
采用与实施例1相同的工艺，区别在于处理的原料气特性不同：为含氦的天然气或液化闪蒸气(BOG)，若采用实施例1中的三级变压吸附和低温冷凝液化联合工艺，虽然可以实现制取液化天然气(LNG)和高纯氦气，但工艺流程重复使用且投资和能耗成本高。
对比例4：
采用与实施例2相同的工艺，区别在于所用工艺不同：处理含氦天然气或液化闪蒸气(BOG)常用的低温冷凝液化和膜分离联合工艺，其效果为仅能实现粗氦的制取而无法得到高纯氦气，同时由于原料气甲烷含量低于天然气所需液化制取LNG的流程长、能耗高。

Claims (4)

1.一种含氦煤层气浓缩低温提氦的方法，包括如下步骤：
含氦煤层气经前处理后依次经第一级变压吸附脱碳分离、第二级变压吸附浓缩提氦、低温冷凝液化提氦和第三级变压吸附分离精制，得到液化天然气和氦气产品；
所述第一级变压吸附脱碳分离、所述第二级变压吸附浓缩提氦和所述第三级变压吸附分离精制采用的吸附剂均为碳分子筛；
所述碳分子筛的分离系数aCH4/N2≥3.5；
所述含氦煤层气中氦气的体积百分含量为0.2～0.5％；
所述第一级变压吸附脱碳分离的条件如下：
温度为5～35℃，时间为120～270s，压力为0.2～1.0MPa；
所述第二级变压吸附浓缩提氦的条件如下：
温度为5～35℃，时间为120～270s，压力为0.2～1.0MPa；
所述低温冷凝液化提氦采用氮气三级压缩和两级膨胀制冷的方式，提取粗氦同时制取所述液化天然气；
所述第三级变压吸附分离精制的条件如下：
温度为5～35℃，时间为120～270s，压力为1.0～2.5MPa。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述前处理包括依次进行的脱水、压缩和净化的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述脱水的方式为旋风分离脱水；
经所述压缩后，所述含氦煤层气的压力为0.2～1.0MPa。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：所述净化包括依次进行的油水过滤器除尘除水、冷冻式干燥机除水、主管过滤器除尘、高效除油过滤器和活性炭罐除油；
所述活性炭罐内装填的活性炭的堆比重为400～500g/L。
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