УСТАНОВКА ОЧИСТКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ОТ ГЕЛИЯ

Полезная модель относится к области разделения газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран и может быть использована в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.
Из описания к патенту RU 2322284 известна установка очистки природного газа от гелия, содержащая мембранный модуль с полостями высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной, при этом полость высокого давления с одной стороны сообщена с подводящим трубопроводом, а с противоположной стороны с отводящим поток непроникшего газа трубопроводом, полость низкого давления сообщена с трубопроводом отвода проникшего газа, в котором установлен компрессор.
К недостаткам известной установки очистки природного газа от гелия следует отнести низкую производительность и высокие энергозатраты, поскольку для полной очистки всего объема природного газа необходимо его многократное компримирование, так как за один цикл отбирается только 15% от входного потока.
Из обзора А.М.Кулиева и др. «Мембранные методы разделения газовых смесей и их применение для выделения гелия из природного газа», М, ВНИИЭгазпром, 1977, с.38-39, рис.11 известна установка очистки природного газа высокого давления от гелия, содержащая два мембранных модуля с полостями высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной, полость высокого давления первого мембранного модуля с одной стороны сообщена с подводящим трубопроводом, а с другой стороны - с выходным трубопроводом, полость низкого давления первого мембранного модуля соединена первым трубопроводом отвода проникшего газа, в котором установлен первый компрессор, с полостью высокого давления второго мембранного модуля, подключенную с другой стороны к трубопроводу отвода непроникшей газовой смеси, при этом полость низкого давления второго мембранного модуля соединена вторым трубопроводом отвода проникшего газа, с входом второго компрессора, и трубопровод отвода газовой смеси с повышенным содержанием гелия.
В известной установке при очистке природного газа основным целевым продуктом является газовая смесь с повышенным содержанием гелия, а в качестве побочного продукта выступает очищенный природный газ. Использование известной установки для получения очищенного природного газа в качестве целевого продукта будет связано со значительными энергетическими потерями и низкой производительностью.
Техническим результатом заявленной полезной модели является понижение энергетических затрат и повышение производительности при очистке природного газа, выступающего в качестве целевого продукта.
Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что в установке очистки природного газа высокого давления от гелия, содержащей два мембранных модуля с полостями высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной, полость высокого давления первого мембранного модуля с одной стороны сообщена с подводящим трубопроводом, а с другой стороны с выходным трубопроводом, отводящим очищенный природный газ, полость низкого давления первого мембранного модуля соединена трубопроводом отвода проникшего газа, в котором установлен первый компрессор, с полостью высокого давления второго мембранного модуля, подключенную с другой стороны к трубопроводу отвода непроникшей газовой смеси, при этом полость низкого давления второго мембранного модуля соединена вторым трубопроводом отвода проникшего газа с входом второго компрессора, и трубопровод отвода газовой смеси с повышенным содержанием гелия, трубопровод отвода непроникшей газовой смеси в полости высокого давления второго мембранного модуля подключен к выходному трубопроводу, а к выходу второго компрессора подключен трубопровод отвода газовой смеси с повышенным содержанием гелия. Установка может быть снабжена дополнительными мембранными модулями, при этом к каждому из мембранных модулей параллельно подключен по крайней мере один дополнительный мембранный модуль с образованием мембранного газоразделительного блока. В каждом мембранном модуле мембрана выполнена в виде полупроницаемых полых волокон.
На фигуре представлена схема установки очистки природного газа от гелия.
Установка очистки природного газа высокого давления от гелия содержит два мембранных модуля 1 и 2 с полостями 3 и 4 высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной 5, полость 3 высокого давления первого мембранного модуля 1 с одной стороны сообщена с подводящим трубопроводом 6, а с другой стороны с выходным трубопроводом 7, отводящим очищенный природный газ, полость 4 низкого давления первого мембранного модуля 1 соединена трубопроводом 8 отвода проникшего газа, в котором установлен первый компрессор 9, с полостью 3 высокого давления второго мембранного модуля 2, подключенную с другой стороны к трубопроводу 10 отвода непроникшей газовой смеси, при этом полость 4 низкого давления второго мембранного модуля 2 соединена вторым трубопроводом 11 отвода проникшего газа с входом второго компрессора 12, и трубопровод 13 отвода газовой смеси с повышенным содержанием гелия. Трубопровод 10 отвода непроникшей газовой смеси в полости 3 высокого давления второго мембранного модуля 2 подключен к трубопроводу 7, отводящему очищенный природный газ, а к выходу второго компрессора 12 подключен трубопровод 13 отвода газовой смеси с повышенным содержанием гелия.
Установка может быть снабжена дополнительными мембранными модулями, при этом к каждому из мембранных модулей 1 и 2 параллельно подключен по крайней мере один дополнительный мембранный модуль с образованием мембранного газоразделительного блока. В каждом мембранном модуле мембрана выполнена в виде полупроницаемых полых волокон.
Установка очистки природного газа высокого давления от гелия работает следующим образом.
Сырьевой природный газ высокого давления, содержащий гелий, подается в мембранный модуль 1 (или в мембранные модули мембранного газоразделительного блока) по подводящему трубопроводу 6. В мембранном модуле 1 происходит разделение природного газа на поток высокого давления непроникшего газа и поток газа, проникшего через мембрану 5. Поток газа, непроникшего в мембранном модуле 1, с минимальным содержанием гелия направляется из установки по выходному трубопроводу 7 к потребителю, при этом данный очищенный природный газ поступает потребителю с остаточным содержанием гелия, соответствующим принятым нормам (не более 0,10% об.). Поток проникшего газа направляется по первому отводящему трубопроводу 8 в полость 3 высокого давления второго мембранного модуля 2, при этом поток проникшего газа компримируется первым компрессором 9. Из второго мембранного модуля 2 поток непроникшего газа по отводящему трубопроводу 10 поступает в выходной трубопровод 7. Проникший газ во втором мембранном модуле 2 с повышенным содержанием гелия направляется по трубопроводу 11 на вход второго компрессора 12. С выхода второго компрессора 12 газовая смесь с повышенным содержанием гелия по трубопровод 13 отвода направляется либо на утилизацию, либо на дальнейшую переработку.
Таким образом, поскольку в данной установке очищенный от гелия природный газ поступает к потребителю от двух мембранных модулей 1 и 2, то она обладает повышенной производительностью при низких - энергозатратах.