RU2717666C2 - Получение гелия из потока природного газа - Google Patents

Получение гелия из потока природного газа Download PDF

Info

Publication number
RU2717666C2
RU2717666C2 RU2018103764A RU2018103764A RU2717666C2 RU 2717666 C2 RU2717666 C2 RU 2717666C2 RU 2018103764 A RU2018103764 A RU 2018103764A RU 2018103764 A RU2018103764 A RU 2018103764A RU 2717666 C2 RU2717666 C2 RU 2717666C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
helium
column
volume
stream
pressure
Prior art date
Application number
RU2018103764A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2018103764A3 (ru
RU2018103764A (ru
Inventor
Пол ТЕРРЬЕН
Original Assignee
Л'Эр Ликид, Сосьете Аноним Пур Л'Этюд Э Л'Эксплуатасьон Де Проседе Жорж Клод
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 Л'Эр Ликид, Сосьете Аноним Пур Л'Этюд Э Л'Эксплуатасьон Де Проседе Жорж Клод filed Critical Л'Эр Ликид, Сосьете Аноним Пур Л'Этюд Э Л'Эксплуатасьон Де Проседе Жорж Клод
Publication of RU2018103764A publication Critical patent/RU2018103764A/ru
Publication of RU2018103764A3 publication Critical patent/RU2018103764A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2717666C2 publication Critical patent/RU2717666C2/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
    • F25J3/0204—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
    • F25J3/0233—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 CnHm with 1 carbon atom or more
    • 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
    • F25J3/0238—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 CnHm with 2 carbon atoms or more
    • 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
    • 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
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/04—Processes or apparatus using separation by rectification in a dual pressure main column system
    • F25J2200/06—Processes or apparatus using separation by rectification in a dual pressure main column system in a classical double column flow-sheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure 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
    • 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
    • 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
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/60—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being (a mixture of) hydrocarbons
    • 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)

Abstract

Изобретение относится к газовой промышленности. Способ получения потока (27) газа гелия из исходного потока (1) газа, содержащего по меньшей мере гелий, метан и азот, включает следующие этапы: этап a): введения исходного потока (1) газа в блок (6) удаления азота с колонной двукратной ректификации, которая содержит дистилляционную колонну (5) высокого давления, дистилляционную колонну (7) низкого давления и конденсатор (8), соединяющий колонну (5) высокого давления с колонной (7) низкого давления; этап b): извлечения на выходе конденсатора (8) по меньшей мере одной части (12) смеси (11), получаемой в верхней части колонны (5) высокого давления; этап c): расширения указанной смеси, получаемой на этапе b), до промежуточного давления, составляющего от 8 до 20 бар абсолютного давления; этап d): разделения смеси (14), получаемой на этапе c), в первом сосуде (15) для разделения фаз на жидкую фазу (16) и обогащенную гелием газовую фазу (17); этап e): по меньшей мере частичной конденсации обогащенной гелием газовой фазы (17) в теплообменнике (24); этап f): разделения потока (25), получаемого на этапе e), во втором сосуде (26) для разделения фаз на жидкую фазу (28) и газовую фазу (27), содержащую более 50% по объему гелия. Техническим результатом является упрощение установки и снижение энергопотребления. 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к способу получения гелия из исходного потока газа, содержащего по меньшей мере гелий, метан и азот.
В коммерческих масштабах гелий получают практически исключительно из смеси летучих компонентов природного газа, эта смесь, как правило, содержит, помимо гелия, метан и азот, а также следы водорода, аргона и других благородных газов.
В ходе получения минерального масла гелий предоставлен в качестве компонента газа, который сопровождает минеральное масло, или в процессе получения природного газа. Теоретически возможно получение гелия в атмосфере, но это экономически невыгодно из-за низких концентраций (типичная концентрация гелия в воздухе составляет приблизительно 5,2 ppmv).
Неочищенный природный газ может содержать большое количество мешающих примесей, которые должны быть удалены. Одним примером таковых является азот. Начиная с определенной концентрации азота в природном газе, последний, как правило, не пригоден для продажи из-за низкой теплоты сгорания. Криогенный процесс, выполняемый в блоке, называемом блоком удаления азота (NRU), обычно применяют для удаления азота.
Если в дополнение к азоту в природном газе присутствует гелий, существует экономическая выгода в отдельном извлечении богатого гелием потока для получения гелия и продажи его. Как правило, гелий концентрируют в криогенном процессе и окончательно очищают в процессе PSA (адсорбции при переменном давлении).
В настоящее время существует несколько решений по извлечению гелия в NRU, в частности, блоке NRU с «колонной двукратной ректификации».
Возможно добавить колонну для дистилляции азота и гелия, как описано в патенте EP 0 633 437 B1, например, но это вызывает несколько проблем:
- усложнение установки;
- повышение энергопотребления из-за необходимости охлаждения (периодического), связанного с этой колонной.
Существуют другие решения, использующие последовательные частичные конденсации и/или моментальные (мгновенные) испарения, но они в основном не обеспечивают получения одновременно и высокого содержания гелия, и высокого выхода. Один пример описан в патенте US 4 701 201. В указанном патенте гелий получают в верхней части колонны высокого давления (HP) после частичной конденсации. Эта простая частичная конденсация делает необходимым выбор между выходом и чистотой гелия. В данном патенте также указано, что возможно достичь приемлемого выхода (приблизительно 92%), но чистота, достигаемая для обогащенного гелием потока, составляет 37,2%.
Таким образом, существует необходимость в решении проблем, описанных выше.
Поэтому, целью настоящего изобретения является способ получения потока газа гелия из исходного потока газа, содержащего по меньшей мере гелий, метан и азот, включающий по меньшей мере следующие этапы:
этап a): введения указанного исходного потока газа в блок удаления азота с колонной двукратной ректификации, причем указанная колонна двукратной ректификации содержит дистилляционную колонну высокого давления, дистилляционную колонну низкого давления и конденсатор, соединяющий колонну высокого давления с колонной низкого давления;
этап b): извлечения на выходе указанного конденсатора по меньшей мере одной части смеси, получаемой в верхней части колонны высокого давления;
этап c): расширения указанной смеси, получаемой на этапе b), до промежуточного давления, составляющего от 8 бар до 20 бар абсолютного давления;
этап d): разделения смеси, получаемой на этапе c), в первом сосуде для разделения фаз на жидкую фазу и обогащенную гелием газовую фазу;
этап e): по меньшей мере частичная конденсация указанной обогащенной гелием газовой фазы в теплообменнике;
этап f): разделение потока, получаемого на этапе e), во втором сосуде для разделения фаз на жидкую фазу и газовую фазу, содержащую более 50% по объему гелия.
Согласно другим вариантам осуществления целью настоящего изобретения также является:
- Способ, определенный выше, отличающийся тем, что включает этап g): использования в качестве охлаждающего средства жидкой фазы после расширения, получаемого на этапе f), в указанном теплообменнике, применяемом на этапе e).
- Способ, определенный выше, отличающийся тем, что на этапе g) указанную жидкую фазу испаряют при давлении от 0,1 бара до 3 бар абсолютного давления.
- Способ, определенный выше, отличающийся тем, что на этапе a) поток газа вводят в колонну высокого давления на по меньшей мере двух уровнях подачи, причем паровая фракция первой подачи меньше, чем паровая фракция второй, и при этом первую подачу вводят на более высоком уровне указанной колонны высокого давления, чем вторую.
- Способ, определенный выше, включающий этап h): извлечения газовой фазы, получаемой на этапе f), в виде богатого гелием продукта, содержащего по меньшей мере 75% по объему гелия.
- Способ, определенный выше, отличающийся тем, что температура на выходе конденсатора на этапе b) составляет от –150°C до –165°C.
- Способ, определенный выше, отличающийся тем, что давление в колонне высокого давления составляет от 20 бар абсолютного давления до 50 бар абсолютного давления, а давление в колонне низкого давления составляет от 1 бара абсолютного давления до 5 бар абсолютного давления.
- Способ, определенный выше, отличающийся тем, что температура, при которой осуществляют этап c), составляет от –160°C до –180°C.
- Способ, определенный выше, отличающийся тем, что температура, при которой осуществляют этап e), составляет от –180°C до –210°C.
- Способ, определенный выше, отличающийся тем, что жидкую фазу, получаемую на этапе d), вводят в колонну низкого давления указанного блока удаления.
- Способ, определенный выше, включающий дополнительный этап получения обогащенного азотом потока, содержащего менее 2% по объему метана, из потока газа из верхней части колонны низкого давления.
- Способ, определенный выше, отличающийся тем, что исходный поток газа содержит от 20% по объему до 80% по объему метана, от 20% по объему до 80% по объему азота и от 0% по объему до 2% по объему гелия.
- Установка для получения гелия из исходной смеси газа, содержащей метан, гелий и азот, причем указанная установка содержит:
- по меньшей мере один блок удаления азота, оснащенный колонной двукратной ректификации, причем указанная колонна двукратной ректификации содержит дистилляционную колонну высокого давления, дистилляционную колонну низкого давления и конденсатор, соединяющий колонну высокого давления с колонной низкого давления, и
- блок извлечения гелия, содержащий первый сосуд для разделения фаз, расположенный выше по потоку относительно теплообменника, который в свою очередь расположен выше по потоку относительно второго сосуда для разделения фаз;
- отличающаяся тем, что блок удаления азота расположен выше по потоку относительно блока извлечения гелия.
- Установка, определенная выше, отличающаяся тем, что указанный блок извлечения гелия не содержит ни дистилляционной колонны, ни колонны ректификации, ни сосуда для разделения фаз с несколькими подачами.
Решение, являющееся целью настоящего изобретения, делает возможным разделение потока, состоящего из метана, азота и гелия, на три потока: чистый поток метана, чистый поток азота и богатый гелием поток.
Настоящее изобретение делает возможным решение проблемы, связанной с решениями, заключающимися в частичной конденсации, путем получения как высокого выхода гелия (> 85%), так и высокого содержания гелия (> 50%), при этом не применяется колонна, предназначенная для отделения гелия.
Внедрение извлечения гелия в схему блока NRU с колонной двукратной ректификации делает возможным минимизацию затрат на оборудование и энергопотребления блока извлечения гелия (блока удаления гелия, HRU) без ограничения затрат на потребление и установку других деталей оборудования NRU.
Способ, являющийся целью настоящего изобретения, заключается в блоке NRU с колонной двукратной ректификации, в котором осуществляют полную конденсацию (или практически полную конденсацию, в связи с присутствием неконденсирующихся соединений) на уровне конденсатора колонны высокого давления HP. Жидкость, получаемая в верхней части данной колонны HP, частично используется в качестве обратного потока колонны HP и частично предназначена для использования в качестве обратного потока колонны низкого давления LP.
Особенность настоящего изобретения заключается в расширении жидкости, получаемой и не используемой в качестве обратного потока колонны HP, до промежуточного давления с целью, таким образом, «мгновенно» или моментально испарить (термин газ «мгновенного испарения» предназначен для обозначения пара моментального испарения) весь требуемый гелий в первом сосуде для отделения гелия (управление выходом), после чего следует частичная конденсация газа указанного «мгновенного испарения» (или пара моментального испарения) для получения газа, имеющего высокое содержание гелия во втором сосуде для отделения гелия.
Преимущественно будет возможно получение холода, требуемого для частичной конденсации газа «мгновенного испарения» (пара моментального испарения), из первого сосуда для отделения гелия путем испарения при низком давлении жидкости из нижней части второго сосуда для отделения гелия.
Способ, являющийся целью настоящего изобретения, показан на фиг. 1.
На фиг. 1 исходный поток 1 газа, содержащий по меньшей мере гелий, метан и азот, вводят под давлением приблизительно 50 бар абсолютного давления в теплообменник 2. Поток 3 на выходе указанного теплообменника 2 расширяют с помощью, например, клапана 4 перед введением в колонну 5 высокого давления блока 6 с колонной двукратной ректификации, содержащего дистилляционную колонну 5 высокого давления, дистилляционную колонну 7 низкого давления и конденсатор 8, соединяющий колонну 5 высокого давления с колонной 7 низкого давления.
Исходный поток 1 газа содержит, на 100% по объему, например, от 20% по объему до 80% по объему метана, от 20% по объему до 80% по объему азота и от 1 ppm по объему до 1% по объему гелия.
Давление колонны высокого давления составляет, например, 30 бар абс., а давление в колонне низкого давления составляет, например, 2 бар абс.
Принцип блока с колонной двукратной ректификации широко описан в уровне техники, например, в документе за авторством Ruheman, «The separation of gases» Oxford University press, 1949, глава 7 или же в документе за авторством Barron, «Cryogenic systems», mcGraw Hill, Inc., 1996, стр. 230, Air Separation Systems.
Термин «блок удаления азота» относится к устройству, в котором азот и метан разделяют путем криогенной ректификации.
Для увеличения выхода гелия также возможно осуществить многократное введение в колонну 5 высокого давления: часть (3d) потока 3 вводят в основном в жидкой форме, а часть (3c) вводят в основном в газообразной форме в нижней части колонны 5 для испарения гелия, который в противном случае был бы захвачен в жидком метане.
Часть 9 жидкого потока 11, выходящего из конденсатора 8, расположенная в нижней части колонны 7 низкого давления, используется в качестве обратного потока в верхней части 10 колонны 5 высокого давления. В схеме традиционного NRU с колонной двукратной ректификации остаток жидкости 11 охлаждают и затем расширяют, чтобы непосредственно использовать в качестве обратного потока колонны низкого давления. Объект настоящего изобретения заключается в использовании части 12 указанного потока 11 жидкости для извлечения из него гелия перед использованием его в качестве обратного потока колонны низкого давления.
Данный поток 11 жидкости, как правило, содержит менее 2% по объему метана, более 95% по объему азота и от 0,5% по объему до 3% по объему гелия.
Температура потока 12 жидкости составляет, например, от -150°C до -165°C.
Данный поток 12 жидкости расширяют до промежуточного давления с помощью, например, клапана 13. Данное промежуточное давление составляет, как правило, от приблизительно 8 бар абс. до 15 бар абс. Оно составляет, например, 12 бар абс.
Благодаря этому расширению поток жидкости был испарен, то есть, газ был моментально образован (то есть газ «мгновенного испарения»). Поток 14, полученный таким образом, содержит большую часть жидкости и меньшую часть газа. Данный газ является обогащенным гелием. Данный обогащенный гелием газ содержит по меньшей мере 80% по объему гелия, содержащегося в потоке 12 жидкости. Двухфазный поток 14 вводят в первый сосуд 15 для разделения фаз. В сосуде 15 получают поток 16 жидкости и поток 17 газа. Поток 17 газа содержит более 80% по объему гелия, содержащегося в исходном потоке 1.
Тем не менее, данный поток 17 газа содержит азот. Поток 16 жидкости, содержащий большую часть азота, но также гелий и метан, вводят в верхнюю часть 18 колонны 7 низкого давления после расширения, например, с помощью клапана 19, чтобы служить в качестве обратного потока колонны 7 низкого давления. Поток 20 на выходе верхней части 21 колонны 7 вводят в теплообменник 22 или 2 для получения потока 23, богатого азотом или даже чистого в отношении азота, не содержащего гелий и содержащего менее 1,5% по объему метана.
Поток 17 обогащенного гелием газа, как правило, содержит более 70% по объему азота, более 5% по объему гелия и менее 2% по объему метана, например, 90% по объему азота, от 8% до 10% по объему гелия и менее 0,5% по объему метана. Данный поток 17 газа вводят в теплообменник 24 для по меньшей мере частичной конденсации. Смесь 25, конденсированную таким образом, вводят во второй сосуд 26 для разделения фаз. Поток 27 газа извлекают в верхней части сепаратора 26. Данный поток 27 газа содержит более 50% по объему гелия, предпочтительно более 60% по объему гелия, более предпочтительно более 70% по объему гелия. Поток 27 газа может необязательно повторно проходить через теплообменник 24.
Жидкая фаза 28 из сепаратора 26 служит для охлаждения теплообменника 24 после расширения до давления менее 3 бар абс., например, с помощью регулятора давления, такого как клапан 29. Данный поток 28 жидкости является чистым в отношении азота, например, он содержит более 99% по объему азота.
Благодаря установке 31, содержащей блок 6 удаления азота и блок 30 извлечения гелия, как показано на фиг. 1 и согласно способу, являющемуся целью настоящего изобретения, как описано ранее, с исходным потоком 1, содержащим приблизительно 50% по объему азота, 50% по объему метана и 0,3% по объему гелия, получают чистоту гелия в потоке 27 приблизительно 74% по объему и выход гелия приблизительно 91%.

Claims (18)

1. Способ получения потока (27) газа гелия из исходного потока (1) газа, содержащего по меньшей мере гелий, метан и азот, включающий по меньшей мере следующие этапы:
этап a): введения указанного исходного потока (1) газа в блок (6) удаления азота с колонной двукратной ректификации, причем указанная колонна двукратной ректификации содержит дистилляционную колонну (5) высокого давления, дистилляционную колонну (7) низкого давления и конденсатор (8), соединяющий колонну (5) высокого давления с колонной (7) низкого давления;
этап b): извлечения на выходе указанного конденсатора (8) по меньшей мере одной части (12) смеси (11), получаемой в верхней части колонны (5) высокого давления;
этап c): расширения указанной смеси, получаемой на этапе b), до промежуточного давления, составляющего от 8 до 20 бар абсолютного давления;
этап d): разделения смеси (14), получаемой на этапе c), в первом сосуде (15) для разделения фаз на жидкую фазу (16) и обогащенную гелием газовую фазу (17);
этап e): по меньшей мере частичной конденсации указанной обогащенной гелием газовой фазы (17) в теплообменнике (24);
этап f): разделения потока (25), получаемого на этапе e), во втором сосуде (26) для разделения фаз на жидкую фазу (28) и газовую фазу (27), содержащую более 50% по объему гелия.
2. Способ по предыдущему пункту, отличающийся тем, что включает этап g): использования в качестве охлаждающего средства жидкой фазы (28) после расширения, получаемого на этапе f), в указанном теплообменнике (24), применяемом на этапе e).
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что на этапе g) указанную жидкую фазу (28) испаряют при давлении от 0,1 до 3 бар абсолютного давления.
4. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что на этапе a) поток газа вводят в колонну (5) высокого давления на по меньшей мере двух уровнях подачи, причем паровая фракция первой подачи (3d) меньше, чем паровая фракция второй (3c), и при этом первую подачу (3d) вводят на более высоком уровне указанной колонны (5) высокого давления, чем вторую (3c).
5. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что включает этап h): извлечения газовой фазы (27), получаемой на этапе f), в виде богатого гелием продукта, содержащего по меньшей мере 75% по объему гелия.
6. Способ по предыдущему пункту, отличающийся тем, что температура на выходе конденсатора (8) на этапе b) составляет от -150 до -165°C.
7. Способ по предыдущему пункту, отличающийся тем, что давление в колонне (5) высокого давления составляет от 20 до 50 бар абсолютного давления, а давление в колонне низкого давления составляет от 1 до 5 бар абсолютного давления.
8. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что температура, при которой осуществляют этап c), составляет от -160 до -180°C.
9. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что температура, при которой осуществляют этап e), составляет от -180 до -210°C.
10. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что жидкую фазу (16), получаемую на этапе d), вводят в колонну (7) низкого давления указанного блока (6) удаления.
11. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что включает дополнительный этап получения обогащенного азотом потока (23), содержащего менее 2% по объему метана, из потока (20) газа из верхней части (21) колонны (7) низкого давления.
12. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что исходный поток (1) газа содержит от 20 до 80% по объему метана, от 20 до 80% по объему азота и от 0 до 2% по объему гелия.
RU2018103764A 2015-07-16 2016-07-12 Получение гелия из потока природного газа RU2717666C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1556739A FR3038973B1 (fr) 2015-07-16 2015-07-16 Production d'helium a partir d'un courant de gaz naturel
FR1556739 2015-07-16
PCT/FR2016/051786 WO2017009573A1 (fr) 2015-07-16 2016-07-12 Production d'hélium à partir d'un courant de gaz naturel

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018103764A RU2018103764A (ru) 2019-07-31
RU2018103764A3 RU2018103764A3 (ru) 2019-10-29
RU2717666C2 true RU2717666C2 (ru) 2020-03-24

Family

ID=54356501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018103764A RU2717666C2 (ru) 2015-07-16 2016-07-12 Получение гелия из потока природного газа

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20180209725A1 (ru)
EP (1) EP3322949B1 (ru)
FR (1) FR3038973B1 (ru)
PL (1) PL3322949T3 (ru)
RU (1) RU2717666C2 (ru)
WO (1) WO2017009573A1 (ru)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2736682C1 (ru) * 2020-06-05 2020-11-19 Андрей Владиславович Курочкин Установка подготовки природного газа с извлечением гелия
CN111981767B (zh) * 2020-08-20 2024-03-08 中国石油工程建设有限公司 一种天然气单塔深冷提氦装置和方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU127270A1 (ru) * 1959-05-18 1959-11-30 Л.С. Бабе Способ извлечени гели из природного газа
US4701200A (en) * 1986-09-24 1987-10-20 Union Carbide Corporation Process to produce helium gas
US4701201A (en) * 1986-09-24 1987-10-20 Union Carbide Corporation Process to produce cold helium gas for liquefaction
EA201100584A1 (ru) * 2008-10-07 2011-10-31 Текнип Франс Способ получения потоков жидкого и газообразного азота, газового потока с высоким содержанием гелия и деазотированного потока углеводородов и установка для его осуществления
RU2502545C1 (ru) * 2012-08-08 2013-12-27 Открытое акционерное общество "Газпром" Способ переработки природного газа и устройство для его осуществления

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4948405A (en) * 1989-12-26 1990-08-14 Phillips Petroleum Company Nitrogen rejection unit
GB2298034B (en) * 1995-02-10 1998-06-24 Air Prod & Chem Dual column process to remove nitrogen from natural gas
US5771714A (en) * 1997-08-01 1998-06-30 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system for producing higher purity helium
CA2734853A1 (en) * 2008-10-07 2010-04-15 Exxonmobil Upstream Research Company Helium recovery from natural gas integrated with ngl recovery

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU127270A1 (ru) * 1959-05-18 1959-11-30 Л.С. Бабе Способ извлечени гели из природного газа
US4701200A (en) * 1986-09-24 1987-10-20 Union Carbide Corporation Process to produce helium gas
US4701201A (en) * 1986-09-24 1987-10-20 Union Carbide Corporation Process to produce cold helium gas for liquefaction
EA201100584A1 (ru) * 2008-10-07 2011-10-31 Текнип Франс Способ получения потоков жидкого и газообразного азота, газового потока с высоким содержанием гелия и деазотированного потока углеводородов и установка для его осуществления
RU2502545C1 (ru) * 2012-08-08 2013-12-27 Открытое акционерное общество "Газпром" Способ переработки природного газа и устройство для его осуществления

Also Published As

Publication number Publication date
PL3322949T3 (pl) 2022-07-25
EP3322949A1 (fr) 2018-05-23
WO2017009573A1 (fr) 2017-01-19
EP3322949B1 (fr) 2022-02-23
FR3038973A1 (fr) 2017-01-20
RU2018103764A3 (ru) 2019-10-29
US20180209725A1 (en) 2018-07-26
RU2018103764A (ru) 2019-07-31
FR3038973B1 (fr) 2019-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2587821C (en) Light gas component separation
RU2559413C2 (ru) Удаление азота из природного газа
CA2868576C (en) Purification of carbon dioxide
JP2015210078A5 (ru)
JP5878310B2 (ja) 空気分離方法及び装置
CN108700373B (zh) 用于稀有气体回收的系统和方法
WO2014132751A1 (ja) 空気分離方法及び空気分離装置
RU2717666C2 (ru) Получение гелия из потока природного газа
KR950006408A (ko) 액체 산소 펌핑 방법 및 장치
US20150114034A1 (en) Purification of Carbon Dioxide
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
JP4519010B2 (ja) 空気分離装置
JP2006284075A (ja) 空気分離方法および空気分離装置
CA3097220C (en) Lights removal from carbon dioxide
JP2010025513A (ja) 窒素製造方法及び装置
JP5027173B2 (ja) アルゴン製造方法およびその装置
RU2689252C2 (ru) Способ получения гелия
JP5005708B2 (ja) 空気分離方法及び装置
US20130139547A1 (en) Air separation method and apparatus
RU2020141415A (ru) Извлечение криптона и ксенона из жидкого кислорода
CN109279586A (zh) 一种用于多塔氧气装置回收稀有气体的方法
US20130139546A1 (en) Air separation method and apparatus
Boeck Purification and Liquefacttion of Neon Using a Helium Refrigeration Cycle
JP2008164236A (ja) 窒素製造方法及び装置