一种从管道天然气中浓缩氦气的装置的制作方法

1.本实用新型属于氦气回收技术领域，特别是涉及一种从管道天然气中浓缩氦气的装置。


背景技术：

2.氦气是一种无色无味的惰性气体，被广泛应用于光纤、半导体、医疗、国防等诸多领域，是一种不可再生的稀缺性战略资源。氦气用途广、用量大，但获取来源却有限，空气中氦含量约为5ppm，不具备提取价值，目前主要来源于天然气开采中的伴生氦气回收。
3.我国是典型的贫氦国，天然气伴生氦含量普遍在200～600ppm之间，直接从天然气中回收提取氦气面临技术复杂、成本高、经济性不突出等问题，导致我国所用氦气对进口的依赖度超过90％，2018年后每年约进口3000万立方米以上，我国贫氦的现状严重制约国防和国民经济发展。
4.相对于美国、卡塔尔、俄罗斯等国天然气含氦量普遍1000ppm以上，我国天然气含氦量普遍较低。然而我国是典型的能源消耗大国，有典型的榆林
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内蒙、青海、新疆、川渝等几大气区，天然气储量、开采量较为巨大。
5.我国现在所开发的lng液化过程中的bog气回收氦气技术和装置已经有2
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3套开车并产出合格的高纯氦气，普遍采用低温分馏工艺。然而在bog气中氦气含量被浓缩十倍以上，所涉及的技术较为简单。更为重要的是，我国lng液化厂相对于庞大的天然气开采量占比较小，即使国内所有液化厂均开展回收氦气项目所生产的氦气也仅占我国每年消耗氦气的20～30％，依然缺口较大。因此开展管道天然气回收氦气的研究意义重大，也是解决我国氦气供给自足的唯一方法和途径。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种可将氦含量300ppm以上的管道天然气浓缩至氦含量20％(体积)以上的装置，从而为后续获得高纯氦气提供了具有较高氦含量的基础原料气，拓展了氦气的来源。
7.本实用新型提供的一种从管道天然气中浓缩氦气的装置，其包括连接管道天然气引出管的一级膜分离组件以及与一级膜分离组件相连接的多级膜分离组件，所述一级膜分离组件与多级膜分离组件之间设有压缩机；所述管道天然气引出管与一级膜分离组件之间设有脱重烃的填料塔；所述一级膜分离组件设有连接返回管道的非渗透气出口管路。
8.作为优选方案，所述多级膜分离组件至少包含相串联的二级膜分离组件和三级膜分离组件；所述二级膜分离组件和三级膜分离组件之间设置或不设置压缩机。
9.作为优选方案，所述二级膜分离组件和三级膜分离组件均设有尾气或再生气出口管路，所述尾气或再生气出口管路连接到返回管道。
10.作为优选方案，所述尾气或者再生气出口管路连接到储罐，储罐的另一端通过管路连接返回管道。
11.作为优选方案，所述装置还包括变压吸附提纯装置，所述变压吸附提纯装置连接多级膜分离组件；所述多级膜分离组件与变压吸附提纯装置之间设有压缩机。
12.作为优选方案，所述变压吸附提纯装置设有尾气或再生气出口管路，所述尾气或再生气出口管路连接到返回管道。
13.作为优选方案，所述尾气或者再生气出口管路连接到储罐，储罐的另一端通过管路连接返回管道。
14.作为优选方案，所述的变压吸附提纯装置由双塔或者三塔组成，内部装有吸附材料活性炭。
15.本实用新型是将来自天然气输气管道的原料天然气经脱重烃处理后调压进入一级膜分离组件。一级膜分离组件的非渗透尾气相对于原料天然气压降较小，可直接返回管道并输送至下游用气。一级膜分离组件渗透气连接至压缩机，经压缩机增压后进入多级膜分离组件。多级膜分离组件的渗透气经过增压泵增压后送入变压吸附提纯装置。
16.本实用新型针对我国含氦量≥300ppm的管道天然气，通过多级膜分离组件将管道天然气中直接浓缩获得较高氦含量的粗氦原料。本实用新型可应用于天然气输气管道、天然气净化站、天然气增压站、天然气调输站、井口天然气等浓缩制取高氦含量的粗氦原料，从而为后续获得高纯氦气提供具有较高氦含量的基础原料气，拓展了氦气的来源。
附图说明
17.图1为一种氦气浓缩装置结构示意图。
18.图2为另一种氦气浓缩装置结构示意图。
19.图中：601一级膜分离组件，602压缩机，603、605多级膜分离组件，604压缩机，606压缩机、607变压吸附提纯装置，t611储罐，612 填料塔。
20.下面结合附图对本

技术实现要素：
的进一步说明以作为对本实用新型技术内容的阐释，但本实用新型的实质内容并不仅限于下述实施例所述，本领域的普通技术人员可以且应当知晓任何基于本实用新型实质精神的简单变化或替换均应属于本实用新型所要求的保护范围。
具体实施方式
21.如图1，本实用新型采用了一种从管道天然气中浓缩氦气的装置，其包括连接管道天然气引出管的一级膜分离组件601以及与一级膜分离组件601相连接的多级膜分离组件；其中，多级膜分离组件采用相串联的二级膜分离组件603和三级膜分离组件605。二级膜分离组件603的气体入口端连接一级膜分离组件601的渗透气出口端，二级膜分离组件 603的渗透气出口端连接三级膜分离组件605的气体入口端。同时，在管道天然气引出管与一级膜分离组件601之间设置脱重烃的填料塔。
22.具体的，本实用新型先是将管道天然气先经填料塔处理析出脱除 c6 重烃后调压送入一级膜分离组件601进行一级分离。填料塔脱除c6 重烃采用常用天然气重烃脱除吸附法，其中的填料可采用吸附剂如分子筛、硅胶和活性氧化铝等。从一级膜分离组件601出来的渗透其经压缩机604增压后依次送入二级膜分离组件603、三级膜分离组件605进行多级膜分离，使得最终膜分离后渗透出来的粗氦原料气含氦量达到20％以上。二级膜分离组
件603、三级膜分离组件605的尾气返回t611并经压缩泵602增压返回输气管道。其中二级膜分离组件603和三级膜分离组件605是有机串级工艺，可以在二级膜分离组件603/三级膜分离组件 605之间增加一级压缩泵，也可以不增加。一级膜分离组件601、压缩机604、二级膜分离组件603、三级膜分离组件605及压缩机606有机耦合，可以把管道天然气中氦气含量从≥300ppm浓缩至≥20％的原料粗氦。本实用新型中采用的膜分离组件采用常用的高分子中空纤维膜，膜材料通常为聚砜、聚酰胺等高分子聚合物材料。预处理的原料气高压下送入一级膜分离组件，小分子如氦气、氢气可以通过膜，形成低压侧出口的渗透气，而大分子如甲烷、氮气等则会滞留形成高压侧出口的非渗透气，非渗透气由于压降不大，则可送入返回管道。当然，本实用新型中的膜分离组件不局限于本实施例所采用的三级串联方式，为获得较高粗氦含量可以采用更多级的膜分离组件，但考虑经济性，优选三级串联为佳。其中，二级膜分离组件603、三级膜分离组件605所产生的尾气或者再生气返回储罐t611，经压缩机602增压、调压后返回输气管道，从而减少管道输送气量的损耗。
23.具体实施方式二
24.如图2采用了一种从管道天然气中浓缩氦气的装置，其包括连接管道天然气引出管的一级膜分离组件601以及与一级膜分离组件601相连接的多级膜分离组件；其中，多级膜分离组件采用相串联的二级膜分离组件603和三级膜分离组件605。二级膜分离组件603的气体入口端连接一级膜分离组件601的渗透气出口端，二级膜分离组件603的渗透气出口端连接三级膜分离组件605的气体入口端。同时，在管道天然气引出管与一级膜分离组件601之间设置脱重烃的填料塔。而经三级膜分离组件605获得的渗透气再经过增压泵606增压后送入变压吸附(psa) 提纯装置607进行吸附后则可获得氦含量≥98％的粗氦(包括氢)。二级膜分离组件603、三级膜分离组件605、变压吸附提纯装置607所产生的尾气或者再生气返回储罐t611，经压缩机602增压、调压后返回输气管道，从而减少管道输送气量的损耗。其中的变压吸附提纯装置607采用常见的双塔设计，内部装有活性炭等吸附材料，通过加压将其他杂质吸附在多孔吸附材料上，而通过减压可将杂质再从吸附剂上脱附出来完成吸附剂的再生，而氦氢小分子则被提纯，通过变压吸附提纯可以有效脱除氮、氧、氩等一系列杂质，而且在常温环境下工作。这样就能够获得氦含量更高的粗原料，为后续高纯氦气的纯化提供了具有较高氦含量的原料气，拓展了氦气的来源。
25.应当说明的是，本实用新型的上述所述之技术内容仅为使本领域技术人员能够获知本实用新型技术实质而进行的解释与阐明，故所述之技术内容并非用以限制本实用新型的实质保护范围。本实用新型的实质保护范围应以权利要求书所述之为准。本领域技术人员应当知晓，凡基于本实用新型的实质精神所作出的任何修改、等同替换和改进等，均应在本实用新型的实质保护范围之内。