RU2486945C1 - Method of processing natural and associated oil gas - Google Patents
Method of processing natural and associated oil gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2486945C1 RU2486945C1 RU2012118487/04A RU2012118487A RU2486945C1 RU 2486945 C1 RU2486945 C1 RU 2486945C1 RU 2012118487/04 A RU2012118487/04 A RU 2012118487/04A RU 2012118487 A RU2012118487 A RU 2012118487A RU 2486945 C1 RU2486945 C1 RU 2486945C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- helium
- gas
- membrane
- stream
- additional
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам очистки и разделения гелийсодержащих топливных газов, включая природный и попутный нефтяной газы, с целью одновременного получения продуктов в виде гелиевого концентрата, товарной метановой фракции и фракций тяжелых углеводородов. Изобретение может быть использовано на газоперерабатывающих предприятиях, в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности, а также на предприятиях, занимающихся промышленным производством гелия, сбором и хранением гелиевого концентрата.The invention relates to methods for purification and separation of helium-containing fuel gases, including natural and associated petroleum gases, in order to simultaneously obtain products in the form of a helium concentrate, commercial methane fraction and fractions of heavy hydrocarbons. The invention can be used in gas processing enterprises, in the chemical, petrochemical and other industries, as well as in enterprises engaged in the industrial production of helium, the collection and storage of helium concentrate.
Актуальность изобретения связана с тем, что промышленно добываемые и поставляемые потребителю природный и попутные нефтяные газы (топливные газы) являются многокомпонентными смесями углеводородов, причем практически каждый компонент смеси представляет значительную самостоятельную коммерческую ценность и может быть использован как сырье для химической промышленности. Основной компонент топливных газов - метан нуждается в очистке от тяжелых углеводородов, что повышает его коммерческую ценность. Кроме того, в топливных газах во многих случаях содержится гелий, который широко используется в промышленности и науке. Запасы гелия на Земле существенно ограничены. Сжигание топливных газов в энергетических циклах приводит к невосполнимой эмиссии гелия в атмосферу. По этим причинам топливные газы подвергаются переработке, при которой производится их конверсия или разделение на ценные компоненты.The relevance of the invention is due to the fact that industrially produced and supplied to the consumer natural and associated petroleum gases (fuel gases) are multicomponent mixtures of hydrocarbons, and almost every component of the mixture is of significant independent commercial value and can be used as raw material for the chemical industry. The main component of fuel gases - methane needs to be purified from heavy hydrocarbons, which increases its commercial value. In addition, in many cases, fuel gas contains helium, which is widely used in industry and science. Helium reserves on Earth are significantly limited. Burning fuel gases in energy cycles leads to irreplaceable emission of helium into the atmosphere. For these reasons, fuel gases are processed in which they are converted or separated into valuable components.
На практике применяется ряд широко распространенных традиционных способов переработки природного и попутных нефтяных газов. Газы подвергаются первичной переработке, при которой производится их осушка и очистка от сернистых соединений и двуокиси углерода. Основными способами дальнейшей переработки являются следующие. Конверсионная переработка (см. например, патент РФ №2442819 С1 от 05.07.2010. заявка на патент РФ №2010127225 А от 05.07.2010), при которой осуществляют каталитическую конверсию в метан углеродсодержащих соединений. Электроразрядная переработка (см., например, патент РФ №2417250 C1 от 12.08.2009), при которой топливные газы перерабатываются в жидкие углеводороды. Криогенная переработка (см., например, патент РФ №2355959 С1 от 15.10.2007), при которой производятся жидкий очищенный метан и другие углеводородные компоненты. Перечисленные способы используются для различных целей. Их общим недостатком является то, что при их реализации из топливных газов не удается извлечь и сконцентрировать гелий.In practice, a number of widely used traditional methods of processing natural and associated petroleum gases are used. Gases undergo primary processing, during which they are dried and cleaned of sulfur compounds and carbon dioxide. The main methods for further processing are as follows. Conversion processing (see, for example, RF patent No. 2442819 C1 dated 07/05/2010. RF patent application No. 2010127225 A dated 07/05/2010), in which a catalytic conversion of carbon-containing compounds to methane is carried out. Electric discharge processing (see, for example, RF patent No. 2417250 C1 of 08/12/2009), in which fuel gases are processed into liquid hydrocarbons. Cryogenic processing (see, for example, RF patent No. 2355959 C1 of 10/15/2007), in which liquid purified methane and other hydrocarbon components are produced. The listed methods are used for various purposes. Their common disadvantage is that when they are sold, helium cannot be extracted and concentrated from fuel gases.
Одним из наиболее близких по техническому решению и совокупности признаков и принятому за прототип является способ, включающий создание потока осушенного и очищенного от сернистых соединений и двуокиси углерода сжатого сырьевого газа, его криогенную переработку с извлечением и отводом в виде продуктов метановой фракции и фракций тяжелых углеводородов, а также криогенную переработку с извлечением гелия и с получением потока гелиевого концентрата (патент РФ на полезную модель №71410 U1, приоритет от 20.08.2007). Способ основан на том, что все углеводородные компоненты и гелий имеют различные температуры кипения. При охлаждении в жидкое конденсированное состояние переходят сначала тяжелые углеводороды (при температурах от минус 5°C до минус 85°C), а затем и метан при температуре минус 162°C. При этом гелий остается в газообразном состоянии и его объемная концентрация повышается. Величина концентрации гелия зависит от количества метана, подвергнутого конденсации.One of the closest in technical solution and combination of features and adopted for the prototype is a method that includes the creation of a stream of dried and purified from sulfur compounds and carbon dioxide compressed raw gas, its cryogenic processing with extraction and removal in the form of products of the methane fraction and fractions of heavy hydrocarbons, as well as cryogenic processing with the extraction of helium and obtaining a stream of helium concentrate (RF patent for utility model No. 71410 U1, priority from 08.20.2007). The method is based on the fact that all hydrocarbon components and helium have different boiling points. Upon cooling, the heavy condensed hydrocarbons pass into a liquid condensed state (at temperatures from minus 5 ° C to minus 85 ° C), and then methane at a temperature of minus 162 ° C. In this case, helium remains in a gaseous state and its volume concentration increases. The amount of helium concentration depends on the amount of methane condensed.
Способ, взятый за прототип, обладает следующими достоинствами и недостатками:The method taken as a prototype has the following advantages and disadvantages:
- способ позволяет одновременно производить очищенную товарную метановую фракцию как среднего, так и низкого давления, разделенные и очищенные фракции тяжелых углеводородов (этановую фракцию, широкие фракции легких углеводородов), а также гелиевый концентрат.- the method allows to simultaneously produce a purified commodity methane fraction of both medium and low pressure, separated and purified fractions of heavy hydrocarbons (ethane fraction, broad fractions of light hydrocarbons), as well as a helium concentrate.
- Недостатком способа является то, что он является высокоэнергоемким. Производство гелиевого концентрата требует больших энергетических затрат, поскольку для обогащения гелия необходима конденсация значительного количества метана. Например, для увеличения концентрации гелия всего в два раза необходима конденсация примерно половины количества метана, содержащегося в топливном газе. Большие энергозатраты обуславливаются необходимостью проведения двух энергоемких фазовых переходов - сжижение газообразного метана и его последующее испарение для подачи потребителю.- The disadvantage of this method is that it is highly energy intensive. The production of helium concentrate requires high energy costs, since a significant amount of methane needs to be condensed to enrich helium. For example, to increase the helium concentration by only a factor of two, condensation of approximately half the amount of methane contained in the fuel gas is necessary. Large energy costs are caused by the need for two energy-intensive phase transitions - the liquefaction of gaseous methane and its subsequent evaporation for supply to the consumer.
- При производстве гелиевого концентрата реализация способа не позволяет достигать высоких степеней извлечения гелия из исходного топливного газа. Степень извлечения - это отношение содержания гелия в гелиевом концентрате к начальному его содержанию в топливном газе. Максимальная степень извлечения гелия достигаемая при его криогенном извлечении и концентрировании до товарного состояния (более 99% объемных гелия) не превышает 85%. Это связано с технологическими проблемами, а именно с тем, что при криогенной переработке всегда существует часть метановой фракции, которая не переходит в конденсированное состояние и отводится в виде потока среднего давления, который содержит гелий.- In the production of helium concentrate, the implementation of the method does not allow to achieve high degrees of helium extraction from the source of fuel gas. The degree of recovery is the ratio of the helium content in the helium concentrate to its initial content in the fuel gas. The maximum degree of helium recovery achieved by cryogenic extraction and concentration to marketability (more than 99% by volume of helium) does not exceed 85%. This is due to technological problems, namely, that during cryogenic processing there always exists a part of the methane fraction, which does not go into a condensed state and is discharged in the form of a medium-pressure stream that contains helium.
- Реализация способа требует больших капитальных затрат и использования сложного технологичесекого оборудования и процессов. При производстве гелиевого концентрата требуется криогенное оборудование для переконденсации больших потоков топливного газа.- The implementation of the method requires large capital expenditures and the use of sophisticated technological equipment and processes. In the production of helium concentrate, cryogenic equipment is required for the condensation of large flows of fuel gas.
Задачей предложенного способа является снижение себестоимости переработки природного и попутного нефтяного газа.The objective of the proposed method is to reduce the cost of processing natural and associated petroleum gas.
Технический результат, на который направлено изобретение, заключается в снижении энергозатрат на переработку природного и попутного нефтяного газа, в повышении степени извлечения гелия и в упрощении технологической схемы переработки.The technical result to which the invention is directed is to reduce energy costs for the processing of natural and associated petroleum gas, to increase the degree of extraction of helium and to simplify the technological scheme of processing.
Указанные задача и технический результат достигаются тем, что в заявленном способе переработки природного и попутного нефтяного газа создают поток осушенного и очищенного от сернистых соединений и двуокиси углерода сжатого сырьевого газа, проводят его криогенную переработку с извлечением и отводом в виде продуктов метановой фракции и фракций тяжелых углеводородов, а также проводят переработку с извлечением гелия и с получением потока гелиевого концентрата. Переработку с извлечением гелия производят до криогенной переработки путем мембранного газоразделения с подачей потока сжатого сырьевого газа на вход высокого давления в основной мембранный газоразделительный блок, где его пропускают в мембранном аппарате вдоль поверхности селективно проницаемой по гелию мембраны, поток газа, проникшего через мембрану, отводят из блока в виде потока гелиевого концентрата низкого давления, а на криогенную переработку подают отводимый из блока поток газа высокого давления, не проникшего через мембрану. При этом достигается существенное снижение энергозатрат за счет того, что извлечение гелия происходит при фактически температуре окружающей среды и низкотемпературное конденсирование больших количеств метана не требуется. Источником энергии для выделения гелия является только энергия сжатого сырьевого газа, подаваемого на переработку.The specified task and technical result is achieved by the fact that in the claimed method of processing natural and associated petroleum gas create a stream of dried and purified from sulfur compounds and carbon dioxide compressed feed gas, carry out its cryogenic processing with extraction and removal in the form of methane fraction products and fractions of heavy hydrocarbons , and also carry out processing with the extraction of helium and to obtain a stream of helium concentrate. Processing with the extraction of helium is carried out prior to cryogenic processing by means of membrane gas separation with the supply of a compressed raw gas stream to a high-pressure inlet of the main membrane gas separation unit, where it is passed in a membrane apparatus along the surface of a membrane selectively permeable through helium, the gas stream penetrated through the membrane is diverted unit in the form of a stream of low pressure helium concentrate, and for cryogenic processing serves the flow of high pressure gas discharged from the unit that has not penetrated through the membranes . At the same time, a significant reduction in energy consumption is achieved due to the fact that the extraction of helium occurs at actual ambient temperature and low-temperature condensation of large quantities of methane is not required. The energy source for the release of helium is only the energy of the compressed raw gas supplied to the processing.
Вариантом реализации способа является то, что весь или часть производимого потока гелиевого концентрата подвергают дополнительной самостоятельной криогенной переработке, при которой производят товарное обогащение гелия и извлечение углеводородных фракций. Данный вариант может быть использован в тех случаях, когда целью переработки является производство высокообогащенного гелия для его поставки потребителю в виде газообразного гелия в баллонах или в жидком состоянии. Поскольку на дополнительную криогенную переработку подают поток гелиевого концентрата, величина которого много меньше величины исходного потока сырьевого газа, энергозатраты на производство высокообогащенного гелия малы по сравнению со способом-прототипом.An embodiment of the method is that all or part of the produced stream of helium concentrate is subjected to additional independent cryogenic processing, in which commodity enrichment of helium and extraction of hydrocarbon fractions are performed. This option can be used in cases where the purpose of processing is to produce highly enriched helium for delivery to the consumer in the form of gaseous helium in cylinders or in a liquid state. Since a helium concentrate stream, the value of which is much less than the value of the feed gas feed stream, is supplied for additional cryogenic processing, the energy consumption for the production of highly enriched helium is small in comparison with the prototype method.
Вторым вариантом реализации способа является вариант, при котором весь или часть потока гелиевого концентрата подвергают дополнительному ступенчатому обогащению по гелию, для чего его компримируют и подают на вход высокого давления в один или последовательно в несколько дополнительных мембранных газоразделительных блоков, из которых отводят дополнительные потоки газа, не проникшего через мембраны, а в качестве потока гелиевого концентрата используют поток газа, проникшего через мембрану в последнем дополнительном мембранном газоразделительном блоке. Данный вариант целесообразно использовать в тех случаях, когда требуется производство гелиевого концентрата с относительно высоким содержанием гелия, например, с целью его консервации в хранилищах с ограниченным объемом, а также для финишного товарного обогащения гелия, например, с помощью криогенной переработки.A second embodiment of the method is an option in which all or part of the helium concentrate stream is subjected to additional stepwise enrichment in helium, for which it is compressed and fed to the high pressure inlet into one or several additional membrane gas separation units, from which additional gas flows are removed, not penetrated through the membrane, and as a stream of helium concentrate use a stream of gas penetrated through the membrane in the last additional membrane of the gas separation unit. This option is advisable to use in cases where the production of helium concentrate with a relatively high helium content is required, for example, for the purpose of its preservation in storage facilities with a limited volume, as well as for final commercial enrichment of helium, for example, using cryogenic processing.
Для переработки больших потоков природного и попутного нефтяного газа может быть использован вариант, при котором поток газа, подаваемого на вход высокого давления в основной мембранный газоразделительный блок, делят на два или более потоков, которые пропускают вдоль поверхности мембран в параллельно соединенных мембранных аппаратах.For processing large flows of natural and associated petroleum gas, an option may be used in which the flow of gas supplied to the high pressure inlet to the main membrane gas separation unit is divided into two or more flows that are passed along the surface of the membranes in parallel connected membrane devices.
Если при реализации способа используют дополнительное ступенчатое обогащение гелия в одном или нескольких дополнительных мембранных газоразделительных блоках, то поток газа, подаваемого на вход высокого давления в дополнительные мембранные газоразделительные блоки, также могут делить на два или более потоков, которые пропускают вдоль поверхности мембран в параллельно соединенных мембранных аппаратах.If during the implementation of the method an additional stepwise enrichment of helium is used in one or several additional membrane gas separation blocks, the flow of gas supplied to the high pressure inlet to additional membrane gas separation blocks can also be divided into two or more flows that are passed along the surface of the membranes in parallel membrane devices.
Оба этих варианта позволяют перерабатывать большие газовые потоки с применением серийных мембранных аппаратов малой и средней производительности.Both of these options allow you to process large gas flows using serial membrane devices of small and medium capacity.
Для повышения содержания гелия в гелиевом концентрате дополнительное ступенчатое обогащение потока гелиевого концентрата может быть осуществлено с организацией противоточных рециркуляционных течений, при которой дополнительный поток газа, не проникшего через мембраны, отводимый из, по крайней мере, одного дополнительного мембранного газоразделительного блока, подают на вход высокого давления предыдущего блока. Такой вариант реализации способа позволяет дополнительно повысить содержание гелия в гелиевом концентрате при сохранении энергетических и капитальных затрат (под капитальными затратами подразумевается необходимое количество мембранных аппаратов, которое количественно может быть выражено в виде требуемой площади селективно проницаемой по гелию мембраны).To increase the helium content in helium concentrate, an additional stepwise enrichment of the helium concentrate stream can be carried out with the organization of countercurrent recirculation flows, in which an additional stream of gas that does not penetrate through the membranes removed from at least one additional membrane gas separation unit is supplied to the inlet of a high pressure of the previous block. This embodiment of the method allows to further increase the helium content in the helium concentrate while maintaining energy and capital costs (capital costs mean the required number of membrane devices, which can be quantitatively expressed as the required area of the membrane selectively permeable through helium).
Для повышения глубины переработки природного и попутного нефтяного газа часть или все отводимые из дополнительных мембранных газоразделительных блоков дополнительные потоки газа, не проникшего через мембраны, также могут быть поданы на криогенную переработку совместно с потоком, не проникшим через мембрану, в основном газоразделительном блоке. При этом достигается увеличение количества произведенных тяжелых углеводородных фракций, а также количество метановых фракций товарного состава.In order to increase the processing depth of natural and associated petroleum gas, part or all of the additional gas streams removed from the additional membrane gas separation blocks that have not penetrated through the membranes can also be fed to cryogenic processing together with the stream that has not penetrated through the membrane in the main gas separation block. This increases the number of produced heavy hydrocarbon fractions, as well as the number of methane fractions of a freight composition.
Основным отличием заявленного способа от прототипа и других известных способов является то, что в нем производство гелиевого концентрата не входит в цепочку высокоэнергоемкой криогенной переработки. Производство гелиевого концентрата осуществляют мембранным методом перед стадией криогенной переработки. За счет этого на криогенную переработку подают газ, уже очищенный от гелия, что значительно снижает требования к криогенной переработке (главным является то, что не требуется конденсация большого количества метановой фракции и исключаются соответствующие энергозатраты). Преимущество заявленного способа состоит также в том, что при его реализации может быть достигнута гораздо большая степень извлечения гелия (до 95% и более) по сравнению с криогенным методом. Мембранный способ производства гелиевого концентрата является эффективным даже в тех случаях, когда содержание гелия в топливных газах сравнительно невелико и составляет сотые доли процента и менее. Криогенный способ концентрирования гелия экономически обоснован при его начальном содержании на уровне 0,05% и более.The main difference between the claimed method from the prototype and other known methods is that in it the production of helium concentrate is not included in the chain of highly energy-intensive cryogenic processing. The production of helium concentrate is carried out by the membrane method before the cryogenic processing stage. Due to this, gas that has already been purified from helium is supplied to the cryogenic processing, which significantly reduces the requirements for cryogenic processing (the main thing is that condensation of a large amount of the methane fraction is not required and the corresponding energy costs are excluded). The advantage of the claimed method also lies in the fact that when it is implemented, a much higher degree of helium recovery (up to 95% or more) can be achieved compared to the cryogenic method. The membrane method for the production of helium concentrate is effective even in cases where the helium content in fuel gases is relatively low and amounts to hundredths of a percent or less. The cryogenic method for concentrating helium is economically justified with its initial content at the level of 0.05% or more.
Использование мембранного метода газоразделения для производства гелиевого концентрата имеет значительные преимущества перед другими методами в силу того, что движущей силой, определяющей степень очистки топливного газа от гелия, является только перепад его парциального давления на поверхности мембраны. При этом энергетическим потенциалом, создающим эффект газоразделения и обогащения гелия. является только энергия сжатого топливного газа. При использовании такого метода обогащения другие источники энергии, материальные ресурсы, жидкий азот, реактивы, сорбенты и др. не требуются. Главным условием является высокая проницаемость мембраны для гелия по сравнению с другими компонентами топливного газа, что свойственно многим селективно проницаемым мембранам. Как правило, селективность мембран для гелия по отношению к другим газовым компонентам составляет от нескольких десятков до сотен единиц. Процесс газоразделения реализуют в мембранных аппаратах волоконного, рулонного или плоскорамного типа, имеющих высокую удельную рабочую поверхность (м2/м3). Мембранный аппарат, кроме корпуса и размещенной там мембраны, разделяющей области повышенного и пониженного давления, не содержит никаких сложных дорогостоящих конструктивных элементов и движущихся частей. Мембранный аппарат имеет вход потока газа высокого давления, выход потока высокого давления для очищенного от гелия газа и выход потока низкого давления для потока, обогащенного гелием.The use of the membrane gas separation method for the production of helium concentrate has significant advantages over other methods due to the fact that the driving force that determines the degree of purification of fuel gas from helium is only the difference in its partial pressure on the membrane surface. In this case, the energy potential that creates the effect of gas separation and enrichment of helium. is only the energy of compressed fuel gas. When using this enrichment method, other energy sources, material resources, liquid nitrogen, reagents, sorbents, etc. are not required. The main condition is the high permeability of the membrane for helium in comparison with other components of the fuel gas, which is characteristic of many selectively permeable membranes. As a rule, the selectivity of membranes for helium with respect to other gas components ranges from several tens to hundreds of units. The gas separation process is implemented in membrane devices of fiber, roll or flat type having a high specific working surface (m 2 / m 3 ). The membrane apparatus, in addition to the housing and the membrane located there, separating the areas of high and low pressure, does not contain any complex expensive structural elements and moving parts. The membrane apparatus has an inlet of a high-pressure gas stream, an outlet of a high-pressure stream for helium-free gas and an outlet of a low-pressure stream for a helium enriched stream.
Весь или часть производимого гелиевого концентрата далее может быть подвергнута последующей переработке, направленной на увеличение содержания гелия или на производство гелия товарной кондиции, что предусмотрено приведенными выше вариантами реализации заявленного способа.All or part of the helium concentrate produced can then be subjected to further processing aimed at increasing the helium content or the production of helium in commercial condition, which is provided for by the above options for implementing the inventive method.
Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами на Фиг.1. Фиг.2 и Фиг.3. На Фиг 1. приведена общая принципиальная схема реализации способа переработки природного и попутного нефтяного газа и его вариантов. На Фиг.2. приведена схема организации потоков между основным и дополнительными газоразделительными мембранными блоками. На Фиг.3 приведена схема организации потоков в мембранных аппаратах, входящих в мембранные газоразделительные блоки.The essence of the proposed method is illustrated by drawings in figure 1. Figure 2 and Figure 3. Figure 1. shows a General schematic diagram of the implementation of a method of processing natural and associated petroleum gas and its variants. Figure 2. The flow diagram between the main and additional gas separation membrane blocks is shown. Figure 3 shows a diagram of the organization of flows in the membrane apparatus included in the membrane gas separation units.
Общая принципиальная схема реализации способа (см. Фиг.1) включает коммуникацию 1 для подачи сырьевого газа, компрессор 2 для его сжатия, системы 3-5 для его очистки от сернистых соединений, двуокиси углерода и осушки, основной мембранный газоразделительный блок 6, в котором сырьевой газ пропускают вдоль поверхности селективно проницаемой по гелию мембраны 7 в мембранном аппарате (на схеме нге показан), коммуникацию 8 для отвода гелиевого концентрата, коммуникацию 9 для отвода потока газа, не проникшего через мембрану, и для его подачи в систему криогенной переработки 10, где производят фракции тяжелых углеводородов и метановые фракции низкого и среднего давления. Общая принципиальная схема может включать коммуникацию 11 для подачи части или всего потока гелиевого концентрата в систему дополнительной самостоятельной криогенной переработки 12, в которой производят товарное обогащение гелия и его отвод по коммуникации 13, а также производят фракции тяжелых углеводородов и очищенные метановые фракции низкого и среднего давления. Схема также может включать коммуникацию 14 и компрессор 15 для подачи всего или части потока гелиевого концентрата на дополнительное обогащение в, по крайней мере, одном дополнительном мембранном газоразделительном блоке 16, из которого по коммуникации 17 отводят гелиевый концентрат. Коммуникации 18 или 19 служат для отвода из блока 16 дополнительных потоков газа, не проникшего через мембрану 20.The general schematic diagram of the implementation of the method (see Figure 1) includes communication 1 for supplying raw gas, a compressor 2 for compressing it, a system 3-5 for cleaning it from sulfur compounds, carbon dioxide and drying, the main membrane gas separation unit 6, in which feed gas is passed along the surface of the membrane 7 selectively permeable through helium in the membrane apparatus (shown in the ge diagram), communication 8 for discharging helium concentrate, communication 9 for discharging a gas stream that has not penetrated through the membrane and for supplying it to the system cryogenic processing 10, where heavy hydrocarbon fractions and low and medium pressure methane fractions are produced. The general concept may include communication 11 for supplying part or all of the helium concentrate stream to an additional independent cryogenic processing system 12, in which commodity helium is enriched and discharged via communication 13, as well as heavy hydrocarbon fractions and purified low and medium pressure methane fractions . The circuit may also include communication 14 and a compressor 15 for supplying all or part of the helium concentrate stream for additional enrichment in at least one additional membrane gas separation unit 16, from which helium concentrate is withdrawn via communication 17. Communications 18 or 19 are used to divert from the block 16 additional gas flows that have not penetrated through the membrane 20.
Если производят многоступенчатое обогащение гелиевого концентрата, то основной 2-1 и дополнительные 2-2-1, …, 2-2-n мембранные газоразделительные блоки последовательно соединяют между собой коммуникациями 2-3, 2-3-1, …, 2-3-n, как это показано на Фиг.2, на которых установлены компрессоры 2-4-1, …, 2-4-n. Из дополнительных мембранных блоков по коммуникациям 2-5-1, …, 2-5-n отводят дополнительные потоки газа, не проникшего через мембраны, которые затем соединяют с коммуникациями 2-6, 2-6-1, …, 2-6-n и 2-7-1, …, 2-7-n. При этом часть или все коммуникации 2-6, 2-6-1, …, 2-6-n служат для подачи потоков газа, не проникшего через мембраны в основном и дополнительных газоразделительных мембранных блоков, в систему криогенной переработки 10 (см. Фиг.1). Часть или все коммуникации 2-7-1, …, 2-7-n служат для организации противоточных рециркуляционных течений при использовании ступенчатого обогащения гелиевого концентрата.If a multi-stage enrichment of helium concentrate is carried out, then the main 2-1 and additional 2-2-1, ..., 2-2-n membrane gas separation units are sequentially interconnected by communications 2-3, 2-3-1, ..., 2-3 -n, as shown in FIG. 2, on which compressors 2-4-1, ..., 2-4-n are installed. Of the additional membrane blocks for communications 2-5-1, ..., 2-5-n, additional flows of gas that do not penetrate through the membranes are diverted, which are then connected to communications 2-6, 2-6-1, ..., 2-6- n and 2-7-1, ..., 2-7-n. At the same time, part or all of the communications 2-6, 2-6-1, ..., 2-6-n serve to supply gas flows that did not penetrate mainly and additional gas separation membrane blocks through the membranes to the cryogenic processing system 10 (see FIG. .one). Part or all of the communications 2-7-1, ..., 2-7-n are used to organize countercurrent recirculation flows using stepwise enrichment of helium concentrate.
Основной и дополнительные мембранные газоразделительные блоки 3-1 (см. Фиг.3) могут содержать один 3-2-1 или несколько 3-2-1, …, 3-2-n мембранных аппаратов. которые параллельно соединены между собой коммуникациями 3-3, 3-4, 3-5, как это показано на Фиг.3. Газовые коммуникации 3-3 соединяют между собой входы высокого давления мембранных аппаратов, коммуникации 3-4 соединяют выходы высокого давления, а коммуникации 3-5 соединяют выходы низкого давления мембранных аппаратов и коммуникацию 3-6 для отвода потока гелиевого концентрата.The main and additional membrane gas separation blocks 3-1 (see Figure 3) may contain one 3-2-1 or several 3-2-1, ..., 3-2-n membrane devices. which are parallel connected by communications 3-3, 3-4, 3-5, as shown in Fig.3. Gas communications 3-3 connect the high-pressure inputs of the membrane apparatuses, communications 3-4 connect the high-pressure outlets, and communications 3-5 connect the low-pressure outputs of the membrane apparatus and communication 3-6 to divert the flow of helium concentrate.
Способ переработки природного и попутного нефтяного газа осуществляют следующим образом.A method of processing natural and associated petroleum gas is as follows.
Природный или попутный нефтяной сырьевой газ по трубопроводу 1 (см. Фиг.1) подают на компрессор 2 и далее на очистку от сернистых соединений и двуокиси углерода в устройствах 3 и 4 и очистку от паров воды в осушителе 5. В качестве очистки и осушки могут быть использованы адсорбционные (например, на цеолитах) и/или абсорбционные (например, на основе аминов и этиленгликолей) способы и устройства любого подходящего типа. В случае необходимости очищенный и осушенный сырьевой газ может быть подвержен дополнительному компримированию компрессором 21. Давление сырьевого газа доводят до уровня 3-5 МПа и более. Чем выше давление, тем больше оказывается величина проницаемости гелия через мембрану. Сжатый поток сырьевого газа подают на вход высокого давления 22 в основной мембранный газоразделительный блок 6. где его пропускают в мембранном аппарате вдоль поверхности селективно проницаемой по гелию мембраны 7. Поток газа, проникшего через мембрану и обогащенного гелием, отводят из блока по газовой коммуникации 8 в виде потока гелиевого концентрата низкого давления. В случае необходимости, например, для консервации концентрата или для его перекачки по трубопроводу, этот поток может быть подвержен компримированию. Не проникший через мембрану и обедненный гелием поток высокого давления отводят из основного мембранного газоразделительного блока по газовой коммуникации 9 и подают в систему 10 на криогенную переработку. Криогенную переработку осуществляют с использованием методов и оборудования для низкотемпературной конденсации и ректификации, при которой производят разделение и очистку различных углеводородных фракций. Охлаждение газа частично могут проводить за счет энергии сжатого газа путем дросселирования (снижения давления) газового потока. Последовательное охлаждение осуществляют в таком режиме, что сначала конденсируются и отводятся тяжелые углеводороды, а затем в случае необходимости и метан. В результате в системе криогенной переработки 10 отдельно выделяют фракции тяжелых углеводородов 23. очищенную метановую фракцию низкого давления 24 и очищенную метановую фракцию высокого давления 25. За счет использования низкотемпературной ректификации в системе криогенной переработки 10 могут быть получены в чистом виде отдельные углеводородные компоненты, представляющие повышенную ценность, например, этан, пропан, бутан и др. По сравнению с прототипом. где в системе криогенной переработки одновременно производят и гелиевый концентрат, энергозатраты оказываются существенно снижены, поскольку в данном случае для криогенного извлечения только высококипящих тяжелых углеводородных компонентов требуется конденсация лишь незначительной доли потока метановой фракции. Производство гелиевого концентрата мембранным способом происходит только за счет энергии сжатого газа.Natural or associated petroleum feed gas through pipeline 1 (see FIG. 1) is supplied to compressor 2 and then for purification from sulfur compounds and carbon dioxide in devices 3 and 4 and purification from water vapor in desiccant 5. As a purification and drying, adsorption (e.g., on zeolites) and / or absorption (e.g., based on amines and ethylene glycols) methods and devices of any suitable type may be used. If necessary, the purified and dried raw gas may be subject to additional compression by compressor 21. The pressure of the raw gas is brought to a level of 3-5 MPa or more. The higher the pressure, the greater the value of helium permeability through the membrane. The compressed feed gas stream is fed to the high-pressure inlet 22 to the main membrane gas separation unit 6. where it is passed in the membrane apparatus along the surface of the membrane selectively permeable through helium 7. The gas stream penetrated through the membrane and enriched with helium is diverted from the gas communication unit 8 into as a stream of low pressure helium concentrate. If necessary, for example, for preserving the concentrate or for pumping it through the pipeline, this stream may be subject to compression. The high pressure stream that has not penetrated through the membrane and is depleted in helium is discharged from the main membrane gas separation unit via gas communication 9 and fed to system 10 for cryogenic processing. Cryogenic processing is carried out using methods and equipment for low-temperature condensation and rectification, in which the separation and purification of various hydrocarbon fractions is carried out. Gas cooling can partially be carried out due to the energy of the compressed gas by throttling (pressure reduction) of the gas stream. Sequential cooling is carried out in such a mode that heavy hydrocarbons are first condensed and discharged, and then, if necessary, methane. As a result, heavy hydrocarbon fractions 23 are separately separated out in the cryogenic processing system 10. The purified low-pressure methane fraction 24 and the purified high-pressure methane fraction 25. By using low-temperature distillation in the cryogenic processing system 10, individual hydrocarbon components can be obtained which are high value, for example, ethane, propane, butane, etc. Compared with the prototype. where helium concentrate is simultaneously produced in the cryogenic processing system, energy consumption is significantly reduced, since in this case, cryogenic extraction of only high-boiling heavy hydrocarbon components requires condensation of only a small fraction of the methane fraction stream. The production of helium concentrate by the membrane method occurs only due to the energy of compressed gas.
В основном мембранном газоразделительном блоке 6 с целью увеличения его производительности может быть использовано несколько мембранных аппаратов. Для этого поток сжатого газа 3-7 (см. Фиг.3) подают на вход высокого давления 3-8 мембранного газоразделительного блока 3-1, где на коммуникации 3-3 его делят на два или более потоков 3-9-1, …, 3-9-n, которые пропускают вдоль поверхности мембран 3-10 в параллельно соединенных мембранных аппаратах 3-2-1, …, 3-2-n. Выходящие из мембранных аппаратов потоки не проникшего через мембраны газа высокого давления объединяют и через коммуникацию 3-4 отводят из мембранного газоразделительного блока по коммуникации 3-11. Выходящие из мембранных аппаратов потоки проникшего через мембраны газа низкого давления через коммуникацию 3-5 отводят из мембранного газоразделительного блока через коммуникацию 3-6 для отвода потока гелиевого концентрата.In the main membrane gas separation unit 6, in order to increase its productivity, several membrane devices can be used. For this, the compressed gas stream 3-7 (see Figure 3) is fed to the high-pressure inlet 3-8 of the membrane gas separation unit 3-1, where in communication 3-3 it is divided into two or more flows 3-9-1, ... , 3-9-n, which are passed along the surface of the membranes 3-10 in parallel connected membrane devices 3-2-1, ..., 3-2-n. The outgoing from the membrane apparatus flows of the high pressure gas which did not penetrate through the membranes are combined and through communication 3-4 are removed from the membrane gas separation unit via communication 3-11. The outgoing from the membrane apparatus streams of low pressure gas that has penetrated through the membranes through communication 3-5 are removed from the membrane gas separation unit through communication 3-6 to divert the flow of helium concentrate.
В том случае, когда одной из целей переработки является производство высокообогащенного гелия для его поставки потребителю, весь или часть потока гелиевого концентрата, отводимого из основного мембранного газоразделительного блока 6 подвергают дополнительной самостоятельной криогенной переработке. Для этого его по газовой коммуникации 11 подают в систему криогенной переработки 12, где на первом этапе за счет постепенного охлаждения с частичным использованием дросселирования газа конденсируют, подвергают низкотемпературной ректификации и отводят по коммуникации 26 очищенные высококипящие фракции тяжелых углеводородов, по коммуникации 27 отводят очищенную метановую фракцию низкого давления и по коммуникации 28 отводят очищенную метановую фракцию среднего давления. На втором этапе проводят финишную очистку гелия от примесей. Как вариант, в оставшуюся смесь подают воздух и дожигают водород и остатки метана, а затем проводят финишную очистку гелия при охлаждении кипящим под вакуумом азотом на сорбентах при температуре жидкого азота. Гелий высокого обогащения отводят по коммуникации 13 (см. Фиг.1). Полученный товарный гелий поставляют потребителю либо в сжатом газообразном виде, либо в виде сжиженного гелия. На дополнительную криогенную переработку подают поток гелиевого концентрата, величина которого много меньше величины исходного потока сырьевого газа. По этой причине себестоимость товарного гелия высокого обогащения, производимого с использованием заявленного способа, оказывается во много раз ниже, чем при его производстве криогенным методом без использования предварительного мембранного обогащения.In the case when one of the processing purposes is the production of highly enriched helium for delivery to the consumer, all or part of the helium concentrate stream discharged from the main membrane gas separation unit 6 is subjected to additional independent cryogenic processing. To do this, it is fed through gas communication 11 to the cryogenic processing system 12, where, at the first stage, they are condensed through partial throttling using partial gas throttling, subjected to low-temperature rectification and 26 purified high-boiling fractions of heavy hydrocarbons are transferred through communication 26, and a purified methane fraction is removed through communication 27 low pressure and communication 28 divert the purified methane fraction of medium pressure. At the second stage, helium is cleaned of impurities. Alternatively, air is fed into the remaining mixture and hydrogen and methane residues are burned up, and then helium is finally cleaned under cooling with nitrogen boiling under vacuum on sorbents at a temperature of liquid nitrogen. High enrichment helium is diverted via communication 13 (see Figure 1). The obtained commercial helium is supplied to the consumer either in compressed gaseous form or in the form of liquefied helium. For additional cryogenic processing serves the flow of helium concentrate, the value of which is much less than the value of the initial flow of raw gas. For this reason, the cost of commodity helium of high enrichment produced using the inventive method is many times lower than when it was produced by the cryogenic method without using preliminary membrane enrichment.
В тех случаях, когда существует необходимость увеличения содержания гелия в гелиевом концентрате, например, для закачки концентрата в хранилища малого объема, для его транспортировки на финишную переработку или для дальнейшего товарного финишного обогащения, например, с помощью криогенной переработки весь поток или часть потока гелиевого концентрата, производимого в основном мембранном газоразделительном блоке 6. подвергают дополнительному ступенчатому мембранному обогащению. Для этого поток гелиевого концентрата компримируют компрессором 15 и по газовой коммуникации 14 подают на вход высокого давления в один или последовательно в несколько дополнительных мембранных газоразделительных блоков. На Фиг.1 это единичный блок 16, а на Фиг.2 показано соединение нескольких дополнительных блоков 2-2-1, …, 2-2-n. В дополнительных блоках осуществляют последовательное обогащение гелиевого концентрата. Для этого выходящий поток газа, проникшего через мембрану и обогащенного гелием, из каждого дополнительного блока компримируют компрессорами 2-4-2, …, 2-4-n (см. Фиг.2) и подают на вход высокого давления последующего блока. В качестве потока гелиевого концентрата используют поток газа, проникшего через мембрану в последнем дополнительном мембранном газоразделительном блоке, который отводят по коммуникации 2-8. Из дополнительных мембранных газоразделительных блоков по коммуникациям 2-5-1, …, 2-5-n отводят дополнительные потоки газа, не проникшего через мембраны. Дополнительные мембранные газоразделительные блоки 2-2-1, …, 2-2-n, как и основной мембранный газоразделительный блок 6 (см. Фиг.1) могут содержать как один, так и несколько параллельно соединенных мембранных аппаратов. При этом поток газа, подаваемый на вход высокого давления в дополнительные мембранные газоразделительные блоки, делят на два или более потоков, которые пропускают вдоль поверхности мембран в параллельно соединенных аппаратах (см. Фиг.3).In cases where there is a need to increase the helium content in helium concentrate, for example, for pumping concentrate into small storage facilities, for transporting it to finishing processing or for further commercial finishing processing, for example, using cryogenic processing, all or part of the helium concentrate stream produced in the main membrane gas separation unit 6. is subjected to an additional stepwise membrane enrichment. For this, the helium concentrate stream is compressed by compressor 15 and, via gas communication 14, is fed to the high pressure inlet to one or several additional membrane gas separation units. Figure 1 is a unit block 16, and Figure 2 shows the connection of several additional blocks 2-2-1, ..., 2-2-n. In additional blocks, helium concentrate is sequentially enriched. For this, the outgoing gas stream, penetrated through the membrane and enriched with helium, from each additional unit is compressed with compressors 2-4-2, ..., 2-4-n (see Figure 2) and fed to the high pressure inlet of the subsequent unit. As a helium concentrate stream, a gas stream is used that has penetrated through the membrane in the last additional membrane gas separation unit, which is diverted via communication 2-8. Of the additional membrane gas separation units via communications 2-5-1, ..., 2-5-n, additional flows of gas that have not penetrated through the membranes are diverted. Additional membrane gas separation blocks 2-2-1, ..., 2-2-n, as well as the main membrane gas separation block 6 (see Figure 1) may contain one or several parallel connected membrane devices. In this case, the gas flow supplied to the high-pressure inlet to the additional membrane gas separation units is divided into two or more flows that are passed along the surface of the membranes in parallel connected devices (see Figure 3).
Дополнительные потоки газа, не проникшего через мембраны и отводимого по коммуникациям 2-5-1,…, 2-5-n из дополнительных мембранных газоразделительных блоков, могут быть использованы для получения более высокого содержания гелия в потоке гелиевого концентрата. Для этого дополнительное ступенчатое обогащение потока гелиевого концентрата на дополнительных мембранных газоразделительных блоках осуществляют с организацией противоточных рециркуляционных течений, при которой дополнительный поток газа, не проникшего через мембраны, и отводимый, по крайней мере, из одного дополнительного мембранного газоразделительного блока, подают на вход высокого давления предыдущего блока. Например, если используется один дополнительный мембранный газоразделительный блок 16 (см. Фиг.1), то отводимый из него и обедненный гелием поток высокого давления по газовой коммуникации 18 подают на вход высокого давления основного блока 6. Если для дополнительного ступенчатого обогащения используют, как это показано на Фиг.2. несколько блоков, то один или несколько дополнительных потоков, подаваемых по газовым коммуникациям 2-7-2, …, 2-7-n, также могут быть возвращены на вход высокого давления предыдущего блока. При организации противоточных рециркуляционных течений более высокое обогащение гелиевого концентрата достигается без дополнительных энергетических и капитальных затрат. Возвращаемые газовые потоки не требуют дополнительного компримирования. поскольку их отбирают из выходов высокого давления мембранных газоразделительных блоков. Регулирование рециркуляционной схемы по давлениям осуществляют заданием постепенно увеличивающейся степени сжатия на компрессорах 2-4-1, …, 2-4-n (см. Фиг.2). Причем требуемое повышение степени сжатия незначительно, поскольку мембранные аппараты обладают малыми проточными потерями давления.Additional streams of gas that has not penetrated through the membrane and is removed through communications 2-5-1, ..., 2-5-n from additional membrane gas separation units can be used to obtain a higher helium content in the helium concentrate stream. For this, an additional stepwise enrichment of the helium concentrate stream on additional membrane gas separation blocks is carried out with the organization of countercurrent recirculation flows, in which an additional gas stream that has not penetrated through the membranes and is discharged from at least one additional membrane gas separation block is supplied to the high pressure inlet previous block. For example, if one additional membrane gas separation unit 16 is used (see Fig. 1), the high pressure stream withdrawn from it and depleted of helium through a gas communication 18 is supplied to the high pressure input of the main unit 6. If used for additional stepwise enrichment, shown in figure 2. several blocks, then one or more additional flows supplied via gas communications 2-7-2, ..., 2-7-n can also be returned to the high pressure input of the previous block. When organizing countercurrent recirculation flows, a higher enrichment of helium concentrate is achieved without additional energy and capital costs. Returned gas flows do not require additional compression. since they are selected from the high-pressure outlets of the membrane gas separation units. The regulation of the recirculation circuit in pressure is carried out by setting a gradually increasing compression ratio on compressors 2-4-1, ..., 2-4-n (see Figure 2). Moreover, the required increase in the degree of compression is insignificant, since the membrane apparatuses have small flow-through pressure losses.
Дополнительные потоки газа, не проникшего через мембраны и отводимого по коммуникациям 2-5-1, …, 2-5-n из дополнительных мембранных газоразделительных блоков, могут быть использованы для получения дополнительного количества очищенных фракций тяжелых углеводородов и метановых фракций. Для этого часть или все дополнительные потоки газа подают на криогенную переработку совместно с потоком, не проникшим через мембрану в основном газоразделительном блоке. Например, если используется один дополнительный мембранный газоразделительный блок 16 (см. Фиг.1), то отводимый из него и обедненный гелием поток высокого давления по газовой коммуникации 19 подают в систему криогенной переработки 10. Если для дополнительного ступенчатого обогащения используют, как это показано на Фиг.2, несколько дополнительных блоков, то один или несколько дополнительных потоков, подаваемых по газовым коммуникациям 2-6-2, …, 2-6-n, также могут быть поданы в систему криогенной переработки 10.Additional streams of gas that did not penetrate through the membranes and removed through communications 2-5-1, ..., 2-5-n from additional membrane gas separation units can be used to obtain an additional amount of purified fractions of heavy hydrocarbons and methane fractions. For this, part or all of the additional gas streams are supplied for cryogenic processing together with the stream that has not penetrated through the membrane in the main gas separation unit. For example, if one additional membrane gas separation unit 16 is used (see FIG. 1), the high pressure stream withdrawn from it and depleted of helium through a gas communication 19 is supplied to the cryogenic processing system 10. If used for additional stepwise enrichment, as shown in Figure 2, several additional blocks, then one or more additional flows supplied through gas utilities 2-6-2, ..., 2-6-n, can also be fed into the cryogenic processing system 10.
Количество дополнительных газовых потоков в дополнительных мембранных газоразделительных блоках, не проникших через мембраны, используемых для организации рециркуляционных течений и/или для криогенной переработки, определяется конкретными потребностями. Например, часть потоков может быть использована для организации рециркуляционных течений, а другая часть для криогенной переработки. Часть потоков или все эти дополнительные потоки могут быть использованы для внутренних потребностей газоперерабатывающего предприятия, например, в качестве топлива для работы компрессорных установок.The number of additional gas flows in additional membrane gas separation units that have not penetrated through the membranes used for organizing recirculation flows and / or for cryogenic processing is determined by specific needs. For example, part of the flows can be used to organize recirculation flows, and another part for cryogenic processing. Part of the flows or all of these additional flows can be used for the internal needs of a gas processing enterprise, for example, as fuel for the operation of compressor plants.
При использовании способа и вариантов его реализации достигаются следующие технические результаты:When using the method and its implementation options, the following technical results are achieved:
- упрощается технологическая схема переработки природного газа за счет замещения криогенной стадии обогащения гелия, требующей сложного в изготовлении и в эксплуатации оборудования, на мембранную газоразделительную технологию;- the technological scheme of natural gas processing is simplified by replacing the cryogenic stage of helium enrichment, which requires complex equipment to manufacture and operate, with a membrane gas separation technology;
- использование предложенного способа позволяет существенно сократить энергозатраты на переработку природного и попутного нефтяного газов за счет замещения криогенной стадии извлечения гелия на мембранную переработку и сокращения глубины криогенной переработки (криогенная переработка требуется, в основном, только для извлечения фракций тяжелых углеводородов);- the use of the proposed method can significantly reduce energy costs for the processing of natural and associated petroleum gases by replacing the cryogenic stage of the extraction of helium by membrane processing and reducing the depth of cryogenic processing (cryogenic processing is required mainly for the extraction of fractions of heavy hydrocarbons);
- использование мембранных технологий позволяет при переработке природного и попутного нефтяного газа увеличить степень извлечения гелия при одновременном снижении энергозатрат на его извлечение;- the use of membrane technologies allows the processing of natural and associated petroleum gas to increase the degree of extraction of helium while reducing energy consumption for its extraction;
- использование предложенного способа в части организации ступенчатого обогащения и противоточных рециркуляционных схем обогащения и извлечения гелия позволяет обеспечить увеличение обогащения гелием гелиевого концентрата без существенных дополнительных энергозатрат.- the use of the proposed method in terms of organizing stepwise enrichment and countercurrent recirculation schemes for enrichment and extraction of helium allows to increase the enrichment of helium in helium concentrate without significant additional energy costs.
Примеры реализации способаMethod implementation examples
Для переработки используется поток топливного газа величиной 10000 м/час при давлении 75 ати следующего состава:For processing, a fuel gas stream of 10,000 m / h is used at a pressure of 75 atm of the following composition:
- объемная концентрация метана - 93%;- volumetric concentration of methane - 93%;
- объемная концентрация этана - 6%;- volume concentration of ethane - 6%;
- объемная концентрация гелия - 1%.- volume concentration of helium - 1%.
Задачей стоит переработка потока газа с полным извлечением этана, максимальным извлечением гелия со степенью извлечения не ниже 85%, получением гелиевого концентрата различного обогащения по гелию. Дополнительным вариантом является производство гелия товарного состава (более 99% обогащения). В качестве мембранного газоразделительного оборудования используются мембранные блоки, включающие мембранные модули на основе половолоконных полиимидных мембран с высокой селективностью по гелию относительно других компонентов на уровне 100 и более.The task is to process the gas stream with the complete extraction of ethane, the maximum extraction of helium with a degree of extraction of at least 85%, and the production of helium concentrate of various enrichment in helium. An additional option is the production of helium of a commercial composition (more than 99% enrichment). As membrane gas separation equipment, membrane blocks are used, including membrane modules based on hollow fiber polyimide membranes with high selectivity for helium relative to other components at a level of 100 or more.
При использовании способа могут быть получены следующие результаты:Using the method, the following results can be obtained:
1. Использование способа в пределах п.1 формулы изобретения. Исходный поток газа перерабатывают на основном мембранном газоразделительном блоке. Не проникший через мембраны поток газа высокого давления подают на криогенную переработку. Криогенная переработка упрощенная, поскольку не требуется сжижение метана для обогащения гелия.1. The use of the method within the framework of claim 1 of the claims. The initial gas stream is processed on the main membrane gas separation unit. The high pressure gas stream that has not penetrated through the membranes is fed to cryogenic processing. Cryogenic processing is simplified because it does not require liquefaction of methane to enrich helium.
Получаемые продукты:Received Products:
- Поток гелиевого концентрата 710 м3/час с содержанием гелия 13,4%.- The flow of helium concentrate 710 m 3 / hour with a helium content of 13.4%.
- Поток чистого этана 570 м3/час.- The flow of pure ethane 570 m 3 / hour.
- Поток очищенного метана 8720 м3/час.- The stream of purified methane 8720 m 3 / hour.
Содержание гелия в метане - 0,05% (степень очистки 95%).The helium content in methane is 0.05% (purity 95%).
Требуемая энергетическая мощность. Энергозатраты минимальны, поскольку на производство гелиевого концентрата дополнительной энергии не требуется, а обогащение этана происходит за счет охлаждения при дросселировании потока газа.The required energy capacity. Energy consumption is minimal, since the production of helium concentrate does not require additional energy, and ethane enrichment occurs due to cooling during throttling of the gas stream.
2. Использование способа-прототипа. Производство гелиевого концентрата и производство этана проводятся криогенным методом.2. The use of the prototype method. The production of helium concentrate and the production of ethane are carried out by the cryogenic method.
Получаемые продукты:Received Products:
- Поток гелиевого концентрата 635 м3/час с содержанием гелия 13,4%.- The flow of helium concentrate 635 m 3 / h with a helium content of 13.4%.
- Поток чистого этана 600 м3/час.- The flow of pure ethane 600 m 3 / hour.
- Поток очищенного метана 8765 м3/час.- The stream of purified methane 8765 m 3 / hour.
- Содержание гелия в метане - 0,16% (степень очистки 85%).- The helium content in methane is 0.16% (purification degree 85%).
Требуемая энергетическая мощность - более 1,3 МВт (энергия расходуется на конденсацию метана при производстве гелиевого концентрата).The required energy capacity is more than 1.3 MW (energy is spent on methane condensation in the production of helium concentrate).
3. Использование способа в пределах п.2 формулы изобретения. Весь поток гелиевого концентрата подают на криогенную переработку для получения чистого гелия.3. The use of the method within paragraph 2 of the claims. The entire stream of helium concentrate is fed to cryogenic processing to obtain pure helium.
Получаемые продукты:Received Products:
- Поток чистого гелия 95 м3/час с содержанием гелия 99,9%.- The flow of pure helium 95 m 3 / hour with a helium content of 99.9%.
- Поток чистого этана 570 м3/час.- The flow of pure ethane 570 m 3 / hour.
- Поток очищенного метана 8720 м3/час.- The stream of purified methane 8720 m 3 / hour.
- Содержание гелия в метане - 0,05% (степень очистки 95%).- The helium content in methane is 0.05% (purity 95%).
Требуемая энергетическая мощность - на уровне 500,0 кВт (энергия расходуется на конденсацию метана при финишном обогащении малого потока гелиевого концентрата).The required energy capacity is at the level of 500.0 kW (energy is spent on methane condensation during the final enrichment of a small stream of helium concentrate).
4. Использование способа в пределах п.3 и п.7 формулы изобретения. Весь поток гелиевого концентрата подвергают дополнительному ступенчатому обогащению.4. The use of the method within claims 3 and 7 of the claims. The entire stream of helium concentrate is subjected to additional stepwise enrichment.
Получаемые продукты:Received Products:
- Поток гелиевого концентрата 153 м3/час с содержанием гелия 62,3%.- The flow of helium concentrate 153 m 3 / hour with a helium content of 62.3%.
- Поток чистого этана 598 м3/час.- The flow of pure ethane 598 m 3 / hour.
- Поток очищенного метана 9249 м3/час.- The stream of purified methane 9249 m 3 / hour.
- Содержание гелия в метане - 0,05% (степень очистки 95%).- The helium content in methane is 0.05% (purity 95%).
Требуемая энергетическая мощность - на уровне 400,0 кВт (энергия расходуется на сжатие потока при подаче газа на вход высокого давления второго блока).The required energy capacity is at the level of 400.0 kW (energy is spent on compressing the flow when gas is supplied to the high pressure inlet of the second unit).
5. Использование способа в пределах п.6 и п.7 формулы изобретения.. Весь поток гелиевого концентрата подвергают дополнительному ступенчатому обогащению с организацией противоточных рециркуляционных течений.5. The use of the method within claims 6 and 7 of the claims. The entire stream of helium concentrate is subjected to additional stepwise enrichment with the organization of countercurrent recirculation flows.
Получаемые продукты:Received Products:
- Поток гелиевого концентрата 122 м3/час с содержанием гелия 76,6%.- The flow of helium concentrate 122 m 3 / h with a helium content of 76.6%.
- Поток чистого этана 599 м3/час.- The flow of pure ethane 599 m 3 / hour.
- Поток очищенного метана 9279 м3/час.- The stream of purified methane 9279 m 3 / hour.
- Содержание гелия в метане - 0,05% (степень очистки 94%).- The helium content in methane is 0.05% (purification degree 94%).
Требуемая энергетическая мощность - на уровне 450,0 кВт (энергия расходуется на сжатие потока при подаче газа на вход высокого давления второго блока).The required energy capacity is at the level of 450.0 kW (energy is spent on compressing the flow when gas is supplied to the high pressure inlet of the second unit).
Как видно из приведенных данных, использование заявленного способа требует значительно меньших энергозатрат, чем при использовании способа-прототипа, причем показатели очистки гелия могут оказаться значительно выше.As can be seen from the above data, the use of the claimed method requires significantly less energy than when using the prototype method, and the helium purification indices can be much higher.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012118487/04A RU2486945C1 (en) | 2012-05-05 | 2012-05-05 | Method of processing natural and associated oil gas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012118487/04A RU2486945C1 (en) | 2012-05-05 | 2012-05-05 | Method of processing natural and associated oil gas |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2486945C1 true RU2486945C1 (en) | 2013-07-10 |
Family
ID=48788135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012118487/04A RU2486945C1 (en) | 2012-05-05 | 2012-05-05 | Method of processing natural and associated oil gas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2486945C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015065239A1 (en) * | 2013-10-29 | 2015-05-07 | Игорь Анатольевич МНУШКИН | Multi-tonnage production for processing natural gases from various deposits |
| RU2576428C1 (en) * | 2015-01-12 | 2016-03-10 | Игорь Анатольевич Мнушкин | Method for complex processing of natural hydrocarbon gas with high nitrogen content |
| RU2603874C2 (en) * | 2015-03-25 | 2016-12-10 | Игорь Анатольевич Мнушкин | Multi-stream production for processing natural gas |
| RU2613644C1 (en) * | 2015-12-30 | 2017-03-21 | Игорь Анатольевич Мнушкин | Method of extraction of oil, condensate and high-molecular compounds |
| RU2849648C1 (en) * | 2025-04-03 | 2025-10-28 | Публичное акционерное общество "Газпром" | COMBINED METHOD FOR EXTRACTING Helium CONCENTRATE FROM NATURAL GAS AND INSTALLATION FOR ITS IMPLEMENTATION |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2071019C1 (en) * | 1993-04-12 | 1996-12-27 | Санкт-Петербургский технологический институт холодильной промышленности | Method for separating hydrogen or helium from gas mixtures and set for realization of this method |
| US20050217479A1 (en) * | 2004-04-02 | 2005-10-06 | Membrane Technology And Research, Inc. | Helium recovery from gas streams |
| RU2291740C2 (en) * | 2005-02-24 | 2007-01-20 | Институт теоретической и прикладной механики им. С.А.Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук | System and the method for separation of the gas mixture |
| RU71410U1 (en) * | 2007-08-20 | 2008-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Оренбурггазпром" (ООО "Оренбурггазпром") | INSTALLATION OF ADSORPTION DRYING, CLEANING AND LOW-TEMPERATURE SEPARATION OF NATURAL GAS |
| US8152898B2 (en) * | 2008-10-24 | 2012-04-10 | Praxair Technology, Inc. | Helium recovery process |
-
2012
- 2012-05-05 RU RU2012118487/04A patent/RU2486945C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2071019C1 (en) * | 1993-04-12 | 1996-12-27 | Санкт-Петербургский технологический институт холодильной промышленности | Method for separating hydrogen or helium from gas mixtures and set for realization of this method |
| US20050217479A1 (en) * | 2004-04-02 | 2005-10-06 | Membrane Technology And Research, Inc. | Helium recovery from gas streams |
| RU2291740C2 (en) * | 2005-02-24 | 2007-01-20 | Институт теоретической и прикладной механики им. С.А.Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук | System and the method for separation of the gas mixture |
| RU71410U1 (en) * | 2007-08-20 | 2008-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Оренбурггазпром" (ООО "Оренбурггазпром") | INSTALLATION OF ADSORPTION DRYING, CLEANING AND LOW-TEMPERATURE SEPARATION OF NATURAL GAS |
| US8152898B2 (en) * | 2008-10-24 | 2012-04-10 | Praxair Technology, Inc. | Helium recovery process |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015065239A1 (en) * | 2013-10-29 | 2015-05-07 | Игорь Анатольевич МНУШКИН | Multi-tonnage production for processing natural gases from various deposits |
| RU2560406C2 (en) * | 2013-10-29 | 2015-08-20 | Игорь Анатольевич Мнушкин | Natural gas conversion method |
| RU2576428C1 (en) * | 2015-01-12 | 2016-03-10 | Игорь Анатольевич Мнушкин | Method for complex processing of natural hydrocarbon gas with high nitrogen content |
| RU2603874C2 (en) * | 2015-03-25 | 2016-12-10 | Игорь Анатольевич Мнушкин | Multi-stream production for processing natural gas |
| RU2613644C1 (en) * | 2015-12-30 | 2017-03-21 | Игорь Анатольевич Мнушкин | Method of extraction of oil, condensate and high-molecular compounds |
| RU2613644C9 (en) * | 2015-12-30 | 2018-05-15 | Игорь Анатольевич Мнушкин | Method of extraction of oil, condensate and high-molecular compounds |
| RU2849648C1 (en) * | 2025-04-03 | 2025-10-28 | Публичное акционерное общество "Газпром" | COMBINED METHOD FOR EXTRACTING Helium CONCENTRATE FROM NATURAL GAS AND INSTALLATION FOR ITS IMPLEMENTATION |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11635253B2 (en) | Gas separation system with auto-refrigeration and selective recycle for carbon dioxide capture and compression | |
| US6128919A (en) | Process for separating natural gas and carbon dioxide | |
| RU2647296C2 (en) | Helium production from natural gas | |
| JP2017532524A (en) | Method and apparatus for producing LMG from various gas sources {METHOD AND ARRANGEMENT FOR PRODUCING LIQUEFIED METANE GAS FROM VARIOUS GAS SOURCES} | |
| CN111086974A (en) | System and method for separating and purifying hydrogen and helium from BOG | |
| RU2486945C1 (en) | Method of processing natural and associated oil gas | |
| EP3067315B1 (en) | Light gas separation process and system | |
| AU2010249884B2 (en) | Process that utilizes combined distillation and membrane separation in the separation of an acidic contaminant from a light hydrocarbon gas stream | |
| RU122587U1 (en) | PLANT FOR HELIUM EXTRACTION FROM THE TRANSPORTED HIGH PRESSURE NATURAL GAS FLOW | |
| CN111004657B (en) | A method for comprehensive utilization of oilfield associated gas | |
| CN116761664B (en) | Method for removing CO2 from methane-containing gases | |
| Naquash et al. | Membrane-assisted natural gas liquids recovery: Process systems engineering aspects, challenges, and prospects | |
| CN114164024B (en) | A shale oil associated gas integrated membrane separation light hydrocarbon recovery system | |
| CN106178839A (en) | Recovery and extraction method of hydrogen and light hydrocarbons in hydrogen-rich gas | |
| RU2836511C1 (en) | Hydrocarbon gas treatment adsorption unit with gfu block | |
| US20230158442A1 (en) | Method and arrangement for separating carbon dioxide from a feed stream containing carbon dioxide | |
| RU2849648C1 (en) | COMBINED METHOD FOR EXTRACTING Helium CONCENTRATE FROM NATURAL GAS AND INSTALLATION FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| Jin et al. | Industrial advances in helium recovery and purification technologies: a review | |
| NL2034264B1 (en) | Carbon dioxide capturing device | |
| RU2836203C1 (en) | Natural gas treatment adsorption unit with gfu block | |
| US20240343578A1 (en) | Helium separation and recovery process | |
| WO2019083412A1 (en) | Apparatus and method for producing liquid carbon dioxide from gas mixtures | |
| CN211079068U (en) | Natural gas denitrification device | |
| WO2022147323A1 (en) | Recovery of noncondensable gas components from a gaseous mixture by sweep-membrane separation. | |
| WO2018135963A1 (en) | Method of producing a concentrate of xenon and krypton from natural or associated petroleum gas |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200506 |