天然气提氦技术开发进展

氦气是一种稀有的战略性资源,随着宇宙探索、国防军工、低温超导等高科技领域发展,其重要性日益凸显。氦气主要从含氦天然气中提取,我国氦资源缺乏,天然气氦含量低,提氦成本高。近年来,在塔里木盆地及渭河盆地相继发现含氦天然气资源,为我国开展自主提氦提供了资源条件,而提氦技术成为制约氦气产业发展的关键因素。在分析天然气提氦发展历史、总结提氦方法的基础上,着重从传统提氦和集成提氦两个方面阐述了天然气提氦技术:(1)传统提氦技术主要有PSA法、膜分离法及深冷法等,其中,深冷法具有产品纯度和收率高的优点,是最主要的提氦方法;(2)集成提氦技术是将多种提氦技术共用或与天然气其他处理工艺联合应用,如天然气提氦与LNG联产、与膜分离耦合、与NRU集成等,不仅提高了氦的回收率及纯度,而且降低了提氦成本,具有广阔的发展前景。集成创新是未来提氦技术的发展方向。     

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膜分离法与深冷法联合用于从天然气中提氦，是一种新的从贫氦天然气分离氦的工艺流程。该工艺利用膜分离法从贫氦天然气制取富氦天然气，经深冷分离及精制而获得纯氦。该方法使得在同样氦气产出的情况下，深冷分离的规模减小，在同样深冷分离规模下氦气产量增加。文章给同了膜分离单元工艺流程，举例测算了膜分离单元的工艺数据，以及膜分离法与深冷法联合用于从天然气中提氦的工艺流程的特点。     

中国石油工程建设有限公司西南分公司天然气提氦技术

正氦气是国防军工和高科技产业发展不可或缺的稀有战略性物资之一,广泛应用于军工、科研、石化、制冷、医疗、半导体、超导实验、深海潜水、光电子产品生产等领域。我国属于贫氦国家,天然气氦气资源总量少,含量低。目前我国氦气自给率低,氦气供应长期依赖进口。从天然气中提氦对中国石油保障国内氦气供应量,扩大能源领域,保证国家能源安全具有重要的战略意义。在天然气提氦技术领域,中国石油工程建设有限公司西南分公司拥有天然气低温提氦和膜分离提氦技术,氦气回收率可高     

天然气提取氦气技术现状与发展

氦气是国防军工和高科技产业发展不可或缺的稀有战略性物资之一。含氦天然气迄今仍是工业化生产氦气的唯一来源。我国氦气资源相当贫乏, 含量很低，提取难度大,成本高。因此，在保护有限氦气资源的同时，研究开发先进的天然气提氦技术对于提高氦气生产的经济性、保障国家用氦安全和促进我国天然气提氦工业的发展具有重要意义。通过对目前提氦技术的分析介绍，低温冷凝法较为成熟，但能耗、成本较高；吸附法、吸收法和膜渗透法等其他提氦技术各具特点，但目前限于适用条件尚不能规模化工业应用。随着新材料、新技术的发展，天然气提氦技术不断改进创新，吸附法、膜渗透法等提氦工艺发展迅速，联产法、联合法工艺有着良好的应用前景，这些都为促进天然气提氦技术的发展提供了新的思路。     

联产乙烷天然气提氦工艺的经济性与适用性分析

为提高氦气开发的程度,提高天然气中氦气的提取率,将乙烷回收工艺与深冷-膜分离提氦工艺相结合,得到联产乙烷的天然气深冷-膜分离提氦技术。经验证,回收率能够达到工艺设计要求。经济性与适用性分析结果表明,在相同操作条件下,联产乙烷的天然气深冷-膜分离提氦工艺相比于天然气提氦工艺与乙烷回收工艺的总压缩能耗、综合能耗及单位综合能耗均低20%;且在乙烷含量、含氦量、处理量等波动时,都有较好的适用性。     

浅谈中国氦气供应链技术壁垒与发展方向

中国已经掌握了小规模富氦天然气深冷法和常温法提取高纯氦气技术,但大型贫氦天然气提氦技术尚不成熟.贫氦天然气采用常规深冷法提氦,投资高、运行成本较高,基本不具备经济效益.通过分析国内外氦气产储销全供应链各环节技术,认为中国应从常温法+深冷法耦合提氦技术、高通量高性能提氦专用膜与膜组件国产化、氦气液化及储运的关键核心装备制...     

聚酰亚胺中空纤维膜分离He/CH4的试验研究

国内现有的天然气气田中氦含量极低,有效回收低含氦天然气中的氦气对我国氦气资源的保护及利用非常重要。利用聚酰亚胺膜对He/CH4二组分混合气进行了分离试验研究,通过试验讨论了在膜分离中尾渗比、操作压力、操作温度等条件对氦气浓缩倍数和回收率的影响。试验结果表明,采用膜分离有利于低含氦天然气中氦气的回收。     

低含氦天然气提氦联产LNG工艺设计与分析

天然气分离法是氦气工业化生产的主要途径，但中国多数气田的天然气氦含量(物质的量分数，下同)较低，超95%的氦气依赖进口。针对低含氦(小于0.5%)天然气，提出了一种低温高压浓缩、天然气液化、低温精馏提氦相结合的提氦工艺方案。以某乙烷回收处理厂为例(原料气进料温度为50℃、进料压力为5.8 MPa、处理量为1000×10⁴ m³/d)，利用HYSYS软件对低含氦天然气提氦联产液化天然气(LNG)工艺方案进行了模拟。在控制氦气浓缩倍数为19.15的前提下，对低温高压提浓装置进行了关键参数分析，同时研究了工艺流程对原料气中CO₂和氮气含量的适应性。结果表明，提浓塔压力过高会导致塔底氦气损失量增加，压力过低会导致外输气压缩机功率增加，针对原料气设置合理的塔压为3.8 MPa；提浓塔塔板数的增加会使氦气回收率增加，但当塔板数大于16块时，氦气回收率增加不明显；原料气中CO₂含量低于2%时，提浓塔不会形成CO₂冻堵物；原料气氮气含量高于0.5%时，需对塔顶气进行脱氮处理，以达到LNG生产的...     

氦气提纯技术进展

氦气作为一种不可再生的战略性稀有气体，主要来自于含氦天然气中，一般采用深冷技术提纯获得。但深冷法获得的氦气成本较高。为降低氦气提取成本，在对传统深冷技术进行调研分析的同时，对变压吸附、膜分离、吸收法、水合物法等单一分离技术及多技术组合方法进行了分析对比，结果表明，多技术组合提取分离氦气可以有效打破单一分离技术的“瓶颈”，降低投资和消耗，具有更好的应用前景。     

天然气提氦工业的发展

氦气是一种十分重要的工业气体,由于它独特的性质,在科研、国仿和经济建没中有广泛的用途,占有一个不可替代的位置。因此,它被列为战略物资。 日前全世寻每年氦气产量约弓。00多万米“,几乎都是从天然气中提取。 天然气提氦自美国在第一次世界大战期间开始工业试验以来,迄今已有70多年厉史。 天然气提氦的实质,就是对“永久性”气体混合物的分离,即利用其沸点不同,采用低温液化,使其冷凝分馏(简称深冷法),无疑这是工业上可以采用的有效方法。如空气分离,其历史比天然气提氦更为久远。所以,天然气提氦也是从深冷法开始的,而且数十年间,它一直…     

新型天然气提氦工艺模拟与分析

目的针对中国部分地区管网发达、气质较贫的含氦天然气,在调研国内外粗氦提取工艺现状的基础上,提出了一种新的天然气提氦工艺。 方法该工艺采用低温精馏法,利用HYSYS软件对其进行模拟计算,并对提氦工艺流程进行了火用分析,同时分析了流程中关键参数提氦塔的压力、提氦塔塔顶进料温度、一级分离器进料温度、二级分离器进料温度以及侧线抽出物流的流量对流程中氦气回收率、粗氦纯度、流程能耗以及火用效率的影响规律。 结果该流程的氦气回收率为99.06%,粗氦纯度(摩尔分数)为80.39%,总能耗为994.48 kW;流程总火用损失为713.27 kW,系统的火用效率为28.28%。 结论该工艺流程可实现超高的氦气回收率和高粗氦纯度,可为国内天然气提氦工艺装置提供参考和数据指导。      

基于深冷—膜分离的天然气蒸发气联合提氦流程模拟与效果对比

为保障氦气作为军工、医疗、科研等领域发展的重要应用要素,应充分利用含氦资源,从提氦技术及流程的改进、创新等方面实现低能耗、高效率的自主提氦。为此,以液化天然气蒸发气(LNG-BOG)为原料气,基于某一正在运行的BOG提氦液化工艺流程,提出了BOG深冷—膜分离—PSA法与深冷—两级膜分离法2种改进流程,采用Aspen Hysys建立了流程模型,分析了深冷塔塔板数等流程参数对关键设备的影响情况,最后综合分析了以上3种流程氦气产品浓度、回收率及能耗情况。研究结果表明：(1)当深冷塔总塔板数从3增加到4或5时,再沸器功率增加、冷凝器功率降低较为显著,而当总塔板数大于5时,塔板数变化对对冷凝器和再沸器功率、塔顶出口气体流量及氦浓度这4个指标的影响不大;(2)随着进料塔板位置下移,再沸器和冷凝器功率均下降,当进料位置接近冷凝器或再沸器时,功率受进料位置变化影响更大;(3)当级切或膜渗透侧浓度一定时,膜面积越大,对应膜渗透侧氦浓度或级切越大,且膜面积越小,渗透侧氦浓度受级切的影响越显著。结论认为,改进的深冷—膜分离—PSA法提氦流程和深冷—两级膜分离法提氦流程的氦气产品浓度分别可达99.996 4%...     

天然气提氦技术探讨与研究

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。     

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由于国内天然气中氦浓度低，致使目前的深冷法提氦成本较高。为降低提氦成本，膜分离—深冷联合法〔１〕颇具潜力。采用聚砜／硅橡胶中空纤维膜从天然气中提浓氦的现场实验，在进口压力１．４～１．９ＭＰａ，常温下经一级膜分离使氦浓缩５～５．５倍，氦收率达到６３％～７５％；此时膜的处理能力为１．０ｍ３／ｈ·ｍ２膜面积。     

粗氦提浓技术研究

介绍了粗氦提浓技术的工艺原理,以某厂粗氦气为研究对象,采用钯催化脱氢和膜分离技术,设计粗氦提浓装置工艺流程,分析了流程设计中需考虑的关键问题。经现场实验表明,产品氦气中的H2含量脱除至1×10-6以下,氦气纯度由68.30%提高至93.27%,达到产品氦气质量技术指标。     

天然气提氦工艺及配套技术顺利通过鉴定

正氦气因其独特的性质,在国防军工、航天和科学等研究中有着重要的用途。目前从天然气中提氦是氦气的主要工业来源。世界含氦天然气气田资源主要位于美国、阿尔及利亚、加拿大、卡塔尔、俄罗斯、波兰等,其中美国是全世界氦生产量的头号大国,占全世界氦生产能力的70%以上。而我国是贫氦国家,目前已探明的气田中,我国仅有少数气田的天然气具有工业提氦价值。     

基于多级闪蒸与多塔蒸馏耦合的贫氦天然气低温提氦工艺

聚焦从低品位含氦天然气中提纯氦气这一工程问题,在分析已有深冷工艺发展现状与改进方向的基础上,针对原料天然气中氦气浓度低与提氦能耗高的问题,提出一种基于多级闪蒸与多塔蒸馏耦合的贫氦天然气低温提氦工艺,并借助ASPEN HYSYS软件模拟设计了新工艺流程。结果表明：采用设计工艺可从氦摩尔分数为0.05%的贫氦天然气中分离得到纯度(摩尔分数,下同)为99%的氦气,同时得到纯度为99.96%的甲烷和99%的氮气、液化天然气及燃料气,增强了提氦装置的产品方案灵活性;通过工艺内部流股节流膨胀制冷为分离系统提供冷量及工艺内部冷热物流间合理匹配换热,实现了系统的节能降耗;该多级闪蒸+多塔蒸馏耦合工艺的单位压缩功耗为0.058 kW·h/kmol,远低于改进型ExxonMobil公司的提氦工艺(1.29 kW·h/kmol);综合分析工艺产品纯度及能耗,说明设计的提氦工艺具有一定的应用潜力。     

氦气在天然气藏中主要富集模式

<正>氦气是重要的稀有战略资源，主要来自天然气，其中，富氦天然气是目前提氦最主要的原料气。氦气富集和天然气成藏有很大区别，对于氦气富集模式方面的研究，国内外开展得都较少，对氦气的富集模式认识比较局限。中国含油气盆地类型较多，不同类型盆地形成的富氦气藏地质背景不同，氦气富集模式多样，根据多年研究，可划分出两大类共6种富集模式。     

基于BP神经网络的低温提氦工艺优化

氦气是国家重要性战略物资之一,目前氦气的主要工业来源仍是从天然气中提取。为进一步优化低温提氦工艺,降低工艺能耗水平,对已有低温提氦工艺进行了改进,以一级提氦塔进料温度、压力、回流比、制冷剂高压、低压压力和制冷剂流量6个参数为变量,建立基于BP神经网络算法的综合能耗及提氦浓度预测模型,并对模型进行检验,并运用训练好的BP神经网络对改进工艺的综合能耗及粗氦浓度进行了预测。研究表明:BP模型训练效果较好,可用于综合能耗和粗氦体积分数的预测;通过训练误差分析,确定了模型隐藏层节点数为8时BP模型预测结果最优;利用确定好的BP神经网络预测出最优工艺生产参数,在满足粗氦体积分数不小于63.5%的基础上,综合能耗降低了18.08%。     

塔里木盆地氦气地球化学特征及有利勘探区

基于对塔里木盆地多个构造单元天然气中氦气相对含量及同位素组成特征,结合地质背景与典型富氦气藏分析该盆地氦气地球化学特征及有利勘探区。研究表明：塔里木盆地富氦天然气显示良好,总体上台盆区富氦天然气显示优于前陆区;塔里木盆地氦气以壳源成因为主;该盆地天然气中氦气相对含量与氮气相对含量具有一定的正相关关系,氮气相对含量高的气藏中氦气相对含量一般较高。塔里木盆地氦气勘探普查可以重点关注氮气相对含量高的气藏。氦在地质体中可能主要以水溶形式发生运移,富集成藏与地层水关系密切。受到不同物质在水中分压差异影响,结合亨利定律分析,地层水在富氦天然气聚集过程中可以起到“提氦泵”的作用。良好的输导体系以及优质的氦源是富氦气藏形成的基础;塔里木盆地多个区块具有良好的富氦天然气显示,尤其是在沙雅隆起、卡塔克隆起、麦盖提斜坡、巴楚隆起等构造单元,该系列构造单元具有良好的氦源以及天然气成藏条件,有利于富氦天然气聚集,该系列构造单元是塔里木盆地氦气勘探的优先考虑区块。大顺北地区天然气勘探前景好,并且该构造单元是“十四五”海相天然气勘探重点区块,也应该加强对该区的氦气勘探普查工作。