WO2017020919A1 - Verfahren zum gewinnen einer helium-reichen produktfraktion - Google Patents

Verfahren zum gewinnen einer helium-reichen produktfraktion Download PDF

Info

Publication number
WO2017020919A1
WO2017020919A1 PCT/EP2015/001605 EP2015001605W WO2017020919A1 WO 2017020919 A1 WO2017020919 A1 WO 2017020919A1 EP 2015001605 W EP2015001605 W EP 2015001605W WO 2017020919 A1 WO2017020919 A1 WO 2017020919A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
helium
membrane separation
stream
feed fraction
membrane
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/001605
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Voss
Akos Tota
Martin Bauer
Frank Jennewein
Original Assignee
Linde Aktiengesellschaft
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 Linde Aktiengesellschaft filed Critical Linde Aktiengesellschaft
Priority to PCT/EP2015/001605 priority Critical patent/WO2017020919A1/de
Priority to TW105124659A priority patent/TW201716130A/zh
Publication of WO2017020919A1 publication Critical patent/WO2017020919A1/de

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B23/00—Noble gases; Compounds thereof
    • C01B23/001—Purification or separation processes of noble gases
    • C01B23/0036—Physical processing only
    • C01B23/0042—Physical processing only by making use of membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047—Pressure swing adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/225—Multiple stage diffusion
    • B01D53/226—Multiple stage diffusion in serial connexion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/229—Integrated processes (Diffusion and at least one other process, e.g. adsorption, absorption)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B23/00—Noble gases; Compounds thereof
    • C01B23/001—Purification or separation processes of noble gases
    • C01B23/0036—Physical processing only
    • C01B23/0052—Physical processing only by adsorption in solids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B23/00—Noble gases; Compounds thereof
    • C01B23/001—Purification or separation processes of noble gases
    • C01B23/0036—Physical processing only
    • C01B23/0052—Physical processing only by adsorption in solids
    • C01B23/0057—Physical processing only by adsorption in solids characterised by the adsorbent
    • C01B23/0063—Carbon based materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/102—Carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/106—Silica or silicates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/18—Noble gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/10—Single element gases other than halogens
    • B01D2257/102—Nitrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
    • B01D2257/702—Hydrocarbons
    • B01D2257/7022—Aliphatic hydrocarbons
    • B01D2257/7025—Methane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0462—Temperature swing adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456—Removing acid components
    • B01D53/1475—Removing carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0029—Obtaining noble gases
    • C01B2210/0031—Helium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043—Impurity removed
    • C01B2210/0046—Nitrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043—Impurity removed
    • C01B2210/0051—Carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043—Impurity removed
    • C01B2210/0062—Water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043—Impurity removed
    • C01B2210/0068—Organic compounds
    • C01B2210/007—Hydrocarbons
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/20—Capture or disposal of greenhouse gases of methane
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2
    • Y02P20/156—Methane [CH4]

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for obtaining a helium-containing product fraction from a feed fraction which, in addition to helium, has at least one component which is permeable by a membrane, in particular nitrogen and / or methane, less than helium.
  • Helium is very important for many applications. However, it is usually only in diluted form, for example in natural gas or in purge gases from various production processes. Since helium is a finite resource, processes that can be used to recover or recover helium are becoming increasingly important.
  • US Pat. No. 5,632,803 discloses a method for obtaining a helium-rich product fraction, in which, in a first step, by means of a
  • Membrane separation stage a helium-enriched permeate stream is obtained.
  • this helium-enriched permeate stream is concentrated to about 50% by volume of helium.
  • a product fraction having a purity of more than 95% by volume is recovered from the helium-rich stream concentrated in this way.
  • Object of the present invention is a generic method and an apparatus for obtaining a helium-containing product fraction from a
  • Use fraction indicate that the recovery of a helium product stream with high purity with high yield from different sources possible.
  • the first helium-enriched permeate stream (5) obtained is mixed with a helium-containing recycle stream (13) (6), compressed (V) and subjected to a second membrane separation process (M2),
  • Membrane separation process recovered helium-containing stream represents the product fraction (8)
  • the third helium-enriched permeate stream (12) obtained thereby is mixed with the purge gas stream (9) obtained in the pressure swing adsorption process (A) or the helium-depleted retentate stream obtained in the fourth membrane separation process to the recycle stream (13).
  • the recovery of a helium-containing product fraction now takes place by means of a process comprising three membrane separation processes and one
  • helium-containing product fraction is meant in particular a product fraction containing more than 25% by volume of helium, or more than 60% by volume, or more than 95% by volume or more than 99% by volume.
  • a feed gas containing less than 10 vol. -% helium are treated, in particular less than 5 vol. -%, especially less than 1 vol. -%, and preferably less than 0.5 vol .-%, more preferably less than 0.2 vol .-%.
  • a helium-containing product fraction can be obtained, the purity of which is at least 95 vol .-%. If a lower purity of the helium product fraction is sufficient, the second-mentioned combination, in which instead of the pressure swing adsorption process a fourth membrane separation process is provided, can be realized.
  • the membranes used in the membrane process are highly selective polymer membranes with medium permeability.
  • the membranes are preferably made of polyimides or polysulfones, polyamide, polyaramide and have a preferred material selectivity to helium of greater than 20 (ie, He / N2 selectivity), more preferably greater than 35. This selectivity occurs at a temperature of 0 ° C up to 80 ° C.
  • the permeability of the membrane is shown as N2 permeance of the membrane, which is more than 0, 1 GPU at a temperature between 0 ° C and 80 ° C.
  • the inventive method for obtaining a helium-containing product fraction and further advantageous embodiments thereof are explained in more detail with reference to the embodiment shown in the figure 1.
  • the feed fraction 1 has a pressure of more than 10 bar.
  • the feed fraction 1 may also contain interfering components, such as hydrocarbons, water, carbon dioxide, sulfur-containing compounds, halides and / or CFCs. In this case, it is first fed to an adsorption process A ', which is designed such that it separates these interfering components from the
  • Feed fraction 1 allows.
  • the adsorption process A ' is
  • the interfering components to be removed are withdrawn via line 2, while the purified feed fraction is fed via line 3 to the first membrane separation process M1.
  • Retentatstrom 4 at least partially as a purge gas 4 'the upstream
  • this retentate stream 4 can be at least partially expanded via a turbine, not shown in FIG. 1, so that the overall process can be optimized in terms of energy.
  • the first helium-enriched permeate stream 5 obtained in the first membrane separation process M1 is mixed with stream 6 containing a helium-containing recycle stream 13, which will be discussed in more detail below, compressed in one or more stages (compressor V) and then fed to the second membrane separation process M2 ,
  • the compressor discharge is at least 10 bar.
  • the second helium-enriched permeate stream 7 is separated into a helium-containing product fraction 8 and a helium-containing purge gas stream 9.
  • Pressure swing adsorption processes are well known in the art.
  • the pressure swing adsorption process A to be provided according to the invention is preferably realized in one or more adsorbers arranged in parallel.
  • the helium fed to the pressure swing adsorption process A flows through it.
  • enriched permeate stream 7 first an aluminum oxide layer and then a molecular sieve layer.
  • a silica gel and / or an activated carbon layer can be provided between the aluminum oxide layer and the molecular sieve layer.
  • the second helium-depleted retentate stream 10 obtained in the second membrane separation process M2 is subjected to a third membrane separation process M3 according to the invention. While the resulting in this separation process helium-depleted retentate stream 1 1 is withdrawn from the process, the resulting third helium-enriched permeate stream 12 is mixed together with the above-described helium-containing purge gas stream 9 to also described above recycle stream 13 and recycled before the compression V.
  • the above-described third membrane separation process M3 essentially determines the helium yield of the method according to the invention.
  • a large part of the helium contained in the second retentate 10 is recovered as permeate stream 12 and recycled before the compression V.
  • Membrane separation process M1 can take advantage of the pressure level of
  • Feed fraction 1 or 3 in the first membrane separation process 1 a virtually helium-free retentate 4 are separated. This has the consequence that the recirculated flow can be minimized.
  • Adsorption process A is already a way available to remove carbon dioxide at low concentrations and total low flow rates. at However, higher concentrations in the feed fraction 1 or too large a flow may require or be an alternative carbon dioxide separation.
  • the process according to the invention for obtaining a helium-containing product fraction is therefore proposed that the compressed stream 6 of a
  • Carbon dioxide separation B is subjected, which is arranged in the case of a multi-stage compression V after the last compressor stage or between two compressor stages.
  • the carbon dioxide separation B is preferably as
  • the carbon dioxide separation can be provided at three different points of the process according to the invention.
  • the feed fraction 1 can be subjected to carbon dioxide separation.
  • a disadvantage of this variant is that the separation property of
  • Membrane separation stage 1 is not utilized and the entire feed fraction 1 must be treated. Further, as described above and shown in FIG. 1, the compressed stream 6 may be subjected to carbon dioxide separation B. This procedure makes it possible to select the optimum pressure level for the carbon dioxide separation process and the desired residual carbon dioxide concentration. In addition, it is advantageous that the stream 6 is generally smaller than the feed fraction 1, but in any case only the fraction of the carbon dioxide must be removed, which actually enters the circuit via the first helium-enriched permeate stream 5.
  • the feed stream preferably has a pressure range from 16 to 80 bar, more preferably from 20 to 60 bar.
  • the permeate stream of the first membrane preferably has a pressure range from 0.5 bar to 10 bar, more preferably from 1 bar to 5 bar.
  • the stream upstream of the compressor preferably has a pressure range from 0.5 bar to 10 bar, more preferably from 1 to 5 bar.
  • the stream downstream of the compressor preferably has a pressure range of 10 to 80 bar, more preferably 15 to 60 bar.
  • the permeate stream of the third membrane preferably has a pressure range from 5 to 30 bar, more preferably from 5 to 20 bar.
  • the retentate stream of the third membrane preferably has a pressure range from 10 to 80 bar, more preferably from 15 to 60 bar.
  • Permeate stream of the third membrane mixed stream preferably has a pressure range of 0.5 to 10 bar, more preferably from 1 to 5 bar.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen einer heliumhaltigen Produktfraktion (8) aus einer Einsatzfraktion (1, 3), die neben Helium wenigstens eine schlechter als Helium durch eine Membran permeierende Komponente, insbesondere Stickstoff und/oder Methan, aufweist, wobei a) die Einsatzfraktion (1, 3) einem erste Membrantrennprozess (M1) unterworfen wird, b) der dabei gewonnene erste Helium-angereicherte Permeatstrom (5) mit einem heliumhaltigen Recyclestrom (13) vermischt (6), verdichtet (V) und einem zweiten Membrantrennprozess (M2) unterworfen wird, c) der dabei gewonnene zweite Helium-angereicherte Permeatstrom (7) einem Druckwechseladsorptionsprozess (A) oder einem vierten Membrantrennprozess unterworfen wird, d) wobei der im Druckwechseladsorptionsprozess (A) oder der im vierten Membrantrennprozess gewonnene heliumhaltige Strom die Produktfraktion (8) darstellt, e) der im zweiten Membrantrennprozess (M2) anfallende zweite Helium- abgereicherte Retentatstrom (10) einem dritten Membrantrennprozess (M3) unterworfen wird, und f) der dabei gewonnene dritte Helium-angereicherte Permeatstrom (12) mit dem im Druckwechseladsorptionsprozess (A) anfallenden Spülgasstrom (9) oder dem im vierten Membrantrennprozess anfallenden Helium-abgereicherten Retentatstrom zum Recyclestrom (13) vermischt werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Gewinnen einer Helium-reichen Produktfraktion
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gewinnen einer heliumhaltigen Produktfraktion aus einer Einsatzfraktion, die neben Helium wenigstens eine schlechter als Helium durch eine Membran permeierende Komponente, insbesondere Stickstoff und/oder Methan, aufweist.
Helium ist für viele Anwendungen von großer Bedeutung. Es liegt jedoch im Regelfall nur in verdünnter Form vor, beispielsweise in Erdgas oder in Spülgasen aus diversen Produktionsverfahren. Da es sich bei Helium um einen endlichen Rohstoff handelt, kommt Prozessen, mit denen Helium gewonnen bzw. zurückgewonnen werden kann, eine zunehmend wirtschaftliche Bedeutung zu.
Aus dem US-Patent US 5,632,803 ist ein Verfahren zum Gewinnen einer Helium- reichen Produktfraktion bekannt, bei dem in einem ersten Schritt mittels einer
Membrantrennstufe ein Helium-angereicherter Permeatstrom gewonnen wird. In einem ersten Druckwechseladsorptionsprozess erfolgt eine Aufkonzentrierung dieses Heliumangereicherten Permeatstromes auf ca. 50 Vol.-% Helium. In einem nachgeschalteten zweiten Druckwechseladsorptionsprozess wird aus dem derart aufkonzentrierten Helium-reichen Strom eine Produktfraktion mit einer Reinheit von mehr als 95 Vol.-% gewonnen.
Die internationale Patentanmeldung WO 2003/01 1431 offenbart ebenfalls ein kombiniertes Membran-Adsorptionsverfahren zur Rückgewinnung von Helium. Hierbei wird das durch eine Anwendung verunreinigte Helium adsorptiv gereinigt und erneut der Anwendung zugeführt. Das für diese adsorptive Reinigung erforderliche Spülgas wird einer Membrantrennstufe zugeführt und der in ihr gewonnene Heliumangereicherte Permeatstrom wird vor den Adsorptionsprozess zurückgeführt, während der Retentatstrom ausgeschleust wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Gewinnen einer heliumhaltigen Produktfraktion aus einer
Einsatzfraktion anzugeben, das die Gewinnung eines Helium-Produktstromes mit hoher Reinheit bei gleichzeitig hoher Ausbeute aus unterschiedlichsten Quellen ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden ein Verfahren sowie eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Gewinnen einer heliumhaltigen Produktfraktion zeichnet sich dadurch aus, dass
a) die Einsatzfraktion (1 , 3) einem erste Membrantrennprozess (M1 ) unterworfen wird,
b) der dabei gewonnene erste Helium-angereicherte Permeatstrom (5) mit einem heliumhaltigen Recyclestrom (13) vermischt (6), verdichtet (V) und einem zweiten Membrantrennprozess (M2) unterworfen wird,
c) der dabei gewonnene zweite Helium-angereicherte Permeatstrom (7) einem Druckwechseladsorptionsprozess (A) oder einem vierten Membrantrennprozess unterworfen wird,
d) wobei der im Druckwechseladsorptionsprozess (A) oder der im vierten
Membrantrennprozess gewonnene heliumhaltige Strom die Produktfraktion (8) darstellt,
e) der im zweiten Membrantrennprozess (M2) anfallende zweite Helium- abgereicherte Retentatstrom (10) einem dritten Membrantrennprozess (M3) unterworfen wird, und
f) der dabei gewonnene dritte Helium-angereicherte Permeatstrom (12) mit dem im Druckwechseladsorptionsprozess (A) anfallenden Spülgasstrom (9) oder dem im vierten Membrantrennprozess anfallenden Helium-abgereicherten Retentatstrom zum Recyclestrom (13) vermischt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum
Gewinnen einer heliumhaltigen Produktfraktion sind Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.
Erfindungsgemäß erfolgt die Gewinnung einer heliumhaltigen Produktfraktion nunmehr mittels eines Verfahrens, das drei Membrantrennprozesse und einen
Adsorptionsprozess oder vier Membrantrennprozesse miteinander kombiniert. Unter heliumhaltiger Produktfraktion soll insbesondere eine Produktfraktion verstanden werden, die mehr als 25 Vol.-% Helium enthält, oder mehr als 60 Vol.-%, oder mehr als 95 Vol.-% oder mehr als 99 Vol.-%.
Mit dem Verfahren kann ein Einsatzgas enthaltend weniger als 10 vol. -% Helium behandelt werden, insbesondere weniger als 5 vol. -%, besonders weniger als 1 vol. - %, und bevorzugt weniger als 0,5 vol.-%, besonders bevorzugt weniger als 0,2 vol.-%. Mittels der erstgenannten Kombination, also dem Vorsehen eines
Druckwechseladsorptionsprozesses, kann eine heliumhaltige Produktfraktion gewonnen werden, deren Reinheit wenigstens 95 Vol.-% beträgt. Sofern eine geringere Reinheit der Helium-Produktfraktion ausreichend ist, kann die zweitgenannte Kombination, bei der anstelle des Druckwechseladsorptionsprozesses ein vierter Membrantrennprozess vorgesehen ist, realisiert werden.
Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren ist eine Gewinnung einer heliumhaltigen Produktfraktion mit hoher Reinheit aus einem Einsatzgas enthaltend gringe Helium bei niedrigem Druckbereich möglich.
Vorzugsweise sind die im Membranprozess verwendeten Membranen hochselektive Polymermembranen mit medium Permeabilität. Die Membranen sind bevorzugt aus Polyimide oder Polysulfone, Polyamid, Polyaramid hergestellt und haben eine bevorzugte Selektivität des Materials bezüglich Helium von mehr als 20 (d.h. He/N2 Selektivität), besonders bevorzugt mehr als 35. Diese Selektivität erfolgt unter einer Temperatur von 0°C bis 80°C. Die Permeabilität der Membran wird als N2 Permeanz der Membran dargestellt, die bei einer Temperatur zwischen 0°C und 80°C mehr als 0, 1 GPU beträgt
Aufgrund der Rückführung des im Druckwechseladsorptionsprozess anfallenden Spülgasstromes und des dritten Helium-angereicherte Permeatstroms vor den zweiten Membrantrennprozess kann neben der hohen Reinheit eine hohe Ausbeute realisiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Gewinnen einer heliumhaltigen Produktfraktion sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen desselben seien nachfolgend anhand des in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Einsatzfraktion 1 , bei der es sich beispielsweise um Erdgas handelt, enthält neben Helium beispielsweise die Komponente(n) Methan und/oder Stickstoff. Üblicherweise weist die Einsatzfraktion 1 einen Druck von mehr als 10 bar auf. Die Einsatzfraktion 1 kann darüber hinaus störende Komponenten, wie bspw. Kohlenwasserstoffe, Wasser, Kohlendioxid, Schwefel-haltige Verbindungen, Halogenide und/oder FCKWs, enthalten. In diesem Falle wird sie zunächst einem Adsorptionsprozess A' zugeführt, der derart ausgelegt ist, dass er eine Abtrennung dieser störenden Komponenten aus der
Einsatzfraktion 1 ermöglicht. Bei dem Adsorptionsprozess A' handelt es sich
vorzugsweise um einen thermisch regenerierten Adsorber oder um ein Guardbett, das nicht regeneriert werden muss. Die zu entfernenden störenden Komponenten werden über die Leitung 2 abgezogen, während die gereinigte Einsatzfraktion über Leitung 3 dem ersten Membrantrennprozess M1 zugeführt wird.
Im ersten Membrantrennprozess M1 fällt ein erster Helium-abgereicherter
Retentatstrom 4 an, der zumindest teilweise als Spülgas 4' dem vorgeschalteten
Adsorptionsprozess A' zugeführt werden kann. Alternativ oder ergänzend kann dieser Retentatstrom 4 zumindest teilweise über eine in der Figur 1 nicht dargestellte Turbine entspannt werden, wodurch der Gesamtprozess energetisch optimiert werden kann. Der im ersten Membrantrennprozess M1 gewonnene erste Helium-angereicherte Permeatstrom 5 wird mit einem heliumhaltigen Recyclestrom 13, auf den im Folgenden noch näher eingegangen werden wird, zum Strom 6 vermischt, ein- oder mehrstufig verdichtet (Verdichter V) und anschließend dem zweiten Membrantrennprozess M2 zugeführt. Hierbei liegt der Verdichterenddruck bei wenigstens 10 bar. Der im zweiten Membrantrennprozess M2 gewonnene zweite Helium-angereicherte Permeatstrom 7, der vorzugsweise einen Helium-Gehalt von wenigstens 25 Vol.-% aufweist, wird erfindungsgemäß einem Druckwechseladsorptionsprozess A
unterworfen. In diesem wird der zweite Helium-angereicherte Permeatstrom 7 in eine heliumhaltige Produktfraktion 8 und einen Helium-enthaltenden Spülgasstrom 9 aufgetrennt.
Druckwechseladsorptionsprozesse sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Der erfindungsgemäß vorzusehende Druckwechseladsorptionsprozess A wird vorzugsweise in einem oder mehreren, parallel angeordneten Adsorbern realisiert. Hierbei durchströmt der dem Druckwechseladsorptionsprozess A zugeführte Helium- angereicherte Permeatstrom 7 zunächst eine Aluminiumoxid-Schicht und anschließend eine Molekularsieb-Schicht. Ggf. können zwischen der Aluminiumoxid-Schicht und der Molekularsieb-Schicht eine Silikagel- und/oder eine Aktivkohle-Schicht vorgesehen sein.
Der im zweiten Membrantrennprozess M2 anfallende zweite Helium-abgereicherte Retentatstrom 10 wird erfindungsgemäß einem dritten Membrantrennprozess M3 unterworfen. Während der in diesem Trennprozess anfallende Helium-abgereicherte Retentatstrom 1 1 aus dem Prozess abgezogen wird, wird der anfallende dritte Helium- angereicherte Permeatstrom 12 gemeinsam mit dem vorbeschriebenen Heliumenthaltenden Spülgasstrom 9 zum ebenfalls vorbeschriebenen Recyclestrom 13 vermischt und vor die Verdichtung V zurückgeführt.
Der vorbeschriebene dritte Membrantrennprozess M3 bestimmt wesentlich die Helium- Ausbeute des erfindungsgemäßen Verfahrens. In ihm wird ein Großteil des im zweiten Retentatstrom 10 enthaltenen Heliums als Permeatstrom 12 gewonnen und vor die Verdichtung V zurückgeführt. Diese Rückführung des Permeatstromes 12, gemeinsam mit dem Spülgasstrom 9 des Druckwechseladsorptionsprozesses A, führt zur
Anreicherung von Helium im Kreislauf und hat die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verbundene hohe Ausbeute und Reinheit zur Folge.
Aufgrund des ersten, dem vorbeschriebenen Kreislauf vorgeschalteten
Membrantrennprozesses M1 kann unter Ausnutzung des Druckniveaus der
Einsatzfraktion 1 bzw. 3 im ersten Membrantrennprozess 1 ein nahezu Helium-freier Retentatstrom 4 abgetrennt werden. Dies hat zur Folge, dass der im Kreislauf geführte Mengenstrom minimiert werden kann. Je höher hierbei das Druckverhältnis über die Membran des ersten Membrantrennprozesses M1 bzw. je höher deren Selektivität für Helium ist, desto kleiner wird die im Kreislauf geführte Gasmenge. In Abhängigkeit des Kohlendioxid-Gehalts der Einsatzfraktion 1 kann es erforderlich sein, dass eine Abtrennung des Kohlendioxids realisiert wird, um eine zu starke Anreicherung des Kohlendioxids im Kreislauf zu verhindern. Mit dem
vorbeschriebenem, dem ersten Membrantrennprozess M1 vorgeschalteten
Adsorptionsprozess A' steht bereits eine Möglichkeit zur Verfügung, Kohlendioxid bei niedrigen Konzentrationen und insgesamt geringen Mengenströmen zu entfernen. Bei höheren Konzentrationen in der Einsatzfraktion 1 bzw. einem zu großen Mengenstrom kann jedoch eine alternative Kohlendioxid-Abtrennung erforderlich bzw. von Vorteil sein. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Gewinnen einer heliumhaltigen Produktfraktion weiterbildend wird daher vorgeschlagen, dass der verdichtete Strom 6 einer
Kohlendioxid-Abtrennung B unterworfen wird, wobei diese im Falle einer mehrstufigen Verdichtung V nach der letzten Verdichterstufe oder zwischen zwei Verdichterstufen angeordnet ist. Hierbei ist die Kohlendioxid-Abtrennung B vorzugsweise als
physikalischer oder chemischer Absorptionsprozess, als
Druckwechseladsorptionsprozess oder als indirekt thermisch regenerierter
Adsorptionsprozess (Rapid-TSA) ausgeführt.
Grundsätzlich kann die Kohlendioxid-Abtrennung an drei unterschiedlichen Stellen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen werden. Zum einen im heliumhaltigen Recyclestrom 13, wobei dieser Strom jedoch drucklos vorliegt und folglich die für die Kohlendioxid-Abtrennung erforderlichen Apparate vergleichsweise groß werden. Zum anderen kann die Einsatzfraktion 1 einer Kohlendioxid-Abtrennung unterworfen werden. Nachteilig an dieser Variante ist, dass die Trenneigenschaft der
Membrantrennstufe 1 nicht ausgenutzt wird und die gesamte Einsatzfraktion 1 behandelt werden muss. Des Weiteren kann, wie vorstehend beschrieben und in der Figur 1 dargestellt, der verdichtete Strom 6 einer Kohlendioxid-Abtrennung B unterworfen werden. Diese Verfahrensweise ermöglicht es, das für den Kohlendioxid- Abtrennprozess optimale Druckniveau und die gewünschte Kohlendioxid- Restkonzentration zu wählen. Darüber hinaus ist von Vorteil, dass der Strom 6 in der Regel kleiner ist als die Einsatzfraktion 1 , in jedem Fall aber nur der Anteil des Kohlendioxids entfernt werden muss, der über den erste Helium-angereicherten Permeatstrom 5 tatsächlich in den Kreislauf gelangt. Der Feedstrom hat bevorzugt einen Druckbereich von 16 bis 80 bar, besonders bevorzugt von 20 bis 60 bar.
Der Permeatstrom der ersten Membran hat bevorzugt einen Druckbereich von 0,5 bar bis 10 bar, besonders bevorzugt von 1 bar bis 5 bar. Der Strom stromaufwärts des Verdichters hat bevorzugt einen Druckbereich von 0,5 bar bis 10 bar, besonders bevorzugt von 1 bis 5 bar.
Der Strom stromabwärts des Verdichters hat bevorzugt einen Druckbereich von 10 bis 80 bar, besonders bevorzugt von 15 bis 60 bar.
Der Permeatstrom der dritten Membran hat bevorzugt einen Druckbereich von 5 bis 30 bar, besonders bevorzugt von 5 bis 20 bar.
Der Retentatstrom der dritten Membran hat bevorzugt einen Druckbereich von 10 bis 80 bar, besonders bevorzugt von 15 bis 60 bar.
Der von dem Spülgasstrom der Druckwechseladsorptionseinheit und dem
Permeatstrom der dritten Membran gemischte Strom hat bevorzugt einen Druckbereich von 0,5 bis 10 bar, besonders bevorzugt von 1 bis 5 bar.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Gewinnen einer heliumhaltigen Produktfraktion (8) aus einer Einsatzfraktion ( , 3), die neben Helium wenigstens eine schlechter als Helium durch eine Membran permeierende Komponente, insbesondere Stickstoff und/oder Methan, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
a) die Einsatzfraktion (1 , 3) einem erste Membrantrennprozess (M1 ) unterworfen wird,
b) der dabei gewonnene erste Helium-angereicherte Permeatstrom (5) mit einem heliumhaltigen Recyclestrom (13) vermischt (6), verdichtet (V) und einem zweiten Membrantrennprozess (M2) unterworfen wird,
c) der dabei gewonnene zweite Helium-angereicherte Permeatstrom (7) einem Druckwechseladsorptionsprozess (A) oder einem vierten Membrantrennprozess unterworfen wird,
d) wobei der im Druckwechseladsorptionsprozess (A) oder der im vierten
Membrantrennprozess gewonnene heliumhaltige Strom die Produktfraktion (8) darstellt,
e) der im zweiten Membrantrennprozess (M2) anfallende zweite Helium- abgereicherte Retentatstrom (10) einem dritten Membrantrennprozess (M3) unterworfen wird, und
f) der dabei gewonnene dritte Helium-angereicherte Permeatstrom (12) mit dem im Druckwechseladsorptionsprozess (A) anfallenden Spülgasstrom (9) oder dem im vierten Membrantrennprozess anfallenden Helium-abgereicherten Retentatstrom zum Recyclestrom (13) vermischt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Helium- angereicherte Permeatstrom (5) nach der Vermischung mit dem heliumhaltigen Recyclestrom (13) auf einen Druck von wenigstens 10 bar, vorzugsweise wenigstens 15 bar verdichtet wird (V).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Einsatzfraktion (1 , 3) einen Druck von mehr als 10 bar, vorzugsweise von mehr als 15 bar aufweist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsatzfraktion (1 ) mehr als 0, 1 Vol. -% Helium enthält, bevorzugt mehr als 0,3 Vol. -%, besonders bevorzugt mehr als 0,5 Vol. -%
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Helium-Gehalt des zweiten Helium-angereicherten Permeatstroms (7) wenigstens 25 Vol.-% beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dabei gewonnene dritte Helium-angereicherte
Permeatstrom (12) mit dem im Druckwechseladsorptionsprozess (A) anfallenden Spülgasstrom (9) zum Recydestrom (13) vermischt wird, wobei die Reinheit der im Druckwechseladsorptionsprozess (A) gewonnenen heliumhaltigen Produktfraktion (8) wenigstens 95 Vol.-%, vorzugsweise wenigstens 99 Vol-%, beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dabei gewonnene dritte Helium-angereicherte
Permeatstrom (12) mit dem im vierten Membrantrennprozess anfallenden Helium- abgereicherten Retentatstrom zum Recydestrom ( 3) vermischt wird, wobei die Reinheit der im vierten Membrantrennprozess gewonnenen heliumhaltigen Produktfraktion (8) höchstens 99 Vol.-%, vorzugsweise höchstens 95 Vol-%, beträgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei die
Einsatzfraktion (1 ) störende Komponenten, insbesondere Kohlenwasserstoffe,
Wasser, Kohlendioxid, Schwefel-haltige Verbindungen, Halogenide und/oder FCKWs enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die störenden Komponenten mittels eines dem ersten Membrantrennprozess (M1 ) vorgeschalteten
Adsorptionsprozesses (Α'), vorzugsweise eines thermisch regenerierten
Adsorptionsprozesses, abgetrennt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der im ersten
Membrantrennprozess (M1 ) anfallende erste Helium-abgereicherte Retentatstrom (4) zumindest teilweise als Spülgas (4') für den vorgeschalteten
Adsorptionsprozess (Α') verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass der im ersten Membrantrennprozess (M1) anfallende erste Helium-abgereicherte Retentatstrom (4) zumindest teilweise über eine Turbine, entspannt wird.
1 1. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass der Druckwechseladsorptionsprozess (A) in einem oder mehreren, parallel angeordneten Adsorbern realisiert wird, wobei der dem
Druckwechseladsorptionsprozess (A) zugeführte Helium-angereicherte
Permeatstrom (7) zunächst eine Aluminiumoxid-Schicht und anschließend eine Molekularsieb-Schicht durchströmt.
12. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der
Aluminiumoxid-Schicht und der Molekularsieb-Schicht eine Silikagel- und/oder eine Aktivkohle-Schicht vorgesehen ist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass der verdichtete Strom (6) einer Kohlendioxid-Abtrennung (B) unterworfen wird, wobei diese im Falle einer mehrstufigen Verdichtung (V) nach der letzten Verdichterstufe oder zwischen zwei Verdichterstufen angeordnet ist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kohlendioxid-Abtrennung (B) als physikalischer oder chemischer Absorptionsprozess, als Druckwechseladsorptionsprozess oder als indirekt thermisch regenerierter Adsorptionsprozess (Rapid-TSA) ausgeführt ist.
15. Vorrichtung zum Gewinnen einer heliumhaltigen Produktfraktion (8) aus einer
Einsatzfraktion (1 ,3), aufweisend zumindest:
a) eine erste Membrantrennstufe (M1) zum Abtrennen von Helium von einer Einsatzfraktion (1 ,3) mit einer ersten Membran, wobei die erste Membran (4) für Helium leichter permeabel ist als für zumindest eine weitere Komponente der Einsatzfraktion, und wobei die erste Membrantrennstufe (M1) auf der ersten Retentatseite einen ersten Einsatzfraktionseinlass und einen ersten
Retentatstromauslass aufweist und weiterhin auf der ersten Permeatseite einen ersten Permeatstromauslass aufweist, b) eine zweite Membrantrennstufe (M2) zum Abtrennen von Helium von einer Einsatzfraktion(1 ,3) mit einer zweiten Membran zwischen einer zweiten
Retentatseite und einer zweiten Permeatseite, wobei die zweite Membran für Helium leichter permeabel ist als für zumindest eine weitere Komponente der Einsatzfraktion(1 ,3), wobei die zweite Membrantrennstufe (3) auf der zweiten Retentatseite einen zweiten Einsatzfraktionseinlass und einen zweiten
Retentatstromauslass aufweist und weiterhin auf der zweiten Permeatseite einen zweiten Permeatstromauslass aufweist; und
c) eine dritte Membrantrennstufe (M3) zum Abtrennen von Helium von einer Einsatzfraktion(1 ,3) mit einer dritten Membran zwischen einer dritten
Retentatseite und einer dritten Permeatseite, wobei die dritte Membran für Helium leichter permeabel ist als für zumindest eine weitere Komponente der
Einsatzfraktion(1 ,3), wobei die dritte Membrantrennstufe (M3) auf der dritten Retentatseite einen dritten Einsatzfraktionseinlass und einen dritten
Retentatstromauslass aufweist und weiterhin auf der dritten Permeatseite einen dritten Permeatstromauslass aufweist; und
d) eine Druckwechseladsorptionseinheit (A) zum Abtrennen von Helium, aufweisend einen vierten Einsatzfraktioneinlass, einen Spülgasauslass und einen Produktgasauslass,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Einsatzfraktioneinlass mit einer Zuführleitung für ein Helium enthaltendes Einsatzfraktion (1 ,3) in Strömungsverbindung steht, der erste Permeatstromauslass mit dem zweite Einsatzfraktionseinlass in Strömungsverbindung steht,
der zweite Retentatstromauslass mit dem dritten Einsatzfrationseinlass in Strömungsverbindung steht, und der zweite Permeatstromauslass mit dem vierten Einsatzfraktionseinlass der Druckwechseladsorptionseinheit (A) in Strömungsverbindung steht;
der Produktgasauslass der Druckwechseladsorptionseinheit (A) mit einer Produktgasleitung (8) in Strömungsverbindung bringbar ist,
der dritte Permeatstromauslass mit der Verbindung (5,6) zwischen der ersten Membrantrennstufe (M1) und der zweiten Membrantrennstufe (M2) in Strömungsverbindung steht, sowie der Spülgasauslass der Druckwechseladsorptionseinheit (A) mit der Verbindung (5,6) zwischen der ersten Membrantrennstufe (M1 ) und der zweiten Membrantrennstufe (M2) in Strömungsverbindung steht. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass stromauf der zweiten Membrantrennstufe (M2) ein Verdichter (V) zum Verdichten einer heliumhaltigen Einsatzfraktion (3,6) vorgesehen ist, der dazu ausgebildet ist, die Einsatzfraktion vor dem Einleiten in die zweite Membrantrennstufe (M2) zu verdichten.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, dass stromauf der ersten Membrantrennstufe (M1 ) eine
Vorreinigungseinheit (Α') zum Entfernen zumindest einer Komponente des Prozessgases vorgesehen ist, wobei die Vorreinigungseinheit (Α') bevorzugt als eine der folgenden Einheiten ausgebildet ist:
- eine Temperaturwechseladsorptionseinheit, wobei insbesondere stromab der Temperaturwechseladsorptionseinheit ein Guard-Bett vorgesehen ist,
- ein Guard-Bett,
- ein Reaktor zur Entfernung der mindestens einen Komponente, insbesondere mittels einer thermischen Oxidation.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, dass stromauf der zweiten Membrantrennstufe (M2) sowie insbesondere stromab des Verdichters (V) eine Kohlendioxid-Abtrennungseinheit (B) vorgesehen ist.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, dass der Retentatstromauslass der ersten Membrantrennstufe (M1 ) mit der Vorreinigungseinheit (Α') in Verbindung steht.
PCT/EP2015/001605 2015-08-04 2015-08-04 Verfahren zum gewinnen einer helium-reichen produktfraktion WO2017020919A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2015/001605 WO2017020919A1 (de) 2015-08-04 2015-08-04 Verfahren zum gewinnen einer helium-reichen produktfraktion
TW105124659A TW201716130A (zh) 2015-08-04 2016-08-03 提取富氦產物部分之方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2015/001605 WO2017020919A1 (de) 2015-08-04 2015-08-04 Verfahren zum gewinnen einer helium-reichen produktfraktion

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017020919A1 true WO2017020919A1 (de) 2017-02-09

Family

ID=53785603

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2015/001605 WO2017020919A1 (de) 2015-08-04 2015-08-04 Verfahren zum gewinnen einer helium-reichen produktfraktion

Country Status (2)

Country Link
TW (1) TW201716130A (de)
WO (1) WO2017020919A1 (de)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108525463A (zh) * 2018-04-20 2018-09-14 辽宁石油化工大学 一种co2/ch4混合气体中co2的分离方法
EP3498668A1 (de) * 2017-12-12 2019-06-19 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und anlage zur gewinnung von reinhelium
EP3513863A1 (de) * 2018-01-22 2019-07-24 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und anlage zur gewinnung von reinhelium
CN110719806A (zh) * 2017-06-08 2020-01-21 沙特阿拉伯石油公司 从气态物流的氦回收
CN111715028A (zh) * 2020-06-24 2020-09-29 大连理工大学 一种产品多元化的氦气高收率分离提纯耦合工艺
WO2021032319A1 (de) 2019-08-22 2021-02-25 Linde Gmbh Verfahren und anlage zur bearbeitung von erdgas
WO2021032315A1 (en) * 2019-08-20 2021-02-25 Linde Gmbh Method and arrangement for recovering helium
US10962283B2 (en) 2018-09-13 2021-03-30 Air Products And Chemicals, Inc. Helium extraction from natural gas
RU2779486C1 (ru) * 2017-12-12 2022-09-07 Линде Акциенгезельшафт Способ и установка для получения чистого гелия
US11548784B1 (en) 2021-10-26 2023-01-10 Saudi Arabian Oil Company Treating sulfur dioxide containing stream by acid aqueous absorption
US11926799B2 (en) 2021-12-14 2024-03-12 Saudi Arabian Oil Company 2-iso-alkyl-2-(4-hydroxyphenyl)propane derivatives used as emulsion breakers for crude oil
US11952270B2 (en) 2020-10-05 2024-04-09 L'Air Liquide, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Method and system for purification of helium using cryogenic, membrane, and adsorption techniques

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110844894A (zh) * 2019-12-20 2020-02-28 西安保埃罗环保科技有限公司 一种氦气提浓系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0945163A1 (de) * 1997-10-09 1999-09-29 Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh Ein Verfahren zur Trennung/Rückgewinnung von Gasen
US20140243574A1 (en) * 2013-02-26 2014-08-28 Air Liquide Advanced Technologies U.S. Llc Helium Recovery From Natural Gas

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0945163A1 (de) * 1997-10-09 1999-09-29 Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh Ein Verfahren zur Trennung/Rückgewinnung von Gasen
US20140243574A1 (en) * 2013-02-26 2014-08-28 Air Liquide Advanced Technologies U.S. Llc Helium Recovery From Natural Gas

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110719806A (zh) * 2017-06-08 2020-01-21 沙特阿拉伯石油公司 从气态物流的氦回收
US11325066B2 (en) 2017-06-08 2022-05-10 Saudi Arabian Oil Company Helium recovery from gaseous streams
EP3498668A1 (de) * 2017-12-12 2019-06-19 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und anlage zur gewinnung von reinhelium
RU2779486C1 (ru) * 2017-12-12 2022-09-07 Линде Акциенгезельшафт Способ и установка для получения чистого гелия
CN111770784A (zh) * 2018-01-22 2020-10-13 林德有限责任公司 用于提取纯氦的方法和系统
US11607641B2 (en) 2018-01-22 2023-03-21 Linde Gmbh Method and system for extracting pure helium
WO2019141508A1 (de) * 2018-01-22 2019-07-25 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und anlage zur gewinnung von reinhelium
EP3513863A1 (de) * 2018-01-22 2019-07-24 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und anlage zur gewinnung von reinhelium
RU2782032C2 (ru) * 2018-01-22 2022-10-21 Линде Гмбх Способ и система для извлечения чистого гелия
CN111770784B (zh) * 2018-01-22 2022-12-09 林德有限责任公司 用于提取纯氦的方法和系统
CN108525463A (zh) * 2018-04-20 2018-09-14 辽宁石油化工大学 一种co2/ch4混合气体中co2的分离方法
RU2797379C2 (ru) * 2018-08-17 2023-06-05 Линде Гмбх Способ и система для извлечения гелиевого продукта из природного газа с помощью мембранного блока
US10962283B2 (en) 2018-09-13 2021-03-30 Air Products And Chemicals, Inc. Helium extraction from natural gas
WO2021032315A1 (en) * 2019-08-20 2021-02-25 Linde Gmbh Method and arrangement for recovering helium
WO2021032319A1 (de) 2019-08-22 2021-02-25 Linde Gmbh Verfahren und anlage zur bearbeitung von erdgas
US20210402345A1 (en) * 2020-06-24 2021-12-30 Dalian University Of Technology Separation and purification coupled process with high helium yield and diversified products
CN111715028A (zh) * 2020-06-24 2020-09-29 大连理工大学 一种产品多元化的氦气高收率分离提纯耦合工艺
US11697092B2 (en) * 2020-06-24 2023-07-11 Dalian University Of Technology Separation and purification coupled process with high helium yield and diversified products
US11952270B2 (en) 2020-10-05 2024-04-09 L'Air Liquide, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Method and system for purification of helium using cryogenic, membrane, and adsorption techniques
US11548784B1 (en) 2021-10-26 2023-01-10 Saudi Arabian Oil Company Treating sulfur dioxide containing stream by acid aqueous absorption
US11926799B2 (en) 2021-12-14 2024-03-12 Saudi Arabian Oil Company 2-iso-alkyl-2-(4-hydroxyphenyl)propane derivatives used as emulsion breakers for crude oil

Also Published As

Publication number Publication date
TW201716130A (zh) 2017-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017020919A1 (de) Verfahren zum gewinnen einer helium-reichen produktfraktion
EP3034466B1 (de) Kombiniertes membran-druckwechseladsorptions- verfahren zur rückgewinnung von helium
DE69529759T2 (de) Mehrstufiges trennverfahren mit semipermeablen membranen
EP0083433B1 (de) Adsorptionsverfahren zur Trennung von Kohlenwasserstoffen
DE3877315T2 (de) Integriertes druckwechseladsorptions/membrantrennungsverfahren.
DE69014675T2 (de) Absorptionsverfahren zur Rückgewinnung von zwei hochreinen Gasprodukten aus zusammengesetzten Gasgemischen.
DE69116781T2 (de) Integriertes Verfahren zur Herstellung von Kohlenoxyd
DE69926526T2 (de) Wiedergewinnung von c02 und h2 aus psa-abgasen in einer h2-produktionsanlage
DE3716898C2 (de)
DE3716899C1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Heliumgewinnung
DE102008062497A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung eines kohlendioxidhaltigen Gasstroms aus einer Großfeuerungsanlage
DE3307974A1 (de) Verfahren zur gewinnung von stickstoff
EP0103070A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Gasen mit Adsorbentien
EP0092695B1 (de) Verfahren zur Gewinnung von Edelgasen mit kleinen Atomdurchmessern, insbes. Helium aus Sauerstoff und/oder Stickstoff enthaltenden Gasgemischen
DE4236263A1 (de) Verfahren zum Gewinnen eines hochreinen Wasserstoff- und eines hochreinen Kohlenmonoxidstromes
DE3887986T2 (de) Druckwechseladsorptionsverfahren.
EP1181087B1 (de) Sf6-abtrennung aus isoliergasen aus gasisolierten leitungen
WO2006034765A1 (de) Verfahren zur adsorptiven abtrennung von kohlendioxid und wasser oder kohlendioxid und methanol
EP3583994A1 (de) Anlage zur reinigung von rohsynthesegas mit turboexpander
WO2016020042A1 (de) Rückgewinnung von gasen, insbesondere permanentgasen, aus stoffströmen, insbesondere aus abgasströmen von polymerisationen
EP0146646A1 (de) Verfahren zur Abtrennung und Gewinnung von relativ stark an Adsorptionsmitteln adsorbierbaren Gasen aus ansonsten im wesentlichen nur schwächer adsorbierbare Gase enthaltenden Gasgemischen
DE3207089A1 (de) Druckwechseladsorptionsverfahren
DE102017005254A1 (de) Verschaltung unterschiedlicher Adsorber zur Kohlenmonoxidgewinnung
DE102012008446A1 (de) Abtrennen von Helium aus einer Methan-reichen Fraktion
EP4144431A1 (de) Verfahren und anlage zur trenntechnischen bearbeitung eines gasgemischs

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15747751

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15747751

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1