[发明专利]一种从管道天然气中回收氦气的方法和装置

说明书

本发明公开了一种从管道天然气中回收氦气的方法和装置，其是先将管道天然气通过浓缩工艺进行浓缩，可将氦气含量200～500ppm的管道天然气浓缩到氦气含量20％以上；然后再将浓缩后的原料粗氦气经过提纯回收工艺提纯。本发明针对我国含氦量≥300ppm的管道天然气，通过多级膜分离组件、变压吸附提纯装置、氢氦分离装置及变温吸附提纯装置等从管道天然气中直接获得高纯的氦气。本发明不同于低温分馏工艺，而是采用复合工艺，对天然气中氦气含量适应能力较强，可以直接用于处理300ppm以上的管道天然气并获得高纯氦气。本发明涉及天然气回收氦气技术领域，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、井口天然气等回收制取高纯氦气。

技术领域

本发明属于氦气回收技术领域，特别是涉及一种从管道天然气中回收氦气的方法和装置。

背景技术

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。

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95％，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。

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-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。

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2-3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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以直接用于处理300ppm以上的管道天然气并从中获得高纯氦气的从管道天然气中回收氦气的方法和装置。

本发明提供的一种从管道天然气中回收氦气的方法，其是先将管道天然气通过浓缩工艺进行浓缩，从300～500ppm浓缩到20％(体积)以上；然后再将浓缩后的管道天然气经过提纯回收工艺提纯。

本发明还提供了一种从管道天然气中回收氦气的装置，其包括氦气浓缩系统以及氦气提纯回收系统；所述氦气浓缩系统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；所述氦气提纯回收系统包括通过输气管路依次连接的变压吸附提纯装置、氢氦分离装置、脱氢装置和变温吸附TSA提纯装置；所述变压吸附提纯装置连接多级膜分离组件。

本发明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，出变压吸附提纯装置的粗氦气进入氢氦分离装置，氢氦分离装置的出口连接脱氢装置和变温吸附(TSA)提纯装置，经变温吸附(TSA)提纯装置获得高纯氦气。其中多级膜分离组件、变压吸附提纯装置、氢氦分离装置所产生的尾气或者再生气返回储罐，经压缩机增压、调压后返回输气管道，从而减少管道输送气量的损耗。