一种从天然气中提取氦气的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种从天然气中提取氦气的系统及方法，该系统包括空气膨胀机、冷却器、冷箱、氦气纯化系统；冷箱包括主换热器、空气气液分离器和LNG气液分离器；氦气纯化系统包括加氧除氢反应炉、氦气纯化系统冷却器、氦气纯化器、循环压缩机、增压压缩机和杜瓦瓶，杜瓦瓶内设置有换热器、气液分离器和吸附器。本发明专利技术流程设计合理，设备简洁，操作简单，氦气的提取率可达到98％；将甲烷以LNG形式送用户，使用低温吸附制取纯氦气，提高了产品的经济价值。提高了产品的经济价值。提高了产品的经济价值。

【技术实现步骤摘要】
一种从天然气中提取氦气的系统及方法


[0001]本专利技术涉及氦气提取
，尤其涉及一种从天然气中提取氦气的系统及方法。

技术介绍

[0002]氦气是一种战略性物质，在航天、国防、医疗和检漏等领域具有非常重要的作用。氦气是惰性气体，其在空气中的含量仅为5.24
×
10
‑6。氦气在空分设备精馏塔内为不凝气，而以气态聚集在主冷凝器顶部和氮回流液中。不易被分离。氦气主要存在于天然气中，从天然气中提取氦气，是氦气生产的主要来源。但中国天然气中的氦含量极少，而液化天然气的闪蒸气(BOG)或其它以天然气为原料的化工尾气中富含氦，从中提取的经济价值更高。但大部分BOG气体中会含有氢气，使用深冷法分离氦气与氢气的能耗较高，会使氦气的经济价值下降。直接用催化法会温度太高，设备难以承受；BOG提完氦气后组份大部分是天然气，通常做法是直接气体送回管网，需要额外加压，能耗较高。
[0003]CN202010819902.3公开了一种从天然气中提取氦气的系统，包括空气膨胀机、冷却器、冷箱、氦气纯化系统；所述冷箱包括E1主换热器、C1精馏塔、设置于所述C1精馏塔底部的K1空气再沸器和K2LNG再沸器、E2过冷器、K3冷凝蒸发器；所述氦气纯化系统包括加氧除氢反应炉、冷却器、氦气纯化器、压缩机和杜瓦瓶，所述杜瓦瓶内设置有换热器、气液分离器和吸附器。此专利技术专利，冷箱内使用精馏塔，配置了再沸器、冷凝蒸发器的多个换热器，流程复杂，操作性差，设备投资高。甲烷以气体形式送回，相比于LNG形式送回，气体的经济性差。<br/>
技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术中的不足，提供一种从天然气中提取氦气的系统及方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0006]本专利技术第一方面是提供一种从天然气中提取氦气的系统，包括空气膨胀机、冷却器、冷箱、氦气纯化系统；所述冷箱包括主换热器、空气气液分离器和LNG气液分离器；所述氦气纯化系统包括加氧除氢反应炉、氦气纯化系统冷却器、氦气纯化器、循环压缩机、增压压缩机和杜瓦瓶，所述杜瓦瓶内设置有换热器、气液分离器和吸附器；
[0007]管路连接顺序为：
[0008]所述空气膨胀机的增压端、冷却器、主换热器的顶部空气进口依次连接，所述主换热器的中下部空气出口通过管路与所述空气膨胀机的膨胀端连接，通过所述空气膨胀机的膨胀端后与所述主换热器的冷端连接，所述主换热器的冷端出口与空气气液分离器连接，所述空气气液分离器的气相出口与所述主换热器的冷端连接；天然气原料管线通过所述主换热器后与所述LNG气液分离器连接，所述LNG气液分离器的气相出口与所述主换热器的冷端连接，所述主换热器的轻组分出口与所述加氧除氢反应炉连接；
[0009]所述加氧除氢反应炉依次连接所述氦气纯化系统冷却器、氦气纯化器、增压压缩
机、所述杜瓦瓶内换热器的粗氦气进口和气液分离器，所述气液分离器的底部设有液体排出口，所述气液分离器上部的氦气出口依次连接所述吸附器、所述换热器后出所述杜瓦瓶与纯氦气管线连接；所述氦气纯化器和杜瓦瓶之间的连接管路上通过设有所述循环压缩机的支线管路，与所述主换热器和加氧除氢反应炉之间的连接管路连通；
[0010]所述连接为管路连接。
[0011]进一步地，所述杜瓦瓶还连通有液体排出管线，所述液体排出管线上设有真空泵。
[0012]进一步地，所述空气气液分离器的底部液相出口通过管路与所述杜瓦瓶连接。
[0013]进一步地，所述LNG气液分离器的底部液相出口通过管路与储罐连接。
[0014]本专利技术第二方面是提供一种采用上述的系统从天然气中提取氦气的方法，包括如下步骤：
[0015]步骤一，空气经过压缩、预冷纯化，去除水和二氧化碳后，经过空气膨胀机增压端增压，再进入冷却器降温，之后送入冷箱的主换热器降温，从主换热器中下部抽出部分空气送入膨胀机膨胀端，胀至较低压力，空气本身温度降低后，被送回主换热器冷端，作为冷源冷却进入冷箱的流体，本身被复热出冷箱放空或循环利用；主换热器中下部的另一部分空气在主换热器冷端被液化后送入空气气液分离器，气液分离后气体经换热后送出冷箱，液体抽出冷箱，作为冷源送到杜瓦瓶中；
[0016]步骤二，天然气原料进入冷箱，首先进入主换热器被降温至部分带液后，进入LNG气液分离器分离，液体直接抽出冷箱送到储罐中，气体经过主换热器回收冷量，被复热后送入加氧除氢反应炉；
[0017]步骤三，在加氧除氢反应炉中反应除去氢气，降温后采用氦气纯化器除去水，得粗氦气，粗氦气经增压压缩机加压后送入杜瓦瓶，所述杜瓦瓶内设置的换热器将粗氦气降温后，进入浸泡在液空中的气液分离器，液体从底部排出，排出气体中大部分为氦气，通过吸附器将少量的氧气、氮气、氩气吸附掉，得到的纯氦气经过换热器回收冷量后送出杜瓦瓶。
[0018]进一步地，还包括：进入所述加氧除氢反应炉的气体中氢气浓度过高时，将出所述氦气纯化器的气体的一部分经循环压缩机送至所述加氧除氢反应炉前，稀释气体中的氢气。
[0019]本专利技术采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
[0020]本专利技术流程设计合理，设备简洁，操作简单，氦气的提取率可达到98％；将甲烷以LNG形式送用户，使用低温吸附制取纯氦气，提高了产品的经济价值。
附图说明
[0021]图1为本专利技术从天然气中提取氦气的系统的示意图；
[0022]其中的附图标记为：
[0023]1‑
空气膨胀机、2
‑
冷却器、3
‑
冷箱、4
‑
主换热器、5
‑
空气膨胀机膨胀端、6
‑
加氧除氢反应炉、7
‑
氦气纯化系统冷却器、8
‑
氦气纯化器、9
‑
循环压缩机、10
‑
增压压缩机、11
‑
杜瓦瓶、12
‑
换热器、13
‑
气液分离器、14
‑
吸附器、15
‑
真空泵、16
‑
空气气液分离器、17
‑
LNG气液分离器。
具体实施方式
[0024]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0025]参考图1，本专利技术提供一种从天然气中提取氦气的系统，包括空气膨胀机1、冷却器2、冷箱3、氦气纯化系统；冷箱包括主换热器4(E1)、空气气液分离器16和LNG气液分离器17；氦气纯化系统包括加氧除氢反应炉6、氦气纯化系统冷却器7、氦气纯化器8、循环压缩机9、增压压缩机10和杜瓦瓶11，杜瓦瓶11内设置有换热器12、气液分离器13和吸附器14；
[0026]管路连接顺序为：
[0027]空气膨胀机1的增压端、冷却器2、主换热器4的顶部空气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种从天然气中提取氦气的系统，其特征在于，包括空气膨胀机、冷却器、冷箱、氦气纯化系统；所述冷箱包括主换热器、空气气液分离器和LNG气液分离器；所述氦气纯化系统包括加氧除氢反应炉、氦气纯化系统冷却器、氦气纯化器、循环压缩机、增压压缩机和杜瓦瓶，所述杜瓦瓶内设置有换热器、气液分离器和吸附器；管路连接顺序为：所述空气膨胀机的增压端、冷却器、主换热器的顶部空气进口依次连接，所述主换热器的中下部空气出口通过管路与所述空气膨胀机的膨胀端连接，通过所述空气膨胀机的膨胀端后与所述主换热器的冷端连接，所述主换热器的冷端出口与空气气液分离器连接，所述空气气液分离器的气相出口与所述主换热器的冷端连接；天然气原料管线通过所述主换热器后与所述LNG气液分离器连接，所述LNG气液分离器的气相出口与所述主换热器的冷端连接，所述主换热器的轻组分出口与所述加氧除氢反应炉连接；所述加氧除氢反应炉依次连接所述氦气纯化系统冷却器、氦气纯化器、增压压缩机、所述杜瓦瓶内换热器的粗氦气进口和气液分离器，所述气液分离器的底部设有液体排出口，所述气液分离器上部的氦气出口依次连接所述吸附器、所述换热器后出所述杜瓦瓶与纯氦气管线连接；所述氦气纯化器和杜瓦瓶之间的连接管路上通过设有所述循环压缩机的支线管路，与所述主换热器和加氧除氢反应炉之间的连接管路连通；所述连接为管路连接。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述杜瓦瓶还连通有液体排出管线，所述液体排出管线上设有真空泵。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空气气液分离器的底部液相出口通过管路与所述杜瓦瓶...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝文炳，
申请(专利权)人：上海联风气体有限公司，
类型：发明
国别省市：