Способ получения фракции чистого гелия



Способ получения фракции чистого гелия
Способ получения фракции чистого гелия

 


Владельцы патента RU 2573083:

ЛИНДЕ АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)

Изобретение относится к способу получения фракции чистого гелия из исходной фракции, содержащей гелий, метан и азот. Исходную фракцию подвергают разделению N2/CH4 (А). Полученную при разделении N2/CH4 фракцию, содержащую в основном гелий и азот, сжимают (В). Сжатую фракцию подвергают удалению N2 (D), и обогащенную гелием фракцию, полученную при отделении N2, подвергают процессу адсорбционной очистки (E), в котором получают фракцию чистого гелия. Технический результат заключается в том, что благодаря значительному удалению горючих компонентов существенно снижаются требования безопасности (например, защита от взрыва) на следующих технологических этапах. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к способу получения фракции чистого гелия из исходной фракции, содержащей по меньшей мере гелий, метан и азот.

Гелий добывают промышленно почти исключительно из смеси легколетучих компонентов природного газа, причем эта смесь помимо гелия содержит обычно метан и азот, а также в следовых количествах водород, аргон и другие благородные газы. Гелий скапливается с другими газами в подземных, достаточно газонепроницаемых структурах. Гелий становится доступным при добыче нефти как компонент попутного нефтяного газа или при добыче природного газа (DE 10106484 A1). Получение гелия из атмосферного воздуха хотя и возможно теоретически, но из-за низкой концентрации экономически невыгодно.

Чтобы избежать нежелательного вымораживания в процессе сжижения гелия, объемная концентрация примесей в потоке сжижаемого гелия не должна превышать значения 100 ppm, предпочтительно 10 ppm. По этой причине процессу сжижения гелия предшествует процесс очистки гелия. Он состоит обычно из комбинации криогенного процесса, обычно базирующегося на частичной конденсации, и адсорбционного процесса, причем в последнем регенерация может осуществляться путем колебаний давления и/или температуры.

Во многих случаях выгодно рассчитывать процесс очистки гелия так, чтобы наряду с очищенным гелием можно было получать технически чистый азот, в котором суммарное объемное содержание примесей составляет менее 100 ppm, предпочтительно менее 10 ppm.

Однако, чтобы можно было выдавать азот желаемой чистоты, дополнительно следует предусматривать разделение N2/CH4. Как правило, только часть, обычно от 5 до 70%, предпочтительно от 10 до 50% азота, содержащегося в очищаемой смеси, доводится до высокой чистоты. Остальной азот вместе с метаном выпускается в атмосферу как газ низкого давления, либо сразу, либо после этапа окисления, реализуемого предпочтительно в факеле или в сжигательной печи. Если содержание метана в этой фракции N2/CH4 составляет по меньшей мере 10 об.%, ее можно отпускать как горючий газ и/или направлять на получение метана.

На примере осуществления, представленном на фигуре 1, поясняется характерный способ получения фракции чистого гелия из исходной фракции, содержащей по меньшей мере гелий, метан и азот.

В этом способе исходную фракцию 100 сначала подвергают сжатию (A') до давления 20-40 бар. Затем сжатую исходную фракцию 101, поскольку она содержит водород, предпочтительно подвергают каталитическому удалению водорода (B'). Очищенную таким образом исходную фракцию 102 проводят после этого на криогенное удаление азота (C'). Оттуда по линии 106 отбирается фракция, обогащенная N2/CH4, и подвергается криогенному разделению N2/CH4 (E'). Оттуда по линии 107 отбирается фракция, обогащенная N2/CH4, а по линии 108 отбирается фракция азота, которая обычно имеет суммарное объемное содержание примесей менее 100 ppm, предпочтительно менее 10 ppm.

Обогащенная гелием фракция 103, полученная при криогенном отделении азота (C'), подвергается процессу адсорбционной очистки (D'). Это может быть процесс адсорбции с переменной температурой (TSA), переменным давлением (PSA), процесс вакуумно-напорной PSA (VPSA) или комбинация вышеуказанных процессов. Полученная здесь фракция чистого гелия отбирается по линии 104 и проводится на дальнейшее применение, например, на сжижение. Образующуюся в процессе адсорбции (D') фракцию остаточного газа 105 можно добавлять к исходной фракции 100.

Задачей настоящего изобретения является разработать родственный способ получения фракции чистого гелия, который имеет пониженные капитальные и производственные затраты.

Для решения этой задачи предлагается способ получения фракции чистого гелия из исходной фракции, содержащей по меньшей мере гелий, метан и азот, который отличается тем, что:

a) исходную фракцию подвергают разделению N2/CH4,

b) полученную при разделении N2/CH4 фракцию, содержащую в основном гелий и азот, сжимают,

c) сжатую фракцию подвергают удалению N2, и

d) обогащенную гелием фракцию, полученную при отделении N2, подвергают процессу адсорбционной очистки, в котором получают фракцию чистого гелия.

Следующие выгодные варианты осуществления предлагаемого изобретением способа получения фракции чистого гелия, которые являются объектами зависимых пунктов формулы изобретения, отличаются тем, что:

- сжатую фракцию перед проведением на удаление N2 подвергают удалению H2,

- полученную при отделении N2/CH4 фракцию, содержащую в основном гелий и азот, сжимают до давления 15-35 бар, предпочтительно 20-25 бар,

- процесс адсорбционной очистки оформлен как процесс TSA, PSA или VPSA,

- отделение N2/CH4 осуществляется путем промывки, причем на нее как орошение подают азот, предпочтительно жидкий, который получен при отделении N2, и/или

- промывка предпочтительно проводится при давлении от 1,2 до 5 бар, предпочтительно от 1,5 до 2 бар.

Предлагаемый изобретением способ получения фракции чистого гелия далее подробнее поясняется на примере осуществления, представленном на фигуре 2.

Исходную фракцию 1, содержащую по меньшей мере гелий, метан и азот, согласно изобретению сначала подвергают отделению N2/CH4 (A). Образующуюся при этом обогащенную N2/CH4 фракцию отбирают по линии 10. Отделение N2/CH4 (A) предпочтительно осуществляется промывкой или в скруббере. Исходная фракция 1 подается в куб скруббера. Как орошение в голову скруббера предпочтительно подается сжиженный азот (9), полученный при отделении N2 (D), которое еще будет описано позднее. Скруббер работает при давлении предпочтительно от 1,2 до 5 бар, в частности, от 1,5 до 2 бар. Кроме того, скруббер работает при температуре, соответствующей температуре кипения азота в указанном диапазоне давлений (от -195 до -185°C).

Полученная при отделении N2/CH4 (A) фракция (2), содержащая в основном гелий и азот, проводится затем на компрессорную установку B. Там происходит сжатие до давления 15-35 бар, предпочтительно 20-25 бар.

Если исходная фракция 1 или 2 содержит водород, следует предусмотреть установку отделения водорода C, выполненную предпочтительно как каталитическая, на которую подается сжатая фракция 3. Затем обработанная в установке C отделения водорода фракция 4 подвергается отделению азота D, оформленному предпочтительно как криогенное. Оттуда по линии 5 отводится обогащенная азотом фракция и при необходимости направляется на дальнейшее применение, как, например, при предварительном охлаждении гелия перед сжижением и при применении для радиационной защиты резервуара с жидким гелием.

Фракция 6 чистого гелия, полученная при отделении азота (D), подвергается процессу адсорбционной очистки (E), из которого по линии 7 отводится полученная фракция чистого гелия. При проведении процесса в соответствии с изобретением также можно подавать фракцию 8 остаточного газа, образующуюся в процессе адсорбционной очистки E, в исходную фракцию, но теперь, однако, подача идет во фракцию 2, уже значительно избавленную от метана и азота.

В отличие от варианта способа, описанного на фигуре 1, в способе получения фракции чистого гелия, предлагаемом изобретением, исходная фракция перед ее сжатием по существу очищена от метана, возможно имеющихся других высококипящих газов и большей части азота, типично на 10-90%, предпочтительно на 30-80%. Теперь оставшуюся фракцию, содержащую в основном гелий и азот, сжимают до давления 15-35 бар, предпочтительно 20-25 бар. При этом устанавливается объемное содержание метана в сжатой фракции <100 ppm, предпочтительно <10 ppm.

Благодаря предварительному отделению фракции N2/CH4 последующие технологические этапы проводятся с меньшей нагрузкой. Хотя теперь требуется два независимых (криогенных) этапа разделения, капитальные и производственные затраты снижаются. Кроме того, благодаря значительному удалению горючих компонентов существенно снижаются требования безопасности (например, защита от взрыва) на следующих технологических этапах.

Азот, скапливающийся при отделении N2 (D), соответствует типичным требованиям к чистоте (это означает, что суммарное объемное содержание примесей составляет ≤100 ppm, предпочтительно ≤10 ppm), которые предъявляются к жидкому азоту, применяющемуся в установках получения гелия. Жидкий азот может применяться, например, для предварительного охлаждения гелия перед сжижением и для использования в радиационной защите резервуаров с жидким гелием.

1. Способ получения фракции чистого гелия из исходной фракции, содержащей по меньшей мере гелий, метан и азот, отличающийся тем, что:
a) исходную фракцию (1) подвергают разделению N2/CH4 (A),
b) полученную при разделении N2/CH4 (A) фракцию (2), содержащую в основном гелий и азот, сжимают (B),
c) сжатую фракцию (3) удаляют N2 (D), и
d) обогащенную гелием фракцию (6), полученную при отделении N2 (D), подвергают процессу адсорбционной очистки (E), в котором получают фракцию чистого гелия (7).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сжатую фракцию (3) перед проведением на удаление N2 (D) подвергают удалению H2 (C).

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что полученную при отделении N2/CH4 (A) фракцию (2), содержащую в основном гелий и азот, сжимают (B) до давления 15-35 бар, предпочтительно 20-25 бар.

4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что процесс адсорбционной очистки (E) оформлен как процесс TSA, PSA или VPSA.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что отделение N2/CH4 (A) осуществляют путем промывки, причем на него как орошение подают азот (9), предпочтительно жидкий, который получен при отделении N2 (D).

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что промывку предпочтительно проводят при давлении от 1,2 до 5 бар, предпочтительно от 1,5 до 2 бар.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу сжижения природного газа путем непрерывного изменения состава по меньшей мере одной охлаждающей смеси. На одном этапе охлаждения природный газ охлаждают посредством теплообмена с одной охлаждающей смесью, циркулирующей в закрытом контуре охлаждения.

Изобретение относится к производству этановой фракции, сжиженных углеводородных газов и к подготовке природного и попутного нефтяного газа для производства сжиженного природного газа и может быть реализовано на объектах нефтяной, нефтехимической и газовой промышленности.

Изобретение относится к технике и технологии низкотемпературной переработки газа и может быть использовано на объектах нефте- и газоперерабатывающей промышленности.

Изобретение относится к способу сжижения природного газа, в котором: указанный природный газ приводят в контакт с водным раствором, обогащенным растворителем, с получением газовой фазы, обогащенной растворителем, и водной фазы, обедненной растворителем.

Изобретение относится к способу разложения азотосодержащей исходной фракции с высоким содержанием углеводородов, предпочтительно природного газа, при этом: исходную фракцию частично сжижают и методом ректификации разделяют на обогащенную азотом фракцию и обедненную азотом фракцию с высоким содержанием углеводородов.

Изобретение относится к способу производства жидкого СО2 из газообразных продуктов сгорания. Топочный газ сжимают в первом компрессоре, затем охлаждают в первом охладителе и частично конденсируют на двух ступенях разделения.

Группа изобретений относится к способу обработки природного газа, содержащего диоксид углерода. В способе обработки природный газ разделяют посредством криогенного процесса.

Изобретение относится к способу удаления фракции с высоким содержанием азота. Описан способ удаления фракции с высоким содержанием азота из исходной фракции, содержащей в основном азот и углеводороды, при этом исходную фракцию разделяют методом ректификации на фракцию с высоким содержанием азота и фракцию с высоким содержанием метана, и при этом фракцию с высоким содержанием метана с целью получения холода выпаривают и перегревают при возможно наибольшем давлении по отношению к подлежащей охлаждению исходной фракции.

Изобретение относится к способу отделения С2+-углеводородов от содержащей, в основном, азот и углеводороды исходной фракции. Согласно заявленному способу: а) исходная фракция частично конденсируется и ректификаторно разделяется на обогащенную и обедненную С2+-углеводородами фракции; b) обедненная С2+-углеводородами фракция частично конденсируется и разделяется на жидкую фракцию, образующую, по меньшей мере, частично обратный поток для ректификаторного разделения, и обедненную С2+-углеводородами газовую фракцию; c) обедненная С2+-углеводородами газовая фракция разделяется в двухколонном процессе на богатую азотом и богатую метаном фракции.

Разработаны способ и устройство сжижения газообразного потока, который содержит углеводороды и кислые соединения и в котором кислые соединения удаляются в сжиженном состоянии, когда очищенный от кислых соединений газообразный поток постепенно охлаждается до температуры сжижения.

Группа изобретений относится к способу и устройству для разделения смеси веществ путем перегонки в системе перегонных колонн, а также к способу получения криптона и ксенона в этих колоннах. Система содержит одну первую перегонную колонну, причем смесь веществ вводится в первую перегонную колонну, головная фракция из первой перегонной колонны конденсируется частично в первом дефлегматоре в результате непрямого теплообмена с газообразной охлаждающей средой. Образованный при этом конденсат частично подается на первую перегонную колонну как флегма. При стационарной работе системы перегонных колонн в газообразную охлаждающую среду, за первым дефлегматором, добавляется жидкая фракция охлаждающей среды, образованная при этом смешанная охлаждающая среда проводится через теплообменник, в котором газообразная охлаждающая среда, выше по потоку первого дефлегматора, охлаждается в результате непрямого теплообмена. Температура охлаждающей среды при входе в первый дефлегматор, регулируется установкой количества добавляемой жидкой фракции. Смешанная охлаждающая среда за теплообменником или не возвращается в первый дефлегматор, или часть смешанной охлаждающей среды за теплообменником возвращается в первый дефлегматор, причем возвращенная охлаждающая среда в контуре расширяется без совершения работы. Благодаря методу регулирования можно быстро ввести в эксплуатацию установку, ее работа будет надежной и безопасной. 5 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу разделения азотсодержащей загрузочной фракции с высоким содержанием углеводородов, предпочтительно природного газа. Способ разделения азотсодержащей загрузочной фракции с высоким содержанием углеводородов (1, 1') включает разделение загрузочной фракции (1, 1') путем ректификации (Т1, Т2) на обогащенную азотом фракцию (5) и на фракцию, обедненную азотом, с высоким содержанием углеводородов (10), причем ректификационное разделение осуществляют в ректификационной колонне, состоящей из предварительной разделительной колонны (Т1) и главной разделительной колонны (Т2), при этом из отобранной из предварительной разделительной колонны (Т1) и подведенной в главную разделительную колонну (Т2) фракции (7, 7', 7”) на главной разделительной колонне (Т2) выше места или мест загрузки отбирают жидкую фракцию (6) и как возврат подают на предварительную разделительную колонну (Т1). При этом место отбора и/или объем используемой как возврат для предварительной разделительной колонны (Т1) жидкой фракции (6) выбирают таким образом, что отобранная из куба главной разделительной колонны (Т2) обедненная азотом фракция с высоким содержанием углеводородов (10) содержит долю высших углеводородов в количестве менее 1 части на млн. Изобретение позволяет разделить азотсодержащую загрузочную фракцию, а также удалить высшие углеводороды из кубового продукта главной разделительной колонны без закупорки. 1 ил.

Изобретение относится к способу отделения микрокомпонентов от фракции, содержащей азот и гелий, где ее до обогащения гелием частично конденсируют, а затем частично сконденсированную фракцию частично направляют в одну ректификационную колонну и в ней разделяют на обогащенную гелием газообразную фракцию и обогащенную азотом жидкостную фракцию, которая содержит микрокомпоненты. Изобретение представляет собой более эффективный способ отделения и очистки и, кроме того, экономит энергию и затраты. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технологии извлечения ценных компонентов из природного углеводородного газа и может быть использовано на предприятиях газоперерабатывающей промышленности. Способ переработки природного углеводородного газа включает систему взаимосвязанных между собой первого блока предварительного охлаждения газа, проходящего последовательно установленные теплообменник, пропановый холодильник, сепаратор первой ступени и турбодетандерный агрегат, второго блока конденсации и переохлаждения газа, проходящего теплообменники, сепараторы и отпарные колонны, третьего блока выделения этана и широкой фракции легких углеводородов из подготовленного газа, охлаждаемого в теплообменниках и пропановом испарителе и поступающего в деметанизатор с отводами метано-азотно-гелиевой смеси с верха и кубовой жидкости снизу, которую направляют в деэтанизатор со встроенным дефлегматором, с верха деэтанизатора отводят этановую фракцию, а снизу - кубовую жидкость в виде широкой фракции легких углеводородов, и четвертого блока получения гелиевого концентрата методом криогенного разделения метано-азотно-гелиевой смеси на метановую фракцию и гелиевый концентрат. Полученные потоки метановой фракции отправляют на дополнительный пятый блок компримирования, в котором метановую фракцию компримируют и разделяют на два потока, первый из которых отправляют потребителям в качестве товарного газа, а второй поток направляют в первый блок, где подвергают глубокому охлаждению, и подают в третий блок, полностью используя в качестве орошения в деметанизатор или полностью дросселируя и подавая в качестве хладагента в дефлегматор, встроенный в деэтанизатор, или разделяя на третий и четвертый потоки. Третий поток подают в качестве орошения в деметанизатор, а четвертый дросселируют и подают в качестве хладагента в дефлегматор, встроенный в деэтанизатор. Техническим результатом является увеличение отбора этана из исходного природного газа, сохранение гелия и увеличение энергоэффективности установки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Изобретение относится к области технологии разделения стабильных изотопов азота 14N и 15N. Способ концентрирования изотопов азота включает проведение противоточного массообменного процесса с использованием молекулярного азота в качестве рабочего вещества, при этом газообразную смесь изотопов азота приводят в контакт с раствором нитрогенильного комплексного соединения переходного металла, способного к термическому отщеплению молекулярного азота и вступающего с ним в реакцию химического изотопного обмена с накоплением 15N в одной из фаз, a 14N - в другой. Изобретение обеспечивает повышение коэффициента разделения изотопов азота и эффективное и экологически безопасное концентрирование изотопа 15N. 2 з.п. ф-лы, 5 пр.

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к способам и устройствам получения компонентов газовых смесей методом ректификации. Способ низкотемпературного разделения газовой смеси заключается в том, что в колонну подают охлажденную разделяемую газовую смесь, подводят тепло к жидкой фракции высококипящего компонента разделяемой газовой смеси в кубе колонны от испарителя и электронагревателя, отводят тепло от разделяемой газовой смеси хладагентом в конденсаторе с образованием флегмы и газообразной фракции низкокипящего компонента и осуществляют контроль температуры по высоте колонны. Затем в колонну дополнительно подают промежуточный компонент, у которого при заданном давлении в колонне температура конденсации выше температуры конденсации низкокипящего компонента разделяемой газовой смеси, но ниже температуры конденсации высококипящего компонента разделяемой газовой смеси. Удерживают промежуточный компонент в укрепляющей части колонны путем регулирования расхода отбираемой газообразной фракции низкокипящего компонента разделяемой газовой смеси по температуре и давлению в укрепляющей части колонны. Подачу промежуточного компонента начинают после охлаждения флегмой как минимум на протяжении 20% высоты укрепляющей части колонны, примыкающей к конденсатору, и заканчивают подачу промежуточного компонента после охлаждения флегмой всей укрепляющей части колонны, а охлаждение отгонной части колонны сопровождают подачей разделяемой газовой смеси с ограничением расхода до 20…30% от полного расхода, который производят после появления в кубе колонны жидкой фракции высококипящего компонента разделяемой газовой смеси. Требуемый технический результат заключается в расширении области применения. 4 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

Изобретение относится к способам подготовки углеводородных газов. Способ подготовки попутного нефтяного газа включает низкотемпературную сепарацию газа за счет его последовательного охлаждения подготовленным газом и сторонним хладоагентом с конденсацией флегмы. Газ предварительно смешивают с газом стабилизации, компримируют с охлаждением компрессата в условиях дефлегмации за счет охлаждения сторонним хладоагентом с получением первого конденсата, затем компримируют в условиях дефлегмации за счет охлаждения сторонним хладоагентом и газом низкотемпературной сепарации с получением второго конденсата, смешивают с газом выветривания, редуцируют и сепарируют с получением газа и конденсата низкотемпературной сепарации. Второй конденсат редуцируют и сепарируют с получением газа выветривания и выветренного конденсата. Выветренный конденсат смешивают с первым конденсатом и нагретым конденсатом низкотемпературной сепарации. Полученную смесь стабилизируют с получением стабильного конденсата и газа стабилизации с использованием в качестве хладоагента конденсата низкотемпературной сепарации, а также внешних хладоагента и теплоносителя. Техническим результатом является повышение выхода подготовленного газа, получение стабильного конденсата и подготовка попутного нефтяного газа низкого давления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх