一种可分离提纯出氦气的天然气输送系统的制作方法

本技术属于天然气，具体涉及一种可分离提纯出氦气的天然气输送系统。

背景技术：

1、天然气中通常含有低浓度的氦气，氦气是一种无色、无味的稀有气体，是已知沸点最低的气体，氦气具有不易液化、稳定性好、扩散性强、溶解度低等特殊的物理化学性质。我国为贫氦国家，氦气资源仅占全球2％～3％，目前我国95％的氦气依赖于进口。由于我国天然气中含有的氦气浓度较低，氦气提取成本较高，大部分天然气在净化后，直接供居民和工业、企业用户使用，未提取其中的氦气，造成氦气资源的浪费。天然气提氦的主要方法包括吸附法、吸收法、扩散法、低温冷凝法以及膜分离法。低温冷凝法是目前各国从天然气中提取氦气广泛采用的方法，通常由气源预处理净化、粗氦提取及氦气精制等工序构成。低温冷凝法提氦的产品纯度和回收率都较高，但操作弹性低、设备投资和运行费用较大。相比于传统低温冷凝法提氦，膜分离法不需要通过低温冷凝相变后再分离，能耗明显低于低温冷凝法，因此在天然气提氦领域具有较好的应用和发展前景。膜分离法以分离膜两侧的压力差为驱动力，利用不同气体分子在膜材料内的渗透性能的差异实现分离。在氦气膜分离过程中，氦气具有较高渗透系数，与天然气中其他组分容易分离，更易透过膜材料在渗透侧富集。膜分离法具有节能、高效、操作方便且无二次污染等优势，是近些年发展迅速的气体捕集技术。但仅依靠膜分离法，难以实现高纯度氦气制备。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于，提供一种天然气管道输送耦合膜分离与psa提取氦气的系统，能提取管道输送天然气中含有的氦气，且回收率高、无相变、低能耗、系统简单，并且能灵活布置，降低产品氦气的运输距离。

2、本实用新型采用的技术方案为：

3、一种可分离提纯出氦气的天然气输送系统，包括用于净化天然气的天然气净化单元，从天然气净化单元接出的天然气输气干线，设于天然气输气干线上并且顺着天然气气流方向顺序分布的首站和末站，以及设于天然气输气干线上的psa提氦子系统；末站接入至城镇天然气用户管网。

4、进一步地，还包括设于天然气输气干线上并位于首站和末站之间的压气站。

5、进一步地，还包括从天然气输气干线接出并位于首站和压气站之间的天然气输气支线，天然气输气支线上设有分输站，分输站接入至沿途天然气用户管网。

6、进一步地，psa提氦子系统位于天然气净化单元和首站之间。

7、进一步地，psa提氦子系统位于压气站和末站之间，天然气输气支线上设有位于分输站上游的psa提氦子系统或氦气子回收系统。

8、进一步地，氦气子回收系统包括设于天然气输气支线上的膜分离器，膜分离器渗余气出口与分输站连接，膜分离器渗透气出口接入至天然气输气干线。

9、进一步地，膜分离器渗透气出口与天然气输气干线相连接的管线上设有氦回收压缩机。

10、进一步地，psa提氦子系统包括设于天然气输气干线或天然气输气支线上的一级膜分离器，从一级膜分离器渗透气出口接出的二级膜分离器，从二级膜分离器渗透气出口接出的一级催化脱氢器，从一级催化脱氢器接出的三级膜分离器，从三级膜分离器渗透气出口接出的二级催化脱氢器，从二级催化脱氢器接出的psa装置，以及从psa装置接出的高纯氦气产品外输管；一级膜分离器渗余气出口和二级膜分离器渗余气出口均接入至天然气输气干线或天然气输气支线，三级膜分离器渗余气出口和psa装置解析气出口均接入至二级膜分离器。

11、进一步地，连接于二级膜分离器和一级催化脱氢器的管线上、连接于三级膜分离器和二级催化脱氢器的管线上、接入至二级膜分离器的管线上、以及从二级膜分离器渗余气出口接出的管线上均设有压缩机。

12、与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

13、本实用新型设计科学，结构合理，将天然气管道输送与膜分离及变压吸附(psa)耦合，利用膜分离技术将天然气中伴生的低浓度氦气富集，再经变压吸附，进一步将氦气纯化，可低能耗提取天然气中的氦气。

14、本实用新型可以根据天然气输送干线沿途布置情况以及氦气的市场需求，将psa提氦子系统设置在合适位置，以降低产品氦气的运输距离。本实用新型同时考虑了天然气输送途中可能存在的分输需求，合理设置氦气子回收系统，回收分输天然气中的氦气，降低氦气损失。

技术特征：

1.一种可分离提纯出氦气的天然气输送系统，其特征在于，包括用于净化天然气的天然气净化单元(1)，从天然气净化单元(1)接出的天然气输气干线(6)，设于天然气输气干线(6)上并且顺着天然气气流方向顺序分布的首站(2)和末站(5)，以及设于天然气输气干线(6)上的psa提氦子系统(7)；设于天然气输气干线(6)上并位于首站(2)和末站(5)之间的压气站(4)，从天然气输气干线(6)接出并位于首站(2)和压气站(4)之间的天然气输气支线(10)，天然气输气支线(10)上设有分输站(3)，分输站(3)接入至沿途天然气用户管网(12)，末站(5)接入至城镇天然气用户管网(9)；

2.根据权利要求1所述的一种可分离提纯出氦气的天然气输送系统，其特征在于，psa提氦子系统(7)位于天然气净化单元(1)和首站(2)之间。

3.根据权利要求1所述的一种可分离提纯出氦气的天然气输送系统，其特征在于，psa提氦子系统(7)位于压气站(4)和末站(5)之间，天然气输气支线(10)上设有位于分输站(3)上游的psa提氦子系统(7)或氦气子回收系统(8)。

4.根据权利要求3所述的一种可分离提纯出氦气的天然气输送系统，其特征在于，氦气子回收系统(8)包括设于天然气输气支线(10)上的膜分离器(801)，膜分离器(801)渗余气出口与分输站(3)连接，膜分离器(801)渗透气出口接入至天然气输气干线(6)。

5.根据权利要求4所述的一种可分离提纯出氦气的天然气输送系统，其特征在于，膜分离器(801)渗透气出口与天然气输气干线(6)相连接的管线上设有氦回收压缩机(802)。

6.根据权利要求1所述的一种可分离提纯出氦气的天然气输送系统，其特征在于，连接于二级膜分离器(703)和一级催化脱氢器(704)的管线上、连接于三级膜分离器(705)和二级催化脱氢器(706)的管线上、接入至二级膜分离器(703)的管线上、以及从二级膜分离器(703)渗余气出口接出的管线上均设有压缩机(702)。

技术总结
本技术公开了一种可分离提纯出氦气的天然气输送系统，属于天然气技术领域。本技术的可分离提纯出氦气的天然气输送系统包括用于净化天然气的天然气净化单元，从天然气净化单元接出的天然气输气干线，设于天然气输气干线上并且顺着天然气气流方向顺序分布的首站和末站，以及设于天然气输气干线上的PSA提氦子系统；末站接入至城镇天然气用户管网。本技术能提取管道输送天然气中含有的氦气，且回收率高、无相变、低能耗、系统简单，并且能灵活布置，降低产品氦气的运输距离。

技术研发人员：银登国,杜文韬,庄原发,邓毅,代忠德,陈倬,李雪
受保护的技术使用者：东方电气集团东方锅炉股份有限公司
技术研发日：20230620
技术公布日：2024/1/15