Лекция 4.3 Лектор – к.т.н., доцент кафедры ХТТ Юрьев Е.М. Получение гелия из природного газа Технология переработки нефти, природного и попутного газов

Литература 1.Лапидус, Альберт Львович. Газохимия : учебное пособие / А. Л. Лапидус, И. А. Голубева, Ф. Г. Жагфаров. М. : Центр ЛитНефте Газ, с. 2. Технология переработки природного газа и конденсата: Справочник в 2 ч. / Под ред. В. И. Мурина и др. М.: Недра, Ч с.

Производство гелия из ПГ Процесс производства состоит из 2 стадий: -Получение He-концентрата (80-95 % He); -Очистка концентрата от примесей (N 2, O 2, H 2, Ar, Ne). В настоящее время эксплуатируются главным образом месторождения, содержащие > 0,1 % гелия В России газообразный гелий получают из природного и нефтяного газов. В настоящее время гелий извлекается на гелиевом заводе ООО «Газпром добыча Оренбург» в Оренбурге из газа с низким содержанием гелия (до 0,055 % об.), поэтому российский гелий имеет высокую себестоимость. Актуальной проблемой является освоение и комплексная переработка природных газов крупных месторождений Восточной Сибири с высоким содержанием гелия (0,15-1 % об.), что позволит намного снизить его себестоимость.

Получение гелиевого концентрата Криогенный способ основан на охлаждении газа до температуры конденсации азота, при которой конденсируется и метан, а гелий остается в газовой фазе в виде концентрата. Криогенные методы, несмотря на высокие эксплуатационные затраты, весьма эффективны, так как позволяют на различных стадиях выделения гелия из природного газа попутно получать ценные товарные продукты - этан, метановую фракцию и ШФЛУ.

Производство гелия из ПГ В основе лежит фракционированная конденсация сопутствующих компонентов при глубоком охлаждении. He растворяется в сжижающихся УВ, растворимость возрастает с ростом p – на каждой стадии отделения Жидк. УВ требуется отпарка He. Используются аппараты: -прямоточной конденсации: – высокое давление/отпарные колонны, низкое давление/сепарация; - Большая производительность (1 ступень разделения). -противоточной конденсации – отделение происходит во время контакта фаз; -Низкая скорость газов – низкая мощность единичного аппарата (заключительные ступени разделения); Веществоt кипения, °СВеществоt кипения, °С этан-88,6 метан-161,5 аргон-189,2 неон-246,06 гелий-268,9 азот-195,82 криптон-153,4 водород-252,77

Получение гелиевого концентрата Принципиальная схема получения гелиевого концентрата: 1-сепараторы; 2-колонны; 3-холодильник; 4-рекуперативные теплообменники; 5 - турбодетандер; 6- компрессор. I -природный газ; II - жидкие углеводороды; III - гелиевый концентрат; IV - концентрат азота; V- сухой газ (метан-азотная смесь) Осушенный газ (3,2 МПа) -104 °С -153 °С -191 °С концентрат гелия (85%) концентрат азота (99,5%) Степень извлечения гелия – ок %

Производство гелия из ПГ После аппарата 6 – только He-N 2 -смесь (80 % He). Степень отпарки гелия определяется температурой, давлением, составом и количеством подаваемого газа, количеством массообменных устройств – чем ниже давление и выше температура питания, тем меньше размеры колонны (константа равновесия процесса кипения He выше). Как правило, в промышленности давление не превышает 4 МПа, количество отпаренного газа %. Способ получения холода: Начальные стадии – дросселирование газа, иногда пропановый или аммиачный холодильные циклы. Конечные стадии – цикл на основе метанового концентрата, азотный холодильный цикл (-194 °С)

Производство гелия из ПГ Сырьевой газ – 2 % гелия. Температура на входе 2 – (-50 град.С), давление 3,2 МПа; Давление газа на входе в 1 на 2-ую ступень охлаждения – 2,8 МПа, температура на выходе – (-197 град.С). Давление в 3 – 1,6 МПа, состав газа: гелий – 35 %, азот -54 %, УВ – 11 %. Состав газа из дефлегматора 4: гелий- 79 %, азот - 20,8 %; температура газа – (-185 град. С). Выход продуктового He-концентрата: 0,4- 1,2 МПа.

Производство гелия из ПГ Концентрация He в концентрате – % (Газпром-Оренбург)

Очистка He-концентрата Глубокую очистку гелиевого концентрата (удаление из концентрата примесей водорода, азота, метана) ведут с использованием более глубокого охлаждения: От водорода – окисление в аппаратах периодического действия составом «CuO- FeO-каолин» или окисление кислородом на Pt- или Pd-катализаторе; температура – °С; От воды, полученной при очистке от водорода – охлаждение, сепарация, адсорбция воды на цеолитах; От азота – сжатие до МПа и охлаждение до (-207-(-200)°С) гелиевого концентрата с последующим дросселированием его и сепарацией фаз в 1-2 ступени (газовая фаза после такой сепарации содержит 99,5 % об. гелия); От остаточного азота и примесей инертных газов – в адсорберах с активированным углем, охлаждаемым жидким азотом при температуре 80 К, и получение гелия концентрацией 99,98 % об.; Основные особенности данных комплексных технологий очистки: - высокие перепады температуре на установке от аппарата к аппарату; - появление дополнительных примесей, требующих удаление – вода, иногда оксиды углерода.