УСТАНОВКА ДВУХСТАДИЙНОГО ПОЛУЧЕНИЯ ГЕЛИЕВОГО КОНЦЕНТРАТА ИЗ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Полезная модель относится к области разделения газовых смесей с помощью мембран и производства гелиевого концентрата и может использоваться в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.
Из описания к патенту RU 114423 известна установка очистки природного газа высокого давления от гелия, включающая два мембранных модуля с зонами высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной. При этом зона высокого давления первого мембранного модуля с одной стороны соединена с подводящим сырьевой газ трубопроводом, а с другой стороны - с выходным трубопроводом, отводящим очищенный природный газ. Зона низкого давления первого мембранного модуля соединена трубопроводом отвода проникшего газа, в котором установлен первый компрессор, с зоной высокого давления второго мембранного модуля, подключенную с другой стороны к трубопроводу отвода непроникшей газовой смеси. При этом зона низкого давления второго мембранного модуля соединена вторым трубопроводом отвода проникшего газа с входом второго компрессора, соединенного с трубопроводом отвода газовой смеси с повышенным содержанием гелия. Трубопровод отвода непроникшей газовой смеси в зоне высокого давления второго мембранного модуля подключен к трубопроводу, отводящему очищенный природный газ.
К недостаткам известной установки очистки природного газа от гелия следует отнести невозможность получения гелиевого концентрата как после первой ступени, так и после второй ступени извлечения гелия из природного газа, а также большая площадь мембранной поверхности второй ступени газоразделения.
Техническими результатами заявленной полезной модели является расширение функциональных возможностей - получение гелиевого концентрата, а также снижение площади мембранной поверхности второй ступени газоразделения.
Данные технические результаты обеспечиваются за счет того, что в установке очистки природного газа высокого давления от гелия, содержащей два мембранных модуля с зонами высокого и низкого давления, разделенными полупроницаемой мембраной, зона высокого давления первого мембранного модуля с одной стороны сообщена с подводящим природный газ трубопроводом, а с другой стороны с выходным трубопроводом, отводящим очищенный природный газ из установки, зона низкого давления первого мембранного модуля соединена трубопроводом отвода проникшего газа, на линии которого установлен первый компрессор, с блоком получения гелиевого концентрата и с зоной высокого давления второго мембранного модуля, подключенного с другой стороны к трубопроводу отвода непроникшей газовой смеси, при этом зона низкого давления второго мембранного модуля соединена вторым трубопроводом отвода проникшего газа с входом второго компрессора, трубопровод отвода непроникшей газовой смеси в зоне высокого давления второго мембранного модуля подключен к трубопроводу, отводящему очищенный природный газ из установки, и к трубопроводу рециркуляции непроникшего газового потока в подводящий трубопровод, а к выходу второго компрессора подключен трубопровод вывода газовой смеси с повышенным содержанием гелия из установки для дальнейшей подачи на блок получения гелиевого концентрата. Установка может быть снабжена дополнительными мембранными модулями, при этом к каждому из мембранных модулей параллельно подключен, по меньшей мере, один дополнительный мембранный модуль, совместно составляющие мембранный газоразделительный блок.
На фиг. представлена схема установки двухстадийного получения гелиевого концентрата из природного газа.
Установка двухстадийного получения гелиевого концентрата из природного газа включает подводящий трубопровод 1, по которому сырьевой газ подается на, по меньшей мере, один мембранный модуль первой ступени 2 с зонами высокого 3 и низкого 4 давления, разделенными полупроницаемой мембраной 5. Зона высокого давления, по меньшей мере, одного мембранного модуля первой ступени 2 соединена с трубопроводом 6, отводящим природный газ с пониженным содержанием гелия из установки. Зона низкого давления 4, по меньшей мере, одного мембранного модуля первой ступени 2 соединена трубопроводом 7, по которому проникший через мембрану поток газа подается на первый компрессор 8, дожимается и по трубопроводу 9 поступает на, по меньшей мере, один мембранный модуль второй ступени 10 в зону высокого 11 давления. Зоны высокого 11 и низкого 12 давлений разделены полупроницаемой мембраной 13. Зона высокого давления, по меньшей мере, одного мембранного модуля второй ступени 10 посредством трубопровода 14 отвода непроникшей газовой смеси на второй ступени подключена к трубопроводу 6, отводящему природный газ с пониженным содержанием гелия из установки. При этом предусмотрена возможность соединения трубопровода 14 посредством трубопровода 15 с трубопроводом 1, подводящим природный газ на вход, по меньшей мере, одного мембранного модуля первой ступени 2.
Зона низкого давления, по меньшей мере, одного мембранного модуля второй ступени соединена трубопроводом 16 отвода проникшего газа с входом второго компрессора 17, выход которого подключен к трубопроводу 18 подачи газовой смеси с повышенным содержанием гелия на блок получения гелиевого концентрата 19 криогенным методом или методом короткоцикловой адсорбции.
Трубопровод 9 соединен с блоком производства гелиевого концентрата 19 посредством трубопровода 20 для подачи газового потока, обогащенного гелием, полученного на первой ступени мембранного разделения.
Блок получения гелиевого концентрата 19 снабжен трубопроводом 21 вывода гелиевого концентрата из установки.
Установка может быть снабжена дополнительными мембранными модулями, при этом к каждому из мембранных модулей параллельно подключен, по крайней мере, один дополнительный мембранный модуль, совместно составляющие мембранный газоразделительный блок.
Установка двухстадийного получения гелиевого концентрата из природного газа работает следующим образом.
Сырьевой природный газ высокого давления, содержащий гелий, по подводящему трубопроводу 1 подается в мембранный модуль (модули блока) первой ступени 2 в зону высокого давления 3, отделенную от зоны низкого давления 4 полупроницаемой мембраной 5. В мембранном модуле (модулях блока) происходит разделение природного газа на поток непроникшего газа высокого давления с пониженным (относительно сырьевого газа) содержанием гелия, выводящийся из установки по трубопроводу 6, и поток газа, проникшего через мембрану 5, с повышенным (относительно сырьевого газа) содержанием гелия. Поток газа, обогащенного гелием, направляется по отводящему трубопроводу 7 на компримирование в первый компрессор 8, после чего подается по трубопроводу 9 в мембранный модуль (модули блока) второй ступени 10 в зону высокого давления 11, отделенную от зоны низкого давления 12 полупроницаемой мембраной 13. Поток непроникшего газа из мембранного модуля (модулей блока) второй ступени отводится по трубопроводу 14 и смешивается с непроникшим потоком, полученным на первой мембранной ступени и отводящемуся из установки по трубопроводу 6. В зависимости от состава исходного природного газа обеспечивается рециркуляция непроникшего потока, полученного на второй мембранной ступени, по трубопроводу 15 в подводящий трубопровод 1 для подачи вместе с исходным природным газом в мембранный модуль (модули блока) первой ступени. Проникший поток газа с повышенным содержанием гелия из мембранного модуля (модулей блока) второй ступени 10 направляется по трубопроводу 16 на вход второго компрессора 17, откуда газовая смесь по трубопроводу 18 поступает на блок получения гелиевого концентрата 19 криогенным методом или с использованием технологии короткоцикловой адсорбции.
В зависимости от состава сырьевого газа обеспечивается подача скомпримированного компрессором 8 потока обогащенного гелием газа на блок получения гелиевого концентрата 19 по трубопроводу 20.
Таким образом, поскольку на блок получения гелиевого концентрата поступает меньший объем газа с высоким (относительно сырьевого газа) содержанием гелия, процесс производства гелиевого концентрата потребует значительно меньших энергозатрат, по сравнению с вариантом получения гелиевого концентрата из сырьевого газа. Кроме того, возможность рециркуляции непроникшего газового потока второго мембранного модуля на вход первого мембранного модуля позволит обеспечить содержание гелия в непроникшем (подготовленном) газе в соответствии с необходимыми требованиями при сокращении площади поверхности мембран второй ступени газоразделения.