RU134817U1

RU134817U1 - INSTALLATION OF TWO-STAGE RECEIPT OF HELIUM CONCENTRATE FROM NATURAL GAS

Info

Publication number: RU134817U1
Application number: RU2013129369/05U
Authority: RU
Inventors: Наталия Николаевна Кисленко; Тимофей Георгиевич Семиколенов; Владимир Александрович Ведин; Дарья Александровна Григорьева; Мария Юрьевна Махошвили; Константин Дмитриевич Коренев; Евгений Сергеевич Еремин; Дмитрий Сергеевич Солодов; Денис Вячеславович Новиков; Павел Александрович Солодов; Вадим Равильевич Акчурин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Газпром"
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2013-11-27

Abstract

1. Установка очистки природного газа высокого давления от гелия, содержащая, по меньшей мере, два мембранных модуля с зонами высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной, зона высокого давления первого мембранного модуля с одной стороны соединена с подводящим природный газ трубопроводом, а с другой стороны с выходным трубопроводом, отводящим очищенный природный газ, зона низкого давления первого мембранного модуля соединена трубопроводом отвода проникшего газа, в котором установлен первый компрессор, с зоной высокого давления второго мембранного модуля, подключенного с другой стороны к трубопроводу отвода непроникшей газовой смеси, при этом зона низкого давления второго мембранного модуля соединена вторым трубопроводом отвода проникшего газа с входом второго компрессора, трубопровод отвода непроникшей газовой смеси в зоне высокого давления второго мембранного модуля подключен к трубопроводу, отводящему очищенный природный газ, отличающаяся тем, что зона низкого давления первого мембранного модуля дополнительно соединена трубопроводом отвода проникшего газа, в котором установлен первый компрессор, с блоком получения гелиевого концентрата, трубопровод отвода непроникшей газовой смеси в зоне высокого давления второго мембранного модуля дополнительно подключен к трубопроводу рециркуляции непроникшего газового потока в подводящий трубопровод, а к выходу второго компрессора подключен трубопровод вывода газовой смеси с повышенным содержанием гелия из установки для дальнейшей подачи на блок получения гелиевого концентрата.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снаб�1. Installation for the purification of high pressure natural gas from helium, containing at least two membrane modules with high and low pressure zones separated by a semipermeable membrane, the high pressure zone of the first membrane module is connected to the natural gas supply pipe on the one hand and on the other the side with the outlet pipeline discharging purified natural gas, the low pressure zone of the first membrane module is connected to the permeate gas outlet pipe in which the first compressor is installed, with a high pressure of the second membrane module, connected on the other hand to the non-permeable gas mixture discharge pipe, the low pressure zone of the second membrane module is connected by the second penetrated gas discharge pipe to the inlet of the second compressor, the non-penetrated gas mixture discharge pipe in the high pressure zone of the second membrane module is connected to a pipeline discharging purified natural gas, characterized in that the low-pressure zone of the first membrane module is additionally connected by a pipeline from an ode to the infiltrated gas in which the first compressor is installed, with a helium concentrate production unit, the non-permeable gas mixture discharge pipe in the high pressure zone of the second membrane module is additionally connected to the non-permeated gas stream recirculation pipe to the supply pipe, and the gas mixture output pipe is connected to the outlet of the second compressor with a high helium content from the installation for further supply to the helium concentrate production unit. 2. Installation according to claim 1, characterized in that it is supplied

Description

Полезная модель относится к области разделения газовых смесей с помощью мембран и производства гелиевого концентрата и может использоваться в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.The utility model relates to the field of separation of gas mixtures using membranes and the production of helium concentrate and can be used in gas, oil, chemical and other industries.

Из описания к патенту RU 114423 известна установка очистки природного газа высокого давления от гелия, включающая два мембранных модуля с зонами высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной. При этом зона высокого давления первого мембранного модуля с одной стороны соединена с подводящим сырьевой газ трубопроводом, а с другой стороны - с выходным трубопроводом, отводящим очищенный природный газ. Зона низкого давления первого мембранного модуля соединена трубопроводом отвода проникшего газа, в котором установлен первый компрессор, с зоной высокого давления второго мембранного модуля, подключенную с другой стороны к трубопроводу отвода непроникшей газовой смеси. При этом зона низкого давления второго мембранного модуля соединена вторым трубопроводом отвода проникшего газа с входом второго компрессора, соединенного с трубопроводом отвода газовой смеси с повышенным содержанием гелия. Трубопровод отвода непроникшей газовой смеси в зоне высокого давления второго мембранного модуля подключен к трубопроводу, отводящему очищенный природный газ.From the description of patent RU 114423 there is known an installation for purifying natural gas of high pressure from helium, comprising two membrane modules with high and low pressure zones separated by a semipermeable membrane. In this case, the high pressure zone of the first membrane module is on the one hand connected to the feed gas supply line, and on the other hand, to the outlet pipe, which removes purified natural gas. The low-pressure zone of the first membrane module is connected by a permeate gas exhaust pipe, in which the first compressor is installed, to the high-pressure zone of the second membrane module, connected on the other hand to the non-permeable gas mixture discharge pipe. At the same time, the low pressure zone of the second membrane module is connected by a second pipeline for discharging the penetrated gas to the inlet of the second compressor connected to the pipeline for discharging the gas mixture with a high helium content. The non-permeable gas mixture discharge pipeline in the high pressure zone of the second membrane module is connected to the pipeline discharging purified natural gas.

К недостаткам известной установки очистки природного газа от гелия следует отнести невозможность получения гелиевого концентрата как после первой ступени, так и после второй ступени извлечения гелия из природного газа, а также большая площадь мембранной поверхности второй ступени газоразделения.The disadvantages of the known installation for the purification of natural gas from helium include the impossibility of obtaining helium concentrate both after the first stage and after the second stage of extraction of helium from natural gas, as well as the large membrane surface area of the second gas separation stage.

Техническими результатами заявленной полезной модели является расширение функциональных возможностей - получение гелиевого концентрата, а также снижение площади мембранной поверхности второй ступени газоразделения.The technical results of the claimed utility model is the expansion of functionality - obtaining helium concentrate, as well as reducing the membrane surface area of the second stage of gas separation.

Данные технические результаты обеспечиваются за счет того, что в установке очистки природного газа высокого давления от гелия, содержащей два мембранных модуля с зонами высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной, зона высокого давления первого мембранного модуля с одной стороны сообщена с подводящим природный газ трубопроводом, а с другой стороны с выходным трубопроводом, отводящим очищенный природный газ из установки, зона низкого давления первого мембранного модуля соединена трубопроводом отвода проникшего газа, на линии которого установлен первый компрессор, с блоком получения гелиевого концентрата и с зоной высокого давления второго мембранного модуля, подключенного с другой стороны к трубопроводу отвода непроникшей газовой смеси, при этом зона низкого давления второго мембранного модуля соединена вторым трубопроводом отвода проникшего газа с входом второго компрессора, трубопровод отвода непроникшей газовой смеси в зоне высокого давления второго мембранного модуля подключен к трубопроводу, отводящему очищенный природный газ из установки, и к трубопроводу рециркуляции непроникшего газового потока в подводящий трубопровод, а к выходу второго компрессора подключен трубопровод вывода газовой смеси с повышенным содержанием гелия из установки для дальнейшей подачи на блок получения гелиевого концентрата. Установка может быть снабжена дополнительными мембранными модулями, при этом к каждому из мембранных модулей параллельно подключен, по меньшей мере, один дополнительный мембранный модуль, совместно составляющие мембранный газоразделительный блок.These technical results are provided due to the fact that in the installation for the purification of high-pressure natural gas from helium containing two membrane modules with high and low pressure zones separated by a semi-permeable membrane, the high pressure zone of the first membrane module is connected on one side to the natural gas supply pipe, and, on the other hand, with an outlet pipe that discharges purified natural gas from the unit, the low pressure zone of the first membrane module is connected by an outlet pipe about gas, on the line of which the first compressor is installed, with a helium concentrate production unit and with a high pressure zone of the second membrane module connected on the other hand to the non-permeable gas mixture discharge pipe, while the low pressure zone of the second membrane module is connected by the second penetrated gas discharge pipe to by the inlet of the second compressor, the non-permeable gas mixture discharge pipe in the high pressure zone of the second membrane module is connected to the pipe discharge the purified natural gas from SETTING, and a recirculation conduit-permeate gas stream in the inlet conduit and the exit conduit of the second compressor is connected the output of the gas mixture with a high content of helium from the plant for further feed to the acquisition unit helium concentrate. The installation can be equipped with additional membrane modules, with at least one additional membrane module connected to each of the membrane modules together forming a membrane gas separation unit.

На фиг. представлена схема установки двухстадийного получения гелиевого концентрата из природного газа.In FIG. The installation diagram of a two-stage production of helium concentrate from natural gas is presented.

Установка двухстадийного получения гелиевого концентрата из природного газа включает подводящий трубопровод 1, по которому сырьевой газ подается на, по меньшей мере, один мембранный модуль первой ступени 2 с зонами высокого 3 и низкого 4 давления, разделенными полупроницаемой мембраной 5. Зона высокого давления, по меньшей мере, одного мембранного модуля первой ступени 2 соединена с трубопроводом 6, отводящим природный газ с пониженным содержанием гелия из установки. Зона низкого давления 4, по меньшей мере, одного мембранного модуля первой ступени 2 соединена трубопроводом 7, по которому проникший через мембрану поток газа подается на первый компрессор 8, дожимается и по трубопроводу 9 поступает на, по меньшей мере, один мембранный модуль второй ступени 10 в зону высокого 11 давления. Зоны высокого 11 и низкого 12 давлений разделены полупроницаемой мембраной 13. Зона высокого давления, по меньшей мере, одного мембранного модуля второй ступени 10 посредством трубопровода 14 отвода непроникшей газовой смеси на второй ступени подключена к трубопроводу 6, отводящему природный газ с пониженным содержанием гелия из установки. При этом предусмотрена возможность соединения трубопровода 14 посредством трубопровода 15 с трубопроводом 1, подводящим природный газ на вход, по меньшей мере, одного мембранного модуля первой ступени 2.The installation for the two-stage production of helium concentrate from natural gas includes a supply line 1, through which the feed gas is supplied to at least one membrane module of the first stage 2 with zones of high 3 and low 4 pressure separated by a semipermeable membrane 5. High pressure zone, at least of at least one membrane module of the first stage 2 is connected to a pipeline 6 that discharges natural gas with a low helium content from the installation. The low-pressure zone 4 of at least one membrane module of the first stage 2 is connected by a pipe 7, through which a gas stream penetrating through the membrane is supplied to the first compressor 8, is compressed, and is fed through the pipe 9 to at least one membrane module of the second stage 10 in the high pressure zone 11. The zones of high 11 and low 12 pressures are separated by a semipermeable membrane 13. The high pressure zone of at least one membrane module of the second stage 10 is connected to the pipeline 6, which removes natural gas with a low helium content, from the installation through the pipeline 14 for discharging the non-permeable gas mixture in the second stage . In this case, it is possible to connect the pipeline 14 by means of the pipeline 15 with the pipeline 1 supplying natural gas to the inlet of at least one membrane module of the first stage 2.

Зона низкого давления, по меньшей мере, одного мембранного модуля второй ступени соединена трубопроводом 16 отвода проникшего газа с входом второго компрессора 17, выход которого подключен к трубопроводу 18 подачи газовой смеси с повышенным содержанием гелия на блок получения гелиевого концентрата 19 криогенным методом или методом короткоцикловой адсорбции.The low pressure zone of at least one membrane module of the second stage is connected by a pipe 16 for discharging the penetrated gas to the inlet of the second compressor 17, the outlet of which is connected to the pipe 18 for supplying a gas mixture with a high content of helium to the block for producing helium concentrate 19 by a cryogenic method or by a short-cycle adsorption method .

Трубопровод 9 соединен с блоком производства гелиевого концентрата 19 посредством трубопровода 20 для подачи газового потока, обогащенного гелием, полученного на первой ступени мембранного разделения.The pipeline 9 is connected to the helium concentrate production unit 19 by means of a pipeline 20 for supplying a gas stream enriched with helium obtained in the first stage of membrane separation.

Блок получения гелиевого концентрата 19 снабжен трубопроводом 21 вывода гелиевого концентрата из установки.The block for receiving helium concentrate 19 is provided with a pipe 21 for withdrawing helium concentrate from the installation.

Установка может быть снабжена дополнительными мембранными модулями, при этом к каждому из мембранных модулей параллельно подключен, по крайней мере, один дополнительный мембранный модуль, совместно составляющие мембранный газоразделительный блок.The installation can be equipped with additional membrane modules, with at least one additional membrane module connected to each of the membrane modules together forming a membrane gas separation unit.

Установка двухстадийного получения гелиевого концентрата из природного газа работает следующим образом.Installation of two-stage production of helium concentrate from natural gas is as follows.

Сырьевой природный газ высокого давления, содержащий гелий, по подводящему трубопроводу 1 подается в мембранный модуль (модули блока) первой ступени 2 в зону высокого давления 3, отделенную от зоны низкого давления 4 полупроницаемой мембраной 5. В мембранном модуле (модулях блока) происходит разделение природного газа на поток непроникшего газа высокого давления с пониженным (относительно сырьевого газа) содержанием гелия, выводящийся из установки по трубопроводу 6, и поток газа, проникшего через мембрану 5, с повышенным (относительно сырьевого газа) содержанием гелия. Поток газа, обогащенного гелием, направляется по отводящему трубопроводу 7 на компримирование в первый компрессор 8, после чего подается по трубопроводу 9 в мембранный модуль (модули блока) второй ступени 10 в зону высокого давления 11, отделенную от зоны низкого давления 12 полупроницаемой мембраной 13. Поток непроникшего газа из мембранного модуля (модулей блока) второй ступени отводится по трубопроводу 14 и смешивается с непроникшим потоком, полученным на первой мембранной ступени и отводящемуся из установки по трубопроводу 6. В зависимости от состава исходного природного газа обеспечивается рециркуляция непроникшего потока, полученного на второй мембранной ступени, по трубопроводу 15 в подводящий трубопровод 1 для подачи вместе с исходным природным газом в мембранный модуль (модули блока) первой ступени. Проникший поток газа с повышенным содержанием гелия из мембранного модуля (модулей блока) второй ступени 10 направляется по трубопроводу 16 на вход второго компрессора 17, откуда газовая смесь по трубопроводу 18 поступает на блок получения гелиевого концентрата 19 криогенным методом или с использованием технологии короткоцикловой адсорбции.High pressure feed natural gas containing helium is supplied through a supply pipe 1 to the first stage membrane module (modules) 2 to the high pressure zone 3, separated from the low pressure zone 4 by a semi-permeable membrane 5. In the membrane module (block modules), the natural gas flow of non-permeated high pressure gas with a low (relative to the feed gas) helium content, which is discharged from the installation through pipeline 6, and a gas flow penetrating through the membrane 5, with a high (relative to gas) with helium content. The flow of gas enriched with helium is directed through the discharge pipe 7 for compression to the first compressor 8, after which it is fed through the pipe 9 to the membrane module (s) of the second stage 10 to the high pressure zone 11, separated from the low pressure zone 12 by a semipermeable membrane 13. The flow of non-penetrated gas from the membrane module (modules of the unit) of the second stage is discharged through line 14 and mixed with the non-penetrated gas obtained at the first membrane stage and discharged from the installation through line 6. Depending on t composition of the feed natural gas stream is provided by recirculation of permeate, obtained in the second membrane stage, through the line 15 to the supply line 1 for supplying with natural gas feedstock to a membrane module (block units) of the first stage. The penetrated gas stream with a high helium content from the membrane module (unit modules) of the second stage 10 is sent via line 16 to the inlet of the second compressor 17, from where the gas mixture is passed through line 18 to the block for producing helium concentrate 19 using the cryogenic method or using short-cycle adsorption technology.

В зависимости от состава сырьевого газа обеспечивается подача скомпримированного компрессором 8 потока обогащенного гелием газа на блок получения гелиевого концентрата 19 по трубопроводу 20.Depending on the composition of the feed gas, a stream of helium-enriched gas compressed by the compressor 8 is supplied to the helium concentrate production unit 19 via a pipeline 20.

Таким образом, поскольку на блок получения гелиевого концентрата поступает меньший объем газа с высоким (относительно сырьевого газа) содержанием гелия, процесс производства гелиевого концентрата потребует значительно меньших энергозатрат, по сравнению с вариантом получения гелиевого концентрата из сырьевого газа. Кроме того, возможность рециркуляции непроникшего газового потока второго мембранного модуля на вход первого мембранного модуля позволит обеспечить содержание гелия в непроникшем (подготовленном) газе в соответствии с необходимыми требованиями при сокращении площади поверхности мембран второй ступени газоразделения.Thus, since a smaller volume of gas with a high (relative to the feed gas) helium content is supplied to the helium concentrate production unit, the process of producing helium concentrate will require significantly lower energy consumption compared to the option to produce helium concentrate from raw gas. In addition, the possibility of recirculation of the non-penetrated gas stream of the second membrane module to the inlet of the first membrane module will ensure the helium content in the non-penetrated (prepared) gas in accordance with the necessary requirements while reducing the surface area of the membranes of the second gas separation stage.

Claims

1. Installation for the purification of high pressure natural gas from helium, containing at least two membrane modules with high and low pressure zones separated by a semipermeable membrane, the high pressure zone of the first membrane module is connected to the natural gas supply pipe on the one hand and on the other the side with the outlet pipeline discharging purified natural gas, the low pressure zone of the first membrane module is connected to the permeate gas outlet pipe in which the first compressor is installed, with a high pressure of the second membrane module, connected on the other hand to the non-permeable gas mixture discharge pipe, the low pressure zone of the second membrane module is connected by the second penetrated gas discharge pipe to the inlet of the second compressor, the non-penetrated gas mixture discharge pipe in the high pressure zone of the second membrane module is connected to a pipeline discharging purified natural gas, characterized in that the low-pressure zone of the first membrane module is additionally connected by a pipeline from an ode to the infiltrated gas in which the first compressor is installed, with a helium concentrate production unit, the non-permeable gas mixture discharge pipe in the high pressure zone of the second membrane module is additionally connected to the non-permeated gas stream recirculation pipe to the supply pipe, and the gas mixture output pipe is connected to the outlet of the second compressor with a high helium content from the installation for further supply to the helium concentrate production unit.

2. Installation according to claim 1, characterized in that it is equipped with additional membrane modules, each of which is connected in parallel with at least one additional membrane module, together constituting a membrane gas separation unit.