RU2743086C1 - Extraction of helium from natural gas - Google Patents

Extraction of helium from natural gas Download PDF

Info

Publication number
RU2743086C1
RU2743086C1 RU2019128439A RU2019128439A RU2743086C1 RU 2743086 C1 RU2743086 C1 RU 2743086C1 RU 2019128439 A RU2019128439 A RU 2019128439A RU 2019128439 A RU2019128439 A RU 2019128439A RU 2743086 C1 RU2743086 C1 RU 2743086C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
helium
stream
natural gas
depleted
fraction
Prior art date
Application number
RU2019128439A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Винсент УАЙТ
Пол ХИГГИНБОТЭМ
Original Assignee
Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк.
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 Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. filed Critical Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк.
Application granted granted Critical
Publication of RU2743086C1 publication Critical patent/RU2743086C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/0228Processes 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
    • F25J3/028Processes 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
    • F25J3/029Processes 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B23/00Noble gases; Compounds thereof
    • C01B23/001Purification or separation processes of noble gases
    • C01B23/0036Physical processing only
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/0204Processes 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
    • F25J3/0209Natural gas or substitute natural gas
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/0228Processes 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
    • F25J3/0233Processes 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/0228Processes 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
    • F25J3/0257Processes 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0029Obtaining noble gases
    • C01B2210/0031Helium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043Impurity removed
    • C01B2210/0046Nitrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043Impurity removed
    • C01B2210/0051Carbon dioxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043Impurity removed
    • C01B2210/0053Hydrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043Impurity removed
    • C01B2210/0068Organic compounds
    • C01B2210/007Hydrocarbons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/02Processes or apparatus using separation by rectification in a single pressure main column system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/70Refluxing the column with a condensed part of the feed stream, i.e. fractionator top is stripped or self-rectified
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/72Refluxing the column with at least a part of the totally condensed overhead gas
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/74Refluxing the column with at least a part of the partially condensed overhead gas
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/40Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using hybrid system, i.e. combining cryogenic and non-cryogenic separation techniques
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/60Processes 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/60Processes 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
    • F25J2205/66Regenerating the adsorption vessel, e.g. kind of reactivation gas
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/82Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a reactor with combustion or catalytic reaction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/60Natural gas or synthetic natural gas [SNG]
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/30Helium
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/08Cold compressor, i.e. suction of the gas at cryogenic temperature and generally without afterstage-cooler
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/32Compression of the product stream
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/60Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being (a mixture of) hydrocarbons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/02Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/40Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00Refrigeration techniques used
    • F25J2270/02Internal refrigeration with liquid vaporising loop
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00Refrigeration techniques used
    • F25J2270/04Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency

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)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

FIELD: gas industry.
SUBSTANCE: present invention relates to a method of extracting helium from raw natural gas containing methane, nitrogen and helium. Method includes cooling natural gas to obtain partially condensed cooled natural gas, separation of cooled natural gas in the system of the distillation column to obtain helium-enriched steam removed from the top of the column, and helium-depleted still liquor, cooling of the helium-rich vapor, by indirect heat exchange to obtain partially condensed head stream, Separation of partially condensed overhead stream in separator of overhead for production of crude helium vapor and recycled liquid and expanding the portion of the helium-depleted still residue to obtain a first fraction of the helium-depleted still residue. At that, cooling load for helium-enriched steam is partially provided due to indirect heat exchange with first fraction of helium depleted still residue.
EFFECT: invention provides maximum total output of helium using an energy-saving method.
13 cl, 2 dwg, 2 tbl, 2 ex

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY

[0001] Настоящее изобретение относится к способам и устройствам для извлечения гелия. В частности, изобретение относится к отделению гелия от потока природного газа, содержащего метан, азот и гелий, с применением криогенной дистилляции. [0001] The present invention relates to methods and apparatus for recovering helium. In particular, the invention relates to the separation of helium from a natural gas stream containing methane, nitrogen and helium using cryogenic distillation.

[0002] Гелий присутствует во многих месторождениях природного газа по всему миру, но растет интерес к эффективному извлечению гелия из месторождений природного газа с низкими концентрациями гелия, например, ниже чем 2000 млн 1 об. Извлечение гелия из природного газа при таких низких уровнях долгое время считалось неэкономичным. Обычно происходит извлечение гелия из природного газа в качестве побочного продукта производства сжиженного природного газа (LNG) или выброса азота. В обоих случаях метан конденсируется, и более легкий гелий легко выделяется в виде газа. Настоящее изобретение относится к случаю, когда поток природного газа не требует сжижения или удаления азота. В этом случае газ все еще может содержать значительное количество азота, но этого недостаточно, чтобы помешать использованию природного газа в трубопроводе или газовой турбине. [0002] Helium is present in many natural gas fields around the world, but the growing interest in the efficient extraction of helium from natural gas fields with low concentrations of helium, for example, less than about 2000 ppm 1. Recovering helium from natural gas at such low levels has long been considered uneconomical. Typically, helium is extracted from natural gas as a by-product of liquefied natural gas (LNG) production or nitrogen emissions. In both cases, the methane condenses and the lighter helium is easily released as a gas. The present invention relates to the case where the natural gas stream does not require liquefaction or nitrogen removal. In this case, the gas may still contain a significant amount of nitrogen, but this is not enough to prevent the use of natural gas in a pipeline or gas turbine.

[0003] Известно извлечение гелия из природного газа. Gottier (US5011521) описывает извлечение гелия с использованием отпарной колонны для обогащения концентрации гелия по сравнению с составом исходного газа. В приведенном примере, обогащение гелием ограничивается действием отпарной колонны примерно на один порядок, с 0,44% до 5,16% гелия. Целью обогащения гелия в головном потоке является уменьшение потока к гелиевому очистителю путем увеличения молярной доли гелия. Никаких дополнительных средств для обогащения гелия в потоке, покидающем верхнюю часть отпарной колонны, перед входом в очиститель не раскрыто. [0003] It is known to extract helium from natural gas. Gottier (US5011521) describes the recovery of helium using a stripper to enrich the concentration of helium relative to the composition of the feed gas. In the example shown, the helium enrichment is limited by the stripping column by about one order of magnitude, from 0.44% to 5.16% helium. The goal of overhead helium enrichment is to reduce the flow to the helium purifier by increasing the helium mole fraction. No additional means for enriching the helium in the stream leaving the top of the stripper before entering the purifier is not disclosed.

[0004] Дополнительно, Gottier раскрывает использование детандера плотной текучей среды (DFE) для извлечения энергии из расширения потока более высокого давления до более низкого давления для подачи в дистилляционную колонну. Эксплуатация дистилляционной колонны при более высоком давлении сопряжена с более высокими капитальными затратами из-за сложности осуществления разделения при высоком давлении и сложности подачи нагрузки ребойлера на дистилляционную колонну. Сложное разделение приводит к более высокой нагрузке ребойлера при заданном выходе гелия, что дает более высокий расход пара. Более высокий расход пара в сочетании с неблагоприятным поверхностным натяжением и соотношением плотности пара-жидкости приводит к увеличению диаметров колонны. Чтобы избежать этих недостатков, давление сырья понижают до входа в дистилляционную колонну. [0004] Additionally, Gottier discloses the use of a dense fluid expander (DFE) to extract energy from the expansion of a higher pressure stream to a lower pressure for feeding to a distillation column. Operating the distillation column at a higher pressure is associated with higher capital costs due to the difficulty of performing separation at high pressure and the difficulty of feeding the reboiler load to the distillation column. Complex separation results in higher reboiler loading for a given helium output, resulting in higher steam consumption. Higher steam flow rates combined with unfavorable surface tension and vapor-to-liquid density ratios result in increased column diameters. To avoid these disadvantages, the pressure of the feed is reduced before entering the distillation column.

[0005] Oeflke (US2014/0137599) описывает дополнительное разделение для дополнительного обогащения содержания гелия в головном потоке из отпарной колонны. Головной поток охлаждают и давление понижают, чтобы получить поток обогащенного гелием пара и поток обедненной гелием жидкости. Поток обедненной гелием жидкости, который все еще содержит некоторое количество гелия, перекачивают и объединяют с обедненным гелием природным газом из нижней части отпарной колонны. Гелий, не извлеченный из потока обедненной гелием жидкости, снижает общий выход на 0,4% в соответствии с приведенным примером. Кроме того, в этом примере давление потока пара, обогащенного гелием, снижается с 550 фунт а. д./кв. дюйм до 100 фунт а. д./кв. дюйм, что может потребовать повторного сжатия для входа в даунстрим стадию очистки гелия. [0005] Oeflke (US2014 / 0137599) describes additional separation to further enrich the helium content of the overhead stream from the stripper. The overhead stream is cooled and the pressure reduced to provide a helium-rich vapor stream and a helium-depleted liquid stream. A helium-depleted liquid stream, which still contains some helium, is pumped and combined with helium-depleted natural gas from the bottom of the stripper. Helium not recovered from the helium-depleted liquid stream reduces the overall yield by 0.4% in accordance with the above example. In addition, in this example, the pressure of the helium-rich steam stream decreases from 550 psi. d / sq. inch to 100 lb. d / sq. inch, which may require re-compression to enter the downstream helium purification stage.

[0006] Mitchell и др. (US4758258) описывают многоступенчатое разделение для извлечения гелия из природного газа наряду с отделением этана, пропана и более тяжелых углеводородов от основного вещества, метана. Имеется сходство с Oeflke в двух отношениях. Во-первых, охлаждение для окончательного отделения гелия и азота от метана достигается путем понижения давления подачи в сепаратор с образованием потока неочищенного гелия. Во-вторых, гелий, содержащийся в потоке жидкости из сепаратора, не извлекается, что снижает общий выход гелия. [0006] Mitchell et al. (US4758258) describe multistage separation for recovering helium from natural gas while separating ethane, propane and heavier hydrocarbons from the base material, methane. There are two similarities to Oeflke. First, cooling for the final separation of helium and nitrogen from methane is achieved by lowering the feed pressure to the separator to form a crude helium stream. Second, the helium contained in the liquid stream from the separator is not recovered, which reduces the overall helium yield.

[0007] Agrawal (US5167125) описывает способ, в котором легкие газы, такие как гелий, удаляются путем частичной конденсации паров верхнего погона из дистилляционной колонны. Образующийся поток жидкости обеспечивает дефлегмацию в дистилляционной колонне, и поток пара, обогащенного гелием, может быть дополнительно очищен. [0007] Agrawal (US5167125) describes a process in which light gases such as helium are removed by partial condensation of overhead vapor from a distillation column. The resulting liquid stream provides reflux in the distillation column and the helium-rich vapor stream can be further purified.

[0008] Чтобы минимизировать мощность, требуемую для способов извлечения гелия, описанных в предшествующем уровне техники, промежуточные потоки, которые содержат небольшие, но значительные количества гелия, отводятся в обедненный гелием готовый природный газ, снижая общий выход гелия. Существует необходимость в достижении максимально возможного общего выхода гелия путем извлечения гелия из промежуточных потоков энергосберегающим способом. [0008] To minimize the power required for the helium recovery methods described in the prior art, intermediate streams that contain small but significant amounts of helium are diverted into helium-depleted finished natural gas, reducing the overall helium yield. There is a need to achieve the highest possible overall helium yield by recovering helium from intermediate streams in an energy efficient manner.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0009] Настоящее изобретение относится к многостадийному способу извлечения гелия из потока природного газа, оптимизированному для высокого выхода гелия и низкого энергопотребления. Сначала загрязняющие вещества удаляются по мере необходимости, например, CO2 путем аминной абсорбции, вода и тяжелые углеводороды путем адсорбции при переменной температуре, и/или ртуть путем адсорбции на активированном угле. Затем гелий извлекают с использованием системы криогенной дистилляционной колонны. Содержание гелия в головном потоке колонны увеличивается при помощи конденсатора для извлечения азота и метана, что повышает выход метана и снижает скорость потока для очистки гелия ниже по потоку. Поток неочищенного гелия проходит криогенный процесс частичной конденсации для дальнейшего увеличения концентрации гелия перед удалением водорода путем каталитического сжигания. Окончательная очистка производится методом адсорбции при переменном давлении (PSA), после которой остаточный газ повторно сжимают, высушивают и рециркулируют. Чистый гелиевый продукт из PSA может быть в дальнейшем сжижен для транспортировки и продажи. [0009] The present invention relates to a multi-stage process for recovering helium from a natural gas stream optimized for high helium yield and low energy consumption. First, contaminants are removed as needed, for example CO 2 by amine absorption, water and heavy hydrocarbons by adsorption at variable temperature, and / or mercury by adsorption on activated carbon. The helium is then recovered using a cryogenic distillation column system. The column overhead helium is increased with a condenser to recover nitrogen and methane, which increases the methane yield and reduces the flow rate for downstream helium purification. The raw helium stream undergoes a cryogenic partial condensation process to further increase the concentration of helium before removing hydrogen by catalytic combustion. Final purification is carried out by pressure swing adsorption (PSA), after which the tail gas is re-compressed, dried and recirculated. The pure PSA helium product can then be liquefied for shipping and sale.

[0010] Обедненная гелием жидкость из нижней части системы дистилляционной колонны используется для обеспечения охлаждения способа. Для хладагента выбрано несколько значений давления, чтобы оптимизировать кривые охлаждения и, следовательно, эффективность теплопередачи. Часть обедненной гелием жидкости перекачивают, чтобы минимизировать общую мощность повторного сжатия. Все возвращающиеся потоки природного газа повторно сжимают, чтобы обеспечить соответствие давлению подачи при возврате в трубопровод, или сжимают до того давления, которое требуется для утилизации природного газа, например, путем сжигания в газовой турбине. [0010] The helium-depleted liquid from the bottom of the distillation column system is used to provide cooling to the process. Several pressures have been selected for the refrigerant to optimize the cooling curves and therefore the heat transfer efficiency. A portion of the helium-depleted liquid is pumped to minimize the overall recompression power. All returning natural gas streams are recompressed to match the feed pressure when returned to the pipeline, or compressed to the pressure required to recover natural gas, for example by combustion in a gas turbine.

[0011] Давление в системе дистилляционной колонны выбирают таким образом, чтобы снизить риск плохого разделения в результате работы при слишком высоком давлении. Чтобы уменьшить повышенную потребность в мощности, можно использовать детандер плотной текучей среды (DFE) для выработки мощности, которая может быть использована в процессе путем расширения потока подачи до давления в колонне. Изоэнтропическое расширение текучей среды через DFE также приводит к более низкой температуре в выходном потоке, чем это было бы при изоэнтальпическом расширении через клапан. Использование DFE экономит мощность для увеличения капитальных затрат и должно быть соответственно оптимизировано. Кроме того, в способе можно использовать детандер в одном или большем количестве возвратных потоков, чтобы снизить общее потребление мощности и обеспечить охлаждение для способа. [0011] The pressure in the distillation column system is selected to reduce the risk of poor separation as a result of operating at too high a pressure. To reduce the increased demand for power, a dense fluid expander (DFE) can be used to generate power that can be used in the process by expanding the feed stream to column pressure. Isentropic expansion of the fluid through the DFE also results in a lower temperature in the outlet stream than would be the case with isenthalpic expansion through the valve. The use of DFE saves power to increase capital costs and should be optimized accordingly. In addition, the process may use an expander in one or more return streams to reduce overall power consumption and provide cooling to the process.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВBRIEF DESCRIPTION OF THE GRAPHIC MATERIALS

[0012] Настоящее изобретение далее будет описано со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых подобными ссылочными позициями обозначены подобные элементы: [0012] The present invention will now be described with reference to the accompanying figures, in which like reference numerals designate like elements:

[0013] ФИГ. 1 представляет собой схему технологического процесса, иллюстрирующую способ предварительной обработки, извлечения, очистки и сжижения гелия из потока природного газа. [0013] FIG. 1 is a process flow diagram illustrating a method for pretreating, recovering, purifying and liquefying helium from a natural gas stream.

[0014] ФИГ. 2 представляет собой схему технологического процесса, иллюстрирующую способ извлечения гелия в соответствии с настоящим изобретением. [0014] FIG. 2 is a flow diagram illustrating a method for recovering helium in accordance with the present invention.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0015] Последующее подробное описание иллюстрирует только предпочтительные типичные варианты реализации изобретения и не предназначено для ограничения объема, области применения или конфигурации изобретения. Скорее, последующее подробное описание предпочтительных типичных вариантов реализации изобретения предоставит специалистам в данной области техники описание, позволяющее реализовать предпочтительные типичные варианты реализации изобретения. Различные модификации могут быть внесены в функцию и расположение элементов без отклонения от сущности и объема изобретения, которые определяются прилагаемой формулой изобретения. [0015] The following detailed description illustrates only preferred exemplary embodiments of the invention and is not intended to limit the scope, scope, or configuration of the invention. Rather, the following detailed description of the preferred exemplary embodiments of the invention will provide those skilled in the art with a description to enable the preferred exemplary embodiments of the invention to be practiced. Various modifications may be made to the function and arrangement of elements without departing from the spirit and scope of the invention, which are defined by the appended claims.

[0016] Как используется в данном документе, формы единственного числа существительных означают один или большее количество применительно к любому признаку в вариантах реализации настоящего изобретения, описанных в описании и формуле изобретения. Использование форм единственного числа не ограничивает значение одним признаком, если в тексте прямо не указано такое ограничение. Определенный артикль, предшествующий существительным или выражениям с существительными в единственном или множественном числе, обозначает конкретный указанный признак или конкретные указанные признаки и может обозначать единственное или множественное число в зависимости от контекста, в котором он используется. [0016] As used herein, the singular form of the noun means one or more in relation to any feature in the embodiments of the present invention described in the description and the claims. The use of the singular forms does not limit the meaning to one feature, unless such limitation is expressly indicated in the text. The definite article preceding singular or plural nouns or expressions denotes a specific specified feature or specific specified features and may denote singular or plural depending on the context in which it is used.

[0017] Как используется в данном документе, выражение «и/или», помещенное между первым объектом и вторым объектом, включает в себя любое из значений (1) только первого объекта, (2) только второго объекта и (3) первого объекта и второго объекта. Термин «и/или», помещенный между двумя последними объектами списка из 3 или большего количества объектов, обозначает по меньшей мере один из объектов в указанном списке, включая любую конкретную комбинацию объектов в этом списке. Например, «A, B и/или C» имеет то же значение, что и «A и/или B и/или C», и включает в себя следующие комбинации A, B и C: (1) только A, (2) только B, (3) только C, (4) A и B, но не C, (5) A и C, но не B, (6) B и C, но не A и (7) A и B и C. [0017] As used herein, the expression "and / or" placed between the first object and the second object includes any of the values of (1) only the first object, (2) only the second object, and (3) the first object, and second object. The term "and / or", placed between the last two items of a list of 3 or more items, denotes at least one of the items in the specified list, including any particular combination of items in this list. For example, “A, B and / or C” has the same meaning as “A and / or B and / or C” and includes the following combinations of A, B and C: (1) only A, (2 ) only B, (3) only C, (4) A and B but not C, (5) A and C but not B, (6) B and C but not A and (7) A and B and C.

[0018] Термин «несколько (множество)» означает «два или более двух». [0018] The term "multiple (plural)" means "two or more of two".

[0019] Прилагательное «любой» означает один, несколько или все, независимо от количества. [0019] The adjective "any" means one, several or all, regardless of the number.

[0020] Фраза «по меньшей мере часть» означает «часть или полностью». «По меньшей мере часть потока» имеет тот же состав, с той же концентрацией каждого из видов молекул, что и поток, из которого она получена [0020] The phrase "at least part" means "part or all". "At least part of the stream" has the same composition, with the same concentration of each of the types of molecules, as the stream from which it is obtained

[0021] Как используется в данном документе, «первый», «второй», «третий», и т. д. используются для различения из множества стадий и/или признаков и не являются показателем общего количества или относительного положения во времени и/или пространстве, если это прямо не указано в тексте как таковое. [0021] As used herein, "first", "second", "third", etc. are used to distinguish from a variety of stages and / or features and are not indicative of a total number or relative position in time and / or space, unless it is expressly indicated in the text as such.

[0022] Все значения состава будут указаны в мольных процентах. [0022] All composition values will be indicated in mole percent.

[0023] Термины «обедненный» или «бедный» означают, что концентрация указанного компонента в молярном процентном соотношении меньше, чем в исходном потоке, из которого он был получен. «Обедненный» и «бедный» не означает, что в потоке полностью отсутствует указанный компонент. [0023] The terms "lean" or "lean" mean that the concentration of the specified component in molar percentage is less than in the original stream from which it was obtained. "Depleted" and "poor" does not mean that the specified component is completely absent in the stream.

[0024] Термины «обогащенный» или «богатый» означают, что концентрация указанного компонента в мольных процентах выше, чем в исходном потоке, из которого он был получен. [0024] The terms "enriched" or "rich" mean that the concentration of the specified component in mole percent is higher than in the original stream from which it was obtained.

[0025] Термины «ниже по потоку» и «выше по потоку» относятся к предполагаемому направлению потока перемещаемой технологической жидкости. Если предполагается направление потока технологической жидкости от первого устройства ко второму устройству, то второе устройство находится ниже по потоку относительно первого устройства. В случае рециркуляционного потока, ниже по потоку и выше по потоку относятся к первому проходу технологической жидкости. [0025] The terms "downstream" and "upstream" refer to the intended direction of flow of the transferred process fluid. If the direction of flow of the process fluid from the first device to the second device is assumed, then the second device is located downstream of the first device. In the case of recycle flow, downstream and upstream refer to the first process fluid pass.

[0026] Термин «детандер плотной текучей среды», сокращенно DFE, также известный как детандер жидкости, относится к оборудованию, которое извлекает механическую работу из понижения давления плотной текучей среды, такой как жидкость или сверхкритическая текучая среда, по своей функции аналогичному детандеру газов. Такое расширение лучше всего аппроксимируется как изоэнтропийный процесс, в отличие от клапана, который лучше всего аппроксимируется как изоэнтальпический процесс. [0026] The term "dense fluid expander," abbreviated DFE, also known as a liquid expander, refers to equipment that derives mechanical work from the depressurization of a dense fluid, such as a liquid or supercritical fluid, similar in function to a gas expander. This expansion is best approximated as an isentropic process, as opposed to a valve, which is best approximated as an isenthalpic process.

[0027] Термин «непрямой теплообмен» относится к процессу передачи физической теплоты и/или потенциальной теплоты между двумя или более текучими средами без физического контакта между указанными жидкостями. Тепло может передаваться через стенку теплообменника или с применением промежуточной теплообменной текучей среды. Термин «горячий поток» относится к любому потоку, который выходит из теплообменника при температуре меньшей, чем при входе в теплообменник. И наоборот, термин «холодный поток» представляет собой поток, который выходит из теплообменника при температуре выше, чем при входе в теплообменник. [0027] The term "indirect heat transfer" refers to the process of transferring physical heat and / or potential heat between two or more fluids without physical contact between said fluids. Heat can be transferred through the wall of the heat exchanger or using an intermediate heat exchange fluid. The term "hot stream" refers to any stream that exits a heat exchanger at a temperature lower than entering the heat exchanger. Conversely, the term "cold stream" is a stream that leaves the heat exchanger at a temperature higher than when entering the heat exchanger.

[0028] Термин «дистилляционная колонна» включает в себя фракционирующие колонны, ректифицирующие колонны и отпарные колонны. Дистилляционная колонна может относится к одиночной колонне или множеству колонн, соединениях последовательно или параллельно, где множество колонн может представлять собой любую комбинацию указанных выше видов. Каждая колонна может содержать одну или более секций тарелок и/или укладок. [0028] The term "distillation column" includes fractionation columns, fractionation columns, and stripping columns. A distillation column may refer to a single column or a plurality of columns, connected in series or in parallel, where the plurality of columns can be any combination of the above. Each column may contain one or more trays and / or stacks.

[0029] Термин «повторное кипячение» относится к частичному испарению жидкости, присутствующей в дистилляционной колонне, посредством непрямого теплообмена с более горячим технологическим потоком. Это производит пар, который способствует переносу массы в дистилляционной колонне. Жидкость может происходить из жидкости кубового остатка или из промежуточной стадии в колонне. Тепловая нагрузка для повторного кипячения может быть направлена в дистилляционную колонну посредством применения in situ ребойлера или внешнего теплообменником, предназначенным для этой цели, или части более большой теплообменной системы. Парожидкостное разделение может также иметь место в дистилляционной колонне или во внешнем испарительном резервуаре. [0029] The term "reboil" refers to the partial evaporation of liquid present in a distillation column by indirect heat exchange with a hotter process stream. This produces steam which aids in mass transfer in the distillation column. The liquid can come from the bottoms liquid or from an intermediate stage in the column. The heat load for reboiling can be directed to the distillation column through the use of an in situ reboiler or an external heat exchanger designed for this purpose, or part of a larger heat exchange system. Vapor-liquid separation can also take place in a distillation column or in an external flash tank.

[0030] Настоящее устройство и способ описаны со ссылкой на чертежи. В данном документе единая ссылочная позиция может применяться для идентификации потока технологического газа и линии передачи технологического газа, которая несет указанный поток технологического газа. К какому признаку относится ссылочная позиция, будет понятно из контекста. [0030] The present apparatus and method are described with reference to the drawings. As used herein, a single reference numeral may be used to identify a process gas stream and a process gas transfer line that carries a specified process gas stream. Which attribute the reference position refers to will be clear from the context.

[0031] В целях простоты и ясности подробные описания известных устройств, схем и способов опущены, чтобы не затуманивать описание настоящего изобретения ненужными подробностями. [0031] For the sake of simplicity and clarity, detailed descriptions of prior art devices, circuits, and methods are omitted so as not to obscure the description of the present invention with unnecessary detail.

[0032] Подача природного газа, описанная в настоящем изобретении, относится к газу, содержащему углеводороды, обычно происходящие из-под земли в геологической формации. Природный газ обычно добывают при давлении в диапазоне от около 1 до около 200 бар. Все указанные значения давления представляют собой абсолютное, а не манометрическое давление. Давление природного газа предпочтительно составляет от около 10 до около 100 бар. [0032] The natural gas supply described in the present invention refers to a gas containing hydrocarbons typically originating from underground in a geological formation. Natural gas is typically produced at pressures ranging from about 1 to about 200 bar. All pressures indicated are absolute, not gauge pressure. The natural gas pressure is preferably from about 10 to about 100 bar.

[0033] Содержание метана в природном газе обычно составляет от около 50% до около 99%. Все указанные процентные доли состава приведены в объемном или молярном соотношении, а не в пересчете на массу. [0033] The methane content of natural gas is typically from about 50% to about 99%. All composition percentages indicated are on a volume or molar basis and not on a weight basis.

[0034] Содержание азота в природном газе обычно составляет от около 1% до около 50% или от около 10% до около 35%. [0034] The nitrogen content of natural gas is typically from about 1% to about 50%, or from about 10% to about 35%.

[0035] Содержание гелия в природном газе обычно составляет от около 0,01 до около 10%. Некоторые варианты реализации настоящего изобретения направлены на извлечение гелия из природного газа, содержащего от около 0,05% до около 1,0% или от около 0,05% до около 0,2% гелия. [0035] The helium content of natural gas is typically from about 0.01 to about 10%. Some embodiments of the present invention are directed to recovering helium from natural gas containing from about 0.05% to about 1.0%, or from about 0.05% to about 0.2% helium.

[0036] Фигура 1 иллюстрирует общий способ производства гелия из источника природного газа. Необработанный природный газ 1 поступает в блок удаления кислых газов A, необходимый для удаления газов, таких как CO2, H2S и COS, которые замерзали бы в криогенных установках ниже по потоку. Кислые газы в потоке 2 могут быть выброшены в атмосферу или, при необходимости, направлены на удаление серы. Существует несколько вариантов удаления кислых газов, включая адсорбцию при переменном давлении, короткоцикловую безнагревную вакуумную адсорбцию или абсорбцию метанола, которая в следующих примерах, представленных в настоящем документе, предполагается как поглотитель амина, регенерируемый паром. [0036] Figure 1 illustrates a general method for producing helium from a natural gas source. Raw natural gas 1 enters an acid gas removal unit A to remove gases such as CO 2 , H 2 S and COS that would freeze in downstream cryogenic plants. Acid gases in stream 2 can be vented to atmosphere or, if necessary, directed to sulfur removal. There are several options for removing acid gases, including pressure swing adsorption, pressure swing adsorption, or methanol absorption, which in the following examples presented herein is assumed to be a steam regenerated amine scavenger.

[0037] Природный газ, обедненный загрязнителями, который выходит из потока А в потоке 3, теперь содержит приемлемо низкий уровень кислотных газов, обычно со спецификацией менее чем около 100 млн-1 об. Если используется аминный поглотитель, то поток 3 будет насыщен водяным паром, который затвердевал бы в криогенном процессе ниже по потоку. Поток 3, следовательно, будет подаваться в модуль дегидратации сырья D, который предпочтительно содержит поглотитель при переменной температуре (TSA) и защитный слой против ртути, содержащий активированный уголь, оба хорошо известные в данной области техники для удаления воды и ртути, соответственно. TSA удаляет воду, CO2 и ароматические соединения, такие как бензол, толуол и ксилол (все вместе известные как BTX). Спецификации устанавливаются для предотвращения образования твердой фазы в криогенном способе; например, спецификация воды часто составляет около 1 млн-1 об. [0037] The pollutant-depleted natural gas that exits stream A in stream 3 now contains acceptably low levels of acid gases, typically less than about 100 ppmv . If an amine scavenger is used, stream 3 will be saturated with water vapor, which would solidify in the downstream cryogenic process. Stream 3 will therefore be fed to a feed dehydration module D , which preferably contains a variable temperature absorber (TSA) and an anti-mercury layer containing activated carbon, both well known in the art for removing water and mercury, respectively. TSA removes water, CO 2 and aromatics such as benzene, toluene and xylene (collectively known as BTX). Specifications are established to prevent the formation of a solid phase in the cryogenic process; for example, the specification for water is often around 1 ppmv .

[0038] Примеси адсорбируются и затем удаляются при регенерации TSA. Регенерация требует как тепла, которое может быть обеспечено электрическими нагревателями или технологическим паром, так и технологического потока для переноса примесей из TSA, таких как азот или часть обедненного гелием потока, из модуля извлечения гелия X. В зависимости от давления, необходимого для регенерации TSA, этот поток может быть по меньшей мере частью возвратного потока низкого давления 27 или потока обедненного гелием природного газа 29. На Фигуре 1 представлен случай, когда может использоваться поток низкого давления, в этом случае поток 27' используется в качестве регенерационного газа. Насыщенный примесями поток природного газа 27'' затем может быть повторно объединен с остатком потока 27 перед повторным сжатием. Если азот используется для регенерации TSA, то газообразный азот с примесями может быть выброшен в атмосферу или направлен на дальнейшую обработку для удаления углеводородов, в соответствии с правилами, регулирующими загрязнение воздуха. Если в сырьевом потоке присутствует парофазная ртуть, то для TSA требуется защитный слой против ртути, чтобы предотвратить агрессивное воздействие парофазной ртути на алюминий в теплообменниках ниже по потоку. [0038] Impurities are adsorbed and then removed during TSA regeneration. Regeneration requires both heat, which can be supplied by electric heaters or process steam, and a process stream to transport impurities from the TSA, such as nitrogen or a portion of the helium-depleted stream, from the Helium Recovery Module X. Depending on the pressure required to regenerate the TSA, this stream may be at least part of the low pressure return stream 27 or the helium-depleted natural gas stream 29 . Figure 1 illustrates a case where a low pressure stream can be used, in which case stream 27 'is used as regeneration gas. The contaminated natural gas stream 27 ″ can then be re-combined with the remainder of stream 27 prior to recompression. If nitrogen is used to regenerate TSA, then the contaminated nitrogen gas can be vented to the atmosphere or sent to further processing to remove hydrocarbons in accordance with air pollution regulations. If vapor phase mercury is present in the feed stream, the TSA requires a protective layer against mercury to prevent vapor phase mercury from attacking aluminum in downstream heat exchangers.

[0039] Сырьевой поток природного газа 5 поступает в модуль извлечения гелия X, который является предметом настоящего изобретения. Установка для извлечения гелия представляет собой криогенный способ, в ходе которого отделяется по меньшей мере 99% гелия или по меньшей мере 99,5% гелия от сырьевого потока природного газа, который может содержать от 0,05% до 1,0% гелия по объему или от 0,05%. до 0,2% гелия по объему, с получением потока неочищенного гелия, который может содержать от 4 до 20% гелия по объему. Криогенный способ спроектирован для максимальной эффективности при высоком выходе гелия, что требует тщательной интеграции тепла, чтобы снизить общий расход мощности в способе. [0039] The natural gas feed stream 5 enters the helium recovery module X , which is the subject of the present invention. A helium recovery unit is a cryogenic process that separates at least 99% helium, or at least 99.5% helium, from a natural gas feed stream, which may contain from 0.05% to 1.0% helium by volume or from 0.05%. up to 0.2% helium by volume, with obtaining a stream of crude helium, which can contain from 4 to 20% helium by volume. The cryogenic process is designed for maximum efficiency with high helium yields, which requires careful heat integration to reduce the overall power consumption of the process.

[0040] Обратный поток низкого давления 27 повторно сжимают в компрессоре R, если необходимо его вернуть в трубопровод, сжигать в газовой турбине или иным образом утилизировать в качестве обедненного гелием природного газа 29. Возвратный поток низкого давления может выходить из модуля извлечения в виде одного или большего количества потоков при разных значениях давления. Например, см. потоки 27 и 28 на Фигуре 2. Потоки более высокого давления могут входить на более позднюю стадию сжатия или полностью обходить сжатие и объединяться с обедненным гелием природным газом. [0040] The low pressure return stream 27 is recompressed in compressor R if it is to be returned to the pipeline, burned in a gas turbine, or otherwise disposed of as helium-depleted natural gas 29 . The low pressure return stream can exit the recovery module as one or more streams at different pressures. For example, see streams 27 and 28 in Figure 2. The higher pressure streams can enter a later stage of compression, or bypass compression entirely and combine with helium-depleted natural gas.

[0041] Поток неочищенного гелия 16 направляют в модуль очистки гелия Р для получения потока чистого гелия 30 с типичной спецификацией 99,99% или 99,999%. Внутри модуля очистки гелия (и, следовательно, не показано на Фигуре 1) поток 16 охлаждают до криогенных температур, частично конденсируя поток сырья, таким образом, что большая часть азота и практически весь метан конденсируется, оставляя поток пара, содержащий от около 50 до 90% гелия или от около 70 до 85% гелия, и обычно около 80% гелия. Этот поток пара нагревают, а затем водород удаляют в процессе каталитического сжигания, прежде чем он поступает в PSA гелия. Давление потока жидкости, выходящего из процесса частичной конденсации, понижают, чтобы извлечь гелий путем продувки и удаления потока пара. Поток пара подогревают, повторно сжимают и объединяют с потоком неочищенного гелия, поступающим в очиститель. При понижении давления жидкого потока, полученный жидкий поток с более низкой температурой обеспечивает охлаждение для процесса частичной конденсации. Этот небольшой поток 31 выходит из процесса очистки гелия и может быть повторно сжат в поток товарного газа в качестве потока 31' или выброшен в атмосферу в виде потока 31 после прохождения процесса каталитического сжигания для удаления метана, если это необходимо. Остаточный газ из PSA гелия высушивают при помощи TSA для удаления воды, образующейся при каталитическом сжигании водорода с воздухом или потоком, обогащенным кислородом, затем повторно сжимают и смешивают с потоком 16 по мере его поступления в очиститель. Кроме того, для рециркуляции в очиститель повторно используют гелий, собранный в «газовом мешке», чтобы минимизировать общие потери гелия в способе. [0041] A crude helium stream 16 is directed to a helium P purification module to obtain a pure helium stream 30 with a typical specification of 99.99% or 99.999%. Inside the helium purification module (and therefore not shown in Figure 1), stream 16 is cooled to cryogenic temperatures, partially condensing the feed stream, such that most of the nitrogen and substantially all of the methane condenses, leaving a vapor stream containing about 50 to 90 % helium, or about 70 to 85% helium, and usually about 80% helium. This steam stream is heated and then the hydrogen is removed in a catalytic combustion process before it enters the helium PSA. The pressure of the liquid stream leaving the partial condensation process is reduced to recover the helium by purging and removing the vapor stream. The steam stream is reheated, re-compressed and combined with the crude helium stream entering the purifier. By decreasing the pressure of the liquid stream, the resulting lower temperature liquid stream provides cooling for the partial condensation process. This small stream 31 exits the helium purification process and can be re-compressed into a commercial gas stream as stream 31 ' or vented to the atmosphere as stream 31 after being catalytically combusted to remove methane, if desired. The tail gas from PSA helium is dried with TSA to remove water generated by catalytic combustion of hydrogen with air or oxygen-enriched stream, then re-compressed and mixed with stream 16 as it enters the purifier. In addition, the helium collected in the "gas bag" is reused for recirculation to the purifier to minimize the overall helium loss in the process.

[0042] Альтернативные варианты выполнения модуля очистки гелия хорошо известны в данной области техники. Blackwell и Kalman (US 3599438) описывают очистку гелия более подробно, включая стадии удаления водорода каталитическим окислением, дегидратацию адсорбцией и обогащение гелия частичной конденсацией. Кроме того, Blackwell и Kalman демонстрируют рециркуляцию потока гелия промежуточного давления (16). Дополнительно, Kirk-Othmer в Encyclopedia of Chemical Technology, «Cryogenic technology» (2012), описывает альтернативные технологические схемы для очистки гелия. Например, на Фигуре 13 в этой главе проиллюстрирован способ с одной вспышкой давления на холодном конце гелия, которая вызывает более высокую потерю гелия из-за растворения гелия в потоке жидкости, покидающей систему. На Фигуре 14 в той же главе проиллюстрирован другой порядок операций: сначала частичная конденсация, за которой следует каталитическое окисление и окончательная очистка при помощи PSA, причем остаточный газ PSA повторно сжимают, дегидратируют и рециркулируют на стадию частичной конденсации. Gottier и Herron (US 5017204) описывают цикл очистки гелия с использованием дефлегматора, который объединяет стадии теплопередачи и массопереноса в одном теплообменнике. Любой из этих способов или аналогичные способы очистки могут быть применены для получения продукта в форме чистого гелия из потока неочищенного гелия. [0042] Alternative embodiments of the helium purification module are well known in the art. Blackwell and Kalman (US 3599438) describe the purification of helium in more detail, including the steps of removing hydrogen by catalytic oxidation, dehydration by adsorption and enrichment of helium by partial condensation. In addition, Blackwell and Kalman demonstrate the recirculation of an intermediate pressure helium flow (16). Additionally, Kirk-Othmer in the Encyclopedia of Chemical Technology, "Cryogenic technology" (2012), describes alternative process flowsheets for helium purification. For example, Figure 13 in this chapter illustrates a single pressure burst at the cold end of helium that causes a higher loss of helium due to the dissolution of helium in the fluid stream leaving the system. Figure 14 in the same chapter illustrates a different order of operations: first partial condensation followed by catalytic oxidation and final purification with PSA, the PSA residual gas being recompressed, dehydrated and recycled to the partial condensation stage. Gottier and Herron (US 5017204) describe a helium purification cycle using a reflux condenser that combines heat transfer and mass transfer steps in a single heat exchanger. Any of these methods, or similar purification methods, can be used to obtain a pure helium product from a crude helium stream.

[0043] Поток чистого гелия 30 можно продавать в виде газообразного продукта, но чаще его сжижают в ожижителе гелия L, чтобы получить поток жидкого гелия 32, который можно более эффективно транспортировать на большие расстояния. Дополнительно, ожижитель удаляет следы неона, если он присутствует. В ожижителе может использоваться жидкий азот для охлаждения на теплом конце способа, поставляемый небольшим генератором азота или импортируемый грузовиком в жидком виде, или в нем может применяться любой другой вариант охлаждения, известный в данной области техники. На холодном конце способа обычно используется рециркулируемый гелий в технологической схеме с тепловым насосом для охлаждения. [0043] The pure helium stream 30 can be sold as a gaseous product, but more often it is liquefied in a helium liquefier L to produce a liquid helium stream 32 that can be transported more efficiently over long distances. Additionally, the liquefier removes traces of neon if present. The liquefier can use liquid nitrogen for cooling at the warm end of the process, supplied by a small nitrogen generator or imported by truck in liquid form, or it can use any other refrigeration option known in the art. The cold end of the process typically uses recirculated helium in a heat pump process for cooling.

[0044] При желании, по меньшей мере часть потока кислого газа 2' и/или остаточного газа 31' может быть смешана с обедненным гелием природным газом 29 перед повторным сжатием или на промежуточной стадии повторного сжатия. Это может быть предпочтительным, если обедненный гелием природный газ был предназначен для заданного массового расхода, например, для газовой турбины. Если в потоке кислого газа присутствует небольшое количество H2S, то повторное сжатие и разбавление помогут избежать осложнений, связанных с вентиляцией H2S-содержащего CO2, или затрат на окисление H2S или затрат на высокую вентиляционную трубу. Точно так же, повторное сжатие потока 31' помогает избежать дополнительных затрат на окисление оставшегося метана в потоке остаточного газа, если это необходимо, перед выбросом. [0044] If desired, at least a portion of the acid gas stream 2 ' and / or tail gas 31' may be mixed with the helium-depleted natural gas 29 prior to recompression or an intermediate recompression step. This may be advantageous if the helium-depleted natural gas has been designed for a given mass flow rate, for example for a gas turbine. If a small amount of H 2 S is present in the acid gas stream, re-compression and dilution will avoid the complications associated with venting the H 2 S-containing CO 2 , or the cost of H 2 S oxidation or the cost of a tall vent pipe. Likewise, recompression of stream 31 ' helps to avoid the additional cost of oxidizing the remaining methane in the tail gas stream, if necessary, prior to discharge.

[0045] На Фигуре 2 подробно проиллюстрирован модуль извлечения гелия X. Сырьевой поток природного газа 5 подается в теплообменник 101 после выхода из модулей предварительной обработки А и D на Фигуре 1. Теплообменник обычно представляет собой паяный алюминиевый ребристый пластинчатый теплообменник, обычный для криогенной промышленности, и он может быть выполнен в форме одного или большего количества теплообменников, последовательных или параллельных. Поток охлаждается в теплообменнике путем непрямого теплообмена с потоками, возвращающимися из секции криогенной дистилляции, по меньшей мере частично конденсируется и выходит из теплообменника в виде подачи охлажденного природного газа 6. При необходимости, давление потока 6 может быть понижено для обеспечения эффективного разделения в дистилляционной колонне. Параметром для обеспечения эффективного разделения может быть соотношение плотности жидкой фазы к плотности паровой фазы, причем желаемое соотношение составляет выше 4 или выше 6 или выше 8. Кроме того, параметр может быть поверхностным натяжением жидкой фазы, причем желаемое значение составляет более чем 0,5 дин/см или более чем 1 дин/см или более чем 2 дин/см. Если требуется понижение давления, оно представлено на Фигуре 2 как происходящее в клапане 102, но также может быть достигнуто при помощи детандера плотной текучей среды. Затем сырьевой поток, подаваемый в колонну 7 поступает в дистилляционную колонну 103, предпочтительно на верхней ступени. [0045] Figure 2 illustrates in detail the helium recovery module X. The natural gas feed stream 5 is supplied to heat exchanger 101 after exiting pretreatment modules A and D in Figure 1. The heat exchanger is typically a brazed aluminum finned plate heat exchanger common in the cryogenic industry and may be in the form of one or more heat exchangers, serial or parallel. The stream is cooled in a heat exchanger by indirect heat exchange with streams returning from the cryogenic distillation section, at least partially condensed and exits the heat exchanger in the form of cooled natural gas feed 6 . If necessary, the pressure of stream 6 can be reduced to ensure efficient separation in the distillation column. The parameter for providing effective separation can be the ratio of the density of the liquid phase to the density of the vapor phase, the desired ratio being greater than 4 or greater than 6 or greater than 8. In addition, the parameter may be the surface tension of the liquid phase, the desired value being greater than 0.5 dyne / cm or more than 1 dyne / cm or more than 2 dyne / cm. If a pressure reduction is required, it is shown in FIG. 2 as occurring in valve 102 , but can also be achieved with a dense fluid expander. Then the feed stream fed to the column 7 enters the distillation column 103 , preferably in the upper stage.

[0046] Дистилляционная колонна 103 отделяет гелий от потока сырья 7, подаваемого в колонну, который покидает верхнюю часть колонны в виде обогащенного гелием пара 8, отводимого сверху колонны. Верхняя часть дистилляционной колонны требует ребойлера, который представлен на Фигуре 2 как внешний ребойлер. В этой конфигурации поток жидкости 9 покидает дно колонны, и затем нагревается путем непрямого теплообмена с сырьевым природным газом 5 в теплообменник 101. Далее частично испаренный поток 10 отделяют в сепараторе ребойлера 104. Дистилляционная колонна 103, сепаратор ребойлера 104 и часть теплообменника 101, используемая для передачи тепла потоку 9, составляют систему дистилляционной колонны. Поток пара 11 возвращается в дистилляционную колонну 103, а кубовая жидкость, обедненная гелием, выходит из системы дистилляционной колонны в виде потока 12. [0046] A distillation column 103 separates helium from a column feed stream 7 , which leaves the top of the column as helium-rich vapor 8 discharged from the top of the column. The top of the distillation column requires a reboiler, which is shown in Figure 2 as an external reboiler. In this configuration, the liquid stream 9 leaves the bottom of the column and is then heated by indirect heat exchange with the natural gas feed 5 to heat exchanger 101 . The partially vaporized stream 10 is then separated in a reboiler separator 104 . The distillation column 103 , the reboiler separator 104, and the portion of the heat exchanger 101 used to transfer heat to stream 9 constitute the distillation column system. The vapor stream 11 is returned to the distillation column 103 and the helium-depleted bottoms liquid exits the distillation column system as stream 12 .

[0047] Система дистилляционной колонны представлена на Фигуре 2 в виде технологической схемы с внешним ребойлером, где 104 представляет собой сепаратор ребойлера. Кроме того, ребойлер может быть внутренним по отношению к колонне, или внешний ребойлер скорее может представлять собой отдельный теплообменник, чем быть интегрированным в многопоточный теплообменник с другими горячими и холодными потоками, что продемонстрировано как 101 на Фигуре 2. Ребойлер обеспечивает подачу пара в нижнюю часть колонны путем кипячения части жидкости, выходящей из нижней части колонны в виде потока 9. Как известно в данной области техники, это можно сделать несколькими способами. Ребойлер, такой как термосифонный ребойлер, может находиться в отстойном резервуаре для жидкости, чтобы вскипятить жидкость внутри отстойного резервуара. В этом случае поток с температурой, промежуточной между потоками 5 и 6, будет подаваться в ребойлер для обеспечения необходимого нагрева, а параметры потока жидкости, выходящего из отстойного резервуара колонны, будут такими же, что и для потока 12 на Фигуре 2. В системе дистилляционной колонны может использоваться одна из конфигураций ребойлера, описанных выше, или любой другой известный ребойлер. [0047] The distillation column system is illustrated in Figure 2 as a flow diagram with an external reboiler, where 104 is a reboiler separator. In addition, the reboiler may be internal to the column, or the external reboiler may be a separate heat exchanger rather than integrated into a multi-flow heat exchanger with other hot and cold streams, as shown as 101 in Figure 2. The reboiler provides steam to the bottom the column by boiling part of the liquid leaving the bottom of the column in the form of stream 9 . As is known in the art, this can be done in several ways. A reboiler, such as a thermosyphon reboiler, may be located in a liquid sump to boil liquid inside the sump. In this case, a stream with a temperature intermediate between streams 5 and 6 will be fed to the reboiler to provide the necessary heating, and the parameters of the liquid stream leaving the settling tank of the column will be the same as for stream 12 in Figure 2. In the distillation system columns can use one of the reboiler configurations described above, or any other known reboiler.

[0048] Обогащенный гелием пар 8, отводимый сверху колонны, затем частично конденсируется в теплообменнике 105. Частично сконденсированный головной погон 13 поступает в верхний сепаратор 106. Указанный сепаратор верхнего погона 106 может представлять собой простой испарительный резервуар или дистилляционную колонну с несколькими ступенями. Верхний погон из 106 представляет собой поток неочищенного гелиевого пара 14. Поток неочищенного гелиевого пара 14 обеспечивает охлаждение, проходя сквозь оба теплообменника 105 и 101, прежде чем покинуть модуль извлечения гелия в виде потока 16. Указанный неочищенный гелиевый пар 14 теперь находится на достаточно высоком уровне концентрации, обычно от 4% до 20% по объему, для ввода в гелиевый очиститель, представленный как модуль P на Фигуре 1. [0048] The helium-rich vapor 8 discharged from the top of the column is then partially condensed in the heat exchanger 105 . The partially condensed overhead strand 13 enters the top separator 106 . The specified overhead separator 106 can be a simple flash tank or a distillation column with several stages. The overhead stream of 106 is a crude helium vapor stream 14 . The crude helium vapor stream 14 provides cooling by passing through both heat exchangers 105 and 101 before exiting the helium recovery module as stream 16 . Said crude helium vapor 14 is now at a sufficiently high concentration level, typically 4% to 20% by volume, for injection into a helium purifier, represented as module P in Figure 1.

[0049] Поток рециркулирующей жидкости 17 выходит из нижней части сепаратора верхнего погона 106 и возвращается в дистилляционную колонну 103. Хотя поток 17 появляется в том же месте в технологической схеме, в котором появился бы поток флегмы в обычном способе дистилляции, рециркулирующая жидкость в настоящем изобретении не подходит для обеспечения обратного стока, по двум причинам. Во-первых, расход потока 17 невелик по сравнению с подаваемым в колонну потоком 7, в отличие от потока флегмы, который должен иметь достаточно высокий расход для вымывания пара, протекающего вверх по колонне. Поскольку поток рециркулирующей жидкости 17 имеет относительно небольшой расход потока, он не влияет на разделение и возвращается в дистилляционную колонну только для извлечения гелия, содержащегося в потоке 17. Во-вторых, дистилляционная колонна 103 работает как отпарная колонна с подачей сырья в колонну на верхней ступени. Рециркулирующая жидкость 17 может поступать на верхнюю ступень или на любую из нижних ступеней, поэтому она не может использоваться для вымывания пара, выходящего с верхней ступени. [0049] The recycle liquid stream 17 exits the bottom of the overhead separator 106 and returns to the distillation column 103 . Although stream 17 appears at the same location in the process flow as a reflux stream would appear in a conventional distillation process, the recycle liquid in the present invention is not suitable for backflow for two reasons. Firstly, the flow rate of stream 17 is small compared to the feed stream 7 into the column, in contrast to the reflux stream, which must have a sufficiently high flow rate to flush out the steam flowing up the column. Since the recycle liquid stream 17 has a relatively low flow rate, it does not affect the separation and is returned to the distillation column only to recover the helium contained in stream 17 . Second, the distillation column 103 operates as a stripping column with feed to the column at the upper stage. The recycle liquid 17 can enter the upper stage or any of the lower stages, so it cannot be used to flush the vapor exiting the upper stage.

[0050] Давление в верхнем сепараторе 106 должно поддерживаться настолько близким, насколько это возможно, к давлению системы дистилляционной колонны, таким образом, чтобы давление в верхней части жидкости в потоке 17 было достаточным для преодоления падения давления и протекания в дистилляционную колонну 103. Это снижает общую потребляемую в способе мощность, поскольку поток неочищенного гелиевого пара из сепаратора верхнего погона 106, таким образом, не требует повторного сжатия. Необходимо отметить, что более высокое давление в сепараторе верхнего погона приводит к тому, что больше гелия улавливается в потоке 17, но этот жидкофазный гелий извлекается путем рециркуляции потока 17 обратно в дистилляционную колонну 103. [0050] The pressure in the upper separator 106 should be kept as close as possible to the pressure of the distillation column system so that the pressure at the top of the liquid in stream 17 is sufficient to overcome the pressure drop and flow into the distillation column 103 . This reduces the overall power consumption of the process, since the crude helium vapor stream from the overhead separator 106 thus does not need to be recompressed. It should be noted that the higher pressure in the overhead separator results in more helium being captured in stream 17 , but that liquid phase helium is recovered by recirculating stream 17 back to distillation column 103 .

[0051] Обедненная гелием кубовая жидкость 12 может быть разделена по меньшей мере на два потока, каждый из которых обеспечивает охлаждение при различном давлении и, таким образом, различной температуре. Поток 12 может быть разделен на столько потоков, чтобы их было на один больше, чем количество ступеней сжатия, доступных в рекомпрессоре R. Это происходит потому, что каждая ступень сжатия может принимать один поток при своем давлении всасывания, и один дополнительный поток может обходить R, если он находится под тем же давлением, что и выходное отверстие R. В варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на Фигуре 2, поток 12 разделен на три потока: 18, 21 и 23. Использование потоков продукта для охлаждения способа называется автоохлаждением. и повышает эффективность по сравнению с внешним охлаждением. Использование нескольких уровней давления возвратных технологических потоков сводит к минимуму перепады температур во всей системе теплообменника, повышая эффективность и приводя к снижению общих требований к мощности повторного сжатия. Давление первой обедненной гелием фракции 18 кубового остатка понижают с получением потока 19. Понижение давления представлено как клапан 105, но также может быть достигнуто при помощи DFE. Поток 19 обеспечивает охлаждение для частичной конденсации потока 8 в теплообменнике 105, после чего поток 20 обеспечивает дополнительное охлаждение для теплообменника 101. Давление второй фракции 21 обедненного гелием кубового остатка может быть понижено с образованием потока 22, если это необходимо для дополнительного охлаждения. При необходимости, понижение давления может быть осуществлено в клапане 107 или при помощи DFE. Поток 22 обеспечивает охлаждение в теплообменнике 101. Поскольку его давление понижают до промежуточного давления, которое превышает давление потока 19, температура потока 22 не такая низкая, как температура потока 19. Давление третьей фракции 23 обедненного гелием кубового остатка может быть повышено в насосе 108 для получения потока 24. Далее поток 24 обеспечивает охлаждение путем испарения в теплообменнике 101. Накачка потока жидкости перед его испарением, как показано здесь, более эффективна, чем испарение потока жидкости, а затем сжатие пара, поскольку жидкости невозможно эффективно сжать. [0051] The helium-depleted bottoms liquid 12 can be split into at least two streams, each of which provides cooling at a different pressure and thus a different temperature. Stream 12 can be divided into as many streams as there are one more than the number of compression stages available in the recompressor R. This is because each compression stage can receive one flow at its own suction pressure, and one additional flow can bypass R if it is at the same pressure as the outlet R. In the embodiment of the invention illustrated in Figure 2, stream 12 is divided into three streams: 18 , 21, and 23 . The use of product streams to cool the process is called auto-cooling. and improves efficiency compared to external cooling. The use of multiple pressure levels of the return process streams minimizes temperature differences throughout the heat exchanger system, increasing efficiency and resulting in a lower overall recompression power requirement. The pressure of the first helium-depleted bottoms fraction 18 is reduced to give stream 19 . The pressure reduction is represented as valve 105 , but can also be achieved using the DFE. Stream 19 provides cooling to partially condense stream 8 in heat exchanger 105 , after which stream 20 provides additional cooling for heat exchanger 101 . The pressure of the second fraction 21 of the helium-depleted bottoms may be reduced to form stream 22 if needed for additional cooling. If required, the pressure reduction can be carried out in valve 107 or using the DFE. Stream 22 provides cooling to heat exchanger 101 . Since its pressure is reduced to an intermediate pressure that is higher than that of stream 19 , the temperature of stream 22 is not as low as that of stream 19 . The pressure of the third fraction 23 of the helium-depleted bottoms may be increased in pump 108 to produce stream 24 . Stream 24 then provides evaporative cooling in heat exchanger 101 . Pumping the liquid stream before vaporizing it, as shown here, is more efficient than vaporizing the liquid stream and then compressing the vapor, since the liquids cannot be effectively compressed.

[0052] После того как поток 22 нагревается в теплообменнике 101, полученная в результате подогретая вторая фракция 25 обедненного гелием кубового остатка, при желании, может быть расширена в детандере 109, что одновременно охлаждает поток и генерирует мощность. Полученную в результате расширенную вторую фракцию 26 обедненного гелием кубового остатка можно вернуть в теплообменник 101, чтобы обеспечить дополнительное охлаждение, затем объединить с потоком 20 и, наконец, вывести из теплообменника в качестве возвратного потока низкого давления 27. Затем поток 27 повторно сжимают в возвратном компрессоре R. Поток 24 выходит из теплообменника 101 в качестве возвратного потока среднего давления 28, который может быть повторно сжат путем подачи в межступенчатый возвратный компрессор R. В зависимости от давления, требуемого для конечного, обедненного гелием готового природного газа, насос 108 мог бы повышать давление потока 23 до достаточно высокого значения, чтобы не требовалось дальнейшего сжатия. [0052] After stream 22 is heated in heat exchanger 101 , the resulting preheated second helium-depleted bottoms fraction 25 may optionally be expanded in expander 109 , which simultaneously cools the stream and generates power. The resulting expanded second helium-depleted bottoms fraction 26 can be returned to heat exchanger 101 to provide additional cooling, then combined with stream 20 and finally discharged from the heat exchanger as low pressure return stream 27 . Stream 27 is then re-compressed in a return compressor R. Stream 24 exits heat exchanger 101 as a medium pressure return stream 28 which can be re-compressed by being fed to an interstage return compressor R. Depending on the pressure required for the final helium-depleted finished natural gas, pump 108 could pressurize stream 23 to a high enough pressure that no further compression is required.

[0053] Теплообменники 101 и 105 представляют собой систему теплообменника, которая в различных вариантах реализации изобретения может быть представлена одним или большим количеством теплообменников или может быть разделена на два или большее количество теплообменников, расположенных последовательно или параллельно. Например, теплообменник 101 может быть разделен на два отдельных теплообменника в точке, где расширенная вторая фракция 26 обедненного гелием кубового остатка возвращается в обменник и смешивается с потоком 20 по мере того, как он возвращается из 105. Кроме того, нагрузка, требуемая для ребойлера, может обеспечиваться отдельным теплообменником либо параллельно со 101, либо на холодном конце 101, с обменом теплом исключительно между потоком 6 и потоком 9, чтобы упростить работу системы дистилляционной колонны. В общем, чем более интегрирована система теплообменника, тем более эффективен теплообмен между всеми желаемыми потоками. Тем не менее, теплообменник часто разделяется, что снижает эффективность, поскольку небольшое увеличение общего энергопотребления обеспечивает такое преимущество, как упрощенная эксплуатация, меньшие размеры системы теплообменника, более простая конструкция системы теплообменника или снижение риска для способа. [0053] Heat exchangers 101 and 105 are a heat exchanger system that in various embodiments of the invention may be represented by one or more heat exchangers, or may be divided into two or more heat exchangers arranged in series or in parallel. For example, heat exchanger 101 may be split into two separate heat exchangers at the point where the expanded second fraction 26 of the helium-depleted bottoms stream returns to the exchanger and mixes with stream 20 as it returns from 105 . In addition, the load required for the reboiler can be provided by a separate heat exchanger, either in parallel with 101 or at the cold end 101 , exchanging heat exclusively between stream 6 and stream 9 to simplify operation of the distillation column system. In general, the more integrated the heat exchanger system, the more efficient the heat exchange between all desired streams. However, the heat exchanger is often split, which reduces efficiency, since a small increase in total energy consumption provides advantages such as simplified operation, smaller heat exchanger system, simpler heat exchanger system design, or reduced risk to the process.

[0054] Возвратный компрессор R может представлять собой один компрессор с одной или большим количеством ступеней, с промежуточными охладителями между ступенями или без них, или множество компрессоров, подключенных последовательно или параллельно. При последовательном расположении поток 27 мог бы поступать в первый из компрессоров, а поток 28 мог бы поступать в компрессор, расположенный дальше в ряду. При параллельном расположении отдельные компрессоры могли бы сжимать потоки 27 и 28 до желаемого конечного давления нагнетания. Повторно сжатый газ выходит из модуля извлечения гелия в виде потока обедненного гелием природного газа 29, который затем может подаваться в трубопровод, сжигаться или утилизироваться иным образом. Если потоки отходов 2' и/или 31' необходимо повторно сжать и объединить с потоком обедненного гелием природного газа, то они также поступают в R. [0054] The return compressor R may be a single compressor with one or more stages, with or without intercoolers between stages, or a plurality of compressors connected in series or in parallel. In a series arrangement, stream 27 could enter the first of the compressors and stream 28 could enter a compressor further down the row. In parallel arrangement, the individual compressors could compress streams 27 and 28 to the desired final discharge pressure. The re-compressed gas exits the helium recovery module as a helium-depleted natural gas stream 29 , which can then be piped, incinerated or otherwise disposed of. If the waste streams 2 ' and / or 31' are to be recompressed and combined with the helium-depleted natural gas stream, they also enter R.

[0055] Существуют ситуации, в которых повторное сжатие возвратного потока среднего давления может не потребоваться. Все значения давления возвратных потоков 20, 22 и 24 должны быть ниже, чем давление сырьевого потока 5, поскольку для обеспечения эффективной работы теплообменника 101 возвратные потоки должны кипеть при более низком давлении, чем давление, при котором конденсируется сырьевой поток. Если требуемое давление потока 29 меньше, чем давление потока 5, тогда поток 24 может нагнетаться до давления, равного давлению потока 29, и не нуждается в дополнительном сжатии. В этом случае возвратный поток среднего давления 28′ может вместо этого обходить возвратный компрессор и смешиваться непосредственно с потоком 29. [0055] There are situations in which recompression of the medium pressure return flow may not be required. All pressures of the return streams 20 , 22, and 24 must be lower than the pressure of the feed stream 5 because the return streams must boil at a lower pressure than the pressure at which the feed stream condenses to ensure efficient operation of the heat exchanger 101. If the required pressure of stream 29 is less than the pressure of stream 5 , then stream 24 can be pumped to a pressure equal to the pressure of stream 29 and does not need additional compression. In this case, the medium pressure return stream 28 ' may instead bypass the return compressor and mix directly with stream 29 .

[0056] Некоторые варианты реализации и признаки изобретения были описаны с использованием набора числовых верхних пределов и набора числовых нижних пределов. Для целей краткости, в данном документе явно раскрыты только определенные диапазоны. Однако необходимо понимать, что предусмотрены диапазоны от любого нижнего предела до любого верхнего предела, если в тексте явно не указано противоположное. Точно так же, диапазоны от любого нижнего предела могут быть объединены с любым другим нижним пределом, чтобы обозначить диапазон, не указанный в тексте явно, и диапазоны от любого верхнего предела могут быть объединены с любым другим верхним пределом, чтобы обозначить диапазон, не указанный в тексте явно. Кроме того, диапазон включает в себя каждую точку или отдельное значение между его конечными точками, даже если это явно не указано в тексте. Таким образом, каждая точка или отдельное значение может служить в качестве своего собственного нижнего или верхнего предела в сочетании с любой другой точкой или отдельным значением или любым другим нижним или верхним пределом, чтобы обозначить диапазон, не указанный в тексте явно. Все числовые значения представляют собой значения, указанные «приблизительно» или «около» указанного значения и учитывают экспериментальную ошибку и отклонения, которых может ожидать обычный специалист в данной области техники. [0056] Several embodiments and features of the invention have been described using a set of numerical upper limits and a set of numerical lower limits. For the sake of brevity, only certain ranges are explicitly disclosed herein. However, it should be understood that ranges from any lower limit to any upper limit are contemplated, unless the text clearly indicates otherwise. Likewise, ranges from any lower limit can be combined with any other lower limit to indicate a range not explicitly stated in the text, and ranges from any upper limit can be combined with any other upper limit to indicate a range not specified in the text. text explicitly. In addition, the range includes every point or individual value between its endpoints, even if not explicitly stated in the text. Thus, each point or individual value can serve as its own lower or upper limit in combination with any other point or individual value or any other lower or upper limit to denote a range not explicitly stated in the text. All numerical values are values that indicate "approximately" or "about" the specified value and take into account the experimental error and variance that might be expected by one of ordinary skill in the art.

[0057] Аспекты настоящего изобретения включают в себя: [0057] Aspects of the present invention include:

№ 1: Способ извлечения гелия из сырьевого природного газа, содержащего метан, азот и гелий, причем указанный способ включает в себя:# 1: Method for recovering helium from raw natural gas containing methane, nitrogen and helium, said method comprising:

охлаждение указанного сырьевого природного газа для получения охлажденного сырьевого природного газа, который по меньшей мере частично сконденсирован;cooling said natural gas feed to obtain a cooled natural gas feed that is at least partially condensed;

разделение охлажденного сырьевого природного газа в системе дистилляционной колонны с получением обогащенного гелием пара, отводимого сверху колонны, и обедненной гелием кубовой жидкости;separating the cooled natural gas feed in a distillation column system to obtain a helium-rich vapor discharged from the top of the column and a helium-depleted bottom liquid;

охлаждение указанного обогащенного гелием пара, отводимого сверху колонны, для получения частично конденсированного головного потока;cooling said helium-rich vapor discharged from the top of the column to obtain a partially condensed overhead stream;

отделение указанного частично сконденсированного головного потока в сепараторе верхнего погона для получения неочищенного гелиевого пара и рециркулирующей жидкости;separating said partially condensed overhead stream in an overhead separator to obtain crude helium vapor and recycle liquid;

расширение по меньшей мере части обедненной гелием кубовой жидкости, с получением первой фракции обедненного гелием кубового остатка;expanding at least a portion of the helium-depleted bottoms liquid to provide a first fraction of the helium-depleted bottoms;

причем охлаждающая нагрузка для указанного обогащенного гелием пара, отводимого сверху колонны, по меньшей мере частично обеспечивается за счет непрямого теплообмена с указанной первой фракцией обедненного гелием кубового остатка.wherein the cooling load for said helium-enriched steam discharged from the top of the column is at least partially provided by indirect heat exchange with said first fraction of helium-depleted bottoms.

№ 2. Способ по № 1, отличающийся тем, что давление указанного охлажденного сырьевого природного газа понижают, чтобы достичь соотношения плотности жидкости и пара в дистилляционной колонне выше 4.No. 2. The method according to No. 1, characterized in that the pressure of said cooled natural gas feed is lowered to achieve a liquid to vapor density ratio in the distillation column above 4.

№ 3. Способ по любому из №№ 1-2, отличающийся тем, что давление указанного охлажденного сырьевого природного газа понижают для достижения поверхностного натяжения жидкой фазы в дистилляционной колонне выше 0,5 дин/см.No. 3. A method according to any one of Nos. 1-2, characterized in that the pressure of said cooled natural gas feed is lowered to achieve a surface tension of the liquid phase in the distillation column above 0.5 dynes / cm.

№ 4. Способ по любому из №№ 1-3, отличающийся тем, что разница между давлением в верхней части системы дистилляционной колонны и давлением в сепараторе верхнего погона составляет не более чем 1 бар.No. 4. A method according to any one of Nos. 1-3, characterized in that the difference between the pressure at the top of the distillation column system and the pressure in the overhead separator is not more than 1 bar.

№ 5. Способ по любому из №№ 1-4, отличающийся тем, что нагрузка повторного кипячения для указанной системы дистилляционной колонны по меньшей мере частично обеспечивается посредством непрямого теплообмена с подачей природного газа.No. 5. A method according to any one of Nos. 1-4, characterized in that the reboil load for said distillation column system is at least partially provided by indirect heat exchange with natural gas feed.

№ 6. Способ по любому из №№ 1-5, отличающийся тем, что указанную рециркулирующую жидкость вводят в дистилляционную колонну.No. 6. A method according to any one of Nos. 1-5, characterized in that said recycle liquid is introduced into a distillation column.

№ 7. Способ по № 6, отличающийся тем, что рециркулирующую жидкость вводят в дистилляционную колонну на той же или более низкой ступени, что и место, где охлажденный природный газ подается в дистилляционную колонну.No. 7. The method according to No. 6, characterized in that the recycle liquid is introduced into the distillation column at the same or lower stage as the place where the cooled natural gas is fed into the distillation column.

№ 8. Способ по любому из №№ 1-7, дополнительно включающий в себя стадию расширения по меньшей мере части обедненного гелием кубового остатка, с получением второй фракции, обедненной гелием.No. 8. A method according to any of Nos. 1-7, further comprising the step of expanding at least a portion of the helium-depleted bottoms residue to form a second helium-depleted fraction.

№ 9. Способ по № 8, отличающийся тем, что давление указанной второй фракции обедненного гелием кубового остатка выше, чем давление указанной первой фракции обедненного гелием кубового остатка.No. 9. The method according to No. 8, characterized in that the pressure of said second fraction of helium-depleted bottoms is higher than the pressure of said first fraction of helium-depleted bottoms.

№ 10. Способ по любому из №№ 8-9, дополнительно включающий в себя стадии нагревания указанной второй фракции обедненного гелием кубового остатка, чтобы обеспечить по меньшей мере часть охлаждающей нагрузки для охлаждения и конденсации указанного сырьевого природного газа и получения нагретой второй фракции обедненного гелием кубового остатка;No. 10. The method according to any of Nos. 8-9, further comprising the steps of heating said second fraction of helium-depleted bottoms to provide at least a portion of the cooling load for cooling and condensing said natural gas feed and obtaining a heated second fraction of helium-depleted VAT residue;

и расширение указанной подогретой второй фракции обедненного гелием кубового остатка для обеспечения мощности и получения расширенной второй фракции обедненного гелием кубового остатка.and expanding said preheated second fraction of the helium-depleted bottoms to provide power and obtain an expanded second fraction of the helium-depleted bottoms.

№ 11. Способ по любому из №№ 8-10, дополнительно включающий в себя объединение и сжатие указанных первой и второй фракций обедненного гелием кубового остатка или полученных из них потоков для получения потока обедненного гелием природного газа.No. 11. A method according to any of Nos. 8-10, further comprising combining and compressing said first and second helium-depleted bottoms fractions or streams obtained therefrom to obtain a helium-depleted natural gas stream.

№ 12. Способ по любому из №№ 8-11, дополнительно включающий в себя стадии повышения давления по меньшей мере части указанной обедненной гелием кубовой жидкости для получения третьей фракции обедненного гелием кубового остатка;No. 12. The method according to any of Nos. 8-11, further comprising the steps of increasing the pressure of at least a portion of the specified helium-depleted bottoms liquid to obtain a third fraction of helium-depleted bottoms;

и нагревание указанной третьей фракции обедненного гелием кубового остатка, чтобы обеспечить по меньшей мере часть охлаждающей нагрузки для процессов охлаждения и конденсации указанного сырьевого природного газа.and heating said third helium-depleted bottoms fraction to provide at least a portion of the cooling load for the cooling and condensation processes of said natural gas feed.

№ 13. Способ по № 12, дополнительно включающий в себя объединение и сжатие указанной первой, второй и третьей фракций обедненного гелием кубового остатка или полученных из них потоков для получения обедненного гелием потока природного газа.No. 13. The method of No. 12, further comprising combining and compressing said first, second, and third fractions of helium-depleted bottoms or streams obtained therefrom to obtain a helium-depleted natural gas stream.

№ 14. Установка по переработке природного газа для извлечения гелия из сырьевого природного газа, содержащего метан, азот и гелий, причем указанная установка содержит:No. 14. Installation for processing natural gas for the extraction of helium from raw natural gas containing methane, nitrogen and helium, and the specified installation contains:

систему теплообменника;heat exchanger system;

систему дистилляционной колонны, содержащую выходное отверстие для пара и выходное отверстие для жидкости;a distillation column system having a vapor outlet and a liquid outlet;

первый трубопровод для перемещения охлажденного сырьевого газа из указанной системы теплообменника в указанную дистилляционную колонну;a first conduit for transferring cooled feed gas from said heat exchanger system to said distillation column;

второй трубопровод для перемещения обогащенного гелием пара, отводимого сверху колонны, из указанного выходного отверстия для пара указанной дистилляционной колонны в указанную систему теплообменника;a second conduit for transferring helium-enriched steam discharged from the top of the column from said vapor outlet of said distillation column to said heat exchanger system;

сепаратор верхнего погона, содержащий выходное отверстие для пара и выходное отверстие для жидкости;an overhead separator containing a vapor outlet and a liquid outlet;

третий трубопровод для перемещения частично конденсированного верхнего погона из указанной системы теплообменника в указанный сепаратор верхнего погона;a third conduit for transferring the partially condensed overhead from said heat exchanger system to said overhead separator;

четвертый трубопровод для перемещения первой фракции обедненного гелием кубового остатка из указанного выходного отверстия для жидкости указанной дистилляционной системы в указанную систему теплообменника;a fourth conduit for transferring a first fraction of helium-depleted bottoms from said liquid outlet of said distillation system to said heat exchanger system;

и, при этом, четвертый трубопровод содержит устройство для понижения давления.and the fourth conduit includes a pressure reducing device.

№ 15. Установка по переработке природного газа по № 14, отличающаяся тем, что указанный первый трубопровод содержит устройство для понижения давления.No. 15. Installation for processing natural gas according to No. 14, characterized in that said first pipeline contains a device for reducing the pressure.

№ 16. Установка по переработке природного газа по любому из №№ 14-15, дополнительно содержащая пятый трубопровод, предназначенный для перемещения рециркулирующей жидкости из указанного выходного отверстия для жидкости указанного сепаратора верхнего погона в указанную дистилляционную колонну.# 16. A natural gas processing plant according to any one of # 14-15, further comprising a fifth conduit for transferring recirculating liquid from said liquid outlet of said overhead separator to said distillation column.

№ 17. Установка по переработке природного газа по № 16, отличающаяся тем, что указанный пятый трубопровод соединяется с указанной дистилляционной колонной на той же ступени или на более низкой ступени, чем место, где указанный первый трубопровод соединяется с указанной дистилляционной колонной.No. 17. Plant for processing natural gas according to No. 16, characterized in that said fifth line is connected to said distillation column at the same stage or at a lower stage than the place where said first line is connected to said distillation column.

№ 18. Установка по переработке природного газа по любому из № 14-17, дополнительно содержащая шестой трубопровод для перемещения второй фракции обедненного гелием кубового остатка из указанного выходного отверстия для жидкости указанной дистилляционной системы в указанную систему теплообменника, причем указанный шестой трубопровод дополнительно содержит понижающее давление устройство.No. 18. Installation for processing natural gas according to any one of No. 14-17, further comprising a sixth pipeline for transferring the second fraction of helium-depleted bottoms from said liquid outlet of said distillation system to said heat exchanger system, wherein said sixth pipeline further comprises a reducing pressure device.

№ 19. Установка по переработке природного газа по № 18, дополнительно содержащая:No. 19. Installation for processing natural gas according to No. 18, additionally containing:

детандер;expander;

седьмой трубопровод для перемещения нагретой второй фракции обедненного гелием кубового остатка из указанного теплообменника в указанный детандер;a seventh pipeline for transferring the heated second fraction of the helium-depleted bottoms from said heat exchanger to said expander;

и восьмой трубопровод для перемещения расширенной второй фракции обедненного гелием кубового остатка из указанного детандера в указанную систему теплообменника.and an eighth conduit for transferring the expanded second helium-depleted bottoms fraction from said expander to said heat exchanger system.

№ 20. Установка по переработке природного газа №№ 18-19, дополнительно содержащая:No. 20. Installation for processing natural gas No. 18-19, additionally containing:

насос;pump;

девятый трубопровод для перемещения третьей фракции обедненного гелием кубового остатка из указанного выходного отверстия для жидкости указанной дистилляционной системы в указанный насос;a ninth conduit for transferring a third fraction of helium-depleted bottoms from said liquid outlet of said distillation system to said pump;

и десятый трубопровод для перемещения находящейся под давлением третьей фракции обедненного гелием кубового остатка из указанного насоса в указанную систему теплообменника.and a tenth conduit for transferring the pressurized third fraction of the helium-depleted bottoms from said pump to said heat exchanger system.

№ 21. Установка по переработке природного газа по любому из №№ 18-20, дополнительно содержащая:No. 21. Installation for processing natural gas according to any of No. 18-20, additionally containing:

возвратный компрессор;return compressor;

и одиннадцатый трубопровод для перемещения возвратного потока низкого давления из указанной системы теплообменника в указанный возвратный компрессор.and an eleventh conduit for transferring a low pressure return stream from said heat exchanger system to said return compressor.

№ 22. Установка по переработке природного газа по № 21, дополнительно содержащая двенадцатый трубопровод для перемещения возвратного потока среднего давления из указанной системы теплообменника в указанный возвратный компрессор.No. 22. Installation for processing natural gas according to No. 21, additionally containing a twelfth pipeline for moving the return flow of medium pressure from the specified heat exchanger system to the specified return compressor.

№ 23. Установка по переработке природного газа по № 21, дополнительно содержащая:No. 23. Installation for processing natural gas according to No. 21, additionally containing:

смесительное устройство;mixing device;

тринадцатый трубопровод для перемещения потока сжатого, обедненного гелием природного газа из указанного возвратного компрессора в указанное смесительное устройство;a thirteenth pipeline for moving a stream of compressed, helium-depleted natural gas from said return compressor to said mixing device;

и четырнадцатый трубопровод для перемещения возвратного потока среднего давления из указанной системы теплообменника в указанное смесительное устройство.and a fourteenth conduit for transferring a medium pressure return stream from said heat exchanger system to said mixing device.

ПРИМЕР 1EXAMPLE 1

[0058] Компьютерное моделирование способа, проиллюстрированного на Фигурах 1 и 2, было выполнено в Aspen Plus, коммерчески доступном пакете программного обеспечения для моделирования способов. Сырьевой поток природного газа содержит 35% азота и 0,14% гелия. Основные параметры потока, такие как состав, давление, температура и расход, приведены в Табл. 1, вместе с общим потреблением мощности. [0058] Computer simulations of the method illustrated in Figures 1 and 2 were performed in Aspen Plus, a commercially available method simulation software package. The natural gas feed stream contains 35% nitrogen and 0.14% helium. The main flow parameters such as composition, pressure, temperature and flow rate are shown in Table. 1, together with the total power consumption.

[0059] Для целей Примера 1, в способ, представленный на Фигурах 1 и 2, были внесены два изменения. В этом примере предполагается, что пар 31' на Фигуре 1 повторно сжимают с потоком обедненного гелием природного газа, но поток 2 отводится в атмосферу. Дополнительно, в этом примере предполагается, что поток 5 на Фигуре 2 охлаждается, конденсируется и расширяется через DFE вместо клапана 102. [0059] For the purposes of Example 1, two changes were made to the method shown in Figures 1 and 2. In this example, it is assumed that the steam 31 ' in Figure 1 is recompressed with a helium-depleted natural gas stream, but stream 2 is vented to atmosphere. Additionally, this example assumes that stream 5 in Figure 2 is cooled, condensed, and expanded through the DFE instead of valve 102 .

[0060] Как показано в Табл. 1, модель извлечения гелия X производит поток неочищенного гелия 16, содержащий более чем 12% гелия, с достаточно высокой концентрацией, чтобы подавать его на установку для очистки гелия P, при этом поддерживая в модуле извлечения гелия выход 99,9%. Выход в модуле X определяется как содержание гелия в потоке 16, выходящем из модуля, деленное на содержание гелия в потоке 5, поступающем в модуль. Такой высокий выход возможен благодаря тому, что рециркулирующий жидкий поток 17, в котором содержится 6,8% гелия, содержащегося в конденсированном, обогащенном гелием головном потоке 12, возвращается в дистилляционную колонну. В известных способах, в которых верхний погон дистилляционной колонны дополнительно концентрируется, этот жидкофазный гелий не был бы потерян, поскольку эквивалент потока 17 был бы направлен в эквивалент обедненного гелием потока природного газа 29. Выход гелия 99,9% в модуле извлечения гелия X обеспечивает общий выход гелия 99,6% вследствие небольшой потери гелия в потоке 31', где общий выход гелия определяется как содержание гелия в потоке чистого гелия 30, деленное на содержание гелия в потоке неочищенного природного газа 1. [0060] As shown in Table. 1, the helium recovery model X produces a crude helium stream 16 , containing more than 12% helium, at a concentration high enough to feed a helium P purifier while maintaining a 99.9% yield in the helium recovery module. The output in module X is defined as the helium content of stream 16 leaving the module divided by the helium content of stream 5 entering the module. This high yield is possible because the recycle liquid stream 17 , which contains 6.8% of the helium contained in the condensed helium-rich overhead stream 12 , is returned to the distillation column. In prior art processes in which the distillation column overhead is further concentrated, this liquid phase helium would not be lost since the equivalent of stream 17 would be directed to the equivalent of helium-depleted natural gas stream 29 . A 99.9% helium yield in the X helium recovery module provides an overall helium yield of 99.6% due to the small loss of helium in stream 31 ' , where the total helium yield is defined as the helium content of the pure helium stream 30 divided by the helium content of the crude natural stream gas 1 .

[0061] Этот способ обеспечивает гибкость по сравнению с составом потока неочищенного гелия 16. Мольная доля гелия в потоке 16 может быть увеличена либо путем увеличения скорости потока, либо путем понижения давления возвратного потока низкого давления 19. Любой из двух вариантов приводит к более высокой концентрации гелия в потоке 16 за счет увеличения расхода мощности при сжатии потока 27. [0061] This method provides flexibility over the composition of the raw helium stream 16 . The helium mole fraction in stream 16 can be increased either by increasing the flow rate or by lowering the pressure of the low pressure return stream 19 . Either option results in a higher concentration of helium in stream 16 due to an increase in power consumption during compression of stream 27 .

[0062] Если поток отходов способа очистки гелия должен быть выброшен в виде потока 31, то оптимизация, которая минимизирует мощность, увеличивала бы расход метана в потоке 16, чтобы избежать повторного сжатия в компрессоре R. Оптимизация должна была бы включать значение метана в вентиляционном отверстии 31, чтобы уравновесить увеличение потока 16. [0062] If the waste stream from the helium purification process is to be discarded as stream 31 , then an optimization that minimizes power would increase the methane flow rate in stream 16 to avoid recompression in compressor R. The optimization would have to include the methane value at vent 31 to balance the increase in flow 16 .

Таблица 1Table 1

ПотокFlow 1one 22 5five 88 1212 1414 1717 1919 КомпонентComponent СоставComposition HeHe моль %mol% 0,140.14 0,000.00 0,150.15 2,812.81 0,000.00 12,8012.80 0,240.24 0,000.00 N2 N 2 моль %mol% 35,0935.09 0,000.00 36,7436.74 75,2675.26 36,2236.22 81,4581.45 73,6773.67 36,2236.22 CO2 CO 2 моль %mol% 4,014.01 88,7988.79 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 CH4 CH 4 моль %mol% 60,1660.16 0,000.00 62,9962.99 21,7821.78 63,6563.65 5,175.17 26,0526.05 63,6563.65 C2H6 C 2 H 6 моль %mol% 0,100.10 0,000.00 0,100.10 0,000.00 0,110.11 0,000.00 0,000.00 0,110.11 C3H8 C 3 H 8 моль %mol% 0,010.01 0,000.00 0,010.01 0,000.00 0,010.01 0,000.00 0,000.00 0,010.01 H2OH 2 O моль %mol% 0,470.47 11,1411.14 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 H2 H 2 моль %mol% 0,010.01 0,000.00 0,010.01 0,150.15 0,000.00 0,580.58 0,040.04 0,000.00 ТемператураTemperature °C° C 67,267.2 58,958.9 26,726.7 -140,6-140.6 -139,3-139.3 -155,9-155.9 -155,9-155.9 -160,1-160.1 ДавлениеPressure бар (а. д.)bar (a.d.) 39,339.3 1,71.7 37,637.6 19,719.7 19,819.8 19,719.7 19,719.7 5,55.5 Скорость потока (общая)Flow rate (total) кмоль/часkmol / hour 22679,622679.6 1024,41024.4 21662,921662.9 1212,61212.6 21415,021415.0 247,8247.8 964,7964.7 1054,31054.3 ПотокFlow 2222 2424 2525 2626 31'31 ' 2929 1616 30thirty КомпонентComponent СоставComposition HeHe моль %mol% 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,010.01 0,000.00 12,8012.80 100,00100,00 N2 N 2 моль %mol% 36,2236.22 36,2236.22 36,2236.22 36,2236.22 94,0694.06 36,8136.81 81,4581.45 0,000.00 CO2 CO 2 моль %mol% 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 CH4 CH 4 моль %mol% 63,6563.65 63,6563.65 63,6563.65 63,6563.65 5,905.90 63,0763.07 5,175.17 0,000.00 C2H6 C 2 H 6 моль %mol% 0,110.11 0,110.11 0,110.11 0,110.11 0,000.00 0,110.11 0,000.00 0,000.00 C3H8 C 3 H 8 моль %mol% 0,010.01 0,010.01 0,010.01 0,010.01 0,000.00 0,010.01 0,000.00 0,000.00 H2OH 2 O моль %mol% 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 H2 H 2 моль %mol% 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,020.02 0,000.00 0,580.58 0,000.00 ТемператураTemperature °C° C -139,3-139.3 -137,3-137.3 -36,1-36.1 -92,3-92.3 26,426.4 67,267.2 25,025.0 51,151.1 ДавлениеPressure бар (а. д.)bar (a.d.) 19,819.8 34,934.9 19,319.3 5,05.0 1,81.8 38,338.3 19,219.2 17,417.4 Скорость потока (общая)Flow rate (total) кмоль/часkmol / hour 1216,51216.5 19144,319144.3 1216,51216.5 1216,51216.5 217,4217.4 21632,421632.4 247,8247.8 31,731.7 Мощность повторного сжатияRe-compression power 8,958.95 МВтMW Мощность насосаPump power 0,710.71 МВтMW Мощность детандераExpander power -0,47-0.47 МВтMW Мощность DFEDFE power -0,20-0.20 МВтMW Общая полезная мощностьTotal net power 9,019.01 МВтMW

ПРИМЕР 2EXAMPLE 2

[0063] Компьютерное моделирование способа, проиллюстрированного на Фигурах 1 и 2, было выполнено в Aspen Plus, коммерчески доступном пакете программного обеспечения для моделирования способов. Сырьевой поток природного газа содержит 10% азота и 0,065% гелия. В Табл. 2 приведены условия для потоков на Фигурах 1 и 2, а также общий расход мощности. [0063] Computer simulations of the method illustrated in Figures 1 and 2 were performed in Aspen Plus, a commercially available method simulation software package. The natural gas feed stream contains 10% nitrogen and 0.065% helium. Table. 2 shows the conditions for the flows in Figures 1 and 2, as well as the total power consumption.

[0064] Для целей Примера 2, в способ, представленный на Фигурах 1 и 2, были внесены два изменения. В этом примере предполагается, что пар 31' на Фигуре 1 повторно сжимают с возвратом природного газа, но поток 2 выбрасывается в атмосферу. Кроме того, в этих примерах предполагается, что поток 5 на Фигуре 2 охлаждают, конденсируют и расширяют при помощи DFE вместо клапана 102. [0064] For the purposes of Example 2, two changes were made to the method shown in Figures 1 and 2. In this example, it is assumed that the steam 31 'of Figure 1 is recompressed to return natural gas, but stream 2 is vented to the atmosphere. In addition, these examples assume that stream 5 in Figure 2 is cooled, condensed and expanded using a DFE instead of valve 102 .

[0065] Пример 2 имеет много таких же характеристик, что и Пример 1, такой же высокий общий выход гелия, но отличается содержанием азота в сырье. Более низкое содержание азота в Примере 2 приводит к более высоким температурам в дистилляционной колонне 103, как представлено потоком 8, который на 20 °С теплее, чем его аналог в Примере 1. Поскольку для дистилляционной колонны не требуется такая низкая температура, нет необходимости понижать давление потока 19 до такого низкого давления: 7,7 бар, в противоположность 5,5 бар. Поток 19, работающий при более высоком давлении, уменьшает нагрузку повторного сжатия, что приводит к уменьшению полезной мощности до 7,75 МВт по сравнению с 9,01 МВт в Примере 1. [0065] Example 2 has many of the same characteristics as Example 1, the same high overall helium yield, but differs in the nitrogen content of the feed. The lower nitrogen content in Example 2 results in higher temperatures in distillation column 103 , as represented by stream 8 , which is 20 ° C warmer than its counterpart in Example 1. Since the distillation column does not require such a low temperature, there is no need to depressurize flow 19 to such a low pressure: 7.7 bar, as opposed to 5.5 bar. Stream 19 , operating at a higher pressure, reduces the recompression load, which results in a decrease in net power to 7.75 MW compared to 9.01 MW in Example 1.

Таблица 2table 2

ПотокFlow 1one 22 5five 88 1212 1414 1717 1919 КомпонентComponent СоставComposition HeHe моль %mol% 0,0650.065 0,0000.000 0,0680.068 1,4041.404 0,0000.000 4,7214.721 0,0550.055 0,0000.000 N2 N 2 моль %mol% 10,0310.03 0,000.00 10,5110.51 36,4536.45 9,729.72 64,0464.04 25,2425.24 9,729.72 CO2 CO 2 моль %mol% 4,014.01 88,7988.79 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 CH4 CH 4 моль %mol% 85,2985.29 0,000.00 89,3089.30 61,9761.97 90,1690.16 30,7130.71 74,6774.67 90,1690.16 C2H6 C 2 H 6 моль %mol% 0,100.10 0,000.00 0,110.11 0,000.00 0,110.11 0,000.00 0,000.00 0,110.11 C3H8 C 3 H 8 моль %mol% 0,010.01 0,000.00 0,010.01 0,000.00 0,010.01 0,000.00 0,000.00 0,010.01 H2OH 2 O моль %mol% 0,470.47 11,1411.14 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 H2 H 2 моль %mol% 0,010.01 0,000.00 0,010.01 0,170.17 0,000.00 0,530.53 0,020.02 0,000.00 ТемператураTemperature °C° C 67,267.2 58,958.9 26,726.7 -120,7-120.7 -119,2-119.2 -135,2-135.2 -135,2-135.2 -136,9-136.9 ДавлениеPressure бар (а. д.)bar (a.d.) 39,339.3 1,71.7 37,637.6 19,719.7 19,819.8 19,719.7 19,719.7 7,77,7 Скорость потока (общая)Flow rate (total) кмоль/часkmol / hour 22679,622679.6 1025,21025.2 21662,121662.1 1079,51079.5 21350,221350.2 311,9311.9 767,6767.6 741,4741.4 ПотокFlow 2222 2424 2525 2626 31'31 ' 2929 1616 30thirty КомпонентComponent СоставComposition HeHe моль %mol% 0,0000.000 0,0000.000 0,0000.000 0,0000.000 0,0020.002 0,0000.000 4,7214.721 99,99599.995 N2 N 2 моль %mol% 9,729.72 9,729.72 9,729.72 9,729.72 67,8967.89 10,5310.53 64,0464.04 0,000.00 CO2 CO 2 моль %mol% 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 CH4 CH 4 моль %mol% 90,1690.16 90,1690.16 90,1690.16 90,1690.16 32,0732.07 89,3589.35 30,7130.71 0,000.00 C2H6 C 2 H 6 моль %mol% 0,110.11 0,110.11 0,110.11 0,110.11 0,000.00 0,110.11 0,000.00 0,000.00 C3H8 C 3 H 8 моль %mol% 0,010.01 0,010.01 0,010.01 0,010.01 0,000.00 0,010.01 0,000.00 0,000.00 H2OH 2 O моль %mol% 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 H2 H 2 моль %mol% 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,000.00 0,020.02 0,000.00 0,530.53 0,000.00 ТемператураTemperature °C° C -119,2-119.2 -117,1-117.1 -32,0-32.0 -78,2-78.2 23,323.3 67,267.2 25,025.0 51,151.1 ДавлениеPressure бар (а. д.)bar (a.d.) 19,819.8 35,035.0 19,319.3 7,27.2 1,81.8 38,338.3 19,219.2 17,417.4 Скорость потока (общая)Flow rate (total) кмоль/
час
kmol /
hour
1319,61319.6 19289,119289.1 1319,61319.6 1319,61319.6 298,6298.6 21648,821648.8 311,9311.9 14,714.7
Мощность повторного сжатияRe-compression power 7,657.65 МВтMW Мощность насосаPump power 0,770.77 МВтMW Мощность детандераExpander power -0,43-0.43 МВтMW Мощность DFEDFE power -0,24-0.24 МВтMW Общая полезная мощностьTotal net power 7,757.75 МВтMW

[0066] Хотя принципы изобретения были описаны выше в связи с предпочтительными вариантами реализации изобретения, необходимо четко понимать, что такое описание сделано только в качестве примера и не предназначено для ограничения объема изобретения. [0066] Although the principles of the invention have been described above in connection with the preferred embodiments of the invention, it should be clearly understood that such description is made by way of example only and is not intended to limit the scope of the invention.

Claims (21)

1. Способ извлечения гелия из сырьевого природного газа, содержащего метан, азот и гелий, причем способ включает в себя:1. A method for extracting helium from a natural gas feed containing methane, nitrogen and helium, the method comprising: охлаждение сырьевого природного газа для получения охлажденного сырьевого природного газа, который по меньшей мере частично сконденсирован;cooling the natural gas feed to obtain a cooled natural gas feed that is at least partially condensed; разделение охлажденного сырьевого природного газа в системе дистилляционной колонны с получением обогащенного гелием пара, отводимого сверху колонны, и обедненной гелием кубовой жидкости;separating the cooled natural gas feed in a distillation column system to obtain a helium-rich vapor discharged from the top of the column and a helium-depleted bottom liquid; охлаждение обогащенного гелием пара, отводимого сверху колонны, посредством непрямого теплообмена для получения частично сконденсированного головного потока;cooling the helium-rich steam discharged from the top of the column by indirect heat exchange to obtain a partially condensed overhead stream; отделение частично сконденсированного головного потока в сепараторе верхнего погона для получения неочищенного гелиевого пара и рециркулирующей жидкости;separating the partially condensed overhead stream in an overhead separator to obtain crude helium vapor and recycle liquid; расширение по меньшей мере части обедненного гелием кубового остатка с получением первой фракции обедненного гелием кубового остатка;expanding at least a portion of the helium-depleted bottoms residue to provide a first helium-depleted bottoms fraction; причем охлаждающую нагрузку для обогащенного гелием пара, отводимого сверху колонны, по меньшей мере частично обеспечивают за счет непрямого теплообмена с первой фракцией обедненного гелием кубового остатка.wherein the cooling load for the helium-rich steam discharged from the top of the column is at least partially provided by indirect heat exchange with the first fraction of the helium-depleted bottoms. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что давление охлажденного сырьевого природного газа понижают с обеспечением соотношения плотности жидкости и пара в дистилляционной колонне выше 4.2. The method according to claim 1, characterized in that the pressure of the cooled natural gas feed is lowered to provide a liquid to vapor density ratio in the distillation column above 4. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что давление охлажденного сырьевого природного газа понижают с обеспечением поверхностного натяжения жидкой фазы в дистилляционной колонне выше 0,5 дин/см.3. The method according to claim 1, characterized in that the pressure of the cooled natural gas feed is lowered to ensure the surface tension of the liquid phase in the distillation column is higher than 0.5 dynes / cm. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разница между давлением в верхней части системы дистилляционной колонны и давлением в сепараторе верхнего погона составляет не более 1 бар.4. A process according to claim 1, wherein the difference between the pressure at the top of the distillation column system and the pressure in the overhead separator is not more than 1 bar. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрузку повторного кипячения для системы дистилляционной колонны по меньшей мере частично обеспечивают посредством непрямого теплообмена с сырьевым природным газом.5. A method according to claim 1, wherein the reboil load for the distillation column system is at least partially provided by indirect heat exchange with the natural gas feed. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рециркулирующую жидкость вводят в дистилляционную колонну.6. A method according to claim 1, wherein the recycle liquid is introduced into the distillation column. 7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что рециркулирующую жидкость вводят в дистилляционную колонну на той же или более низкой ступени, что и место, где охлажденный природный газ подается в дистилляционную колонну.7. A method according to claim 6, characterized in that the recycle liquid is introduced into the distillation column at the same or lower stage as the location where the cooled natural gas is fed into the distillation column. 8. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя стадию расширения по меньшей мере части обедненного гелием кубового остатка с получением второй фракции обедненного гелием кубового остатка.8. The method of claim 1, further comprising the step of expanding at least a portion of the helium-depleted bottoms residue to form a second helium-depleted bottoms fraction. 9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что давление второй фракции обедненного гелием кубового остатка выше, чем давление первой фракции обедненного гелием кубового остатка.9. The method according to claim 8, characterized in that the pressure of the second fraction of the helium-depleted bottoms is higher than the pressure of the first fraction of the helium-depleted bottoms. 10. Способ по п. 8, дополнительно включающий в себя стадии нагревания второй фракции обедненного гелием кубового остатка с обеспечением по меньшей мере части охлаждающей нагрузки для процессов охлаждения и конденсации сырьевого природного газа и получением нагретой второй фракции обедненного гелием кубового остатка;10. The method according to claim 8, further comprising the steps of heating a second fraction of helium-depleted bottoms to provide at least a portion of the cooling load for cooling and condensation of the raw natural gas and obtaining a heated second fraction of helium-depleted bottoms; и расширения подогретой второй фракции обедненного гелием кубового остатка с обеспечением мощности и получением расширенной второй фракции обедненного гелием кубового остатка.and expanding the heated second fraction of the helium-depleted bottoms residue to provide power and obtaining an expanded second fraction of the helium-depleted bottoms. 11. Способ по п. 8, дополнительно включающий в себя объединение и сжатие первой и второй фракций обедненного гелием кубового остатка или полученных из них потоков с образованием потока обедненного гелием природного газа.11. The method of claim 8, further comprising combining and compressing the first and second helium-depleted bottoms fractions or streams derived therefrom to form a helium-depleted natural gas stream. 12. Способ по п. 8, дополнительно включающий в себя стадии повышения давления по меньшей мере части обедненной гелием кубовой жидкости для получения третьей фракции обедненного гелием кубового остатка;12. The method according to claim 8, further comprising the steps of increasing the pressure of at least a portion of the helium-depleted bottoms liquid to obtain a third fraction of the helium-depleted bottoms; и нагревания третьей фракции обедненного гелием кубового остатка с обеспечением по меньшей мере части охлаждающей нагрузки для процессов охлаждения и конденсации сырьевого природного газа.and heating the third fraction of the helium-depleted bottoms to provide at least a portion of the cooling load for the natural gas feed cooling and condensation processes. 13. Способ по п. 12, дополнительно включающий в себя объединение и сжатие первой, второй и третьей фракций обедненного гелием кубового остатка или полученных из них потоков для получения потока обедненного гелием природного газа.13. The method of claim 12, further comprising combining and compressing the first, second, and third helium-depleted bottoms or streams derived therefrom to produce a helium-depleted natural gas stream.
RU2019128439A 2018-09-13 2019-09-11 Extraction of helium from natural gas RU2743086C1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/130,198 2018-09-13
US16/130,198 US20200088465A1 (en) 2018-09-13 2018-09-13 Helium Extraction from Natural Gas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2743086C1 true RU2743086C1 (en) 2021-02-15

Family

ID=69773652

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019128439A RU2743086C1 (en) 2018-09-13 2019-09-11 Extraction of helium from natural gas

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20200088465A1 (en)
AU (1) AU2019226280A1 (en)
CA (1) CA3054907C (en)
RU (1) RU2743086C1 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111928574A (en) * 2020-07-27 2020-11-13 合肥万豪能源设备有限责任公司 Helium gas recovery system and method
CN111854324A (en) * 2020-08-14 2020-10-30 上海迎飞能源科技有限公司 System and method for extracting helium from natural gas
CN111981768B (en) * 2020-08-20 2024-07-05 中国石油工程建设有限公司 Device and method for extracting helium from natural gas by low-temperature throttling
CN112919437B (en) * 2021-03-24 2022-08-19 北京中科富海低温科技有限公司 Refining method and system for crude helium with high hydrogen content
CN113566493A (en) * 2021-08-06 2021-10-29 安徽万瑞冷电科技有限公司 Cryogenic separation system for helium recovery
CN114646187B (en) * 2021-09-15 2023-08-29 中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司成都天然气化工总厂 Three-tower low-temperature helium extraction system suitable for low-helium-content natural gas
CN113959176B (en) * 2021-10-20 2023-06-16 北京石油化工工程有限公司 System and method for separating helium from liquefied natural gas flash gas
CN114669164B (en) * 2022-03-24 2023-03-28 浙江大学 System and method for preparing high-purity helium from natural gas BOG
CN116951900B (en) * 2023-08-30 2024-08-09 宁夏天利丰能源利用有限公司 Natural gas liquefaction and high-purity helium extraction integrated process

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3324626A (en) * 1964-12-03 1967-06-13 Sinclair Research Inc Process for the recovery of helium
US20080196587A1 (en) * 2007-02-16 2008-08-21 Bao Ha Co2 separation apparatus and process for oxy-combustion coal power plants
US20110174017A1 (en) * 2008-10-07 2011-07-21 Donald Victory Helium Recovery From Natural Gas Integrated With NGL Recovery
US20130255311A1 (en) * 2010-10-20 2013-10-03 Sandra Armelle Karen Thiebault Simplified method for producing a methane-rich stream and a c2+ hydrocarbon-rich fraction from a feed natural-gas stream, and associated facility
US20140260417A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Conocophillips Company Mixed-reflux for heavies removal in lng processing
US20170176099A1 (en) * 2014-03-14 2017-06-22 Lummus Technology Inc. Process and apparatus for heavy hydrocarbon removal from lean natural gas before liquefaction

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3324626A (en) * 1964-12-03 1967-06-13 Sinclair Research Inc Process for the recovery of helium
US20080196587A1 (en) * 2007-02-16 2008-08-21 Bao Ha Co2 separation apparatus and process for oxy-combustion coal power plants
US20110174017A1 (en) * 2008-10-07 2011-07-21 Donald Victory Helium Recovery From Natural Gas Integrated With NGL Recovery
US20130255311A1 (en) * 2010-10-20 2013-10-03 Sandra Armelle Karen Thiebault Simplified method for producing a methane-rich stream and a c2+ hydrocarbon-rich fraction from a feed natural-gas stream, and associated facility
US20140260417A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Conocophillips Company Mixed-reflux for heavies removal in lng processing
US20170176099A1 (en) * 2014-03-14 2017-06-22 Lummus Technology Inc. Process and apparatus for heavy hydrocarbon removal from lean natural gas before liquefaction

Also Published As

Publication number Publication date
US20200088465A1 (en) 2020-03-19
CA3054907C (en) 2021-09-28
CA3054907A1 (en) 2020-03-13
AU2019226280A1 (en) 2020-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2743086C1 (en) Extraction of helium from natural gas
RU2730344C1 (en) Extraction of helium from natural gas
CA2543510C (en) A membrane/distillation method and system for extracting co2 from hydrocarbon gas
US10254042B2 (en) Purification of carbon dioxide
KR102339234B1 (en) Systems and methods for recovering non-condensable gases such as neon, helium, xenon, and krypton from an air separation unit
JP2015132464A (en) Nitrogen removal with iso-pressure open refrigeration natural gas liquids recovery
CN111033160B (en) Systems and methods for recovering neon and helium from an air separation unit
EP2865979B1 (en) Purification of carbon dioxide
CA3097220C (en) Lights removal from carbon dioxide
US20180031314A1 (en) System and Method for Separating Wide Variations in Methane and Nitrogen
AU2009313087B2 (en) Method for removing nitrogen
US11745136B2 (en) System and method for treating a methane system to remove carbon dioxide, hydrogen sulfide, and water in a single process