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1、第27卷第4期天然气与石油Vol.27,No.42009年8月NaturalGasAndOilAug.2009天然气提氦技术探讨与研究龙增兵,琚宜林,钟志良,蒲远洋(中国石油工程设计有限公司西南分公司,四川成都610017)摘要:介绍了氦气在不同领域的应用和国内外主要提氦工艺技术。针对某气田含氦天然气,重点对三种低温提氦技术进行比选研究,通过比选研究发现后膨胀+氮循环制冷两塔分离工艺无论是工艺综合能耗、操作条件,还是工艺的稳定性、灵活性以及装置的综合效益都较其它两种低温提氦工艺要好。故推荐后膨胀+氮循环制冷两塔分离工艺作为天然气提氦的首选工
2、艺。总结工艺的主要特点,提出了降低该工艺能耗以及生产成本可行的措施。关键词:天然气;氦气;低温法;提氦;膨胀制冷;氮循环制冷文章编号:100625539(2009)0420028204文献标识码:A表1原料气组成情况0引言组分组成/(mol%)CH489～92C2H60.03氦气因其独特的性质,在国防军工和科学研究C3H80.02中有着重要的用途。利用其-26819℃的低沸点,液N26.7～7.2氦可以用于超低温冷却;在火箭和航天中用作液氢H20.002O2+Ar0.03～0.05燃料系统的清洗介质和加压推进剂;在悬浮列车等CO22.3～2
3、.8领域中广受关注的超导体应用中,氦气也是不可或He0.16～0.2H2S0.001～0.0015缺的。此外,氦气在医疗领域的核磁共振成像设备H2O饱和水中用作超导电磁体冷却、在核发电装置用作传热介合计100质、在光纤生产中用作冷却和惰性气体保护以及在43仪器分析方面用作气相色谱等的载气等方面都得到其主要技术指标:生产规模按50×10m/d考[1]虑,粗氦回收率≥98%,粗氦浓度为70%左右。产广泛的应用。品天然气外输压力:110MPa。氦气在空气中含量极少(约01005%)并无工业提氦价值。氦气主要存在于天然气中,其含量在世界各地各有不同
4、,有的氦气含量最高达8%。因此2提氦技术概述从天然气中提取氦气仍是氦气的主要工业来源。目前国内外天然气提氦工艺主要包括非低温法和低温法。1提氦工艺研究气质条件及技术指标2.1非低温法提氦技术本文研究提氦技术的原料气采用某气田含氦天非低温法主要采用膜分离和变压吸附。我国研然气(气质组成见表1)。温度:30～40℃,压力:215究的膜分离技术采用国产聚砜/硅橡胶中空纤维膜,MPa(g)。常温下经一级膜分离可使氦浓缩5～5.5倍,氦收率收稿日期:2009204202作者简介:龙增兵(19822),四川德阳人,助理工程师,硕士,主要从事天然气处理与
5、加工设计工作。电话:(028)86014540。第27卷第4期龙增兵,等:天然气提氦技术探讨与研究29达到63%～75%。但该工艺技术还没工业化,同时对于前端原料气预冷方案,根据具体原料气气质条[2]膜的可靠性和稳定还需进一步研究证明。在此件,一般采用膨胀制冷、外部制冷(如PRICO混合冷[5]研究的基础上,我国研究人员提出了用膜分离+低剂制冷循环)以及膨胀制冷+外部制冷的方式。温分离联合法从天然气中提取氦气。利用膜分离预目前在低温提氦工艺中主要有两种工艺应用较为广浓天然气中的氦气,在相同氦气产量的情况下,可大泛,分别是:克劳特循环工艺和膨
6、胀制冷+氮气循环幅度降低低温分离的规模及投资费用,但同样存在制冷分离工艺。[3]膜分离膜中分离膜的技术问题。而没有真正意2.2.1克劳特循环工艺义上的工业化。典型的克劳特循环制冷工艺流程见图1所示。在国外俄罗斯科学院西伯利亚分院研究于原料气经过氨预冷器,再经膨胀机膨胀制冷后进入2006年研究出一种采用非低温法从天然气中分离原料气冷却器冷却,然后进入一级提浓塔,塔顶的一氦气的新工艺。该工艺利用极为细小的玻璃微珠组次粗氦气体进二级提浓塔,二级提浓塔塔顶分离出成的膜将氦气从气流中吸附出来,但目前该工艺尚产品粗氦,一级提浓塔底出来的大部分液甲烷先进
7、未投入规模化工业生产中,还有待进一步的研究开入原料气冷却器回收冷量后进入膨胀机增压端增压[4]发。后进入商品天然气外输管线,另一部分液甲烷经节流作为一级提浓塔塔顶的冷源,再进入原料气冷却2.2低温提氦技术器回收冷量,最后经过低压尾气压缩机增压后进入低温法提氦工艺,国内外一般采用氮气循环制商品天然气外输管线。二级提浓塔塔顶的冷源采用[6]冷技术来满足低温法提氦工艺中所需的制冷温度。氮循环制冷。图1克劳特循环制冷提氦工艺流程图2.2.2膨胀制冷+氮气循环制冷两塔分离工艺2.2.2.1前膨胀工艺该工艺方案包括两种,一种是采用前膨胀,另一前膨胀+氮
8、循环制冷工艺方案(工艺流程如图[5]种采用后膨胀。2):含氦天然气进入原料气冷却器冷却到一定温度图2前膨胀提氦工艺流程图30天然气与石油2009年后,经膨胀制冷后再次进入原料气冷
