CN116648496A - 通过吹扫式膜分离从气体混合物中回收不凝性气体组分 - Google Patents

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Abstract

一种从气体混合物中回收不凝性气体的方法，该方法包括以下步骤：供给包括不凝性组分的气体混合物；供给包括可凝性组分的吹扫气体；将所述气体混合物和所述吹扫气体引入吹扫式膜段以获得渗余物料流和混合渗透物料流，所述混合渗透物料流包括至少一部分所述可凝性组分和至少一部分所述不凝性组分；将所述混合渗透物料流引入汽‑液分离器，并对所述混合渗透物料流进行足以将大部分所述可凝性组分凝结成液体的热力学条件处理，从而获得粗不凝性组分料流，其中所述粗不凝性组分料流富含所述不凝性组分；以及将所述粗不凝性组分引入浓缩装置以获得富含所述不凝性组分的不凝性组分产物料流。

Description

通过吹扫式膜分离从气体混合物中回收不凝性气体组分
技术领域
本发明领域涉及从气体混合物中获得不凝性组分的膜分离方法和设备；该方法和设备特别涉及用于从天然气中获得氦气的膜分离方法和设备。
背景技术
氦气是一种具有重要工业意义的不可再生资源，在许多天然气藏中都可以发现低浓度的氦气。通常使用低温或吸附方法从天然气中提取氦气。在低温方法中，对含氦气体进行加压和冷却，以凝结更易凝结的组分，如甲烷，从而可以分离出不易凝结的组分。在典型的氦气回收方法中，天然气被送往除氮装置，然后使用低温分馏进行处理，以获得含有氦气和氮气(含微量污染物，如氢气和氙气)的塔顶产物气体粗氦气以及主要含有甲烷的塔底产物天然气。粗氦气可以使用低温分馏或变压吸附进行进一步处理，以获得更高的纯度等级。
也有人提出了膜分离方法，但氦气相对于氮气的膜选择性通常不足以大到使得能够在单个膜段进行分离。已经提出的膜分离方法通常需要多个膜段，在段之间进行再压缩。再压缩的费用可能产生巨大的资金和运营成本。
发明内容
本文描述了膜分离方法和系统，所述膜分离方法和系统可以减少或消除段之间的再压缩成本，并在某些情况下产生能量。提供了一种从气体混合物中回收不凝性气体的方法。该方法包括以下步骤：供给包括不凝性组分的气体混合物；供给包括可凝性组分的吹扫气体；将所述气体混合物和所述吹扫气体引入吹扫式膜段(swept membrane stage)以获得渗余物料流和混合渗透物料流，所述混合渗透物料流包括至少一部分所述可凝性组分和至少一部分所述不凝性组分；将所述混合渗透物料流引入汽-液分离器，并对所述混合渗透物料流进行足以将大部分所述可凝性组分凝结成液体的热力学条件处理，从而获得粗不凝性组分料流，其中所述粗不凝性组分料流富含所述不凝性组分；和将所述粗不凝性组分引入浓缩装置以获得富含所述不凝性组分的不凝性组分产物料流。
根据至少一个实施方案，气体混合物可以包括天然气，并且不凝性组分可以是氦气。可凝性组分可以包括烃，所述烃选自乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷以及它们的任意组合。根据至少一个实施方案，可凝性组分可以包括C2+烃混合物。汽-液分离器可以使用选自如下的汽-液分离方法操作：消除分离(knock-out separation)、蒸馏、变压吸附、吸收以及它们的任意组合。根据至少一个实施方案，该方法可以进一步包括蒸发可凝性组分以产生蒸发的可凝性组分的步骤。该方法可以进一步包括使用涡轮机由蒸发的可凝性组分的膨胀产生能量的步骤。
提供了使用具有并联吹扫料流的级联配置从气体混合物中回收不凝性气体的方法，该方法包括以下步骤：供给包括不凝性组分的气体混合物；供给包括可凝性组分的吹扫气体；将所述气体混合物和所述吹扫气体的第一部分引入第一吹扫式膜段以获得第一渗余物料流和第一混合渗透物料流，所述第一渗余物料流包括至少一部分所述不凝性组分，所述第一混合渗透物料流包括至少一部分所述可凝性组分和至少一部分所述不凝性组分；将所述第一渗余物料流和所述吹扫气体的第二部分引入第二吹扫式膜段以获得第二渗余物料流和第二混合渗透物料流，所述第二混合渗透物料流包括至少一部分所述可凝性组分和至少一部分所述不凝性组分；将所述第一混合渗透物料流和所述第二混合渗透物料流合并以获得包括至少一部分所述可凝性组分和至少一部分所述不凝性组分的合并渗透物料流；将所述合并渗透物料流引入汽-液分离器，并对所述合并渗透物料流进行足以将所述合并渗透物料流中的大部分所述可凝性组分凝结成液体的热力学条件处理，从而获得粗不凝性组分料流，其中所述粗不凝性组分料流富含所述不凝性组分；和将所述粗不凝性组分引入浓缩装置以获得富含所述不凝性组分的不凝性组分产物料流。
根据至少一个实施方案，气体混合物可以包括天然气，并且不凝性组分可以是氦气。可凝性组分可包括烃，所述烃选自乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷以及它们的任意组合。根据至少一个实施方案，可凝性组分可以包括C2+烃混合物。汽-液分离器可以使用选自如下的汽-液分离方法操作：消除分离、蒸馏、变压吸附、吸收以及它们的任意组合。根据至少一个实施方案，该方法可以进一步包括蒸发可凝性组分以产生蒸发的可凝性组分的步骤。根据至少一个实施方案，该方法可以进一步包括使用涡轮机由蒸发的可凝性组分的膨胀产生能量的步骤。
提供了一种使用具有串联吹扫料流的级联配置从气体混合物中回收不凝性气体的方法。该方法包括以下步骤：供给包括不凝性组分的气体混合物；供给包括可凝性组分的吹扫气体；将所述气体混合物和所述吹扫气体引入第一分离区，所述分离区包括第一吹扫式膜段、第一汽-液分离器和第一蒸发器；将所述气体混合物和所述吹扫气体引入所述第一吹扫式膜段以获得第一渗余物料流和第一混合渗透物料流，所述第一渗余物料流包括至少一部分所述不凝性组分，所述第一混合渗透物料流包括至少一部分所述可凝性组分和至少一部分所述不凝性组分；将所述第一混合渗透物料流引入所述第一汽-液分离器，并对合并渗透物料流进行足以将所述合并渗透物料流中的大部分所述可凝性组分凝结成液体的热力学条件处理，从而获得第一回收的可凝性液体料流和第一粗不凝性组分料流，其中所述第一回收的可凝性液体料流包括至少一部分所述可凝性组分，并且其中所述粗不凝性组分料流富含所述不凝性组分；将第一可凝性液体料流引入蒸发器以蒸发所述可凝性组分并产生后续吹扫料流；将所述第一渗余物料流和所述后续吹扫料流引入后续分离区，所述后续分离区包括后续吹扫式膜段、后续汽-液分离器和后续蒸发器；将所述第一混合渗透物料流引入所述第一汽-液分离器，并对合并渗透物料流进行足以将所述第一混合渗透物料流中的大部分所述可凝性组分凝结成液体的热力学条件处理，从而获得第一回收的可凝性液体料流和第一粗不凝性组分料流，其中所述第一回收的可凝性液体料流包括至少一部分所述可凝性组分，并且其中所述第一粗不凝性组分料流富含所述不凝性组分；将所述第一渗余物料流和后续吹扫气体引入所述后续吹扫式膜段以获得后续渗余物料流和后续混合渗透物料流，所述后续渗余物料流包括至少一部分所述不凝性组分，所述后续混合渗透物料流包括至少一部分所述可凝性组分和至少一部分所述不凝性组分；将所述后续混合渗透物料流引入所述后续汽-液分离器，并对合并渗透物料流进行足以将所述后续混合渗透物料流中的大部分所述可凝性组分凝结成液体的热力学条件处理，从而获得后续回收的可凝性液体料流和后续粗不凝性组分料流，其中所述后续回收的可凝性液体料流包括至少一部分所述可凝性组分，并且其中所述后续粗不凝性组分料流富含所述不凝性组分；和将所述第一粗不凝性组分料流和所述后续粗不凝性组分料流引入浓缩装置以获得富含所述不凝性组分的不凝性组分产物料流。
根据至少一个实施方案，该方法还包括排放(bleeding)一部分第一混合渗透物料流并将补充气体注入混合渗透物料流中以控制混合渗透物料流的可凝性的步骤，补充气体包括所述可凝性组分。根据至少一个实施方案，气体混合物包括天然气，并且不凝性组分可以是氦气。可凝性组分可以包括烃，所述烃选自乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷以及它们的任意组合。根据至少一个实施方案，可凝性组分包括C2+烃混合物。第一汽-液分离器和后续汽-液分离器可以使用选自如下的汽-液分离方法操作：消除分离、蒸馏、变压吸附、吸收以及它们的任意组合。根据至少一个实施方案，该方法可以进一步包括使用至少一个涡轮机由蒸发的可凝性组分的膨胀产生能量的步骤。根据至少一个实施方案，所述方法产生的涡轮功率可以大于其用于压缩和泵送所消耗的涡轮功率。
附图说明
将通过以下详细描述以及附图来理解本公开的实施方案。附图中所示的实施方案仅示出了本公开的若干实施方案。本公开容许存在图中未示出的其他实施方案，并且不限于图示的内容。
图1是用于从气体混合物中分离不凝性气体的方法的实施方案的示意图。
图2是使用具有并联吹扫气体的级联膜段配置从气体混合物中分离不凝性气体的方法的实施方案的示意图。
图3是使用具有串联吹扫气体的级联膜段配置从气体混合物中分离不凝性气体的方法的实施方案的示意图。
图4是对于常规氦气回收方法和用于从气体混合物中分离不凝性气体的方法的实施方案的氦气回收率和膜面积要求的曲线图比较。
图5是对于常规氦气回收方法和用于从气体混合物中分离不凝性气体的方法的实施方案的氦气回收率和功率消耗的曲线图比较。
具体实施方式
对于特定实施方案，提供了许多细节以全面理解各种组分或步骤。在其他情况下，未特别详细地描述公知的方法、装置、组成和系统，使得所述实施方案不会被细节所模糊。同样地，各种实施方案的图示可以省略某些特征或细节，以避免使得各种实施方案不清晰。
附图提供了特定实施方案的图示。在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用其他实施方案，并且可以进行合理改变。以下详细描述及其所描述的实施方案不应具有限制意义。本公开旨在公开某些实施方案，同时理解许多其他未公开的改变和修改可以落在本公开的主旨和范围内。可获得专利保护的范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他实例。如果这些其他实例包括与权利要求书的文字语言无区别的结构要素、或者如果它们包括与权利要求书的文字语言无实质差异的等同结构要素，则这些其他实例旨在落入权利要求书的范围内。
说明书可以使用短语“在一些实施方案中”、“在各种实施方案中”、“在一个实施方案中”或“在多个实施方案中”，其各自可以指一个或以上相同或不同的实施方案。此外，如关于本公开的实施方案所使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的。
如本公开中所用，术语“不凝性气体”或“不凝性组分”是指气体或气体混合物的组分具有这样的热力学性质：使得在用于回收不凝性气体的相关方法的热力学条件(即温度和压力)的任何给定组合下，大部分气体或组分不会在热力学平衡下凝结成液相或固相。类似地，术语“可凝性气体”是指气体或气体混合物的组分具有这样的热力学性质：使得在用于回收不凝性气体的相关方法的热力学条件的给定组合下，大部分气体或组分可以在热力学平衡下凝结成液相。
本公开描述了与从气体混合物中分离不凝性气体的方法和设备有关的各种实施方案。该方法可以包括在膜的渗透物侧上使用可凝性吹扫气体，以在膜的渗余物侧上的不凝性气体和渗透物侧之间产生分压差；以及使用热力学驱动方法来回收气相形式的不凝性气体和液相形式的可凝性组分。
这种方法的一个优点是，可以在比类似常规方法所需的更小压力的跨膜压力下进行膜分离。因此，需要较少的压缩来进行后续膜分离工艺。此外，合并的渗透物和吹扫气体料流的可凝性组分可以被去除、消除或吸收，以获得液相形式的可凝性组分和气相形式的不凝性组分；从而降低了包含不凝性组分的气体料流的流量。这种降低的流量使得在后续工艺中减少能量和减小设备尺寸。
进料气体
所公开的方法特别适用于从天然气中回收不凝性气体，如氦气和氮气，但也可适用于将不凝性气体组分从任何含有不凝性气体的气体混合物中分离出来。气体是否为不凝性取决于相关方法中存在的热力学条件。如果气体或气体混合物的组分在回收不凝性气体的方法中存在的热力学条件的任何组合下保持处于气体的平衡状态，则该气体或气体混合物的组分是不凝性的。包含氦气的气体混合物可能是特别合适的，因为氦气在大范围的热力学条件下是不凝性的；在标准压力下，氦气在仅约4K(-269℃)或更低的温度下凝结成液相。类似地，含有二氧化碳(CO2)的混合物可以是合适的不凝性气体；二氧化碳在标准压力下不会凝结成液相。含有氮气(N2)的气体混合物也可能是合适的，因为氮气在标准压力下在约77K(-195.8℃)的温度下凝结成液相，因此可以很容易地以氮气不会凝结成液相形式的条件设计该方法。
根据至少一个实施方案，可以使用本公开的方法从天然气中回收氦气、氮气、或氦气和氮气两者，其中天然气是进料气体，并且氦气、或氦气和氮气是不凝性组分。天然气中氦气的组成可以从百万分之几体积份(ppmv)至约10体积％(vol％)不等。氮气通常也存在于含氦气的天然气中。根据至少一个实施方案，天然气中氮气的体积百分比可以是氦气体积百分比的10至20倍。可以对天然气进行预处理，以去除灰尘、水、二氧化碳、硫化氢(H2S)和重质烃(即C6+烃)。天然气的很大体积百分比可以包括甲烷(CH4)和其他烷烃，例如乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)和丁烷(C4H10)。然而，根据至少一个实施方案，该方法可以使用具有小于约20vol％的甲烷和其他烷烃的进料气体进行，或者小于约10vol％的甲烷和其他烷烃的进料气体进行。
根据至少一个实施方案，该方法可以使用不存在烃的进料气体进行。例如，一些天然气样品已被确定含有小于约1vol％的甲烷。另一个例子可以包括在除氮装置中处理后的天然气。除氮装置通常使用低温方法从气体中去除氮气。在大多数除氮装置中，含氮气的天然气被冷却，使得天然气中的甲烷凝结成液体，而氮气(和氦气(如果存在))保留在气相中。
膜段
衡量膜分离能力的一个有用指标是其选择性，即膜对相关气体的渗透率之比。选择性表示膜能够将给定物质与另一种物质分离的水平。选择性为1表示膜将无法分离这两种物质，因为两者将等同地扩散通过膜。本公开的方法和设备可以使用对要从进料气体中回收的不凝性气体具有选择性的任何膜。根据至少一个实施方案，可以选择所述膜，使得相对于甲烷，该膜对氦气具有选择性。根据至少一个实施方案，膜相对于甲烷对氦气的选择性可以大于约10，或者大于约25，或者大于约50。根据至少一个实施方案，膜相对于甲烷对氮气的选择性可以大于约5，或者大于约10。根据至少一个实施方案，膜可以选自以下：聚合物膜、陶瓷膜、沸石膜或它们的任意组合。
膜的另一个有用特性是其透过率(permeance)，这表明相关物质通过膜扩散的能力。透过率用膜的渗透性除以其厚度的比率来表示。渗透性受渗透物质大小的影响。较小的气体分子通常比较大的气体分子更容易扩散，从而产生更大的渗透性。膜的渗透性由渗透物的通量除以跨膜压力来描述。氦气透过率范围可以低至1GPU，高达1000GPU以上。根据至少一个实施方案，膜的氦气透过率可以具有至少50气体渗透单位(GPU)，或者至少75GPU，或者至少100GPU。氮气透过率范围可以低至0.1GPU，高达100GPU以上。根据至少一个实施方案，膜的氮气透过率可以具有至少约1GPU。
如方程式1所示，气体组分通过膜的渗透可以由气体组分穿过膜的分压差驱动。
方程式1
方程式2
其中Qi、pi、Xi和Yi分别是组分i的跨膜渗透速率、渗透系数、进料中的组成和渗透物中的组成；因数A、PF、PP和PR分别是表面积、膜的渗余物或进料侧上的压力、渗透物侧上的压力以及膜的进料或渗余物侧上压力相对于渗透物侧上压力的压力比。气体组分跨膜的渗透随着气体组分跨膜的分压差的增加而增加、或随着膜面积的增加而增加。这可以使用各种方法来实现，例如增加膜的渗余物侧上的进料气体的总压力、在渗透物侧施加真空、增加膜的总面积、或者在渗透物侧使用吹扫气体来扫除渗透物。当使用吹扫气体时，可以使用方程式3-5确定渗透速率。
方程式3
方程式4
方程式5
其中，D是受吹扫料流影响的稀释系数，并且PR *是膜进料或渗余物侧的压力与具有吹扫料流的渗透物侧压力的压力比。使用吹扫料流的优点包括在无需大的跨膜压力比(即PR *小于PR)的情况下，提高了跨膜驱动力的能力。当要回收的渗透物质是不凝性气体或气体混合物的组分，并且使用可凝性气体作为吹扫气体时，可以通过将不凝性组分消除或吸收来使不凝性组分与可凝性吹扫气体分离，以回收液相形式的吹扫气体并获得气相形式的富集的不凝性组分。这种方法比类似的常规方法需要更少的能量和更小的设备。
吹扫气体
相对于进料气体，吹扫气体应具有相对较低的不凝性组分分压；优选地，吹扫气体不存在不凝性组分。根据至少一个实施方案，膜的进料或渗余物侧上的压力相对于具有吹扫料流的渗透物侧上压力的压力比PR *小于1。
选择合适的吹扫气体时，吹扫气体的热力学性质是一个重要考虑因素。合适的吹扫气体将主要具有这样的热力学性质：即，使得其在膜分离过程中以气相存在，但随后可以凝结成液相，以用于使用热力学方法(例如消除分离、蒸馏、吸收或变压吸附)与不凝性组分分离。根据至少一个实施方案，吹扫气体包含至少约10vol％的可凝性气体、或者至少约50vol％的可凝性气体、或者至少约80vol％的可凝性气体、或者至少约90vol％的可凝性气体、或者至少约95vol％的可凝性气体、或者至少约98vol％的可凝性气体、或者至少约99vol％的可凝性气体、或者至少约99.5vol％的可凝性气体、或者至少约99.9vol％的可凝性气体。
由于在相反方向上的分压差，吹扫气体的一部分可预期从渗透物侧穿过膜传输到渗余物侧，因此应考虑渗余物的所需特性以及吹扫气体对这些特性的影响。例如，如果在渗余物中希望或需要非常低浓度的硫化氢，则具有比进料气体大得多的硫化氢分压的吹扫气体可能是不合适的。其他考虑因素包括吹扫气体的可用性、与待回收的不凝性组分的相容性、以及从渗余物料流中的可回收性。根据至少一个实施方案，渗透到渗余物侧的吹扫气体部分可以在下游分离方法中被回收，以再循环用作吹扫料流。
根据至少一个实施方案，吹扫气体可包括天然气凝析油处理工艺或天然气液体回收工艺的产物。吹扫气体可以包括轻质烃，例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷或它们的任意组合。根据至少一个实施方案，吹扫气体可以包括C2+烃混合物，其主要包括乙烷、丙烷、丁烷和戊烷。C2+烃混合物还可以包括浓度相对较低的更重质的组分，例如C6、C7和更重质的化合物。C2+烃混合物还可以包括少量或微量的更轻质的组分，例如甲烷、氮气和氦气。主要含有乙烷的吹扫气体可以是从天然气中回收氦气、氮气或两者的特别合适的吹扫气体，因为这种料流通常可从处理天然气的设施中获得，并且可以使用常规的热力学方法和技术容易地凝结成液体。出于类似的原因，对于在使用热回收锅炉的发电厂或设施中的处理，蒸汽可以是特别适合的吹扫气体。
可凝性气体和不凝性气体的分离
可以使用热力学汽-液分离方法分离具有可凝性组分和不凝性组分的混合渗透物料流，如消除分离、蒸馏、吸收或吸附。这样的方法和技术对于本领域的普通技术人员来说是公知的。合适的分离方法必须能够将至少一部分可凝性组分凝结成液相。尽管可以使用低温蒸馏，该方法的优点是可以使用成本较低且更有效的热力学汽-液分离方法。根据至少一个实施方案，可以在不使用低温蒸馏的情况下进行汽-液分离。可以气相形式回收不凝性组分用作产物，或用于进一步纯化，例如通过另外的膜分离、低温蒸馏、变压吸附、分子离心或它们的任意组合。在某些情况下，可能需要压缩气相形式的不凝性组分，以便将其用于其他工艺或进一步纯化。根据至少一个实施方案，在使用热力学汽-液分离方法分离混合渗透物之后，可以在后续膜段中进一步分离含有不凝性组分的料流，而不需要再压缩回收的不凝性气体。以液相形式回收的可凝性组分可以在工厂的其他地方使用，或者蒸发并重新用作吹扫气体。在某些情况下，可能需要使蒸发的可凝性组分膨胀(即降低其压力)，然后才能将其重新用作吹扫气体。后一种配置的优点是可以通过蒸发的可凝性组分的膨胀来产生能量。
方法配置
图1显示了从气体混合物中分离不凝性气体的方法的实施方案的示意图。在图1中，将包括具有不凝性组分的气体混合物的进料料流101进料至第一膜段110，该第一膜段具有对不凝性组分具有选择性的膜。将具有可凝性组分的吹扫料流102进料至第一膜段110的渗透物侧，以增强不凝性组分通过膜的渗透。根据至少一个实施方案，吹扫料流102可以以液相形式供给，然后在被引入第一膜段110之前被蒸发，或者被蒸发和膨胀。在第一膜段110中使用吹扫料流102分离进料料流101，以获得第一渗余物料流111和混合渗透物料流112；混合渗透物料流112具有可凝性组分和至少一部分不凝性组分。混合渗透物料流112被送至汽-液分离器120，在那里可凝性组分被凝结成液体以获得回收的可凝性组分料流122和粗不凝性组分料流121。粗不凝性组分料流121可以被送至浓缩装置130，以获得回收的不凝性组分料流132和第二渗余物料流131，在本例中，浓缩装置为具有对不凝性组分具有选择性的膜的膜段；回收的不凝性组分料流132进一步富含不凝性组分。
级联膜段配置
在级联配置中，使用另外的膜分离段可以回收更大百分比的不凝性组分。本公开描述了两种可用于提高回收率的级联膜段配置：(1)具有并联吹扫的级联和(2)具有串联吹扫的串联。
具有并联吹扫的级联
在具有并联吹扫配置的级联中，吹扫气体从来源分布到两个以上膜段。来自两个以上膜段的混合渗透物(包括吹扫气体和不凝性组分)可以合并，然后被送至汽-液分离器，以回收液相形式的吹扫气体和气相形式的不凝性组分。这种配置允许使用一个或多个公共装置来从含有吹扫气体的渗透物中回收可凝性气体。
图2显示了使用并联吹扫的级联膜段配置的实例。在图2中，将具有包括不凝性组分的气体混合物的进料料流201和一部分具有可凝性组分的并联吹扫料流281引入第一吹扫式膜段210。第一吹扫式膜段210可以配置有对不凝性组分具有选择性的膜。并联吹扫料流281用于分离进料料流201的气体混合物，进料料流在第一吹扫式膜段210中被分离以获得第一渗余物料流211和第一混合渗透物料流212。第一混合渗透物料流212包括来自并联吹扫料流281的至少一部分可凝性组分和来自进料料流201的至少一部分不凝性组分。第一渗余物料流211包括气体混合物的排放部分，该气体混合物包括至少一部分不凝性组分。
将第一渗余物料流211引入第二吹扫式膜段220，其配置类似于第一吹扫式膜段210，具有对不凝性组分具有选择性的膜。将一部分并联吹扫料流281引入第二吹扫式膜段220的渗透物侧，并用于增强不凝性组分跨膜的渗透。从膜的渗余物侧获得第二渗余物料流221；第二渗余物料流221包括气体混合物的排放部分，该气体混合物包括至少一部分不凝性组分。第二混合渗透物料流222离开第二吹扫式膜段220的渗透物侧，该第二混合渗透物料流222具有来自并联吹扫料流281的至少一部分可凝性组分和来自第一渗余物料流211的至少一部分不凝性组分。
将第二渗余物料流221引入第三吹扫式膜段230，其配置和操作类似于第一吹扫式膜段210和第二吹扫式膜段220。第三吹扫式膜段230产生第三渗余物料流231和第三混合渗透物料流232。
将第三渗余物料流231引入第四吹扫式膜段240，其配置和操作类似于第一吹扫式膜段210、第二吹扫式膜段220和第三吹扫式膜段230。第四吹扫式膜段240产生第四渗余物料流241和第四混合渗透物料流242。
在图2中，通过四个吹扫式膜段处理来自进料料流201的气体混合物。这里，吹扫式膜段的数量仅用于说明目的。级联配置中的吹扫式膜段的实际数量可以变化，并且仅受到诸如设备成本和并联吹扫料流281中的吹扫气体流量之类的实际考虑的限制。具有更多吹扫式膜段的方法可以提高从进料料流201的气体混合物中回收不凝性组分的回收率。
将第一混合渗透物料流212、第二混合渗透物料流222、第三混合渗透物料流232和第四混合渗透物料流242合并为合并渗透物料流259，该合并渗透物料流259包括来自并联吹扫料流281的可凝性组分的主要部分和从进料料流201的气体混合物中分离的累积不凝性组分。将合并渗透物料流259引入汽-液分离器260，在那里对其进行适于凝结合并渗透物料流259中的可凝性组分的热力学条件处理，使得剩余的蒸汽富含不凝性组分。可凝性组分以回收的可凝性组分料流262和粗不凝性组分料流261离开汽-液分离器260。回收的可凝性组分料流262被引入蒸发器280，在蒸发器280中，液体可凝性组分被蒸发以作为并联吹扫料流281中的吹扫气体进行再利用。补充料流263可以根据需要将补充的可凝性组分输送至回收的可凝性组分料流262。
将富含不凝性组分的粗不凝性组分料流261引入浓缩装置270，以浓缩粗不凝性组分料流261，并产生排出料流271和产物料流272，在本例中，浓缩装置为具有对不凝性组分具有选择性的膜的膜段。排出料流271可以含有少量不凝性组分，并且产物料流272可以富含不凝性组分。根据至少一个实施方案，排出料流271可以与第四渗余物料流241合并。
未示出如压缩机、膨胀涡轮机和热交换器等设备，以免分散对实施方案其他要素的注意力。本领域普通技术人员将理解，这样的设备可用于调节所述方法中各种料流的温度和压力。
具有并联吹扫配置的级联的优点是，在吹扫式膜段中，可以保持较大的跨膜分压差，以回收不凝性组分，同时最大限度地减少其他组分跨膜的传输。根据至少一个实施方案，供给到吹扫式膜段的吹扫气体由单一来源供给，并且具有可凝性组分的均匀组成和分压。根据至少一个实施方案，吹扫气体可以膨胀，然后被引入膜段。根据至少一个实施方案，在将吹扫料流引入膜段之前，可以使吹扫气体膨胀并产生能量。
具有串联吹扫的级联
在具有串联吹扫配置的级联中，将吹扫气体引入吹扫式膜段的渗透物侧，其用于增强膜分离并获得包括不凝性组分和吹扫气体的混合渗透物。然后对混合渗透物进行处理，通过将可凝性组分凝结成液相，从而将不凝性组分与吹扫气体的可凝性组分分离。然后，液体可凝性吹扫气体组分可以被蒸发并被引入后续膜段。根据至少一个实施方案，蒸发的可凝性吹扫气体组分可以膨胀，然后被引入后续膜段。具有串联吹扫配置的级联的实例如图3所示。
在图3中，进料料流301和吹扫料流302分别被引入第一吹扫式膜段310的渗余物侧和渗透物侧；进料料流301具有包括不凝性组分的气体混合物，并且吹扫料流302具有可凝性组分。根据至少一个实施方案，吹扫料流302可以以液相形式供给，然后在被引入第一吹扫式膜段310之前被蒸发，或者被蒸发和膨胀。在第一吹扫式膜段310中使用对不凝性组分具有选择性的膜分离来自进料料流301的气体混合物，并在膜的渗透物侧使用来自吹扫料流302的吹扫气体，以获得第一渗余物料流311和第一混合渗透物料流312；第一渗余物料流311具有气体混合物的排放部分，并且第一混合渗透物料流312具有包括可凝性组分和不凝性组分的渗透部分的混合物。第一混合渗透物料流312被引入第一汽-液分离器315，在那里它在足以将可凝性组分凝结成液相的热力学条件下被分离，留下以气相形式富集的不凝性组分。不凝性组分以第一粗不凝性组分料流316离开第一汽-液分离器315，并且液体可凝性组分以第一回收的可凝性组分料流317离开。可以使用第一排放料流318排放第一回收的可凝性组分料流317中的可凝性组分，并且可以使用第一补充料流319添加补充可凝性组分。因为吹扫气体的组成可以随着其通过多个膜段而改变，所以第一排放料流318和第一补充料流319可以用于调节吹扫气体的组成以保持可凝性组分的合适浓度。第一回收的可凝性组分可被送至第一蒸发器320以产生包含蒸发的可凝性组分的第一蒸发的可凝性组分料流321。如果第一蒸发器320产生的吹扫料流的压力大于或等于后续膜段的渗透物侧上的压力，则可以使用涡轮机使第一蒸发的可凝性组分料流321膨胀。在图3中，第一蒸发的可凝性组分使用第一涡轮机325膨胀，并且膨胀的第一蒸发的可凝性组分以第二吹扫料流326离开涡轮机，第二吹扫料流326被送至第二吹扫式膜段330以被重新用作吹扫气体。第一涡轮机325中的第一蒸发的可凝性组分的膨胀产生可回收的能量。
第二吹扫式膜段330的配置类似于第一吹扫式膜段310，具有用于从第一渗余物料流311中的气体混合物中分离一部分不凝性组分的膜。类似地，将第一渗余物料流311和第二吹扫料流326进料至第二吹扫式膜段330，并进行处理以获得第二渗余物料流331和第二混合渗透物料流332。第二渗余物料流331被送至第三吹扫式膜段350，并且第二混合渗透物料流332被送至与第一汽-液分离器315类似操作的第二汽-液分离器335，以获得第二粗不凝性组分料流336和第二回收的可凝性组分料流337。第二回收的可凝性组分料流337可以分别使用第二排放料流338和第二补充料流339进行排放或补充，然后被引入第二蒸发器340以类似于第一蒸发器320被蒸发，然后在类似于第一涡轮机325的第二涡轮机345中膨胀。因为吹扫气体的组成可以随着其通过多个膜段而改变，所以第二排放料流338和第二补充料流339可以用于调节吹扫气体的组成以保持可凝性组分的合适浓度。膨胀和蒸发的可凝性组分以第三吹扫料流346离开第二涡轮机345，并被送至第三吹扫式膜段350。
第三吹扫式膜段350的配置类似于第一吹扫式膜段310，具有用于从第二渗余物料流331中的气体混合物中分离一部分不凝性组分的膜。类似地，在第三吹扫式膜段350中对第二渗余物料流331和第三吹扫料流346进行处理以获得第三渗余物料流351和第三混合渗透物料流352。第三混合渗透物料流352被送至第三汽-液分离器355，其操作类似于第一汽-液分离器315，以获得第三粗不凝性组分料流356和第三回收的可凝性组分料流357。第三回收的可凝性组分料流357可以作为吹扫料流再利用，或者回收以用于工厂的其他地方或作为产品。根据至少一个实施方案，第三回收的可凝性组分料流357在作为产品回收或在工厂的其他地方使用之前使用常规的纯化技术和方法进行纯化。
第一、第二和第三粗不凝性组分料流316、336、356可以合并并用作产品，或者可以使用低温蒸馏、变压吸附、膜分离、分子离心等技术和方法进一步纯化。
在图3中用虚线表示分离区305。分离区305表示级联配置中的重复工艺的单个实例。图3显示了两个这样完整的单元，仅用于说明目的。重复分离区305的实际数量可以变化，并且仅受诸如设备成本之类的实际考虑的限制。通常，随着分离区的数量增加，可以从进料料流301的气体混合物中回收更大部分的不凝性组分。在串联吹扫配置的级联中，吹扫气体被反复引入、用于增强膜分离、凝结和蒸发以供重复使用。这种配置的优点在于，它可以在有限供给的可凝性组分的情况下使用。
实施例
包括以下实施例以说明本公开的实施方案，且应视为非限制性实施例。在实施例中公开的技术、方法和装置表示在本公开的实践中被发现起到良好作用的技术、方法和装置，并且可以被认为构成其实践的模式。然而，在不脱离本公开的主旨和范围的情况下，可以对实施例中公开的实施方案进行改变。
实施例1：使用乙烷作为吹扫气体从天然气中回收氦气
模拟了使用乙烷作为吹扫气体从天然气中回收氦气的方法。该方法在天然气设备中进行，该天然气设备每天可处理12亿标准立方英尺(MMSCFD)(约34.00×106标准立方米/天(Sm3/d))。天然气是含有0.05摩尔％(mol％)氦气(He)、7.48mol％氮气(N2)、82.97mol％甲烷(CH4)且余量为C2+烃的气体混合物。
去除酸性气体后和在将天然气输送至深层天然气液体(NGL)回收装置以去除天然气液体并生产销售气体之前，将天然气进料输送至膜分离工艺以回收氦气。膜分离工艺具有与如前所述的图1中所示方法类似的配置。液态乙烷来源于NGL设备，通过蒸发液体、膨胀和加热产生的乙烷气进行制备以用作吹扫气体。使用乙烷气体来吹扫膜的渗透物侧。将来自吹扫式膜段的贫氦气渗余物供给至NGL设备。将含有吹扫气体和渗透物的混合渗透物冷却，以凝结天然气液体并将其与粗渗透物分离。然后，将凝结的天然气液体蒸发，并调节温度和压力，之后使其返回NGL设备。粗渗透物富含氦气，并含有由膜分离回收的大部分氦气。将粗渗透物送至第二膜段，以进一步浓缩渗透物料流中的氦气。来自该膜分离的渗余物主要含有乙烷，并且与来自第一膜段的渗余物合并以供给至NGL设备。
第一膜段的面积为24,079m2，并且第二膜段的面积为16,855m2。该方法的运行使用0.45兆瓦(MW)的压缩功率来压缩将被供给至NGL设备的第二渗余物料流，并使用0.09MW的泵功率来泵送回收的乙烷。由于吹扫料流的蒸发产生了多余的压力，因此使用涡轮机产生0.22MW的涡轮功率；从而产生约0.23MW的净压缩功率。
表2.在使用乙烷作为吹扫气体从天然气中回收氦气的实施例方法中使用的膜的膜气体渗透系数和氦气选择性
aGPU，气体渗透单位
b氦气与相关气体的透过率之比
在该实施例中，回收氦气，并将氦气从进料料流中的约0.05mol％浓缩至产物氦气料流中的约1.8mol％。在产物氦气料流中回收的氦气占进料料流中氦气的约6mol％。含有1.8mol％氦气的产物氦气料流可以使用诸如低温变压吸附、膜分离、分子离心或它们的任意组合的方法进一步处理以将纯度提高到更高等级，例如99.999mol％氦气。
实施例2：在具有并联吹扫料流的级联膜分离配置中使用多个吹扫式膜段以从天然气中回收氦气
使用具有并联吹扫料流的级联膜分离配置对从天然气中回收氦气进行了模拟。与实施例1类似，所述模拟在每天处理12亿标准立方英尺(MMSCFD)(约34.00×106Sm3/d)的处理能力的天然气设备中模拟了该方法。
假设已对模拟方法的进料料流进行了处理，从而去除了酸性气体。该方法的配置类似于图2中所示的方法，如前所述，仅使用1、6、12和18个吹扫式膜段进行了模拟。类似于图2的方法，吹扫式膜段相对于它们的进料料流(即，来自前一个膜段的排放物或渗余物被进料到下一个膜段)串联排列，并相对于它们的吹扫料流并联排列。表3显示了四个模拟的结果，并证明了使用增加数量的吹扫式膜段的效果。类似于实施例1，通过蒸发液体并膨胀和加热所得乙烷气体，对来源于NGL设备的液体乙烷进行制备以用作吹扫气体。将吹扫料流分成相等的料流，送至各个吹扫式膜段。将来自各个膜段的混合渗透物(其含有吹扫气体和渗透物)合并、冷却和凝结，以将天然气液体与粗渗透物分离。然后，将从合并的混合渗透物中分离出来的凝结天然气液体蒸发，并调节其温度和压力，之后使其返回NGL设备。粗氦气料流富含氦气，并含有由膜分离回收的大部分氦气。将粗氦气料流加热并送至包括膜段的浓缩装置，以进一步浓缩氦气并产生产物氦气料流。这种膜分离的渗余物主要含有乙烷，并与NGL设备的进料混合。该方法的膜段使用与实施例1中使用的膜具有相同性质的膜，如表2所示。
表3.在具有并联吹扫料流的级联配置中，使用增加数量的吹扫式膜段进行氦气回收和功耗总结
实施例3：使用串联吹扫料流的级联膜分离配置从天然气中回收氦气
模拟了使用串联吹扫料流的级联膜分离配置，并使用乙烷作为吹扫气体从天然气中回收氦气的方法。该方法在类似于实施例1和实施例2的天然气设备的天然气设备中进行，该天然气设备具有每天处理12亿标准立方英尺(MMSCFD)(约34.00×106标准立方米/天(Sm3/d))的能力。天然气是含有0.05摩尔百分率(mol％)氦气(He)、7.48mol％氮气(N2)、82.97mol％甲烷(CH4)且余量为C2+烃的气体混合物。
该方法使用与如前所述图3所示方法类似的配置进行。在该实施例中，该方法使用两个吹扫式膜段，其中来自第一吹扫式膜段的渗余物被供给到第二吹扫式膜段，并且吹扫料流在第一吹扫式膜段之后被回收以在第二吹扫式膜段中再利用。乙烷来源于NGL设备，并以液相形式提供。将液体乙烷蒸发，并且调节压力和温度，之后引入第一吹扫式膜段。利用涡轮机由通过蒸发乙烷产生的多余压力来产生能量。在本实施例中，蒸馏塔用于汽-液分离，以处理混合渗透物，并凝结乙烷从而将其从粗氦气中分离出来。蒸馏塔提供了比单个闪蒸段更好的液相烃的精馏和回收。通过排放一部分料流、并加入补充液态乙烷来控制回收的凝结液态料流的组成和可凝性。然后将回收的凝结液态料流送至蒸发器以蒸发凝结的液体。使用涡轮机利用凝结液体蒸发产生的多余压力产生能量，并在引入第二吹扫式膜段之前调节温度。将从蒸馏塔回收的粗氦气料流合并，并送至浓缩装置，在本例中，浓缩装置为膜段。浓缩装置的渗余物被送往NGL设备，并且渗透物被送去进一步精馏。本实施例中的膜段具有与先前实施例中使用的膜段相同的性质和特征。第一和第二吹扫式膜段各自具有15,795m2的膜面积，并且浓缩装置具有1,263m2的膜面积。
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表6.使用具有串联吹扫料流的级联配置的实施例膜分离方法的进、出浓缩装置的料流的工艺料流的组成和性质
在所述方法中使用了三台涡轮机来在方法中产生能量。这些涡轮机分别产生了0.21MW、0.27MW和0.29MW的能量。该方法使用单个压缩机来自压缩浓缩装置的渗余物，以将其供给至NGL设备。
压缩机使用了0.06MW的能量。总的来说，该方法的净压缩能量为
-0.7MW。该方法使用三台泵来泵送液体。这些泵分别使用了0.11MW、0.11MW和0.09MW的能量。总的来说，该方法实现了由进料料流供给该方法的氦气的12.2％的回收率，并且最终产物氦气料流的氦气浓度为20.4mol％。使用另外的分离区可以实现更高的氦气回收率。表7显示了使用具有串联吹扫料流和增加数量的分离区的级联配置的若干模拟结果。
表7.具有串联吹扫料流的级联配置中使用数量增加的吹扫式膜段的氦气回收和功耗总结
a乙烷总流量，包括补充部分。各个方法供给约1.42×106Sm3/d，用于吹扫第一吹扫式膜段，余量为补充乙烷。
如表7所示，仅需1.83×106Sm3/d(约1.42×106Sm3/d供给至第一吹扫式膜段，和约0.41×106Sm3/d作为补充乙烷供给)即可回收36％的氦气，纯度为19.7mol％。
使用并联和串联吹扫布置的级联配置的比较表明，尽管所述布置实现了类似的氦气回收，但串联吹扫布置需要更少的来自NGL设备的新鲜乙烷。使用六个分离区的串联吹扫方法(表7)和使用六个膜段的并联吹扫方法的比较(表3)表明，两种方法的氦气回收率均约为30–36％，但两种方法中的乙烷流量分别为约1.83×106Sm3/d和8.50×106Sm3/d。由于涡轮机中的气体膨胀，两种配置均产生了相似的能量，表明蒸发和膨胀的总气体相似(即约8.5×106Sm3/d)。然而，串联吹扫配置需要较少的压缩能量和膜面积。这种差异可归因于使用蒸馏来校正粗氦气料流中的氦气浓度。蒸馏方法使得粗氦气料流的流量减少，这使得在后续的浓缩工艺中能够使用更少的压缩和更小的膜面积。
实施例4：使用并联吹扫级联配置和烃混合物作为吹扫气体，以从天然气中回收氦气。
在本实施例中，将可凝性烃混合物用作并联吹扫级联配置中的吹扫料流，以从天然气中回收氦气。使用天然气进行模拟，该天然气在供给至NGL设备之前已经被处理以去除酸性气体。天然气和NGL设备与前面实施例中使用的那些类似。这里，C2+烃混合物主要包括乙烷和更重质的烃以及微量甲烷。该方法使用了六个吹扫式膜段，其配置与图2相似。将蒸馏用于汽-液分离以分凝重质组分，并精馏包括甲烷、氮气和氦气等较轻质组分的粗氦气料流。在浓缩装置中，使用具有对氦气具有选择性的膜的膜段浓缩粗氦气料流。
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所述方法的总氦气回收率为约34.1％，氦气纯度为约14.97mol％。吹扫式膜段各自具有约15,795m2的膜面积，总膜面积为约64,774m2。浓缩装置具有约6,950m2的膜面积。该方法在将浓缩装置渗余物送至NGL设备之前使用了约0.36MW来压缩浓缩装置渗余物，并通过液态烃的蒸发产生了约3.06MW的能量。总的来说，该方法产生了3.06MW的净压缩能量。该方法所需的C2+烃混合物的总量(包括补充部分)为约63MMSCFD(1.78×106Sm3/d)，而总吹扫料流量为约300MMSCFD(8.5×106Sm3/d)。
使用C2+烃混合物作为吹扫气体的优点是产生能量作为可能的副产出。相对低质量的能量流可用于部分或完全蒸发液态烃并产生加压的烃蒸汽。蒸发的C2+烃混合物在其离开蒸发器之后且在其膨胀至吹扫压力之前的温度大于先前实施例中的同类料流的温度，如表9所示。
表9.实施例1-4中使用的蒸发器温度和压力
a从第一分离区中回收
b从后续分离区中回收
实施例5：所公开的方法与使用段间压缩的常规两段式膜方法配置的比较。
在本实施例中，将实施例3的结果与使用无吹扫料流的段间压缩的模拟两段式膜方法的结果进行比较。使用具有与先前实施例中使用的那些具有相同性质和特征的膜的两个膜段来模拟常规方法。在常规方法中，将天然气进料至第一膜以获得渗余物和渗透物料流。来自第一膜的渗透物在压缩机中被压缩、冷却，然后被送到第二膜。将来自第二膜的渗余物再循环到第一膜，并将渗透物用作氦气产物料流而进行评估。
图4显示了常规方法和实施例3方法的膜面积要求的比较。比较表明，这两种方法具有相似的膜面积要求。图5显示了常规方法与实施例3中公开的方法之间的压缩要求的比较。如图5所示，实施例3中所述的方法需要比实施例3所述方法多几倍的能量。实施例3的方法所需的相对较低的压缩和泵送能量表明，回收氦气所需的能量已从压缩能转变为热能，因此热回收和集成在该方法中起着重要作用。此外，图5所示的结果不包括蒸发液态乙烷后涡轮机产生的能量。如表7所示，实施例3的方法由于涡轮机膨胀而产生的能量大于压缩和泵送所需的能量。
值得注意的是，常规方法和实施例3的方法之间的面积要求相对类似。已经使用由压缩机产生的每段约31的压力比对常规方法进行了评估。然而，实施例3的方法在吹扫式膜段中的压力比为2，并且在浓缩装置中的压力比为40。
在本公开和所附权利要求中，除非另有说明，否则说明书和权利要求中使用的所有表示数量、百分率或比例的数字以及其他数值应被理解为在所有情况下都由术语“约”修饰。无论是否明确提到，该术语“约”适用于所有数值。该词通常指本领域普通技术人员认为与所述数值的合理偏差量的数字范围。
除非另有明确规定，否则在本公开中，当序数(如“第一”、“第二”、“第三等”)用作术语前的形容词时，仅表示特定的组分、特征、步骤或其组合。有时，序数可用于将特定特征与由相同术语或类似术语描述的另一特征区别开来。除非另有明确规定，序数不表示特征、组分、步骤或其组合之间的任何关系、顺序、质量、等级、重要性或特征。此外，序数并未限定用序数标识的特征、组分或步骤的数字限制。
在本公开中，范围可以表示为从约一个特定值到约另一个特定的值。对于这些范围，另一个实例是从一个特定值和/或到另一特定值，以及该范围内的所有组合。当在本公开中描述或引用值的范围时，区间包括上限和下限以及上限和下限之间的各个中间值，并且包括受所提供的任何特定排除限制的区间的较小范围。
除非另有定义，否则本说明书和所附权利要求中使用的所有技术和科学术语具有与相关领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。
如果本公开或所附权利要求中列举或引用了包括两个以上限定步骤的方法，则所述限定步骤可以以任何顺序进行或同时进行，除非上下文排除了这种可能性。

Claims (22)

1.一种从气体混合物中回收不凝性气体的方法，该方法包括以下步骤：
供给包括不凝性组分的气体混合物；
供给包括可凝性组分的吹扫气体；
将所述气体混合物和所述吹扫气体引入吹扫式膜段以获得渗余物料流和混合渗透物料流，所述混合渗透物料流包括至少一部分所述可凝性组分和至少一部分所述不凝性组分；
将所述混合渗透物料流引入汽-液分离器，并对所述混合渗透物料流进行足以将大部分所述可凝性组分凝结成液体的热力学条件处理，从而获得粗不凝性组分料流，其中所述粗不凝性组分料流富含所述不凝性组分；和
将所述粗不凝性组分引入浓缩装置以获得富含所述不凝性组分的不凝性组分产物料流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体混合物是天然气，并且所述不凝性组分是氦气。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述可凝性组分包括烃，所述烃选自乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷以及它们的任意组合。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述可凝性组分包括C2+烃混合物。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述汽-液分离器使用选自如下的汽-液分离方法操作：消除分离、蒸馏、变压吸附、吸收以及它们的任意组合。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，还包括蒸发所述可凝性组分以产生蒸发的可凝性组分的步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括使用涡轮机由所述蒸发的可凝性组分的膨胀产生能量的步骤。
8.一种使用具有并联吹扫料流的级联配置从气体混合物中回收不凝性气体的方法，该方法包括以下步骤：
供给包括不凝性组分的气体混合物；
供给包括可凝性组分的吹扫气体；
将所述气体混合物和所述吹扫气体的第一部分引入第一吹扫式膜段以获得第一渗余物料流和第一混合渗透物料流，所述第一渗余物料流包括至少一部分所述不凝性组分，所述第一混合渗透物料流包括至少一部分所述可凝性组分和至少一部分所述不凝性组分；
将所述第一渗余物料流和所述吹扫气体的第二部分引入第二吹扫式膜段以获得第二渗余物料流和第二混合渗透物料流，所述第二混合渗透物料流包括至少一部分所述可凝性组分和至少一部分所述不凝性组分；
将所述第一混合渗透物料流和所述第二混合渗透物料流合并以获得包括至少一部分所述可凝性组分和至少一部分所述不凝性组分的合并渗透物料流；
将所述合并渗透物料流引入汽-液分离器，并对所述合并渗透物料流进行足以将所述合并渗透物料流中的大部分所述可凝性组分凝结成液体的热力学条件处理，从而获得粗不凝性组分料流，其中所述粗不凝性组分料流富含所述不凝性组分；和
将所述粗不凝性组分引入浓缩装置以获得富含所述不凝性组分的不凝性组分产物料流。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述气体混合物是天然气，并且所述不凝性组分是氦气。
10.根据权利要求8或9中任一项所述的方法，其中所述可凝性组分包括烃，所述烃选自乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷以及它们的任意组合。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其中所述可凝性组分包括C2+烃混合物。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的方法，其中所述汽-液分离器使用选自如下的汽-液分离方法操作：消除分离、蒸馏、变压吸附、吸收以及它们的任意组合。
13.根据权利要求8-12中任一项所述的方法，还包括蒸发所述可凝性组分以产生蒸发的可凝性组分的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括使用涡轮机由所述蒸发的可凝性组分的膨胀产生能量的步骤。
15.一种使用具有串联吹扫料流的级联配置从气体混合物中回收不凝性气体的方法，该方法包括以下步骤：
供给包括不凝性组分的气体混合物；
供给包括可凝性组分的吹扫气体；
将所述气体混合物和所述吹扫气体引入第一分离区，所述分离区包括第一吹扫式膜段、第一汽-液分离器和第一蒸发器；
将所述气体混合物和所述吹扫气体引入所述第一吹扫式膜段以获得第一渗余物料流和第一混合渗透物料流，所述第一渗余物料流包括至少一部分所述不凝性组分，所述第一混合渗透物料流包括至少一部分所述可凝性组分和至少一部分所述不凝性组分；
将所述第一混合渗透物料流引入所述第一汽-液分离器，并对合并渗透物料流进行足以将所述合并渗透物料流中的大部分所述可凝性组分凝结成液体的热力学条件处理，从而获得第一回收的可凝性液体料流和第一粗不凝性组分料流，其中所述第一回收的可凝性液体料流包括至少一部分所述可凝性组分，并且其中所述粗不凝性组分料流富含所述不凝性组分；
将第一可凝性液体料流引入蒸发器以蒸发所述可凝性组分并产生后续吹扫料流；
将所述第一渗余物料流和所述后续吹扫料流引入后续分离区，所述后续分离区包括后续吹扫式膜段、后续汽-液分离器和后续蒸发器；
将所述第一混合渗透物料流引入所述第一汽-液分离器，并对合并渗透物料流进行足以将所述第一混合渗透物料流中的大部分所述可凝性组分凝结成液体的热力学条件处理，从而获得第一回收的可凝性液体料流和第一粗不凝性组分料流，其中所述第一回收的可凝性液体料流包括至少一部分所述可凝性组分，并且其中所述第一粗不凝性组分料流富含所述不凝性组分；
将所述第一渗余物料流和后续吹扫气体引入所述后续吹扫式膜段以获得后续渗余物料流和后续混合渗透物料流，所述后续渗余物料流包括至少一部分所述不凝性组分，所述后续混合渗透物料流包括至少一部分所述可凝性组分和至少一部分所述不凝性组分；
将所述后续混合渗透物料流引入所述后续汽-液分离器，并对合并渗透物料流进行足以将所述后续混合渗透物料流中的大部分所述可凝性组分凝结成液体的热力学条件处理，从而获得后续回收的可凝性液体料流和后续粗不凝性组分料流，其中所述后续回收的可凝性液体料流包括至少一部分所述可凝性组分，并且其中所述后续粗不凝性组分料流富含所述不凝性组分；和
将所述第一粗不凝性组分料流和所述后续粗不凝性组分料流引入浓缩装置以获得富含所述不凝性组分的不凝性组分产物料流。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括排放一部分所述第一混合渗透物料流并将补充气体注入所述混合渗透物料流中以控制所述混合渗透物料流的可凝性的步骤，所述补充气体包括所述可凝性组分。
17.根据权利要求15-16中任一项所述的方法，其中所述气体混合物是天然气，并且所述不凝性组分是氦气。
18.根据权利要求15-17中任一项所述的方法，其中所述可凝性组分包括烃，所述烃选自乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷以及它们的任意组合。
19.根据权利要求15-18中任一项所述的方法，其中所述可凝性组分包括C2+烃混合物。
20.根据权利要求15-19中任一项所述的方法，其中所述第一汽-液分离器和所述后续汽-液分离器使用选自如下的汽-液分离方法操作：消除分离、蒸馏、变压吸附、吸收以及它们的任意组合。
21.根据权利要求15-20中任一项所述的方法，还包括使用至少一个涡轮机由蒸发的可凝性组分的膨胀产生能量的步骤。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述方法产生的涡轮功率大于其用于压缩和泵送所消耗的涡轮功率。
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Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4717407A (en) * 1984-12-21 1988-01-05 Air Products And Chemicals, Inc. Process for recovering helium from a multi-component gas stream
US5240471A (en) * 1991-07-02 1993-08-31 L'air Liquide Multistage cascade-sweep process for membrane gas separation
US5332424A (en) * 1993-07-28 1994-07-26 Air Products And Chemicals, Inc. Hydrocarbon fractionation by adsorbent membranes
US6572679B2 (en) * 2000-05-19 2003-06-03 Membrane Technology And Research, Inc. Gas separation using organic-vapor-resistant membranes in conjunction with organic-vapor-selective membranes
MY128178A (en) * 2001-09-07 2007-01-31 Exxonmobil Upstream Res Co High-pressure separation of a multi-components gas
US6565626B1 (en) * 2001-12-28 2003-05-20 Membrane Technology And Research, Inc. Natural gas separation using nitrogen-selective membranes
US20050217479A1 (en) * 2004-04-02 2005-10-06 Membrane Technology And Research, Inc. Helium recovery from gas streams
US20080127632A1 (en) * 2006-11-30 2008-06-05 General Electric Company Carbon dioxide capture systems and methods
EP2023066A1 (en) * 2007-07-25 2009-02-11 BP Alternative Energy Holdings Limited Separation of carbon dioxide and hydrogen
WO2009139835A1 (en) * 2008-05-12 2009-11-19 Membrane Technology And Research, Inc. Gas-separation process using membranes with permeate sweep to remove co2 from combustion gases
SG11201403605PA (en) * 2011-12-27 2014-10-30 Evonik Fibres Gmbh Method for separating gases
RU2605593C2 (ru) * 2014-10-27 2016-12-20 Юоп Ллк Способ извлечения гелия и устройство для его осуществления
JP6702884B2 (ja) * 2014-12-26 2020-06-03 日本碍子株式会社 ガス分離方法
US9676628B2 (en) * 2015-02-10 2017-06-13 Praxair Technology, Inc. Integrated process and apparatus for recovery of helium rich streams
US20180363978A1 (en) * 2017-06-19 2018-12-20 Saudi Arabian Oil Company Treating raw natural gas
US11033856B2 (en) * 2018-06-14 2021-06-15 Uop Llc Multi-stage membrane systems with polymeric and microporous zeolitic inorganic membranes for gas separations

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