RU2689252C2 - Способ получения гелия - Google Patents

Способ получения гелия Download PDF

Info

Publication number
RU2689252C2
RU2689252C2 RU2015124169A RU2015124169A RU2689252C2 RU 2689252 C2 RU2689252 C2 RU 2689252C2 RU 2015124169 A RU2015124169 A RU 2015124169A RU 2015124169 A RU2015124169 A RU 2015124169A RU 2689252 C2 RU2689252 C2 RU 2689252C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nitrogen
fraction
helium
enriched
enriched fraction
Prior art date
Application number
RU2015124169A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015124169A3 (ru
RU2015124169A (ru
Inventor
Хайнц БАУЭР
Мартин ГВИННЕР
Андреас БУБ
Кристоф ХЕРТЕЛЬ
Original Assignee
Линде Акциенгезелльшафт
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 Линде Акциенгезелльшафт filed Critical Линде Акциенгезелльшафт
Publication of RU2015124169A publication Critical patent/RU2015124169A/ru
Publication of RU2015124169A3 publication Critical patent/RU2015124169A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2689252C2 publication Critical patent/RU2689252C2/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/028—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of noble gases
    • F25J3/029—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of noble gases of helium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0204—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the feed stream
    • F25J3/0209—Natural gas or substitute natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0257—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/02—Processes or apparatus using separation by rectification in a single pressure main column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/40—Features relating to the provision of boil-up in the bottom of a column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/70—Refluxing the column with a condensed part of the feed stream, i.e. fractionator top is stripped or self-rectified
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • F25J2205/04—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum in the feed line, i.e. upstream of the fractionation step
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/40—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using hybrid system, i.e. combining cryogenic and non-cryogenic separation techniques
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/60—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using adsorption on solid adsorbents, e.g. by temperature-swing adsorption [TSA] at the hot or cold end
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/60—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using adsorption on solid adsorbents, e.g. by temperature-swing adsorption [TSA] at the hot or cold end
    • F25J2205/66—Regenerating the adsorption vessel, e.g. kind of reactivation gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/82—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a reactor with combustion or catalytic reaction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/40—Air or oxygen enriched air, i.e. generally less than 30mol% of O2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/04—Recovery of liquid products
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/42—Separating low boiling, i.e. more volatile components from nitrogen, e.g. He, H2, Ne
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/42—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F25J2240/12—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream the fluid being nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/42—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/02—Bath type boiler-condenser using thermo-siphon effect, e.g. with natural or forced circulation or pool boiling, i.e. core-in-kettle heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/02—Internal refrigeration with liquid vaporising loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/04—Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/34—Details about subcooling of liquids

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)

Abstract

Описан способ получения продуктовой фракции гелия (6) из содержащей азот и гелий сырьевой фракции (3). Содержащую азот и гелий сырьевую фракцию (3) частично конденсируют (E1), разделяют на первую обогащенную гелием фракцию (5) и первую обогащенную азотом фракцию (8) и первую из них подвергают дополнительной адсорбционной очистке. Разделение осуществляют в ректификационной колонне (T), на которую первую обогащенную азотом фракцию (8) подают как флегму, и парциальный поток второй обогащенной азотом фракции подают как отпарной газ (12). Количество отпарного газа (12) устанавливают так, чтобы в ректификационной колонне (T) можно было получить третью обогащенную азотом фракцию (20), которая содержит по меньшей мере 30% азота, содержащегося в первой обогащенной азотом фракции (8). Технический результат изобретения состоит в повышении термодинамической эффективности процесса. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к способу получения продуктовой фракции гелия из содержащей азот и гелий сырьевой фракции, согласно которому
- содержащую азот и гелий сырьевую фракцию частично конденсируют и разделяют на первую обогащенную гелием фракцию и первую обогащенную азотом фракцию,
- первую обогащенную гелием фракцию подвергают процессу адсорбционной очистки, и полученная в результате обогащенная гелием фракция является продуктовой фракцией гелия,
- первую обогащенную азотом фракцию разделяют на вторую обогащенную гелием фракцию и вторую обогащенную азотом фракцию, и
- вторую обогащенную гелием фракцию нагревают за счет частично конденсируемой сырьевой фракции, содержащей азот и гелий, сжимают и добавляют в частично конденсируемую, содержащую азот и гелий сырьевую фракцию.
Термин "продуктовая фракция гелия" относится к гелию высокой чистоты, концентрация примесей в котором не превышает значения 100 объемных ч/млн, предпочтительно ниже 10 объемных ч/млн.
Под выражением "содержащая азот и гелий сырьевая фракция" следует понимать фракцию, которая содержит от 1 до 20 моль.% гелия и от 80 до 99 моль.% азота. Кроме того, эта сырьевая фракция может содержать от 0,1 до 2 моль.% метана и следовые количества водорода, аргона и/или других благородных газов.
В настоящее время гелий получают в промышленности почти исключительно из смеси легколетучих компонентов природного газа, которая кроме гелия типично содержит также метан и азот, а также в следовых количествах водород, аргон и другие благородные газы. Чтобы избежать вымораживания нежелательных примесей при сжижении гелия, концентрация этих примесей в гелии не должна превышать значения 100 объемных ч/млн, предпочтительно 10 объемных ч/млн.
Очистка гелия, которая предшествует собственно сжижению гелия, состоит обычно из комбинации криогенного, основанного на частичной конденсации и адсорбционного процессов с регенерацией путем колебаний давления и/или температуры. Из-за довольно высокой стоимости продукта стремятся к как можно более высокому выходу гелия, предпочтительно >99%. Поэтому обогащенную гелием фракцию на криогенной стадии часто переводят из жидкой в газообразную фазу путем сброса давления и/или отпарки, чтобы она оставалась доступной для дальнейшей обработки.
Из патента US 5167125 известен способ, при котором обогащенный азотом поток, находящийся под высоким давлением и содержащий гелий, разделяют с использованием перепада давления на гелийсодержащий поток среднего давления и обогащенный азотом поток низкого давления. Это разделение проводится в ректификационной колонне, которая содержит кипятильник и конденсатор.
Задачей настоящего изобретения является разработать типовой способ получения продуктовой фракции гелия, который позволяет выдавать по меньшей мере часть получаемого при разделении обогащенного азотом потока при том же давлении, что и давление гелийсодержащего потока, чтобы обогащенный азотом поток можно было затем провести, например, на эффективное дросселирование.
Для решения этой задачи предложен типовой способ получения продуктовой фракции гелия, отличающийся тем, что
- разделение первой обогащенной азотом фракции на вторую обогащенную гелием фракцию и вторую обогащенную азотом фракцию проводится в ректификационной колонне, в которую первую обогащенную азотом фракцию подают как флегму,
- парциальный поток второй обогащенной азотом фракции испаряют и подают в ректификационную колонну как отпарной газ,
- по меньшей мере один парциальный поток второй обогащенной азотом фракции при давлении менее 5 бар испаряют за счет частично конденсируемой, содержащей азот и гелий сырьевой фракции,
- из ректификационной колонны отбирают третью обогащенную азотом фракцию,
- причем количество отпарного газа устанавливают так, чтобы третья обогащенная азотом фракция содержала по меньшей мере 30% азота, содержащегося в первой обогащенной азотом фракции, и
по меньшей мере часть третьей обогащенной азотом фракции служит для охлаждения частично конденсируемой, содержащей азот и гелий сырьевой фракции.
Следующие предпочтительные варианты осуществления предлагаемого изобретением способа получения продуктовой фракции гелия, являющиеся объектами зависимых пунктов формулы изобретения, отличаются тем, что
- по меньшей мере часть третьей обогащенной азотом фракции эффективно дросселируется,
- ректификационная колонна работает при давлении от 7 до 20 бар, предпочтительно от 10 до 15 бар,
- третья обогащенная азотом фракция содержит по меньшей мере 50% азота, содержащегося в первой обогащенной азотом фракции,
- по меньшей мере один парциальный поток второй обогащенной азотом фракции испаряют при давлении менее 3 бар за счет частично конденсируемой, содержащей азот и гелий сырьевой фракции, и/или
- процесс адсорбционной очистки проводится по способу (V)PSA и/или TSA (короткоцикловая адсорбция с колебанием давления и/или температуры).
Предлагаемый изобретением способ получения продуктовой фракции гелия, а также другие предпочтительные варианты его осуществления будут подробнее пояснены на примере, проиллюстрированном на фигуре 1.
По линии 1 содержащая азот и гелий сырьевая фракция, которая поступает, например, с процесса разделения природного газа, подается сначала на каталитическое окисление метана A и затем по линии 2 на сушильную установку B. Вода, отделенная в сушильной установке B, отводится по линии 30. Подготовленная таким традиционным способом сырьевая фракция, которая обычно имеет давление от 10 до 40 бар, предпочтительно от 15 до 25 бар, проводится по линии 3 на теплообменник E1 и в нем частично конденсируется за счет технологического газа, который еще будет описан подробнее ниже. По линии 4 частично сконденсированная сырьевая фракция подается на сепаратор D1, в котором она разделяется на первую обогащенную гелием фракцию 5 и на первую обогащенную азотом фракцию 8.
Обогащенная гелием фракция 5 после нагревания в теплообменнике E1 подается на процесс адсорбционной очистки D. Он осуществляется по способу (V)PSA и/или TSA. Полученная в этом процессе обогащенная гелием фракция, отбираемая по линии 6, является продуктовой фракцией гелия, концентрация примесей в которой не превышает значения 100 объемных ч/млн, предпочтительно 10 объемных ч/млн. Как правило, эта продуктовая фракция гелия проводится на не показанный на фигуре 1 процесс сжижения.
Содержащий гелий остаточный газ, отобранный с процесса адсорбционной очистки D, проводится по линии 7 на установку повторного сжатия C, в которой он сжимается до давления подаваемой на каталитическое окисление метана A сырьевой фракции 1 и смешивается с ней по линии 32.
Вышеуказанная первая обогащенная азотом фракция 8 дросселируется в вентиле a и подается в верхнюю часть ректификационной колонны T в качестве флегмы. Ректификационная колонна T предпочтительно работает при давлении от 7 до 20 бар, в частности от 10 до 15 бар. В ней происходит разделение на вторую обогащенную гелием газовую фракцию 9 и вторую обогащенную азотом жидкую фракцию 11. Вторая обогащенная гелием фракция 9 подогревается в теплообменнике E1 за счет частично конденсируемой сырьевой фракции 3 и через регулирующий клапан b также подается в упомянутую установку повторного сжатия C. Туда же дополнительно по линии 31 подается воздух. Содержащийся в воздухе кислород служит в процессе каталитического окисления метана A в качестве окислителя.
Парциальный поток второй обогащенной азотом жидкой фракции 11 превращают в пар в теплообменнике E1 и проводят в ректификационную колонну T как отпарной газ 12. Эта подача отпарного газа инициирует протекающий в ректификационной колонне T процесс разделения и определяет содержание гелия во второй обогащенной гелием фракции 9.
По меньшей мере один парциальный поток второй обогащенной азотом фракции 11 превращают в пар с давлением менее 5 бар, предпочтительно менее 3 бар, в теплообменнике E1 за счет частично конденсируемой сырьевой фракции 3. Целью этого способа действия является установить как можно более низкую температуру в сепараторе D1. В примере осуществления, показанном на фигуре 1, парциальный поток второй обогащенной азотом фракции 11 через регулирующий клапан c подается в циркуляционную емкость D2. Отводимую из нее по линии 14 жидкую фракцию подают при вышеуказанном низком давлении на теплообменник E1, в котором она по меньшей мере частично превращается в пар и снова подается в циркуляционную емкость D2.
Сверху циркуляционной емкости D2 отбирается обогащенная азотом газовая фракция 15, которая нагревается в теплообменнике E1 за счет частично конденсируемой сырьевой фракции 3 и затем проводится как регенерирующий газ на вышеописанную сушильную установку B, в которой обычно осуществляется процесс адсорбционной сушки. По линии 16 этот насыщенный регенерирующий газ выводится из процесса.
Парциальный поток 13 второй обогащенной азотом фракции 11, который не направляют на циркуляционную емкость D2, можно переохладить в теплообменнике E1 и выдавать через регулирующий клапан d и линию 17 как переохлажденную жидкость. Благодаря такой разработке способа согласно изобретению можно отказаться от требующейся в известных случаях иной продукции или от выработки сжиженного азота (LIN).
Альтернативно или дополнительно к показанному на фигуре 1 способу действий парциальный поток жидкой фракции 14, отбираемой из циркуляционной емкости D2, можно отвести вышеописанным способом через регулирующий клапан d и линию 17.
В принципе холод, необходимый для частичной конденсации сырьевой фракции 3, можно обеспечить исключительно путем нагревания холодных газообразных продуктов разделения, а также путем вышеописанного испарения отбираемой из циркуляционной емкости D2 жидкой фракции 14. В принципе справедливо следующее: чем больше количество отпарного газа 12, испаряющегося в теплообменнике E1, тем меньше может быть количество отбираемой из циркуляционной емкости D2 жидкой фракции 14. Правда, необходимо следить, чтобы теплообмен и температура потока 12 подходили для охлаждения и частичной конденсации сырьевой фракции 3. Если доля потока 12 на теплообмен в теплообменнике E1 будет слишком большой, то температура в сепараторе D1 нежелательно повысится.
Кроме того, согласно изобретению количество подаваемого в ректификационную колонну T отпарного газа 12 можно выбрать настолько большим, чтобы из ректификационной колонны T в зоне ее куба можно было отбирать третью обогащенную азотом фракцию 20, причем эта фракция может содержать по меньшей мере 30%, предпочтительно по меньшей мере 50% азота, содержащегося в первой обогащенной азотом фракции 8. Это содержание азота достигается благодаря тому, что в кубе ректификационной колонны T кипит большее количество отпарного газа 12, чем требовалось бы для собственно процесса отпарки в ректификационной колонне T.
В отличие от упомянутого выше способа, описанного в патенте US 5167125, теперь в ректификационной колонне T можно получить дополнительную обогащенную азотом фракцию с высоким давлением. Эту дополнительную, или третью обогащенную азотом фракцию можно после нагревания в теплообменнике E1 сжать до давления, которое на 4-20 бар, предпочтительно на 5-15 бар выше давления в колонне T. После отвода теплоты сжатия в теплообменнике E2 обогащенная азотом фракция 21 охлаждается в теплообменнике E1 и затем эффективно дросселируется в детандере X. Дросселированную, обогащенную азотом фракцию 22 нагревают затем в теплообменнике E1 за счет частично конденсируемой сырьевой фракции 3 и добавляют в вышеописанную обогащенную азотом фракцию 15. Это эффективное дросселирование X, которое повышает термодинамическую эффективность процесса, является факультативным, однако оно позволяет получить или увеличить количество получаемой переохлажденной жидкости (LIN), отбираемой по линии 17.

Claims (17)

1. Способ получения продуктовой фракции гелия (6) из содержащей азот и гелий сырьевой фракции (3), где
- содержащую азот и гелий сырьевую фракцию (3) частично конденсируют (E1) и разделяют на первую обогащенную гелием фракцию (5) и первую обогащенную азотом фракцию (8),
- первую обогащенную гелием фракцию (5) подвергают процессу адсорбционной очистки (D), и полученная в результате обогащенная гелием фракция является продуктовой фракцией гелия (6),
- первую обогащенную азотом фракцию (8) разделяют на вторую обогащенную гелием фракцию (9) и вторую обогащенную азотом фракцию (11), и
- вторую обогащенную гелием фракцию (9) нагревают (E1) за счет частично конденсируемой, содержащей азот и гелий сырьевой фракции (3), сжимают (C) и добавляют в частично конденсируемую, содержащую азот и гелий сырьевую фракцию,
отличающийся тем, что
- разделение первой обогащенной азотом фракции (8) на вторую обогащенную гелием фракцию (9) и вторую обогащенную азотом фракцию (11) проводится в ректификационной колонне (T), в которую первая обогащенная азотом фракция (8) подается как флегма,
- парциальный поток второй обогащенной азотом фракции испаряют (E1) и подают в ректификационную колонну (T) как отпарной газ (12),
- по меньшей мере один парциальный поток (11) второй обогащенной азотом фракции при давлении менее 5 бар превращают в пар (E1) за счет частично конденсируемой, содержащей азот и гелий сырьевой фракции (3),
- из ректификационной колонны (T) отводят третью обогащенную азотом фракцию (20),
- причем количество отпарного газа (12) устанавливают таким образом, чтобы третья обогащенная азотом фракция (20) содержала по меньшей мере 30% азота, содержащегося в первой обогащенной азотом фракции (8), и
- по меньшей мере часть третьей обогащенной азотом фракции (20) служит для охлаждения (E1) частично конденсируемой, содержащей азот и гелий сырьевой фракции (3).
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что третья обогащенная азотом фракция (20) по меньшей мере частично дросселируется (X).
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что ректификационная колонна (T) работает при давлении от 7 до 20 бар, предпочтительно от 10 до 15 бар.
4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что третья обогащенная азотом фракция (20) содержит по меньшей мере 50% азота, содержащегося в первой обогащенной азотом фракции (8).
5. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере одну часть потока (11) второй обогащенной азотом фракции превращают в пар (E1) при давлении менее 3 бар за счет частично конденсируемой, содержащей азот и гелий сырьевой фракции (3).
6. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что процесс адсорбционной очистки (D) является процессом (V)PSA и/или TSA (коротковолновая абсорбция с колебанием давления и/или температуры).
RU2015124169A 2015-02-10 2015-06-22 Способ получения гелия RU2689252C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015001664.4 2015-02-10
DE102015001664.4A DE102015001664A1 (de) 2015-02-10 2015-02-10 Verfahren zur Heliumgewinnung

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2015124169A RU2015124169A (ru) 2017-01-10
RU2015124169A3 RU2015124169A3 (ru) 2018-10-29
RU2689252C2 true RU2689252C2 (ru) 2019-05-24

Family

ID=55273198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015124169A RU2689252C2 (ru) 2015-02-10 2015-06-22 Способ получения гелия

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20180023888A1 (ru)
AU (1) AU2016218602B2 (ru)
CA (1) CA2976341C (ru)
DE (1) DE102015001664A1 (ru)
RU (1) RU2689252C2 (ru)
WO (1) WO2016128111A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2768434C2 (ru) * 2019-06-06 2022-03-24 Л'Эр Ликид Сосьете Аноним Пур Л'Этюд Э Л'Эксплуатасьон Де Проседе Жорж Клод Способ и устройство для очистки гелия

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1645796A1 (ru) * 1989-01-26 1991-04-30 Всесоюзный научно-исследовательский институт природных газов Способ одновременного получени гели , этана и более т желых углеводородов
US5167125A (en) * 1991-04-08 1992-12-01 Air Products And Chemicals, Inc. Recovery of dissolved light gases from a liquid stream
US5257505A (en) * 1991-04-09 1993-11-02 Butts Rayburn C High efficiency nitrogen rejection unit
DE10007440A1 (de) * 2000-02-18 2001-08-23 Linde Ag Verfahren zum Abtrennen einer Helium-reichen Fraktion aus einem wenigstens Methan, Stickstoff und Helium enthaltenden Strom
RU2486131C2 (ru) * 2008-02-07 2013-06-27 Линде Акциенгезелльшафт Способ получения гелия

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3205669A (en) * 1960-08-15 1965-09-14 Phillips Petroleum Co Recovery of natural gas liquids, helium concentrate, and pure nitrogen
DE4210637A1 (de) * 1992-03-31 1993-10-07 Linde Ag Verfahren zur Gewinnung von hochreinem Wasserstoff und hochreinem Kohlenmonoxid
US5771714A (en) * 1997-08-01 1998-06-30 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system for producing higher purity helium
DE10106484A1 (de) * 2001-02-13 2002-08-14 Linde Ag Verfahren zum gleichzeitigen Gewinnen einer Helium- und einer Stickstoff-Reinfraktion
FR2881417B1 (fr) * 2005-02-01 2007-04-27 Air Liquide Procede de production de gaz de synthese a faible emission de dioxyde de carbone
DE102005010054A1 (de) * 2005-03-04 2006-09-07 Linde Ag Verfahren zum gleichzeitigen Gewinnen einer Helium- und einer Stickstoff-Reinfraktion
DE102011010634A1 (de) * 2011-02-08 2012-08-09 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Abtrennen von Spurenkomponenten aus einer wenigstens Stickstoff und Helium enthaltenden Fraktion
DE102012008446A1 (de) * 2012-04-26 2013-10-31 Linde Aktiengesellschaft Abtrennen von Helium aus einer Methan-reichen Fraktion
DE102013007208A1 (de) * 2013-04-25 2014-10-30 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Gewinnen einer Methan-reichen Flüssigfraktion
DE102013012656A1 (de) * 2013-07-30 2015-02-05 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Abtrennen unerwünschter Komponenten aus einem Helium-Strom

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1645796A1 (ru) * 1989-01-26 1991-04-30 Всесоюзный научно-исследовательский институт природных газов Способ одновременного получени гели , этана и более т желых углеводородов
US5167125A (en) * 1991-04-08 1992-12-01 Air Products And Chemicals, Inc. Recovery of dissolved light gases from a liquid stream
US5257505A (en) * 1991-04-09 1993-11-02 Butts Rayburn C High efficiency nitrogen rejection unit
DE10007440A1 (de) * 2000-02-18 2001-08-23 Linde Ag Verfahren zum Abtrennen einer Helium-reichen Fraktion aus einem wenigstens Methan, Stickstoff und Helium enthaltenden Strom
RU2486131C2 (ru) * 2008-02-07 2013-06-27 Линде Акциенгезелльшафт Способ получения гелия

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2768434C2 (ru) * 2019-06-06 2022-03-24 Л'Эр Ликид Сосьете Аноним Пур Л'Этюд Э Л'Эксплуатасьон Де Проседе Жорж Клод Способ и устройство для очистки гелия

Also Published As

Publication number Publication date
CA2976341A1 (en) 2016-08-18
AU2016218602B2 (en) 2021-04-08
CA2976341C (en) 2023-07-11
AU2016218602A1 (en) 2017-08-31
DE102015001664A1 (de) 2016-08-11
WO2016128111A1 (de) 2016-08-18
RU2015124169A3 (ru) 2018-10-29
RU2015124169A (ru) 2017-01-10
US20180023888A1 (en) 2018-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101370783B1 (ko) 이산화탄소 정제 방법
JP5710137B2 (ja) 等圧開放冷凍天然ガス液回収による窒素除去
CA2285801C (en) Method and apparatus for enhancing carbon dioxide recovery
RU2215952C2 (ru) Способ разделения потока многокомпонентного исходного материала под давлением путем использования дистилляции
KR900007207B1 (ko) 초고순도 산소의 제조방법
KR100291684B1 (ko) 공기의분리방법
JP3917198B2 (ja) 一酸化炭素の製造方法及びその製造プラント
CN100592013C (zh) 利用从液化天然气中提取的冷量生产液氧的空气分离方法
CA1280356C (en) Process for the production of high pressure nitrogen with split reboil-condensing duty
RU2743086C1 (ru) Извлечение гелия из природного газа
JPH11351738A (ja) 高純度酸素製造方法及び装置
JP2017078532A (ja) 酸素製造システム及び酸素製造方法
US8191386B2 (en) Distillation method and apparatus
US9625209B2 (en) Method for cryogenically separating a mixture of nitrogen and carbon monoxide
JP2007064617A (ja) 深冷空気分離によるクリプトン及び／又はキセノンの製造法
US20130086941A1 (en) Air separation method and apparatus
CZ290948B6 (cs) Způsob kryogenního dělení vzduchu
RU2689252C2 (ru) Способ получения гелия
RU2069293C1 (ru) Криогенный способ получения азота из воздуха
JPH11325717A (ja) 空気の分離
JPH074833A (ja) 空気の分離
US4530708A (en) Air separation method and apparatus therefor
RU2717666C2 (ru) Получение гелия из потока природного газа
AU2009313087B2 (en) Method for removing nitrogen
RU2690508C2 (ru) Способ удаления азота из обогащенной углеводородом фракции

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20191120