RU2741460C1

RU2741460C1 - Apparatus for separating a hydrocarbon-containing gas mixture to produce helium

Info

Publication number: RU2741460C1
Application number: RU2020127893A
Authority: RU
Inventors: Сергей Васильевич Акулов; Андрей Владиславович Курочкин; Алена Геннадиевна Чиркова
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Пегаз Инжиниринг"
Priority date: 2020-08-20
Filing date: 2020-08-20
Publication date: 2021-01-26

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to equipment for producing helium from low-calorie mixtures of non-flammable gases with hydrocarbons and can be used in gas industry. Disclosed is an apparatus which includes a demethanizer, a helium concentrate extracting column, a refrigerating machine, four heat exchangers, separators, a refrigerator, a vacuum pump, a compressor, a catalytic hydrogen oxidation reactor, an adsorption drying unit, a membrane unit, a short-cycle adsorption unit, as well as reducing devices. Demetanizer is equipped with upper and lower heat and mass exchange sections in the reinforcing part and a heater in the stripping part connected to the raw gas line before and after the first recuperative heat exchanger. Bottom of demethanizer is equipped with a line for outputting fraction of hydrocarbons C1+, and upper - with a line for outputting mixture of non-flammable gases, on which there arranged in series are a second recuperative heat exchanger, abutment of the retentate supply line and the helium concentrate extraction column equipped with an upper heat-mass transfer section in the reinforcing part and a heater in the stripping part, which is connected to the outlet line of the incombustible gases mixture before and after the second recuperative heat exchanger. Column top is equipped with a helium concentrate discharge line, and the column bottom is equipped with a nitrogen discharge line depleted of helium.EFFECT: simplified installation, increased output of hydrocarbons C1+and production of helium of high purity.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для получения гелия из низкокалорийных смесей негорючих газов с углеводородами и может быть использовано в газовой промышленности.The invention relates to equipment for producing helium from low-calorie mixtures of incombustible gases with hydrocarbons and can be used in the gas industry.

Известна установка тонкой очистки гелиевого концентрата [Копша Д.П. Возможные пути оптимизации процесса тонкой очистки гелиевого концентрата / Д.П. Копша, И.В. Гоголева, В.Д. Изюмченко // Научно-технический сборник ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ. - 2015, - №1 (21). - С. 39-44], состоящая из блока очистки от водорода и блока очистки от азота, включающего узлы короткоцикловой адсорбции, получения обогащенного азота на мембранах, и низкотемпературной адсорбционной очистки от микропримесей азота и инертных газов.Known installation for fine purification of helium concentrate [Kopsha D.P. Possible ways to optimize the process of fine purification of helium concentrate / D.P. Kopsha, I.V. Gogolev, V.D. Izyumchenko // Scientific and technical collection of NEWS OF GAS SCIENCE. - 2015, - No. 1 (21). - P. 39-44], consisting of a hydrogen purification unit and a nitrogen purification unit, including units for short-cycle adsorption, obtaining enriched nitrogen on membranes, and low-temperature adsorption purification from trace impurities of nitrogen and inert gases.

Недостатком известной установки является низкая степень извлечения гелия из-за безвозвратных потерь гелия с обогащенным азотом.The disadvantage of the known installation is the low degree of helium recovery due to irreversible losses of helium with enriched nitrogen.

Известна установка тонкой очистки гелия [Николаев В.В. Перспективы применения мембранных процессов газоразделения при переработке природных газов / В.В. Николаев, С.А. Сиротин // Химическое и нефтяное машиностроение. - 1996, - №6. - С. 11-12], которая включает последовательно расположенные на линии подачи гелийсодержащего газа: противопоточный конденсатор, струйный компрессор, рекуперативный теплообменник, первую мембрану, компрессор, аппарат очистки от водорода, аппарат PSA-очистки от азота (блок короткоцикловой адсорбции), и вторую мембрану, соединенную с блоком короткоцикловой адсорбции линией подачи апермеата (ретентата, обратного потока, сдувки) в качестве продувочного газа, подаваемого затем на вход первой мембраны.Known installation for fine purification of helium [Nikolaev V.V. Prospects for the use of membrane gas separation processes in the processing of natural gases / V.V. Nikolaev, S.A. Sirotin // Chemical and Oil Engineering. - 1996, - No. 6. - P. 11-12], which includes in series on the helium-containing gas supply line: a counterflow condenser, a jet compressor, a recuperative heat exchanger, a first membrane, a compressor, a hydrogen purification apparatus, a PSA nitrogen purification apparatus (short-cycle adsorption unit), and a second membrane connected to the pressure swing adsorption unit by an apermeate supply line (retentate, backflow, blow-off) as a purge gas, which is then supplied to the inlet of the first membrane.

Недостатками данной установки являются ее неработоспособность в представленном виде из-за низкой температуры концентрата гелия, выводимого из противопоточного конденсатора при минус 190-195°С, при которой первая мембрана не сможет работать вследствие стеклования полимера мембраны и потерн ее механической прочности. При этом рекуперативный теплообменник не обеспечивает повышение температуры концентрата гелия, поскольку в качестве теплоносителя в него подают ретентат первой мембраны с еще более низкой температурой, чем входной поток (процесс мембранного разделения концентрата тот является эндотермическим).The disadvantages of this installation are its inoperability in the presented form due to the low temperature of the helium concentrate removed from the counterflow condenser at minus 190-195 ° C, at which the first membrane will not be able to work due to the glass transition of the membrane polymer and the loss of its mechanical strength. In this case, the recuperative heat exchanger does not provide an increase in the temperature of the helium concentrate, since the retentate of the first membrane with an even lower temperature than the input stream is fed into it as a heat carrier (the process of membrane separation of the concentrate is endothermic).

Наиболее близки к предлагаемого изобретению способ переработки природного газа с извлечением С₂₊ и установка для его осуществления [RU 2614947, опубл. 31.03.2017 г., МПК F25J 3/00], предназначенная для выделения концентрата гелия, которая содержит семь рекуперативных теплообменников, три фракционирующих колонны (деметанизатор, колонну предварительного концентрирования гелия и колонну выделения гелиевого концентрата) со вспомогательным оборудованием, два низкотемпературных сепаратора, детандер-компрессорный агрегат, криогенный насос, шесть дросселей (редуцирующих устройств) и холодильную машину для охлаждения верха колонны выделения гелиевого концентрата, при этом первый рекуперативный теплообменник, первый сепаратор и деметанизатор расположены на трубопроводе (линии) сырьевого газа.Closest to the proposed invention is a method for processing natural gas with the extraction of C ₂₊ and an installation for its implementation [RU 2614947, publ. 03/31/2017, IPC F25J 3/00], designed for the recovery of helium concentrate, which contains seven recuperative heat exchangers, three fractionation columns (demethanizer, helium preconcentration column and helium concentrate recovery column) with auxiliary equipment, two low-temperature separators, an expander - a compressor unit, a cryogenic pump, six throttles (reducing devices) and a refrigeration machine for cooling the top of the helium concentrate separation column, while the first recuperative heat exchanger, the first separator and the demethanizer are located on the feed gas pipeline (line).

Недостатками данной установки являются сложность (более 20 единиц оборудования только при получении концентрата гелия), а также низкая степень извлечения углеводородов C₁₊ в виде товарного газа нормативного качества (на установке получают только 72% товарного газа высокого и низкого давления с содержанием метана 97,9% с расчетной калорийностью 33,3 МДж/м³) из-за низкой температуры выводимой метановой фракции (минус 111°С при 2,0 МПа), что имеет следствием высокое содержание азота в газе среднего давления, получаемом при ее испарении, его низкую калорийность (ниже 31,8 МДж/м³), не соответствующую требованиям норм на товарный топливный газ. Кроме того, данная установка не позволяет получить гелий высокой чистоты и сжиженный природный газ.The disadvantages of this unit are its complexity (more than 20 pieces of equipment only when receiving helium concentrate), as well as a low degree of extraction of C1 ₊ hydrocarbons in the form of a commercial gas of standard quality (the unit produces only 72% of commercial high and low pressure gas with a methane content of 97, 9% with a calculated calorific value of 33.3 MJ / m ³ ) due to the low temperature of the removed methane fraction (minus 111 ° C at 2.0 MPa), which results in a high nitrogen content in the medium-pressure gas obtained during its evaporation, its low calorific value (below 31.8 MJ / m ³ ), which does not meet the requirements of the standards for commercial fuel gas. In addition, this installation does not allow the production of high-purity helium and liquefied natural gas.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение установки, увеличение выхода углеводородов С₁₊ в виде товарного газа и/или сжиженного природного газа нормативного качества, получение гелия высокой чистоты.The objective of the present invention is to simplify the installation, to increase the yield of C ₁₊ hydrocarbons in the form of commercial gas and / or liquefied natural gas of standard quality, to obtain helium of high purity.

Техническим результатом является упрощение установки за счет кратного снижения количества оборудования в части оборудования для выделения гелиевого концентрата, повышение выхода товарного газа за счет вывода всей фракции углеводородов С₁₊ при повышенной температуре, гарантирующей минимальное содержание азота и калорийность, соответствующую требованиям норм на товарный топливный газ (выше 31,8 МДж/м³), а также получение гелия высокой чистоты за счет укомплектования установки оборудованием для очистки концентрата гелия от примесей водорода, кислорода, азота и пр.The technical result is to simplify the installation due to a multiple reduction in the amount of equipment in terms of equipment for the separation of helium concentrate, to increase the yield of commercial gas due to the withdrawal of the entire fraction of C ₁₊ hydrocarbons at an elevated temperature, which guarantees the minimum nitrogen content and calorific value that meets the requirements of standards for commercial fuel gas (above 31.8 MJ / m ³ ), as well as obtaining high-purity helium by equipping the installation with equipment for purifying helium concentrate from impurities of hydrogen, oxygen, nitrogen, etc.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей деметанизатор, расположенный на линии сырьевого газа после первого рекуперативного теплообменника, другие рекуперативные теплообменники, колонну выделения гелиевого концентрата, холодильную машину, сепаратор и редуцирующие устройства, особенность заключается в том, что деметанизатор оснащен верхней и нижней тепломассообменными секциями в укрепляющей части и нагревателем в отгонной части, соединенным с линией сырьевого газа до и после первого рекуперативного теплообменника, низ деметанизатора оснащен линией вывода фракции углеводородов C₁₊, на которой последовательно расположены примыкание первой байпасной линии с первым редуцирующим устройством, второе редуцирующее устройство и сепаратор, оснащенный линией вывода сжиженного природного газа и линией вывода газа сепарации, на которой последовательно расположены примыкание первой байпасной линии, рекуперативный теплообменник и примыкание второй байпасной линии, соединенной с линией подачи сырьевого газа, нижняя тепломассообменная секция деметанизатора соединена с холодильной машиной линиями ввода/вывода хладоагента, а верх деметанизатора оснащен линией вывода смеси негорючих газов, на которой последовательно расположены второй рекуперативный теплообменник, примыкание линии подачи ретентата и колонна выделения гелиевого концентрата, оснащенная верхней тепломассообменной секцией в укрепляющей части и нагревателем в отгонной части, который соединен с линией вывода смеси негорючих газов до и после второго рекуперативного теплообменника, при этом верх колонны оснащен линией вывода концентрата гелия, а низ колонны - линией вывода обедненной гелием фракции азота с третьим редуцирующим устройством, после которого последняя разделена на две линии, на первой линии последовательно расположены второй рекуперативный теплообменник, верхняя тепломассообменная секция деметанизатора и первый рекуперативный теплообменник, на второй линии последовательно расположены четвертое редуцирующее устройство, верхняя тепломассообменная секция колонны, и вакуумный насос, кроме того, на линии вывода концентрата гелия расположены третий рекуперативный теплообменник, компрессор, примыкание линии подачи кислородсодержащего газа, четвертый рекуперативный теплообменник, соединенный с реактором каталитического окисления водорода, холодильник и сепаратор, оснащенный линией вывода воды и линией вывода газа сепарации, на которой расположен блок адсорбционной осушки с линией вывода газа регенерации и линией вывода осушенного газа с примыканием линии подачи газа регенерации из блока короткоцикловой адсорбции и мембранным блоком, оснащенным линией вывода ретентата и соединенным линией подачи пермеата с блоком короткоцикловой адсорбции.The specified technical result is achieved by the fact that in the proposed installation, which includes a demethanizer located on the feed gas line after the first recuperative heat exchanger, other recuperative heat exchangers, a helium concentrate recovery column, a refrigeration machine, a separator and reducing devices, the peculiarity is that the demethanizer is equipped with an upper and the lower heat and mass transfer sections in the reinforcing part and a heater in the stripping part connected to the feed gas line before and after the first recuperative heat exchanger, the bottom of the demethanizer is equipped with a C ₁₊ hydrocarbon fraction output line, on which the first bypass line adjoins the first reducing device in series, the second a reducing device and a separator equipped with a liquefied natural gas outlet line and a separation gas outlet line, on which the junction of the first bypass line, a recuperative heat exchanger and the junction of the second bypass are located in series a pass line connected to the feed gas supply line, the lower heat and mass transfer section of the demethanizer is connected to the refrigerating machine by the refrigerant input / output lines, and the top of the demethanizer is equipped with a non-combustible gas mixture output line, on which the second recuperative heat exchanger is located in series, the retentate supply line and the helium separation column concentrate, equipped with an upper heat and mass transfer section in the reinforcing part and a heater in the stripping part, which is connected to the discharge line of a mixture of non-combustible gases before and after the second recuperative heat exchanger, while the top of the column is equipped with a helium concentrate discharge line, and the bottom of the column is equipped with an output line for the helium-depleted nitrogen fraction with the third reducing device, after which the latter is divided into two lines, the second recuperative heat exchanger, the upper heat and mass transfer section of the demethanizer and the first recuperative heat exchanger are sequentially located on the first line; The fourth reducing device, the upper heat and mass transfer section of the column, and a vacuum pump are additionally located; in addition, a third recuperative heat exchanger, a compressor, an adjacent oxygen-containing gas supply line, a fourth recuperative heat exchanger connected to a catalytic hydrogen oxidation reactor, a refrigerator and a separator are located on the helium concentrate outlet line equipped with a water outlet line and a separation gas outlet line, on which an adsorption drying unit is located with a regeneration gas outlet line and a dry gas outlet line adjacent to the regeneration gas supply line from the pressure swing adsorption unit and a membrane unit equipped with a retentate outlet line and a permeate supply line connected with a pressure swing adsorption unit.

Перед компрессором и вакуумным насосом могут быть установлены нагреватели. Холодильная машина может быть выполнена, например, компрессионной с многокомпонентным хладоагентом. Первый рекуперативный теплообменник выполнен многопоточным. Деметанизатор и колонна выделения гелиевого концентрата выполнены, например, в виде пленочных, колонн с переменным флегмовым числом. Редуцирующие устройства могут быть выполнены в виде дроссельного вентиля, газодинамического устройства или детандера. Реактор каталитического окисления представляет собой емкостной аппарат, заполненный, например, платиносодержащим катализатором. В качестве остальных элементов установки могут быть установлены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.Heaters can be installed upstream of the compressor and vacuum pump. The chiller can be made, for example, a compression one with a multicomponent refrigerant. The first recuperative heat exchanger is multi-flow. The demethanizer and the helium concentrate recovery column are made, for example, in the form of film columns with a variable reflux ratio. Reducing devices can be made in the form of a throttle valve, gas-dynamic device or expander. The catalytic oxidation reactor is a vessel filled with, for example, a platinum-containing catalyst. As the rest of the installation elements, any device for the corresponding purpose known from the prior art can be installed.

Сокращение количества оборудования (в части оборудования для получения концентрата гелия - с более чем 20 до 7 единиц без учета редуцирующих устройств) упрощает установку. Оснащение укрепляющей части деметанизатора тепломассообменными секциями, охлаждаемыми редуцированным технологическим потоком и хладоагентом, позволяет поддерживать температуру верха деметанизатора на уровне, обеспечивающем заданную степень потерь метана со смесью негорючих газов, что позволяет вырабатывать товарный природный газ или сжиженный природный газ с высоким выходом. Оснащение отгонной части деметанизатора нагревателем, расположенным на байпасной линии рекуперативного теплообменника, позволяет нагреть сырьевым газом, без ввода внешнего тепла, выводимую из куба деметанизатора фракцию углеводородов C₁₊ до температуры, достаточной для отпарки азота и других более легких газов, и получить товарный газ заданной калорийности. Оснащение укрепляющей части колонны выделения гелиевого концентрата тепломассообменной секцией, охлаждаемой редуцированным азотом собственной выработки, позволяет поддерживать температуру верха колонн на уровне, обеспечивающем без применения стороннего источника холода высокое содержание гелия в концентрате, который очищается от водорода, азота и кислорода путем каталитического окисления, осушки, мембранной и адсорбционной очистки с получением гелия заданной чистоты.Reducing the amount of equipment (in terms of equipment for obtaining helium concentrate - from more than 20 to 7 units excluding reducing devices) simplifies installation. Equipping the reinforcing part of the demethanizer with heat and mass transfer sections cooled by a reduced process flow and a refrigerant allows maintaining the temperature of the top of the demethanizer at a level that ensures a given degree of methane losses with a mixture of non-combustible gases, which allows the production of commercial natural gas or liquefied natural gas with a high yield. Equipping the stripping part of the demethanizer with a heater located on the bypass line of the recuperative heat exchanger allows heating the C ₁₊ hydrocarbon fraction discharged from the cube of the demethanizer to a temperature sufficient for stripping nitrogen and other lighter gases with the feed gas, without introducing external heat, and obtaining a commercial gas of a given calorie content. Equipping the reinforcing part of the column for recovering helium concentrate with a heat and mass transfer section cooled by reduced nitrogen of its own production allows maintaining the temperature of the top of the columns at a level that provides a high content of helium in the concentrate without the use of an external cold source, which is purified from hydrogen, nitrogen and oxygen by catalytic oxidation, drying, membrane and adsorption purification to obtain helium of a given purity.

Установка показана на прилагаемом чертеже и включает рекуперативные теплообменники 1-4, деметанизатор 5 с верхней и нижней тепломассообменными секциями в укрепляющей части и нагревателем в отгонной части, колонну выделения гелиевого концентрата 6 с тепломассообменной секцией в укрепляющей части и нагревателем в отгонной части, холодильную машину 7, сепараторы 8 и 9, холодильник 10, вакуумный насос 11, компрессор 12, каталитический реактор окисления водорода 13, блок адсорбционной осушки 14, мембранный блок 15, блок короткоцикловой адсорбции 16, а также четыре редуцирующих устройства 17-20. При необходимости установка оснащена нагревателями 21 и 22.The installation is shown in the attached drawing and includes recuperative heat exchangers 1-4, demethanizer 5 with upper and lower heat and mass transfer sections in the reinforcing part and a heater in the stripping part, a column for separating helium concentrate 6 with a heat and mass transfer section in the reinforcing part and a heater in the stripping part, a refrigerating machine 7 , separators 8 and 9, refrigerator 10, vacuum pump 11, compressor 12, catalytic hydrogen oxidation reactor 13, adsorption drying unit 14, membrane unit 15, short-cycle adsorption unit 16, as well as four reducing devices 17-20. If necessary, the unit is equipped with heaters 21 and 22.

При работе установки осушенный и очищенный от кислых компонентов сырьевой газ, содержащий, например, 5-20% углеводородов, преимущественно метана, поступающий по линии 23 с давлением 1-4 МПа (здесь и далее указано избыточное давление), разделяют на два потока, первый поток по байпасной линии 24 направляют в качестве теплоносителя в нагреватель деметанизатора 5, затем смешивают со вторым потоком, предварительно охлажденным в теплообменнике 1, и с температурой, например, минус 134-156°С (в зависимости от состава и давления газа) подают в среднюю часть деметанизатора 5. Нижнюю тепломассообменную секцию в укрепляющей части деметанизатора 5 охлаждают с помощью холодильной машины 7, вводя/выводя хладоагент по линиям 25. С низа деметанизатора 5 по линии 26 выводят фракцию углеводородов С₁₊. При выводе последней с установки в виде газа, ее из линии 26 направляют по линии 27, редуцируют с помощью устройства 17 до давления потребления (например, 0,1-1,0 МПа) нагревают в теплообменнике 1 и по линии 28 выводят с установки в качестве товарного газа с низшей теплотой сгорания, например, 34,0 МДж/м³. При выводе фракции углеводородов С₁₊ в виде жидкости (сжиженного природного газа), ее из линии 26 подают в линию 29, редуцируют с помощью устройства 18 до давления хранения сжиженного природного газа (например, 0,2-0,8 МПа) и разделяют в сепараторе 8 на сжиженный природный газ, выводимый по линии 30, и газ сепарации, который выводят по линии 31, нагревают в теплообменнике 1, и по линии 32 рециркулируют в линию 23. При выводе фракции углеводородов C₁₊ в виде и газа и жидкости, ее, после вывода с низа деметанизатора 5, распределяют по линиям 27 и 29, а также по линиям 28 и 32 в пропорциях, обеспечивающих получение заданного соотношения жидкого и газообразного продуктов.During the operation of the plant, the raw gas dried and purified from acidic components, containing, for example, 5-20% of hydrocarbons, mainly methane, supplied through line 23 with a pressure of 1-4 MPa (hereinafter, the excess pressure is indicated), is divided into two streams, the first the flow through the bypass line 24 is directed as a heat carrier into the heater of the demethanizer 5, then mixed with the second flow, pre-cooled in the heat exchanger 1, and with a temperature, for example, minus 134-156 ° C (depending on the composition and pressure of the gas), is fed into the middle part of the demethanizer 5. The lower heat and mass transfer section in the reinforcing part of the demethanizer 5 is cooled using a refrigerating machine 7, introducing / removing the refrigerant through lines 25. From the bottom of the demethanizer 5, through line 26, a C ₁₊ hydrocarbon fraction is withdrawn. When the latter is removed from the installation in the form of a gas, it is directed from line 26 through line 27, reduced by means of device 17 to a consumption pressure (for example, 0.1-1.0 MPa), heated in heat exchanger 1 and through line 28 is removed from the installation to as a commercial gas with a lower calorific value, for example, 34.0 MJ / m ³ . When the C ₁₊ hydrocarbon fraction is withdrawn in the form of a liquid (liquefied natural gas), it is fed from line 26 to line 29, reduced using device 18 to the storage pressure of liquefied natural gas (for example, 0.2-0.8 MPa) and separated in the separator 8 for liquefied natural gas, discharged through line 30, and the separation gas, which is discharged through line 31, are heated in heat exchanger 1, and recirculated through line 32 to line 23. When discharging the C ₁₊ hydrocarbon fraction in the form of both gas and liquid , it, after being withdrawn from the bottom of the demethanizer 5, is distributed along lines 27 and 29, as well as along lines 28 and 32 in proportions to ensure a predetermined ratio of liquid and gaseous products.

С верха деметанизатора 5 по линии 33 выводят смесь негорючих газов (например, водорода, азота и инертных газов), содержащую, преимущественно не более 1% мол. метана, и разделяют на два штока, первый шток по байпасной линии 34 направляют в качестве теплоносителя в нагреватель колонны 6, затем смешивают со вторым потоком, предварительно охлажденным в теплообменнике 2, ретентатом, подаваемым из блока 15 по линии 35, и с температурой, например, минус 175-186°С (в зависимости от состава и давления газа) подают в среднюю часть колонны 6. С верха колонны 6 по линии 36 выводят концентрат гелия, а с низа - сжиженный газ, преимущественно, азот, редуцируют его в устройстве 19, например, до 0,03-0,1 МПа и разделяют на два потока. Первый поток по линии 37 выводят с установки через теплообменник 2, верхнюю тепломассообменную секцию деметанизатора 5 и теплообменник 1. Второй лоток, выводимый по линии 38, дополнительно редуцируют в устройстве 20, например, до минус 0,09-0,095 МПа (избыточных) и подают в качестве хладоагента в тепломассообменную секцию колонны 6 и откачивают вакуумным насосом 11 в атмосферу. При необходимости часть второй поток нагревают в нагревателе 21 (показан пунктиром), например, одним из технологических потоков, до минус 60 - плюс 20°С.From the top of the demethanizer 5 through line 33, a mixture of non-combustible gases (for example, hydrogen, nitrogen and inert gases) is withdrawn, containing, mainly, no more than 1 mol%. methane, and divided into two stocks, the first stock is directed through the bypass line 34 as a heat carrier into the heater of the column 6, then mixed with the second stream, pre-cooled in the heat exchanger 2, the retentate supplied from the block 15 through the line 35, and with a temperature, for example , minus 175-186 ° C (depending on the composition and pressure of the gas) is fed into the middle part of the column 6. From the top of the column 6 through line 36 helium concentrate is removed, and from the bottom - liquefied gas, mainly nitrogen, it is reduced in the device 19 , for example, up to 0.03-0.1 MPa and divided into two streams. The first flow through line 37 is removed from the installation through heat exchanger 2, the upper heat and mass transfer section of the demethanizer 5 and heat exchanger 1. The second tray drawn through line 38 is further reduced in the device 20, for example, to minus 0.09-0.095 MPa (excess) and served as a refrigerant into the heat and mass transfer section of the column 6 and pumped out by a vacuum pump 11 into the atmosphere. If necessary, part of the second stream is heated in the heater 21 (shown by a dotted line), for example, by one of the process streams, to minus 60 - plus 20 ° C.

Концентрат с содержанием гелия 75-90% и температурой минус 190-203°С (в зависимости от давления и состава газа), выводимый по линии 36, нагревают в теплообменнике 3, сжимают компрессором 12, например, до 2-5 МПа, смешивают с кислородсодержащим газом, например, воздухом или кислородом, подаваемым по линии 39 в количестве не менее стехиометрического отношения к водороду, нагревают в теплообменнике 4 и направляют в реактор 13, где в присутствии катализатора происходит окисление водорода с образованием катализата, содержащего пары воды. Катализат с температурой, как правило, не ниже 300°С последовательно охлаждают в теплообменнике 4, холодильнике 10 и разделяют в сепараторе 9 на воду, выводимую с установки по линии 40, и газ сепарации, который выводят по линии 41, осушают в блоке 14, смешивают с газом регенерации, подаваемым из блока 16 по линии 42, и направляют в блок 15, при этом газ регенерации из блока 14 выводят из линии 43. В блоке 15 осушенный концентрат гелия разделяется на ретентат, содержащий, например, 30% гелия, который направляют по линии 35 в теплообменник 3, и пермеат, содержащий, например, 99% гелия, который затем доочищают от примесей азота и кислорода в блоке 16 с получением очищенного гелия с чистотой не менее 99,995%, выводимого по линии 44 и газа регенерации. При необходимости часть концентрат гелия дополнительно нагревают в нагревателе 22 (показан пунктиром), например, одним из технологических потоков, до минус 60 - плюс 20°С.The concentrate with a helium content of 75-90% and a temperature of minus 190-203 ° C (depending on the pressure and composition of the gas), withdrawn through line 36, is heated in heat exchanger 3, compressed by compressor 12, for example, to 2-5 MPa, mixed with oxygen-containing gas, for example, air or oxygen, supplied through line 39 in an amount not less than a stoichiometric ratio to hydrogen, is heated in heat exchanger 4 and sent to reactor 13, where in the presence of a catalyst, hydrogen is oxidized to form a catalyzate containing water vapor. The catalyst with a temperature, as a rule, not lower than 300 ° C is successively cooled in the heat exchanger 4, the cooler 10 and is separated in the separator 9 into water removed from the installation through line 40, and the separation gas, which is removed through line 41, is dried in block 14, mixed with the regeneration gas supplied from block 16 through line 42 and sent to block 15, while the regeneration gas from block 14 is withdrawn from line 43. In block 15, the dried helium concentrate is separated into a retentate containing, for example, 30% helium, which sent through line 35 to heat exchanger 3, and permeate containing, for example, 99% helium, which is then further purified from impurities of nitrogen and oxygen in block 16 to obtain purified helium with a purity of at least 99.995%, output through line 44 and regeneration gas. If necessary, part of the helium concentrate is additionally heated in the heater 22 (shown by a dotted line), for example, by one of the process streams, to minus 60 - plus 20 ° C.

Степень извлечения гелия определяется температурой низа колонны 6 и может быть задана в пределах 90,0-99,9%. Выход фракции углеводородов С₁₊ с газа с низшей теплотой сгорания (калорийностью) не менее 31,8 МДж/м³ в виде товарного газа и/или сжиженного природного газа определяется потерями метана со смесью негорючих газов и, а зависимости от состава сырьевого газа и заданных технологических параметров, составляет 95,0-99,9%.The recovery of helium is determined by the temperature of the bottom of the column 6 and can be set in the range of 90.0-99.9%. The yield of the С ₁₊ hydrocarbon fraction from gas with a lower calorific value (calorific value) of at least 31.8 MJ / m ³ in the form of commercial gas and / or liquefied natural gas is determined by the loss of methane with a mixture of incombustible gases and, and depending on the composition of the feed gas and given technological parameters is 95.0-99.9%.

Таким образом, предлагаемая установка проще, позволяет увеличить выход углеводородов С₁₊ в виде товарного газа и/или сжиженного природного газа нормативного качества, а также получать гелий высокой чистоты и может найти применение в газовой промышленности.Thus, the proposed installation is simpler, allows to increase the yield of С ₁₊ hydrocarbons in the form of commercial gas and / or liquefied natural gas of standard quality, and also to obtain helium of high purity and can be used in the gas industry.

Claims

An installation for separating a hydrocarbon-containing gas mixture to obtain helium, including a demethanizer located on the feed gas line after the first recuperative heat exchanger, other recuperative heat exchangers, a helium concentrate recovery column, a refrigeration machine, a separator and reducing devices, characterized in that the demethanizer is equipped with upper and lower heat and mass exchange sections in the reinforcing part and a heater in the stripping part connected to the feed gas line before and after the first recuperative heat exchanger, the bottom of the demethanizer is equipped with a line for withdrawing the С ₁₊ hydrocarbon fraction, on which the first bypass line adjoins the first reducing device, the second reducing device and a separator equipped with a liquefied natural gas outlet line and a separation gas outlet line, on which the junction of the first bypass line, the first recuperative heat exchanger and the junction of the second bypass are located in series th line connected to the feed gas supply line, the lower heat and mass transfer section of the demethanizer is connected to the refrigerating machine by the refrigerant input / output lines, and the top of the demethanizer is equipped with a non-combustible gas mixture output line, on which the second recuperative heat exchanger is located in series, the retentate supply line and the helium separation column concentrate, equipped with an upper heat and mass transfer section in the reinforcing part and a heater in the stripping part, which is connected to the discharge line of a mixture of non-combustible gases before and after the second recuperative heat exchanger, while the top of the column is equipped with a helium concentrate discharge line, and the bottom of the column is equipped with an output line for the helium-depleted nitrogen fraction with the third reducing device, after which the latter is divided into two lines, the second recuperative heat exchanger, the upper heat and mass transfer section of the demethanizer and the first recuperative heat exchanger are sequentially located on the first line, on the second line there is The fourth reducing device, the upper heat and mass transfer section of the column, and a vacuum pump are located, in addition, a third recuperative heat exchanger, a compressor, an adjacent oxygen-containing gas supply line, a fourth recuperative heat exchanger connected to a catalytic hydrogen oxidation reactor, a refrigerator and a separator are located on the helium concentrate outlet line equipped with a water outlet line and a separation gas outlet line, on which an adsorption drying unit is located with a regeneration gas outlet line and a dry gas outlet line adjacent to the regeneration gas supply line from the pressure swing adsorption unit and a membrane unit equipped with a retentate outlet line and a permeate supply line connected with a pressure swing adsorption unit.