СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГЕЛИЕВОГО ПРОДУКТА ИЗ ПРИРОДНОГО ГАЗА С ПОМОЩЬЮ МЕМБРАННОГО БЛОКА Российский патент 2023 года по МПК B01D53/22 C01B23/00 

Описание патента на изобретение RU2797379C2

Настоящее изобретение относится к способу и системе для извлечения гелиевого продукта из природного газа согласно отличительным частям независимых пунктов формулы изобретения.

Предшествующий уровень техники

Гелий обычно извлекают из природного газа. В природном газе гелий обычно присутствует в концентрациях до 1 молярного процента. В исключительных случаях концентрации могут быть еще выше. Гелий, присутствующий в природном газе, образуется в результате радиоактивного распада. Хотя гелий по существу можно извлекать из атмосферного воздуха посредством (криогенного) разделения воздуха, этот способ обычно считается нерациональным из-за низких концентраций гелия в воздухе.

Способы и системы для извлечения гелия из природного газа известны и, например, описаны в публикации H.-W. Häring (Ed.), Industrial Gases Processing, Wiley -VCH, 2006, в частности глава 4 The Noble Gas Helium, или в статье Noble Gases, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, online edition 15. March 2001, DOI: 10.1002/14356007.a10_045.pub2. Они включают в себя криогенные, мембранные и комбинированные способы и системы.

Гелий можно, например, извлекать из природного газа в процессе удаления азота из природного газа перед сжижением. В этом контексте может быть использовано, например, устройство, включающее в себя так называемую колонну высокого давления и так называемую колонну низкого давления, как, в частности, показано на фиг. 4.1 в публикации Häring. Эти колонны работают при криогенных температурах, при которых конденсируются углеводы при используемых рабочих давлениях.

Изначально с помощью соответствующего способа получают так называемый сырой гелий. Затем этот сырой гелий, например, подвергают адсорбции при переменном давлении (PSA) с целью получения чистого гелиевого продукта. Пример показан на фиг. 4.2 в публикации Häring. В дополнение к адсорбции при переменном давлении можно использовать адсорбцию при переменной температуре (TSA), которая основана на температурной зависимости процесса адсорбции.

Если ниже приведена ссылка на «гелиевый продукт», следует понимать, что данный термин описывает поток, обогащенный гелием по сравнению с природным газом. Этот гелиевый продукт может представлять собой в особенности конечный продукт, который представляет собой по существу чистый гелий или газовую смесь, содержащую 90, 95, 99, 99,5 (так называемый гелий 2.5), 99,9 (гелий 2.93.0), 99,95 (гелий 3.5), 99,99 (гелий 4.0), 99,995 (гелий 4.5), 99,999 (гелий 5.0), 99,9995 (гелий 5.5), 99,9999 (гелий 6.0) или 99,99999 мольных процентов (гелий 7.0) гелия. Этот гелиевый продукт также может представлять собой промежуточный гелиевый продукт, который содержит меньше гелия, т.е. 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 мольных процентов, и может необязательно использоваться в дальнейшем для получения гелиевого конечного продукта. Поток рассматривается как гелиевый продукт при условии, что поток отделен от природного газа посредством средства извлечения и имеет большее процентное содержание гелия, чем природный газ.

В случаях, когда природный газ не сжижают, а, например, сжигают, гелий, содержащийся в природном газе, обычно не используют, а сбрасывают в атмосферу в составе дымового газа. Целью настоящего изобретения является представление способа и системы, позволяющих с выгодой использовать также и такой гелий.

Описание настоящего изобретения

В соответствии с настоящим изобретением предложены способ и система для извлечения гелиевого продукта из природного газа, признаки которых представлены в независимых пунктах формулы изобретения. Преимущественные варианты осуществления настоящего изобретения являются объектом зависимых пунктов формулы изобретения и представленного далее описания.

Преимущества настоящего изобретения

В соответствии с настоящим изобретением первый поток природного газа, содержащий гелий, подают в первую установку переработки природного газа, а по меньшей мере один второй поток природного газа, содержащий гелий, подают в по меньшей мере одну вторую установку переработки природного газа, при этом по меньшей мере первая установка переработки природного газа содержит средство извлечения гелия, с помощью которого из по меньшей мере части первого потока природного газа образуется гелиевый продукт. В частности, настоящее изобретение может относиться к случаям, в которых имеется несколько вторых установок переработки природного газа. Это особенно актуально при сжигании природного газа в нескольких вторых установках переработки природного газа, как описано ниже. Они могут, например, быть соединены с системой распределения природного газа. Во всех случаях в одну или несколько вторых установок переработки природного газа можно по отдельности подавать несколько потоков природного газа или можно подавать один поток природного газа, который затем распределяется во вторые установки переработки природного газа. В контексте настоящего изобретения могут быть включены и переработаны один или более таких (общих или отдельных) потоков природного газа, как описано ниже.

В соответствии с настоящим изобретением первая установка переработки природного газа может работать, в частности, с использованием криогенных температур, т.е. температур ниже -100°C. Первая установка переработки природного газа может быть, в частности, реализована в виде установки сжижения природного газа, обеспечивающей сжиженный природный газ (СПГ). Средство извлечения гелия может представлять собой, в частности, часть секции удаления азота в такой установке сжижения природного газа, как описано выше в настоящем документе. Во второй (-ых) установке (-ах) переработки природного газа могут, в частности, отсутствовать соответствующие средства извлечения. Вторая (-ые) установка (-и) переработки природного газа может (могут) быть, в частности, адаптирована (-ы) для использования второго потока природного газа путем сжигания в любом масштабе (включая, например, сжигание в энергетических станциях и промышленных и бытовых системах отопления и сжигания), причем содержащийся в этом потоке гелий переходит в дымовой газ. Вторая (-ые) установка (-и) переработки природного газа предпочтительно не содержит (-ат) никакого средства отделения гелия от природного газа для получения гелиевого продукта для коммерческого применения. Второй (-ые) поток (-и) природного газа можно, например, пропускать по международным или национальным транспортным трубопроводам.

Потоки природного газа, включающие в себя как первый природный газ, так и второй природный газ, предпочтительно передаются по международным или национальным транспортным трубопроводам, протяженность которых от входа природного газа до выхода в технологические установки составляет по меньшей мере несколько километров.

В соответствии с настоящим изобретением по меньшей мере временно перенос гелия из по меньшей мере одного второго потока природного газа в первый поток природного газа посредством секции переноса гелия, содержащей мембранный блок, выполняют перед подачей первого потока природного газа в первую установку переработки природного газа и перед подачей по меньшей мере одного второго потока природного газа во вторую установку переработки природного газа, при этом первый поток природного газа содержит больше гелия, чем содержалось в нем до переноса гелия.

Решение в соответствии с настоящим изобретением позволяет с минимальными дополнительными усилиями использовать по меньшей мере часть гелия, содержащегося в одном или более потоках природного газа, которые обычно перерабатывают без экстракции гелия, например в одной или более установках сжигания, таких как газовые турбины или бытовые установки. С этой целью гелий отделяют от одного или более соответствующих потоков природного газа (потока или потоков природного газа, называемых «вторым» потоком или потоками природного газа, как указано в настоящем документе выше и ниже) и переносят в другой поток природного газа (поток природного газа, называемый «первым» потоком природного газа, как указано в настоящем документе выше и ниже), который подают в установку переработки гелия, включающую в себя средство извлечения гелия, например установку сжижения гелия, в частности установку сжижения природного газа, включающую в себя секцию удаления азота. По существу средство извлечения гелия может быть выполнено с возможностью получения любого вида «гелиевого продукта», как указано выше в настоящем документе, и может включать в себя любые средства, известные из литературы для этой цели. Даже если это конкретно не объяснено, в контексте настоящего изобретения гелий также может быть перенесен в несколько первых потоков природного газа.

В частности, настоящее изобретение позволяет по меньшей мере частично разделять скорость получения соответствующего гелиевого продукта и скорость сжижения природного газа. Если, например, в соответствующей установке сжижения гелия получают только часть от максимально возможного количества сжиженного природного газа, это обычно приводит к извлечению соответственно меньшего количества гелиевого продукта. Однако в соответствии с настоящим изобретением меньшее количество гелиевого продукта может по меньшей мере частично компенсироваться гелием, поступающим из другого (-их) («второго» (-ых)) потока (-ов) природного газа. Иными словами, в результате переноса гелия, предусматриваемого в соответствии с настоящим изобретением, можно обеспечить более постоянную скорость получения гелиевого продукта независимо от фактической скорости сжижения природного газа.

Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением способ преимущественно включает в себя первый режим работы, выполняемый в первый период времени, и второй режим работы, выполняемый во второй период времени, не перекрывающийся с первым периодом времени, причем в первом режиме работы осуществляют перенос гелия, включающий в себя перенос первого количества гелия из по меньшей мере одного второго потока газа в первый поток газа, и причем во втором режиме работы перенос гелия не выполняют или выполняют, включая перенос второго количества гелия, которое меньше первого количества гелия, из по меньшей мере одного второго потока газа в первый поток газа. Перенос большего количества гелия в первом режиме работы или перенос гелия в этом первом режиме работы и отсутствие переноса гелия во втором режиме работы позволяет компенсировать уменьшенные количества гелия, экстрагируемого из содержащего гелий природного газа, перерабатываемого в первой установке переработки природного газа, как упомянуто выше в настоящем документе.

Как упомянуто выше, в первом режиме работы, в частности в первой установке переработки природного газа, перерабатывают меньшее количество природного газа, чем во втором режиме работы. Меньшее количество может быть, например, на 10%, 20%, 30%, 40% или 50% меньше без существенного снижения количества гелиевого продукта, извлеченного в первом режиме работы. Это по меньшей мере частично соответствует преимущественному разделению извлечения гелиевого продукта и количества природного газа, перерабатываемого в первой установке переработки природного газа. В частности, предложен блок управления, обеспечивающий изменение общей скорости потока первого природного газа для выравнивания скорости потока гелия, перерабатываемого в первой установке переработки природного газа и во втором режиме работы.

В частности, в первом режиме работы и во втором режиме работы количество гелиевого продукта, извлеченного с помощью средства извлечения гелия, отличается не более чем на 50%, 40%, 30% или 20%, в частности не более чем на 10%. Таким образом, применение настоящего изобретения может удовлетворять потребности расположенных ниже по потоку систем, в которых применяются гелиевые продукты, или может быть обеспечена постоянная поставка потребителю.

В соответствии с настоящим изобретением для осуществления переноса гелия может быть образован по меньшей мере один первый частичный поток и по меньшей мере один второй частичный поток из по меньшей мере одного второго потока природного газа, причем по меньшей мере один первый частичный поток подают в мембранный блок, при этом в мембранном блоке формируются поток ретентата и поток пермеата, причем по меньшей мере часть потока ретентата повторно объединяют с по меньшей мере одним вторым частичным потоком, а по меньшей мере часть потока пермеата добавляют в первый поток природного газа. При использовании этого решения в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения может быть реализован достаточно простой перенос с небольшими дополнительными затратами.

Мембранные блоки для разделения газовых смесей по существу известны в данной области техники. Такие мембранные блоки обеспечивают потоком сжатого газа («сырье»), содержащим компоненты, для которых мембрана в мембранном блоке имеет разные степени проницаемости. В мембранном блоке образуется «пермеат», содержащий преимущественно или исключительно компоненты, которые не удерживаются или лишь в низкой степени удерживаются соответствующей мембраной и, следовательно, преимущественно проходят через мембрану. «Ретентат», соответственно, преимущественно или исключительно содержит компоненты, которые преимущественно удерживаются мембраной мембранного блока.

В частности, в контексте настоящего изобретения можно использовать мембраны, содержащие стеклообразные полимеры, например такие полимеры, как полиимиды, полисульфоны или ацетат целлюлозы. Такие полимеры обеспечивают особенно преимущественное и эффективное извлечение гелия, поскольку углеводороды в значительной степени удерживаются на стороне высокого давления (т.е. в ретентате), поэтому поток ретентата, который существенно больше потока пермеата, необходимо лишь немного сжать для компенсации потерь давления в мембранном блоке.

В соответствии с настоящим изобретением по меньшей мере один первый частичный поток подают в мембранный блок под давлением подачи, а поток пермеата отводят из мембранного блока под давлением пермеата, причем отношение давлений между давлением подачи и давлением пермеата преимущественно составляет по меньшей мере 5, в частности по меньшей мере 8. Такие отношения давлений обеспечивают особенно эффективное извлечение гелия. Более того, поток ретентата в соответствии с настоящим изобретением отводят из мембранного блока под давлением ретентата, причем перепад давлений между давлением подачи и давлением ретентата составляет, в частности, не более 2 бар, предпочтительно не более 1,5 бар.

Преимущественно мембранный блок работает с производительностью от 40% до 90%, предпочтительно с производительностью от 60% до 80%, где производительность означает пропорцию содержания гелия в потоке пермеата, извлеченного из мембраны и сырья. Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением нет необходимости извлекать весь гелий из потока (-ов) природного газа, подаваемого в мембранный блок, т.е. из по меньшей мере одного первого частичного потока. Таким образом, может быть обеспечен соответствующий мембранный блок, эксплуатируемый при более низких затратах. В частности, мембранный блок состоит только из одноступенчатой мембраны. Особенно преимущественным является выбор указанного диапазона производительности для работы мембранного блока, что позволяет не только извлекать гелий в надлежащем количестве, которое удовлетворяет потребностям первого блока переработки природного газа, но и в то же время в максимально возможной степени снизить затраты на мембрану и, таким образом, обеспечивать экономически эффективный мембранный блок для решения проблемы непроизводительного выброса гелия.

В соответствии с настоящим изобретением по меньшей мере один первый частичный поток может быть подвергнут предварительной обработке перед подачей в мембранный блок в соответствии с требованиями мембранного блока. В частности, предварительная обработка может включать в себя фильтрацию, нагревание, и/или охлаждение, и/или адсорбцию нежелательных компонентов из по меньшей мере одного первого частичного потока. В частности, для компенсации ежедневных и/или сезонных циклов изменения температуры может быть включена стадия нагревания и/или охлаждения.

В соответствии с настоящим изобретением первый поток природного газа и/или по меньшей мере один второй поток природного газа подают под давлением от 10 до 120 бар, предпочтительно от 10 до 90 бар. Перед повторным объединением потока ретентата с по меньшей мере одним вторым потоком природного газа он может быть повторно сжат до давления по меньшей мере одного второго потока природного газа. При выборе условий эксплуатации мембранных блоков и/или используемых мембран, как упомянуто, такое повторное сжатие можно поддерживать на минимальном уровне в соответствии с настоящим изобретением. Также можно полностью обойтись без отдельного повторного сжатия ретентата, если компрессор или несколько компрессоров, сжимающих по меньшей мере один второй поток природного газа, способен (способны) компенсировать соответствующую потерю давления. Это особенно возможно, если мембранный блок расположен на небольшом расстоянии от соответствующего компрессора или соответствующих компрессоров.

Поток пермеата перед по меньшей мере частичным объединением с первым потоком природного газа также преимущественно сжимают до давления первого потока природного газа. Во всех случаях особое преимущество возникает при установке мембранного блока на близком расстоянии от компрессора или компрессоров, сжимающих первый и по меньшей мере один второй поток природного газа. Кроме того, особое преимущество возникает, если система выполнена таким образом, что расстояние переноса гелия между двумя потоками сводится к минимуму.

Как было упомянуто ранее, первая установка переработки природного газа, в частности, эксплуатируется по меньшей мере частично при криогенной температуре и, в частности, представляет собой установку сжижения природного газа, обеспечивающую сжиженный природный газ. Как также было упомянуто, второй поток природного газа можно сжигать во второй установке переработки природного газа, не экстрагируя из него гелий.

Настоящее изобретение также относится к системе для извлечения гелиевого продукта, причем система включает в себя первую установку переработки природного газа и по меньшей мере одну вторую установку переработки природного газа, средство, выполненное с возможностью подачи первого потока природного газа, содержащего гелий, в первую установку переработки природного газа и по меньшей мере одного второго потока природного газа, содержащего гелий, в по меньшей мере одну вторую установку переработки природного газа, причем по меньшей мере первая установка переработки природного газа содержит средство извлечения гелия, выполненное с возможностью получения гелиевого продукта из по меньшей мере части первого потока природного газа. В соответствии с настоящим изобретением предложена секция переноса гелия, содержащая мембранный блок, причем секция переноса гелия выполнена с возможностью обеспечения по меньшей мере временно переноса гелия из по меньшей мере одного второго потока природного газа в первый поток природного газа перед подачей первого потока природного газа в первую установку переработки природного газа и перед подачей по меньшей мере одного второго потока природного газа в по меньшей мере одну вторую установку переработки природного газа, где первый поток природного газа обогащен гелием и где по меньшей мере один второй поток природного газа обеднен гелием.

С точки зрения дополнительных признаков и преимуществ системы, обладающей признаками изобретения, и возможных вариантов ее осуществления можно обратиться к описанию способа в соответствии с настоящим изобретением и его вариантов осуществления, как описано выше. Система в соответствии с настоящим изобретением, в частности, выполнена с возможностью реализации соответствующего способа или его варианта осуществления.

Настоящее изобретение будет дополнительно описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие вариант осуществления настоящего изобретения.

Краткое описание графического материала

На фиг. 1 представлена система в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Подробное описание графического материала

На фиг. 1 схематично показана система 100 в соответствии с вариантом осуществления изобретения в форме упрощенной схемы процесса. Приведенные ниже пояснения аналогично относятся к соответствующему способу.

В системе 100 первый поток 1 природного газа, содержащий гелий, подают в первую установку 10 переработки природного газа, как описано выше, например в установку сжижения природного газа, а второй поток 2 природного газа, содержащий гелий, подают во вторую установку 20 переработки природного газа, например включающую в себя газовую турбину. По меньшей мере первая установка 10 переработки природного газа содержит средство 11 извлечения гелия, с помощью которого из по меньшей мере части первого потока 1 природного газа образуется гелиевый продукт. Более подробное изложение можно найти в представленных выше объяснениях.

В системе 100 по меньшей мере временно перенос гелия из второго потока 2 природного газа в первый поток 1 природного газа с помощью системы переноса гелия, содержащей мембранный блок 30, выполняют перед подачей первого потока 1 природного газа в первую установку 10 переработки природного газа и перед подачей второго потока 2 природного газа во вторую установку 20 переработки природного газа, причем первый поток 1 природного газа обогащен гелием и причем второй поток 2 природного газа обеднен гелием.

Для такого переноса гелия из второго потока 2 природного газа формируют по меньшей мере первый частичный поток 3 и второй частичный поток 4, причем первый частичный поток 3 подают в мембранный блок 30, при этом в мембранном блоке 30 формируются поток 5 ретентата и поток 6 пермеата, причем по меньшей мере часть потока 5 ретентата повторно объединяют со вторым частичным потоком 2 и по меньшей мере часть потока 6 пермеата добавляют к первому потоку 1 природного газа. Образующиеся потоки соответственно обозначены на фиг. 1 номерами 2' и 1'.

Перед подачей в мембранный блок 30 первый частичный поток 3 подвергают предварительной обработке. В приведенном примере он нагревается в нагревателе 31. В приведенном примере поток 5 ретентата и поток 6 пермеата повторно сжимают в воздуходувке 51 и компрессоре 61 соответственно.

Блок 50 управления выполнен с возможностью выполнения первого режима работы, выполняемого в первый период времени, и второго режима работы, выполняемого во второй период времени, не перекрывающийся с первым периодом времени, причем в первом режиме работы выполняют перенос гелия, включая перенос первого количества гелия из второго потока 2 газа в первый поток 1 газа, и при этом во втором режиме работы перенос гелия не выполняют или выполняют, включая перенос второго количества гелия, которое меньше первого количества гелия, из второго потока 2 газа в первый поток 1 газа.

Два режима работы (режим 1, режим 2) способа далее проиллюстрированы в примере, причем термин «общая скорость потока» относится к скорости потока всей газовой смеси соответствующего потока, а термин «скорость потока гелия» относится к гелиевой составляющей этой смеси. Обозначение потоков соответствует фиг. 1. Числовые значения представлены в стандартных кубических метрах.

Поток 2 2' 3 5 6 1 1' Режим 2 Общая скорость потока 100 000 100 000 100 000 100 000 Скорость потока гелия 500 500 500 500 Режим 1 Общая скорость потока 104 444 100 000 55 560 51 116 4 444 55 556 60 000 Скорость потока гелия 522,2 300,0 277,8 55,6 222,2 277,8 500

Похожие патенты RU2797379C2

название год авторы номер документа
Способ очистки природного азотсодержащего газа высокого давления от гелия 2022
  • Маркелов Виталий Анатольевич
  • Аксютин Олег Евгеньевич
  • Слугин Павел Петрович
  • Шпигель Илья Гершевич
  • Вагарин Владимир Анатольевич
  • Павленко Вадим Владимирович
  • Кисленко Наталия Николаевна
  • Емельянов Павел Евгеньевич
  • Пырков Андрей Юрьевич
RU2801946C1
Способ и установка для получения чистого гелия 2018
  • Байер Мартин
  • Шифман Патрик
RU2779486C1
УСТАНОВКА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДСОДЕРЖАЩЕЙ ГАЗОВОЙ СМЕСИ С ПОЛУЧЕНИЕМ ГЕЛИЯ 2020
  • Акулов Сергей Васильевич
  • Курочкин Андрей Владиславович
  • Чиркова Алена Геннадиевна
RU2741460C1
Блок мембранного разделения газовых смесей 2022
  • Маркелов Виталий Анатольевич
  • Аксютин Олег Евгеньевич
  • Слугин Павел Петрович
  • Шпигель Илья Гершевич
  • Вагарин Владимир Анатольевич
  • Павленко Вадим Владимирович
  • Кисленко Наталия Николаевна
  • Емельянов Павел Евгеньевич
  • Пырков Андрей Юрьевич
RU2806678C1
ИЗВЛЕЧЕНИЕ ГЕЛИЯ ИЗ ПРИРОДНОГО ГАЗА 2019
  • Уайт, Винсент
  • Хиггинботэм, Пол
  • Плоэджер, Джейсон Майкл
RU2730344C1
СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЧИСТОГО ГЕЛИЯ 2019
  • Келлер, Тобиас
  • Бауэр, Мартин
  • Шифманн, Патрик
RU2782032C2
Комбинированный способ с использованием адсорбции при переменном давлении и мембран для извлечения гелия 2015
  • Восс Кристиан
  • Тота Акос
  • Байер Мартин
  • Енневайн Франк
RU2703218C2
УСТАНОВКА КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ И ОЧИСТКИ ГЕЛИЯ 2020
  • Курочкин Андрей Владиславович
RU2738512C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМЕТАНА ПУТЕМ ОЧИСТКИ БИОГАЗА ИЗ ХРАНИЛИЩ НЕОПАСНЫХ ОТХОДОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА 2016
  • Прэнс Гвенаэль
  • Лефевр Матьё
  • Бриен Пьер
  • Паже Николя
RU2721698C2
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГЕЛИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2014
  • Ван Лёвенхаге Маню Густаф Роса
  • Веркаммен Седрик Франк
  • Рябченко Павел
RU2605593C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 797 379 C2

Реферат патента 2023 года СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГЕЛИЕВОГО ПРОДУКТА ИЗ ПРИРОДНОГО ГАЗА С ПОМОЩЬЮ МЕМБРАННОГО БЛОКА

Группа изобретений относится к способу и системе извлечения гелиевого продукта из природного газа. Способ включает подачу первого потока природного газа, содержащего гелий, в первую установку переработки природного газа, и подачу по меньшей мере одного второго потока природного газа, содержащего гелий, в по меньшей мере одну вторую установку переработки природного газа. Первая установка переработки природного газа содержит средство извлечения гелия, посредством которого из по меньшей мере части первого потока природного газа образуется гелиевый продукт. Временно осуществляют перенос гелия из по меньшей мере одного второго потока природного газа в первый поток природного газа с помощью системы переноса гелия, содержащей мембранный блок, перед подачей первого потока природного газа в первую установку переработки природного газа и перед подачей по меньшей мере одного второго потока природного газа в по меньшей мере одну вторую установку переработки природного газа. Техническим результатом является обеспечение постоянной скорости получения гелиевого продукта и повышение эффективности его извлечения. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Формула изобретения RU 2 797 379 C2

1. Способ извлечения гелиевого продукта, в котором первый поток (1) природного газа, содержащий гелий, подают в первую установку (10) переработки природного газа, а по меньшей мере один второй поток (2) природного газа, содержащий гелий, подают в по меньшей мере одну вторую установку (20) переработки природного газа, по меньшей мере первая установка (10) переработки природного газа содержит средство (11) извлечения гелия, посредством которого образуется гелиевый продукт из по меньшей мере части первого потока (1) природного газа, отличающийся тем, что по меньшей мере временно осуществляют перенос гелия из по меньшей мере одного второго потока (2) природного газа в первый поток (1) природного газа перед подачей первого потока (1) природного газа в первую установку (10) переработки природного газа и перед подачей по меньшей мере одного второго потока (2) природного газа в по меньшей мере одну вторую установку (20) переработки природного газа, причем перенос гелия осуществляют с помощью системы переноса гелия, содержащей мембранный блок (30).

2. Способ по п. 1, включающий в себя первый режим работы, выполняемый в первый период времени, и второй режим работы, выполняемый во второй период времени, не перекрывающийся с первым периодом времени, причем в первом режиме работы выполняют перенос гелия, включающий в себя перенос первого количества гелия из по меньшей мере одного второго потока (2) газа в первый поток (1) газа, и при этом во втором режиме работы перенос гелия не выполняют или выполняют, включая перенос второго количества гелия, которое меньше первого количества гелия, из по меньшей мере одного второго потока газа в первый поток газа.

3. Способ по п. 2, в котором в первом режиме работы в первой установке (10) переработки природного газа перерабатывают меньшее количество природного газа, чем во втором режиме работы.

4. Способ по п. 2 или 3, в котором в первом режиме работы и во втором режиме работы количество гелиевого продукта, извлеченного в средстве (11) извлечения гелия, отличается не более чем на 50%.

5. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором для переноса гелия из второго потока (2) природного газа формируют по меньшей мере один первый частичный поток (3) и по меньшей мере один второй частичный поток (4), причем первый частичный поток (3) подают в мембранный блок (30), при этом в мембранном блоке (30) формируются поток (5) ретентата и поток (6) пермеата, причем по меньшей мере часть потока (5) ретентата повторно объединяют со вторым частичным потоком (2) и по меньшей мере часть потока (6) пермеата добавляют в первый поток (1) природного газа.

6. Способ по п. 5, в котором первый частичный поток (3) подают в мембранный блок (30) под давлением подачи и в котором поток (6) пермеата отводят из мембранного блока (30) под давлением пермеата, причем отношение давлений между давлением подачи и давлением пермеата составляет по меньшей мере 5, предпочтительно по меньшей мере 8.

7. Способ по любому из пп. 5, 6, в котором мембранный блок (30) работает с производительностью от 40% до 90%, предпочтительно от 60% до 80%, где производительность обозначает пропорцию содержания гелия в потоке (6) пермеата и в первом частичном потоке (3).

8. Способ по любому из пп. 5-7, в котором первый частичный поток (3) подвергают предварительной обработке перед подачей в мембранный блок (30).

9. Способ по п. 8, в котором предварительная обработка включает в себя фильтрацию, нагревание, охлаждение и/или адсорбцию нежелательных компонентов.

10. Способ по любому одному из предшествующих пунктов, в котором первый поток (1) природного газа и/или второй поток (2) природного газа подают под давлением от 10 до 120 бар.

11. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором первая установка (10) переработки природного газа работает по меньшей мере частично при криогенной температуре.

12. Способ по п. 11, в котором первая установка (10) переработки природного газа представляет собой установку сжижения природного газа, обеспечивающую сжиженный природный газ.

13. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере один второй поток (2) природного газа сжигают в по меньшей мере одной второй установке (20) переработки природного газа.

14. Система для извлечения гелиевого продукта, которая включает в себя первую установку (10) переработки природного газа и по меньшей мере одну вторую установку (20) переработки природного газа, средство, выполненное с возможностью подачи первого потока (1) природного газа, содержащего гелий, в первую установку (10) переработки природного газа и по меньшей мере одного второго потока (2) природного газа, содержащего гелий, в по меньшей мере одну вторую установку (20) переработки природного газа, причем по меньшей мере первая установка (10) переработки природного газа содержит средство (11) извлечения гелия, выполненное с возможностью образования гелиевого продукта из по меньшей мере части первого потока (1) природного газа, отличающаяся тем, что секция переноса гелия содержит мембранный блок (30), причем секция переноса гелия выполнена с возможностью осуществления по меньшей мере временно переноса гелия из по меньшей мере одного второго потока (2) природного газа в первый поток (1) природного газа перед подачей первого потока (1) природного газа в первую установку (10) переработки природного газа и перед подачей по меньшей мере одного второго потока (2) природного газа в по меньшей мере одну вторую установку (20) переработки природного газа.

15. Система по п. 14, в которой мембранный блок состоит только из одноступенчатой мембраны, которая обеспечивает выход гелия от 40 до 90%, предпочтительно от 60 до 80%, причем выход определяет пропорцию содержания гелия в потоке (6) пермеата и в первом частичном потоке (3).

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2023 года RU2797379C2

WO 2017020919 A1, 09.02.2017
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕЛИЯ НА ОСНОВЕ СЖИГАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА С ПОЛЕЗНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ 2016
  • Накоряков Владимир Елиферьевич
  • Витовский Олег Владимирович
  • Серяпин Андрей Валентинович
RU2618818C1
US 2017320736 A1, 09.11.2017
СЕПАРАТОР МАГНИТНЫЙ 2001
  • Арсенюк Виталий Михайлович
  • Лозин Андрей Афоньевич
  • Копыловский Ярослав Павлович
  • Нитяговский Валентин Владимирович
  • Зыгалов Владимир Васильевич
  • Лозин Игорь Борисович
  • Лозин Дмитрий Андреевич
  • Гринберг Александр Исакович
  • Красун Сергей Вячеславович
RU2205700C2
WO 2010047942 A2, 29.04.2010.

RU 2 797 379 C2

Авторы

Бауэр, Мартин

Раллис, Константинос

Даты

2023-06-05Публикация

2019-08-07Подача