本發(fā)明涉及石油煉化領域，具體地涉及一種回收天然氣煉廠尾氣中氦氣的方法，通過多步膜分離、燃燒脫氫、脫酸、干燥和變壓吸附技術相結合，對天然氣煉廠中的尾氣進行氦氣回收。

背景技術：

1、氦氣是一種具有低密度、低沸點和惰性特質(zhì)的戰(zhàn)略性特殊氣體。經(jīng)常伴隨天然氣而生。氦氣在航空航天、深潛水、醫(yī)學成像、超導材料、半導體、硬盤、冷卻核反應堆等多個領域均有廣泛應用，起到了不可忽視的作用。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國對氦氣需求的快速增長。但是，目前我國的氦氣供給幾乎完全依賴于進口，上游供應鏈嚴重受限。為滿足我國經(jīng)濟發(fā)展對氦氣資源的需求，急需開發(fā)低能耗制備高純度氦氣的方法。我國的天然氣資源較為豐富，然而天然氣中氦氣含量較低，提純難度較大。大量天然氣工廠均將氦氣直接排空，造成嚴重的資源浪費。因此，開發(fā)天然氣低濃度氦氣提純技術顯得尤為重要。

2、天然氣提氦技術包括非低溫法和低溫法。非低溫法包括物理吸附法、溶劑吸收法、膜分離法和變壓吸附法，低溫法為深冷法。深冷工藝是目前工業(yè)上常用的提氦方法，約90％的氦氣都是通過深冷法進行提取的。深冷工藝利用天然氣中各組分臨界溫度的差異實現(xiàn)氦氣的分離，但是存在著操作彈性低、設備投資高、能耗高等問題，經(jīng)濟效益方面不具有競爭力。膜分離法是在膜兩側(cè)壓差的推動下，利用天然氣各組分在溶解、擴散、解吸過程中滲透性能的差異，實現(xiàn)氦氣分離。膜分離法具有操作簡單、能耗低、裝置建設和運行成本低的優(yōu)點。

3、在現(xiàn)代的天然氣煉廠中，甲醇合成單元是其中重要的組成部分，甲醇合成后，殘余尾氣經(jīng)過膜分離，透過側(cè)富氫氣體進行回流，滲余側(cè)富甲烷氣直接進入燃燒后排空。這股富甲烷氣體中，氦氣濃度一般可達到0.5-2％之間。這對氦氣資源是一種極大的浪費。

4、因此，對這股富甲烷氣體進行能量回收和氦氣提純，可以極大程度減少資源浪費。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術的存在天然氣煉廠中殘余尾氣中氦氣和能量浪費的問題，提供一種回收天然氣煉廠尾氣中氦氣的方法，該方法具有操作簡單、能耗低、裝置建設和運行成本低的優(yōu)點。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供一種回收天然氣煉廠尾氣中氦氣的方法，其中，所述方法包括：

3、(1)天然氣煉廠尾氣進行第一膜分離；

4、(2)將第一膜分離的滲透側(cè)氣體燃燒后進行脫碳，脫碳后的氣體進行干燥；

5、(3)干燥后的氣體進行第二膜分離；

6、(4)將第二膜分離的滲透側(cè)氣體經(jīng)變壓吸附得到高純度氦氣。

7、通過上述技術方案，本發(fā)明巧妙的耦合了膜分離技術、燃燒脫碳技術和變壓吸附技術，具有以下優(yōu)點：

8、(1)通過耦合工藝，成功實現(xiàn)從天然氣煉廠尾氣中對氦氣的回收，同時燃燒脫碳可高效的為煉廠提供能源，具有很高的經(jīng)濟效益；

9、(2)整個過程無需深冷操作，顯著降低了氦氣提純的成本，同時也保證了裝置運行的穩(wěn)定性；

10、(4)通過第二膜分離逐步提高氦氣濃度，并通過脫碳燃燒和變壓吸附除去氫氣，解決了氦氣濃度低、氫氣濃度高的煉廠尾氣提氦困難的傳統(tǒng)問題。

11、(3)在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，首先通過特定的第一膜分離對氫氣進行富集，使氫氣濃度提高，從而可以高效的進行燃燒脫碳。

技術特征：

1.一種回收天然氣煉廠尾氣中氦氣的方法，其中，所述方法包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的回收方法，其中，步驟(1)中，所述天然氣煉廠尾氣中氦氣含量為0.1-2vol％，優(yōu)選為0.5-2vol％；

3.根據(jù)權利要求1所述的回收方法，其中，步驟(1)中，第一膜分離選擇性透過氦氣和氫氣；所述第一膜分離使用的分離膜選自平板膜、中空纖維膜和管式膜中的至少一種；

4.根據(jù)權利要求1所述的回收方法，其中，步驟(1)中，所述第一膜分離中，膜分離正壓側(cè)壓力為200-3000kpa；優(yōu)選為500-2000kpa；

5.根據(jù)權利要求1所述的回收方法，其中，步驟(2)中，所述燃燒選用的設備為普通鍋爐、煙道燃燒和富氫鍋爐中的一種；優(yōu)選為富氫鍋爐；

6.根據(jù)權利要求1所述的回收方法，其中，步驟(2)中，所述脫碳在堿式吸收塔中進行；

7.根據(jù)權利要求1所述的回收方法，其中，步驟(3)中，第二膜分離選擇性透過氦氣和氫氣，所述第二膜分離使用的分離膜選自平板膜、中空纖維膜和管式膜中的至少一種；

8.根據(jù)權利要求1所述的回收方法，其中，步驟(3)中，所述第二膜分離中，膜分離正壓側(cè)壓力為500-5000kpa；優(yōu)選為1000-3000kpa；

9.根據(jù)權利要求1、3或7所述的回收方法，其中，所述第一膜分離和第二膜分離使用的分離膜相同或不同，所述第一膜分離和第二膜分離使用的分離膜各自獨立地滿足：氦氣通量為200-500gpu，氦氣/甲烷分離系數(shù)為100-200；氫氣/甲烷分離系數(shù)為40-80。

10.根據(jù)權利要求1所述的回收方法，其中，步驟(4)中，所述變壓吸附中吸附劑選自活性炭、分子篩、金屬有機框架材料中的至少一種；

技術總結
本發(fā)明涉及石油煉化領域，公開了一種回收天然氣煉廠尾氣中氦氣的方法，所述方法包括：(1)天然氣煉廠尾氣進行第一膜分離；(2)將第一膜分離的滲透側(cè)氣體燃燒后進行脫碳，脫碳后的氣體進行干燥；(3)干燥后的氣體進行第二膜分離；(4)將第二膜分離的滲透側(cè)氣體經(jīng)變壓吸附得到高純度氦氣；該方法將天然氣煉廠中殘余尾氣中氦氣進行回收，并且大大減少了能量的浪費，彌補了天然氣煉廠中殘余尾氣浪費的問題。

技術研發(fā)人員：郗仁杰,魏昕,劉軼群
受保護的技術使用者：中國石油化工股份有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/19