RU2561072C2 - Method of helium recovery from natural gas - Google Patents

Method of helium recovery from natural gas Download PDF

Info

Publication number
RU2561072C2
RU2561072C2 RU2013145444/05A RU2013145444A RU2561072C2 RU 2561072 C2 RU2561072 C2 RU 2561072C2 RU 2013145444/05 A RU2013145444/05 A RU 2013145444/05A RU 2013145444 A RU2013145444 A RU 2013145444A RU 2561072 C2 RU2561072 C2 RU 2561072C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
helium
stage
membrane
gas
pipeline
Prior art date
Application number
RU2013145444/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013145444A (en
Inventor
Василий Сергеевич Семенов
Владимир Александрович Ведин
Original Assignee
Закрытое Акционерное Общество "БЮРО ИНВЕСТ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое Акционерное Общество "БЮРО ИНВЕСТ" filed Critical Закрытое Акционерное Общество "БЮРО ИНВЕСТ"
Priority to RU2013145444/05A priority Critical patent/RU2561072C2/en
Publication of RU2013145444A publication Critical patent/RU2013145444A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2561072C2 publication Critical patent/RU2561072C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: invention is related to the area of gas mixtures separation by means of membranes and production of commercial helium, it may be used in gas, oil, chemical and other industries. The method of helium recovery from natural gas includes helium recovery from a feed gas at two stages of a membrane unit, wherein the second stage consists of the first and second sections; the stages and sections have areas of low and high pressure; the area of high pressure at the first stage of the membrane unit is communicated from one side to a feed gas pipeline with the feed gas heated preliminarily in a heat exchanger and from the other side to the pipeline discharging the pre-treated natural gas with the low helium content; the area of low pressure at the first section at the second stage of the membrane unit is connected by the penetrated gas discharge pipeline, where the first vacuum pump is installed in order to ensure the helium recovery degree and the second compressor with the commercial helium production unit.
EFFECT: invention allows increasing the degree of helium recovery from natural gas.
3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области разделения газовых смесей с помощью мембран и производства товарного гелия и может использоваться в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.The invention relates to the field of separation of gas mixtures using membranes and the production of commercial helium and can be used in gas, oil, chemical and other industries.

Известен способ разделения и/или очистки газовых смесей, в котором предлагается способ разделения и/или очистки газовых смесей, содержащих труднопроникающие и легкопроникающие через полупроницаемую мембрану компоненты, при этом сырьевой газ подается на мембрану и делится на поток высокого давления с одной стороны полупроницаемой мембраны, обогащающийся трудно проникающими компонентами, и поток низкого давления с другой стороны мембраны, обогащающийся легкопроникающими компонентами, в т.ч. гелием, после прохождения через мембрану отбирают поток газовой смеси высокого давления, обогащенного трудно проникающим компонентом, в количестве не более 15% от потока сырьевой газовой смеси, а поток низкого давления компримируют [RU 2322284 C1, B01D 53/00 (2006.01), 20.04.2008].A known method of separation and / or purification of gas mixtures, which proposes a method of separation and / or purification of gas mixtures containing hardly penetrating and easily penetrating components through a semipermeable membrane, wherein the feed gas is supplied to the membrane and is divided into a high pressure stream from one side of the semipermeable membrane, enriched with difficultly penetrating components, and a low-pressure flow on the other side of the membrane, enriched with low-penetrating components, including helium, after passing through the membrane, a stream of a high pressure gas mixture enriched with a difficult to penetrate component is taken in an amount of not more than 15% of the feed gas mixture stream, and a low pressure stream is compressed [RU 2322284 C1, B01D 53/00 (2006.01), 20.04. 2008].

К недостаткам известного способа разделения и/или очистки газовой смеси от гелия следует отнести высокие энергозатраты на извлечение гелия, так как за один цикл прохождения газа через мембрану в поток низкого давления отбирается не менее 85% газа от входного потока, который затем поочередно многократно компримируется и снова пропускается через мембрану для достижения необходимой степени извлечения гелия, а также низкую производительность процесса по очищенному от гелия газу. Так, поток товарного газа, из которого проведено извлечение гелия после одного цикла, составляет всего 15% от сырьевого.The disadvantages of the known method of separation and / or purification of the gas mixture from helium include the high energy consumption for the extraction of helium, since for one cycle of gas passing through the membrane into the low pressure stream, at least 85% of the gas is taken from the inlet stream, which is then repeatedly compressed and repeatedly it is again passed through the membrane to achieve the required degree of helium extraction, as well as the low productivity of the process for gas purified from helium. So, the flow of commercial gas from which helium was extracted after one cycle is only 15% of the feed.

Также известна установка очистки природного газа высокого давления от гелия, которая содержит два мембранных модуля с полостями высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной, и трубопровод отвода газовой смеси с повышенным содержанием гелия. Полость высокого давления первого мембранного модуля с одной стороны сообщена с подводящим трубопроводом сырьевого газа, а с другой стороны - с выходным трубопроводом для отвода природного газа, из которого извлечен гелий. Полость низкого давления первого мембранного модуля соединена трубопроводом отвода проникшего газа, в котором установлен первый компрессор, - с полостью высокого давления второго мембранного модуля, подключенную с другой стороны к трубопроводу отвода непроникшей газовой смеси, при этом полость низкого давления второго мембранного модуля соединена вторым трубопроводом отвода проникшего газа с входом второго компрессора. Трубопровод отвода непроникшей газовой смеси в полости высокого давления второго мембранного модуля подключен к выходному трубопроводу, а к выходу второго компрессора подключен трубопровод отвода газовой смеси с повышенным содержанием гелия [RU 114423 U1, B01D 53/00 (2006.01), B01D 63/02 (2006.01), 27.03.2012].Also known is a plant for the purification of high-pressure natural gas from helium, which contains two membrane modules with high and low pressure cavities separated by a semipermeable membrane, and a pipeline for removing the gas mixture with a high content of helium. The high-pressure cavity of the first membrane module is on the one hand connected with the feed gas supply pipe, and on the other hand, with the outlet pipe for the removal of natural gas from which helium is extracted. The low-pressure cavity of the first membrane module is connected by a permeate gas exhaust pipe in which the first compressor is installed, to the high-pressure cavity of the second membrane module, which is connected on the other hand to the non-permeable gas mixture discharge pipe, while the low-pressure cavity of the second membrane module is connected by a second exhaust pipe permeated gas with the inlet of the second compressor. The non-permeable gas mixture discharge pipe in the high pressure cavity of the second membrane module is connected to the outlet pipe, and the gas mixture discharge pipe with a high helium content is connected to the output of the second compressor [RU 114423 U1, B01D 53/00 (2006.01), B01D 63/02 (2006.01 ), 03/27/2012].

К недостаткам известной установки очистки природного газа от гелия следует отнести необходимость использования большего количества мембранных элементов для обеспечения необходимой остаточной концентрации гелия на второй стадии мембранной установки. Кроме того, в известной установке не предусматривается возможность рекуперации тепла скомпримированного потока пермеата первой стадии мембранной установки, полученная в результате его сжатия, что способствует дополнительным затратам энергии на подогрев сырьевого газа, который в большинстве случаев необходим при подготовке природного газа в районах с холодным климатом.The disadvantages of the known installation for the purification of natural gas from helium include the need to use a larger number of membrane elements to provide the necessary residual concentration of helium in the second stage of the membrane installation. In addition, the known installation does not provide for the possibility of heat recovery of the compressed permeate stream of the first stage of the membrane installation, obtained as a result of its compression, which contributes to additional energy costs for heating the feed gas, which in most cases is necessary when preparing natural gas in areas with a cold climate.

В наиболее близком аналоге двухступенчатого мембранного процесса известна очистка углеводородного газа посредством его пропускания через первую стадию мембранной установки для получения обогащенного углеводородами непроникшего газового потока и обедненного по углеводородам потока пермеата с последующим компримированием потока пермеата и пропусканием его через вторую стадию мембранной установки, разделенную на первую и вторую секции, где каждая секция имеет свой непроникший и проникший газовые потоки и где непроникший поток первой секции является сырьевым потоком второй секции, причем непроникший поток второй секции второй стадии соединяется с потоком сырьевого газа, а проникший поток второй секции второй стадии соединяется с потоком пермеата первой стадии [WO 2012050816, C10G 31/09 (2006.01), B01D 61/58 (2006.01), 19.04.2012].In the closest analogue of the two-stage membrane process, hydrocarbon gas purification is known by passing it through the first stage of the membrane unit to obtain a non-permeable gas stream enriched in hydrocarbons and a permeate stream depleted in hydrocarbons, followed by compressing the permeate stream and passing it through the second stage of the membrane unit, divided into the first and the second section, where each section has its own non-penetrated and penetrated gas flows and where the non-penetrated first flow of the second section is the feed stream of the second section, the non-penetrated stream of the second section of the second stage being connected to the feed gas stream, and the penetrated stream of the second section of the second stage being connected to the permeate stream of the first stage [WO 2012050816, C10G 31/09 (2006.01), B01D 61/58 (2006.01), 04/19/2012].

Недостатками наиболее близкого аналога являются высокая площадь поверхности мембраны, т.к. для увеличения выхода углеводородов предусматривается направление непроникшего потока после второй секции второй стадии мембранной установки в поток сырьевого газа, что приводит к соответствующему увеличению требуемой мембранной поверхности на первой стадии процесса, в то время как для целей извлечения гелия данные затраты являются нерациональными. Это связано с тем, что основной задачей известного способа является обеспечение наиболее высокого уровня извлечения углеводородов с наименьшими затратами энергии на компримирование и наименьшей площадью мембранной поверхности.The disadvantages of the closest analogue are the high surface area of the membrane, because to increase the yield of hydrocarbons, it is planned to direct the non-penetrated stream after the second section of the second stage of the membrane installation into the feed gas stream, which leads to a corresponding increase in the required membrane surface in the first stage of the process, while for the purpose of extracting helium these costs are irrational. This is due to the fact that the main objective of the known method is to provide the highest level of hydrocarbon recovery with the least energy consumption for compression and the smallest membrane surface area.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение степени извлечения гелия из природного газа за счет применения вакуумных насосов на линиях пермеата первой и второй секциях второй стадии мембранной установки, а также снижение площади поверхности мембраны на первой и второй секции второй стадии мембранной установки. Кроме того, техническим результатом заявленного изобретения является снижение площади мембранной поверхности первой стадии за счет направления непроникшего потока второй секции второй стадии на смешение с непроникшим потоком первой мембранной стадии, а не с потоком сырьевого газа, что увеличивает степень извлечения углеводородов, однако в то же время способствует увеличению площади поверхности первой мембранной стадии и не оказывает влияния на степень извлечения гелия, а также на обеспечение возможности получения товарного гелия из полученного на установке после первой секции второй стадии процесса разделения обогащенного гелием газа. Также техническим результатом заявленного изобретения является снижение энергетических затрат за счет рекуперации тепла скомпримированного после первой стадии мембранной установки газового потока посредством его использования для подогрева потока сырьевого газа.The technical result of the claimed invention is to increase the degree of extraction of helium from natural gas through the use of vacuum pumps on the permeate lines of the first and second sections of the second stage of the membrane installation, as well as reducing the surface area of the membrane in the first and second sections of the second stage of the membrane installation. In addition, the technical result of the claimed invention is to reduce the membrane surface area of the first stage due to the direction of the non-penetrated stream of the second section of the second stage to mix with the non-penetrated stream of the first membrane stage, and not with the flow of raw gas, which increases the degree of hydrocarbon recovery, but at the same time helps to increase the surface area of the first membrane stage and does not affect the degree of extraction of helium, as well as providing the possibility of obtaining commodity helium from obtained at the installation after the first section of the second stage of the separation of helium-enriched gas. Also the technical result of the claimed invention is to reduce energy costs due to the recovery of the heat of the gas stream compressed after the first stage of the membrane installation by using it to heat the feed gas stream.

На Фиг.1 представлена схема способа извлечения гелия из природного газа.Figure 1 presents a diagram of a method for the extraction of helium from natural gas.

Способ извлечения гелия из природного газа включает подводящий трубопровод сырьевого газа 1, соединенный с теплообменным аппаратом 2, который с другой стороны соединен с отводящим трубопроводом нагретого потока сырьевого газа 3, который соединен с первой стадией мембранной установки процесса извлечения гелия 4, имеющей область высокого 5 и низкого 6 давления. Трубопровод 7, соединен с одной стороны с областью низкого давления 6 первой стадии мембранной установки извлечения гелия 4, откуда отводится обогащенный гелием газ, а трубопровод 8 соединен с областью высокого давления 5 первой стадии мембранной установки извлечения гелия 4, откуда отводится обедненный по гелию углеводородный газ. Область низкого давления 6 соединена трубопроводом 7, по которому транспортируется проникший через мембрану обогащенный гелием газовый поток. К трубопроводу 7 осуществляется примыкание трубопровода 29, который соединен с выходным патрубком компрессора 28, на котором дожимается обогащенный гелием газ, полученный в качестве проникшего потока и отводящийся с зоны низкого давления 6 второй секции 15 второй стадии мембраны 13. Полученный после смешения газовых потоков, поступающих по трубопроводам 7 и 29, поток обогащенного гелием газа по трубопроводу 9 направляется на вход компрессора 10, дожимается и по трубопроводу 11 направляется на вход теплообменника 2 с получением на выходе из него охлажденного до требуемой температуры газового потока 12, поступающего на вход второй стадии мембраны 13, состоящей из первой секции 14 и второй секции 15 мембранной установки, имеющих области высокого 5 и низкого 6 давления. Область низкого давления 6 первой секции 14 второй стадии мембраны 13 мембранной установки соединена трубопроводом отводом проникшего газового потока 16, который обогащен гелием с вакуумным насосом 17, за счет которого обеспечивается остаточное давление потока в зоне низкого давления 6 первой секции 14 второй стадии мембраны 13 мембранной установки. Это позволяет обеспечить более высокую производительность первой секции 14 второй стадии мембраны 13 мембранной установки за счет увеличения перепада давления между зоной высокого 5 и низкого 6 давления, а также обеспечить большую степень извлечения гелия в проникший газовый поток, отводимый из зоны низкого давления 6 первой секции 14 второй стадии мембраны 13 мембранной установки трубопроводом 16. Полученный после вакуумного насоса 17 поток обогащенного гелием газа трубопроводом 18 подается на компрессор 19, дожимается до значения давления в зависимости от последующего направления его использования и трубопроводом 20 направляется на закачку в подземное хранилище по трубопроводу 31 или на блок получения товарного гелия 21, включающего комплекс абсорбционных, адсорбционных и низкотемпературных процессов, который соединен с трубопроводом 30, по которому отводится товарный гелий. Область высокого давления 5 первой секции 14 второй стадии мембраны 13 мембранной установки соединена трубопроводом 22 со второй секцией 15 второй стадии 13 мембранной установки, имеющей зону высокого 5 и низкого 6 давления. Область высокого давления второй секции 15 второй стадии 13 мембранной установки соединена трубопроводом 23, по которому отводится обедненный по гелию углеводородный газ, с трубопроводом 8. Обедненный по гелию углеводородный газ, полученный смешением потоков газа, поступающих по трубопроводам 8 и 23 по трубопроводу 24, может направляться на переработку, использоваться на собственные нужны объектов добычи, транспорта и переработки газа или транспортироваться для последующего использования. Область низкого давления второй секции 15 второй стадии мембраны 13 мембранной установки трубопроводом 25 соединена вакуумным насосом 26, за счет которого обеспечивается давление потока в зоне низкого давления 6 второй секции 15 второй стадии мембраны 13 мембранной установки. Это позволяет обеспечить более высокую производительность второй секции 15 второй стадии мембраны 13 за счет увеличения перепада давления между зоной высокого 5 и низкого 6 давления, а также обеспечить большую степень извлечения гелия в проникший газовый поток, отводимый из зоны низкого давления 6 второй секции 15 второй стадии мембраны 13 трубопроводом 25. Полученный после вакуумного насоса 26 поток обогащенного гелием газа трубопроводом 27 подается на компрессор 28, дожимается и отводится по трубопроводу 29 на смешение с обогащенным гелием газом, транспортируемым по трубопроводу 7, и/или на блок получения товарного гелия 21.A method for extracting helium from natural gas includes a feed gas supply pipe 1 connected to a heat exchanger 2, which, on the other hand, is connected to a discharge pipe of a heated feed gas stream 3, which is connected to a first stage of the membrane installation of a helium recovery process 4 having a high region of 5 and low 6 pressure. The pipeline 7 is connected on one side to the low pressure region 6 of the first stage of the helium recovery membrane unit 4, from which the gas enriched with helium is discharged, and the pipe 8 is connected to the high pressure region 5 of the first stage of the membrane recovery helium 4 unit, from which the helium-depleted hydrocarbon gas is discharged . The low-pressure region 6 is connected by a pipeline 7, through which a gas stream enriched with helium penetrated through the membrane is transported. The pipeline 7 is adjacent to the pipeline 29, which is connected to the outlet pipe of the compressor 28, on which the gas enriched with helium is obtained, received as a permeated stream and discharged from the low pressure zone 6 of the second section 15 of the second stage of the membrane 13. Obtained after mixing the gas flows coming through pipelines 7 and 29, the flow of helium-enriched gas through pipeline 9 is directed to the inlet of compressor 10, is pressurized and piped 11 is directed to the inlet of heat exchanger 2 to obtain about chilled to the required temperature of the gas stream 12 entering the second stage of the membrane 13, consisting of the first section 14 and the second section 15 of the membrane installation, with areas of high 5 and low 6 pressure. The low pressure region 6 of the first section 14 of the second stage of the membrane 13 of the membrane unit is connected by a pipe to the outlet of the penetrated gas stream 16, which is enriched with helium with a vacuum pump 17, which ensures the residual pressure of the stream in the low pressure zone 6 of the first section 14 of the second stage 14 of the second stage of the membrane 13 of the membrane unit . This allows for a higher productivity of the first section 14 of the second stage of the membrane 13 of the membrane installation by increasing the pressure difference between the high 5 and low 6 pressure zones, as well as to provide a greater degree of helium extraction into the permeated gas stream discharged from the low pressure zone 6 of the first section 14 the second stage of the membrane 13 of the membrane installation by the pipe 16. The stream of helium-enriched gas obtained after the vacuum pump 17 is supplied by the pipe 18 to the compressor 19, pressurized to a pressure of The dependence on the direction of its subsequent use and conduit 20 goes to injection into underground storage through line 31 or to the acquisition unit 21 commercial helium comprising complex absorption, adsorption and low temperature processes, which is connected to a conduit 30 through which helium is given commodity. The high-pressure region 5 of the first section 14 of the second stage of the membrane unit 13 of the membrane unit is connected by a pipe 22 to the second section 15 of the second stage 13 of the membrane unit having a zone of high 5 and low 6 pressure. The high pressure region of the second section 15 of the second stage 13 of the membrane unit is connected by a pipe 23, through which helium-depleted hydrocarbon gas is discharged, to a pipe 8. Helium-depleted hydrocarbon gas obtained by mixing gas streams coming through pipelines 8 and 23 through pipeline 24 can be sent for processing, used for own needs of gas production, transport and processing facilities or transported for subsequent use. The low pressure region of the second section 15 of the second stage of the membrane 13 of the membrane unit is connected by a pipe 25 to a vacuum pump 26, which ensures the flow pressure in the low pressure zone 6 of the second section 15 of the second stage 15 of the membrane unit 13. This allows for a higher productivity of the second section 15 of the second stage of the membrane 13 by increasing the pressure drop between the high 5 and low 6 pressure zones, as well as to provide a greater degree of helium extraction into the permeated gas stream discharged from the low pressure zone 6 of the second section 15 of the second stage membranes 13 by a pipe 25. The stream of helium-rich gas obtained after the vacuum pump 26 is supplied by a pipe 27 to a compressor 28, is compressed and discharged through a pipe 29 to mix with helium-rich gas m, conveyed via conduit 7 and / or to block production of commercial helium 21.

В зависимости от содержания гелия в составе сырьевого газа, поступающего в трубопровод 1, и требований к остаточному содержанию гелия в обеденном по гелию газе, транспортируемому по трубопроводу 24, возможно обеспечение работы системы без использования вакуумного насоса 26.Depending on the helium content in the composition of the feed gas entering the pipeline 1 and the requirements for the residual helium content in the helium-depleted gas transported through the pipeline 24, it is possible to ensure the operation of the system without using a vacuum pump 26.

Мембраны 4, 14 и 15 представляют собой полимерный материал, скорость проникновения через который молекул гелия много выше скорости проникновения молекул углеводородов, в том числе метана. Материал мембраны формируется в виде специальных единичных сборок и может располагаться в специально изготовленном для них корпусе как последовательно, так и параллельно.Membranes 4, 14 and 15 are polymeric materials, the penetration rate of helium molecules through which is much higher than the penetration rate of hydrocarbon molecules, including methane. The membrane material is formed in the form of special single assemblies and can be located in a specially made case for them both in series and in parallel.

Первая секция 14 и вторая секция 15 второй стадии мембраны 13 мембранной установки могут располагаться в одном специально изготовленном для них корпусе.The first section 14 and the second section 15 of the second stage of the membrane 13 of the membrane installation can be located in one specially made for them housing.

Сырьевой природный газ, содержащий гелий, по трубопроводу 1 проходит через теплообменный аппарат 2, где нагревается с получением нагретого потока сырьевого гелийсодержащего газа 3, который подается на первую стадию 4 мембранной установки, имеющую зону высокого 5 и низкого давления 6, который отделены между собой собственно мембраной. На мембране происходит разделение потока природного газа на обедненный по гелию и обогащенный по углеводородам не проникший через мембрану поток газа 8 и обогащенный по гелию и обедненный по углеводородам проникший через мембрану поток газа низкого давления 7. Обогащенный гелием газ низкого давления смешивается с проникшим потоком второй секции 15 второй стадии мембраны 13 мембранной установки и дожимается компрессором 10, затем для охлаждения газа трубопроводом 11 подается в теплообменный аппарат 2 с получением потока 12 одновременно нагревая поток сырьевого газа и подается на вторую стадию мембраны 13 мембранного разделения. На первой секции 14 второй стадии мембраны 13 мембраной установки происходит разделение потока природного газа на обедненный по гелию и обогащенный по углеводородам не проникший через мембрану поток газа 22 и обогащенный по гелию и обедненный по углеводородам проникший через мембрану поток газа низкого давления 16. При этом на линии потока 16 установлен вакуумный насос 17, обеспечивающий больший перепад давления между зоной высокого давления и зоной низкого давления первой секции 14 второй стадии мембранной установки и соответственно большую степень извлечения гелия из потока 12 в поток 16. Полученный обогащенный гелием проникший поток подается по трубопроводу 18 на компрессор 19, где дожимается до необходимого давления, и далее подается на блок получения товарного гелия 21 или на закачку в подземное хранилище по трубопроводу 31. Не проникший через мембрану 14 поток газа направляется на разделение на вторую секцию 15 второй стадии мембраны 13 мембранного разделения с получением на мембране проникшего через нее потока газа 25, обогащенного гелием, и не проникшего через нее потока газа 23, обедненного по гелию и обогащенного по углеводородам. Потоки газа 8 и 23, обедненные по гелию, смешиваются и далее транспортируются трубопроводом 24 до потребителя. На линии обогащенного гелием газа возможна установка вакуумного насоса 26 для обеспечения большего перепада давления между зоной высокого давления и зоной низкого давления второй секции 15 второй стадии мембраны 13 мембранной установки. После вакуумного насоса поток газа, обогащенного гелием, дожимается на компрессоре 28 и по трубопроводу 29 подается на смешение с потоком газа 7 и/или по трубопроводу 32 на блок получения товарного гелия 21.Helium-containing feed gas is passed through a pipe 1 through a heat exchanger 2, where it is heated to produce a heated feed stream of helium-containing gas 3, which is fed to the first stage 4 of the membrane unit, which has a high 5 and low pressure zone 6, which are separated from each other the membrane. On the membrane, the natural gas stream is divided into helium-depleted and hydrocarbon-rich gas stream 8 that has not penetrated through the membrane and helium-enriched and hydrocarbon-poor low-pressure gas stream penetrated through the membrane 7. The low-pressure helium-enriched gas is mixed with the penetrated stream of the second section 15 of the second stage of the membrane 13 of the membrane installation and is pressurized by the compressor 10, then, for cooling the gas, the pipe 11 is supplied to the heat exchanger 2 to obtain a stream 12 simultaneously heated Wai feed gas stream and is fed to the second stage membrane 13, the membrane separation. In the first section 14 of the second stage of the membrane 13, the installation membrane separates the natural gas stream into helium-depleted and hydrocarbon-rich gas stream 22 that did not penetrate through the membrane and helium-enriched and hydrocarbon-poor low-pressure gas stream through the membrane 16. In doing so, a vacuum pump 17 is installed in the flow line 16, providing a greater pressure drop between the high pressure zone and the low pressure zone of the first section 14 of the second stage of the membrane installation and, accordingly, a larger the degree of extraction of helium from stream 12 to stream 16. The resulting helium-enriched inflow stream is fed through line 18 to compressor 19, where it is pressurized to the required pressure, and then fed to commodity helium 21 or injected into underground storage via line 31. Not penetrated through the membrane 14, the gas stream is directed to the separation into the second section 15 of the second stage of the membrane separation membrane 13 to obtain a gas stream 25 enriched with helium that has penetrated through the membrane and not penetrated through it a gas stream 2 3, depleted in helium and enriched in hydrocarbons. The gas flows 8 and 23, depleted in helium, are mixed and then transported by pipeline 24 to the consumer. It is possible to install a vacuum pump 26 on the helium-enriched gas line to provide a greater pressure differential between the high pressure zone and the low pressure zone of the second section 15 of the second stage of the membrane 13 of the membrane unit. After the vacuum pump, the flow of helium-enriched gas is pressurized on the compressor 28 and through the pipe 29 it is mixed with the gas stream 7 and / or through the pipe 32 to the commodity helium production unit 21.

Таким образом, обеспечение работы блока получения товарного гелия 21 возможно с использованием в качестве сырья проникшего потока первой секции второй стадии мембранной установки и/или проникшего потока второй секции второй стадии мембранной установки, что позволяет обеспечить гибкое регулирование объемов получаемого товарного гелия.Thus, the operation of the commodity helium production unit 21 is possible using the penetrated stream of the first section of the second stage of the membrane unit and / or the penetrated stream of the second section of the second stage of the membrane unit as raw material, which allows flexible regulation of the volumes of produced commodity helium.

Claims (3)

1. Способ извлечения гелия из природного газа, включающий извлечение гелия из сырьевого газа на двух стадиях мембранной установки, в которой вторая стадия состоит из первой и второй секций, стадии и секции имеют области высокого и низкого давления, область высокого давления первой стадии с одной стороны сообщена с подводящим трубопроводом сырьевого газа, а с другой стороны - с трубопроводом, отводящим подготовленный природный газ с пониженным содержанием гелия, область низкого давления первой стадии соединена трубопроводом отвода проникшего газа, в котором установлен первый компрессор, с областью высокого давления первой секции второй стадии мембраны мембранной установки, подключенную с другой стороны к трубопроводу отвода обедненной по гелию газовой смеси, а область низкого давления первой секции второй стадии мембраны соединена трубопроводом отвода проникшего газа с трубопроводом, в котором установлен второй компрессор, трубопровод отвода непроникшей газовой смеси из области высокого давления первой секции второй стадии мембраны мембранной установки соединен с областью высокого давления второй секции второй стадии с одной стороны и с трубопроводом отводом непроникшего газового потока, обедненного по гелию, - с другой стороны, а область низкого давления второй секции второй стадии соединена с трубопроводом, на котором установлен третий компрессор, с трубопроводом отводом проникшего потока обогащенного гелием, отличающийся тем, что область высокого давления второй секции второй стадии мембранной установки соединена трубопроводом с трубопроводом отводом непроникшего газового потока после первой стадии мембранной установки, а область низкого давления первой секции второй стадии мембраны мембранной установки соединена с трубопроводом, на котором установлен третий компрессор, с блоком получения товарного гелия.1. The method of extraction of helium from natural gas, comprising the extraction of helium from raw gas in two stages of a membrane installation, in which the second stage consists of the first and second sections, the stages and sections have high and low pressure areas, a high pressure area of the first stage on one side communicated with the feed gas supply line, and on the other hand, with the pipeline discharging the prepared natural gas with a low helium content, the low-pressure region of the first stage is connected by a discharge pipeline gas, in which the first compressor is installed, with a high-pressure region of the first section of the second stage of the membrane of the membrane unit, connected on the other hand to the exhaust pipe of the helium-depleted gas mixture, and the low-pressure region of the first section of the second stage of the membrane is connected to the pipeline of discharge of permeated gas to the pipeline in which the second compressor is installed, the pipeline for discharging the non-penetrated gas mixture from the high pressure region of the first section of the second stage of the membrane of the membrane installation is connected to on the one hand, and on the other hand, the low-pressure region of the second section of the second stage is connected to the pipeline on which the third compressor is installed, to the pipeline to discharge the penetrated stream enriched with helium, characterized in that the high-pressure region of the second section of the second stage of the membrane installation is connected by a pipe to a pipe to discharge the non-penetrated gas stream after second stage membrane unit, and the low pressure region of the first section of the second stage membrane unit of the membrane is connected to the conduit, on which the third compressor to produce commercial unit helium. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на линии сырьевого газа установлен теплообменный аппарат, в котором осуществляется подогрев сырьевого газа за счет рекуперации тепла скомпримированного обогащенного гелием проникшего газового потока первой стадии посредством его теплообмена с потоком сырьевого газа.2. The method according to claim 1, characterized in that a heat exchanger is installed on the feed gas line, in which the feed gas is heated by recovering the heat of the compressed helium-rich penetrated gas stream of the first stage by heat exchange with the feed gas stream. 3. Способ по п.1, отличающаяся тем, что увеличение степени извлечения гелия и разницы давлений в области высокого и низкого давлений обеспечивается за счет установки на трубопроводе обогащенного гелием проникшего потока первой секции второй стадии мембраны и/или на трубопроводе обогащенного гелием проникшего потока второй секции второй стадии мембранной установки вакуумного насоса. 3. The method according to claim 1, characterized in that the increase in the degree of extraction of helium and the pressure difference in the high and low pressure region is achieved by installing on the pipeline the helium-rich penetrated stream of the first section of the second membrane stage and / or on the pipeline of the helium-rich penetrated stream of the second sections of the second stage of the membrane installation of the vacuum pump.
RU2013145444/05A 2013-10-10 2013-10-10 Method of helium recovery from natural gas RU2561072C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013145444/05A RU2561072C2 (en) 2013-10-10 2013-10-10 Method of helium recovery from natural gas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013145444/05A RU2561072C2 (en) 2013-10-10 2013-10-10 Method of helium recovery from natural gas

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013145444A RU2013145444A (en) 2015-04-20
RU2561072C2 true RU2561072C2 (en) 2015-08-20

Family

ID=53282691

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013145444/05A RU2561072C2 (en) 2013-10-10 2013-10-10 Method of helium recovery from natural gas

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2561072C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2618818C1 (en) * 2016-02-01 2017-05-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) Method for producing helium based on burning natural gas with useful thermal energy use
CN110986484A (en) * 2019-10-31 2020-04-10 中国科学院高能物理研究所 Process system for extracting helium by using tail gas of LNG (liquefied Natural gas) plant
RU2730344C1 (en) * 2018-09-13 2020-08-21 Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. Extraction of helium from natural gas
RU2801946C1 (en) * 2022-12-29 2023-08-21 Публичное акционерное общество "Газпром" Method for purifying high-pressure nitrogen-containing natural gas to remove helium

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU110286U1 (en) * 2011-04-28 2011-11-20 Закрытое Акционерное Общество "Грасис" INSTALLATION OF MULTI-STAGE CLEANING OF A GAS MIXTURE UP TO ITS CONSUMPTION PARAMETERS
RU114423U1 (en) * 2011-11-11 2012-03-27 Закрытое Акционерное Общество "Грасис" INSTALLATION OF CLEANING THE NATURAL GAS OF HIGH PRESSURE FROM HELIUM
WO2012050816A2 (en) * 2010-09-29 2012-04-19 Uop Llc Two-stage membrane process

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012050816A2 (en) * 2010-09-29 2012-04-19 Uop Llc Two-stage membrane process
RU110286U1 (en) * 2011-04-28 2011-11-20 Закрытое Акционерное Общество "Грасис" INSTALLATION OF MULTI-STAGE CLEANING OF A GAS MIXTURE UP TO ITS CONSUMPTION PARAMETERS
RU114423U1 (en) * 2011-11-11 2012-03-27 Закрытое Акционерное Общество "Грасис" INSTALLATION OF CLEANING THE NATURAL GAS OF HIGH PRESSURE FROM HELIUM

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2618818C1 (en) * 2016-02-01 2017-05-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) Method for producing helium based on burning natural gas with useful thermal energy use
RU2730344C1 (en) * 2018-09-13 2020-08-21 Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. Extraction of helium from natural gas
CN110986484A (en) * 2019-10-31 2020-04-10 中国科学院高能物理研究所 Process system for extracting helium by using tail gas of LNG (liquefied Natural gas) plant
RU2801946C1 (en) * 2022-12-29 2023-08-21 Публичное акционерное общество "Газпром" Method for purifying high-pressure nitrogen-containing natural gas to remove helium

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013145444A (en) 2015-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
He et al. Conceptual process design and simulation of membrane systems for integrated natural gas dehydration and sweetening
Shao et al. Design and economics of a hybrid membrane–temperature swing adsorption process for upgrading biogas
CN102258942A (en) Three-stage reverse osmosis
RU2561072C2 (en) Method of helium recovery from natural gas
JP2014502212A (en) High pressure hydrocarbon gas mixture purification method and apparatus for its implementation
RU2016146326A (en) MODULAR INSTALLATION FOR PROCESSING THE FLOW OF THE COMPOSITION OF THE REVERSE FLOW AND WAYS OF ITS PROCESSING
CA3085235A1 (en) Cryogenic process for removing nitrogen from a discharge gas
CN103787286A (en) Nitrogen separation and liquefaction system
RU122587U1 (en) PLANT FOR HELIUM EXTRACTION FROM THE TRANSPORTED HIGH PRESSURE NATURAL GAS FLOW
RU145348U1 (en) INSTALLATION OF A MEMBRANE SEPARATION OF A HIGH PRESSURE GAS MIXTURE
RU180075U1 (en) Nitrogen Compressor Unit
CN103119295B (en) For the method and apparatus of purge gas flow
CN107641535B (en) Device and method for separating and purifying various gases by membrane cryogenic coupling
Laguntsov et al. Natural gas drying and cleaning of carbon dioxide by membrane gas separation
RU2486945C1 (en) Method of processing natural and associated oil gas
RU114423U1 (en) INSTALLATION OF CLEANING THE NATURAL GAS OF HIGH PRESSURE FROM HELIUM
Samei et al. Separation of nitrogen from methane by multi-stage membrane processes: Modeling, simulation, and cost estimation
US20240131469A1 (en) Purification of methane containing gas streams using selective membrane separation
CN104194853B (en) The device of the coalbed methane containing oxygen synthesis LNG of a kind of methane content 15-40% and technique
RU2294429C2 (en) Method for gaseous hydrocarbon preparation for transportation
RU103744U1 (en) INSTALLING HELIUM NATURAL GAS CLEANING
RU134817U1 (en) INSTALLATION OF TWO-STAGE RECEIPT OF HELIUM CONCENTRATE FROM NATURAL GAS
RU109007U1 (en) INSTALLATION OF PREPARATION OF FUEL GAS FROM NATURAL OR ASSOCIATED OIL GAS
RU150520U1 (en) DEVICE FOR HELIUM EXTRACTION FROM NATURAL GAS REDUCED PRESSURE OPTIONS
CN107551818B (en) Methanol purge gas pressure energy recovery system and method

Legal Events

Date Code Title Description
HE4A Notice of change of address of a patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151011