[发明专利]从包含氦、二氧化碳与氮和甲烷至少之一的流回收氦

说明书

本发明提供用于从包含氦、二氧化碳与氮和甲烷至少之一的进料回收氦的系统和方法。进料在第一分离器中分离，以形成氦富集流和CO₂富集流。氦富集流在变压吸附单元分离，以形成富氦产物流和贫氦流。至少部分贫氦流随进料再循环到第一分离器。在一些实施方案中，用膜分离单元促进氦回收。

相关申请交叉引用

本申请为2012年8月2日提交的美国专利申请序列号13/564,871的部分继续案，所述申请通过引用结合到本文中。

技术领域

本发明提供用于从包含二氧化碳与氮和甲烷至少之一的进料流得到富氦产物馏分的系统和方法。

背景技术

有很多高压气田提供用于油气工业的富二氧化碳气流。这些流的二氧化碳(CO₂)含量一般大于50%体积，通常约60至约98%体积。另外，气体混合物一般包含甲烷(例如，约0.1至约20%体积)、氮(高达约30%体积)、少量氩、氢和较重的烃及高达约1%体积氦馏分。工业上，这些富CO₂气流已用于促进油回收(EOR)，并在经济上合理时任选回收相关的烃。

氦用于多种用途，包括例如低温过程、加压和清洗系统、保持控制气氛和焊接。然而，由于氦正变得越来越稀有，现正研究回收氦的新方法，包括回收这种富CO₂流中包含的少量氦。为了这样做，必须回收产物流，产物流具有足够组成和压力，用于在氦纯化和液化过程中进一步处理。因此，回收的富氦产物馏分应在氮中具有至少约35%体积氦含量，优选大于50%体积，只有微量的CO₂。

由于CO₂的三相点为-56.6℃，依赖通过低温蒸馏过程进行的相分离的纯化过程可只从进料气体混合物进行粗CO₂分离。CO₂分离也可通过其它方法进行，例如胺洗涤、甲醇洗涤或吸附法(例如，变压吸附(PSA))，但氦和CO₂回收增加到最大限度而功率需求减小到最低限度的改进方法在工业上和经济上合乎需要。

美国专利3,653,220描述从含天然气的进料回收氦，其中进料中的CO₂(22%体积)用低温分离单元上游的CO₂ PSA去除。然而，从天然气进料回收氦比从具有大于50%体积CO₂的进料回收氦简单，因为可在回收过程早期用低温分离产生纯氦。

美国专利3,740,962类似于前面方法，不同之处在于CO₂从天然气进料用胺洗涤单元回收，然后，通过低温分离过程用外部致冷剂冷凝进料气体从主要甲烷流分离粗氦。

WO 2010/060533描述用低温分离过程从包含氦的天然CO₂源批量分离CO₂，并进一步下游氦纯化。DE 102008007925描述通过部分冷凝进料随后分离成富氦馏分和贫氦馏分从包含氦、氮和甲烷的进料回收氦。

本发明提供从CO₂进料回收氦，同时优选使进料中的至少98%氦回收到氦产物，优选回收回到管线的进料中的至少99%CO₂，使功率需求最大限度地减小，并通过任选排除氦回收过程内的氮满足下游管线CO₂组成需求的改进方法。

发明内容

本发明提供用于从包含氦、二氧化碳和至少一种具有氦和二氧化碳之间挥发性的中间组分(例如，氮和甲烷)的进料回收氦的系统和方法。

本发明的一些实施方案包括在大于-82.7℃温度从氦分离二氧化碳和中间挥发性组分，以生成富氦产物流，其中富氦产物流中至少一种中间组分的浓度低于其在进料流中的浓度，且其中至少部分分离通过蒸气与液体接触实现。