【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氦气提取，尤其涉及一种富二氧化碳原料气中提取氦气的方法和系统。
技术介绍
1、氦气是高科技产业发展中不可或缺的战略性物资之一，且以5n的高纯氦为市场主要需求。氦气的制备主要是从天然气中提取。公开资料表明，有很多高压气田提供用于油气工业的富二氧化碳气流。这些流的二氧化碳(co2)含量一般大于50%体积，通常约60至约98%体积。另外，气体混合物一般包含甲烷(例如，约0.1至约20%体积)、氮(最高高达约30%体积)、少量氩、氢和较重的烃及高达约1%体积氦馏分。现有少数含氦二氧化碳气田仅对二氧化碳进行了分离，其中的氦气被白白浪费，未充分予以利用。因此，从富二氧化碳原料气中提取氦气具有一定的潜在应用前景。
2、现有提氦气技术中，大都利用化学溶液对二氧化碳的吸收性质进行脱除（如醇胺法），并进一步对脱除二氧化碳后的尾气进行纯化，以获取产品氦。该技术可有效脱除二氧化碳，但存在能耗高、再生困难等不足。现有技术中除化学分离法外，还有低温分离法、膜分离和变压吸附法。其中低温分离后二氧化碳浓度依旧很高，可用于粗分（分离后二氧化碳含量有时会超过30%）。膜分离氦气和二氧化碳效果较差，难以工程应用。为了使得提氦过程功率需求减小，通过变压吸附单元实现氦回收。然而，针对氦浓度较低的原料气（氦浓度低于10%甚至1%）进行氦气分离时，由于变压吸附和膜分离单级提浓效果有限，采用上述技术方案难以提取到需求浓度（如5n要求）。
技术实现思路
1、为解决
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提出一
2、本专利技术提出的一种富二氧化碳原料气中提取氦气的系统，包括低温分离单元、粗氦分离单元和氦气精制单元；
3、低温分离单元，用于将原料气分为一级富氦流和一级贫氦流；
4、粗氦分离单元包括一级变压吸附装置、至少一个次级变压吸附装置和解析压缩机；一级变压吸附装置，用于将低温分离单元输出的气态流分离为二级富氦流和二级贫氦流；次级变压吸附装置，用于去除上一级变压吸附装置输出的二级富氦流中至少部分二级贫氦流；解析压缩机，用于将一级变压吸附装置和次级变压吸附装置输出的二级贫氦流送入低温分离单元的原料气中；
5、氦气精制单元，用于对粗氦分离单元输出的粗氦产物流进行精制提纯，以得到氦气产品。
6、优选地，粗氦分离单元还包括气体分离模块，气体分离模块用于将二级富氦流中的部分二级贫氦流排出。
7、优选地，气体分离模块包括二级变压吸附装置和排出压缩机，二级变压吸附装置串联在一级变压吸附装置和次级变压吸附装置之间，排出压缩机用于将二级变压吸附装置分离的二级贫氦流排出；
8、或，气体分离模块包括膜分离器和渗透压缩机，膜分离器和渗透压缩机依次连接在一级变压吸附装置和次级变压吸附装置之间。
9、优选地，一级变压吸附装置和次级变压吸附装置之间的管路上还设有氧化脱氢装置。
10、优选地，氦气精制单元包括一级换热器、二级换热器和吸附筒；
11、一级换热器和二级换热器的热流通道依次连接吸附筒的气体进口，二级换热器和一级换热器的冷流通道依次连接吸附筒的气体出口。
12、优选地，氦气精制单元还包括第一冷头换热装置，第一冷头换热装置设置在一级换热器和二级换热器的热流通道之间的管路上，第一冷头换热装置包括第一冷头换热器和用于对第一冷头换热器制冷的第一gm制冷机冷头；
13、和/或，还包括第二冷头换热装置，第二冷头换热装置设置在二级换热器的热流通道和吸附筒之间的管路上，第二冷头换热装置包括第二冷头换热器和用于对第二冷头换热器制冷的第二gm制冷机冷头。
14、优选地，一级换热器采用套管换热器或盘管换热器，用于固化二氧化碳。
15、优选地，二级换热器和第二冷头换热装置的热流通道之间的管路上设有气液分离装置，气液分离装置用于分离气体杂质。
16、优选地，二级换热器和一级换热器的冷流通道之间的管路上设有加热器。
17、本专利技术中，所提出的富二氧化碳原料气中提取氦气的系统，有益效果是，通过低温分离单元将原料气分为一级富氦流和一级贫氦流，然后通过多级变压吸附装置对气态流中的二氧化碳进行粗提，并通过解析压缩机实现解析气的回收，氦气精制单元对上述得到的粗氦产物进行精制提纯。通过上述优化设计的富二氧化碳原料气中提取氦气的系统，结构简单，粗氦分离单元通过多级变压吸附装置提高二氧化碳气体的回收率，保证氦浓度较低的原料气中氦气和二氧化碳的分离效果，氦气精制单元有效分离剩余少量二氧化碳，保证氦提取至5n的标准氦气提纯要求。
18、本专利技术还提出一种富二氧化碳原料气中提取氦气的方法，通过上述的富二氧化碳原料气中提取氦气系统实现，所述方法包括下列步骤：
19、将原料气引入低温分离单元，通过低温分离单元将原料气分为一级富氦流和一级贫氦流；
20、将所述气态流引入一级变压吸附装置，使得所述气态流分离为二级富氦流和二级贫氦流，将二级富氦流依次引入至少一个次级变压吸附装置，获得粗氦产物流；
21、将一级变压吸附装置和次级变压吸附装置的二级贫氦流引入解析压缩机压缩，将压缩后的二级贫氦流送入低温分离单元的原料气中；
22、将粗氦产物流引入氦气精制单元，得到氦气产品。
23、优选地，所述将粗氦产物流引入氦气精制单元得到氦气产品，具体包括，
24、依次通过一级换热器、第一冷头换热装置、二级换热器和第二冷头换热装置对粗氦产物气进行降温，通过吸附筒对气流部分进行吸附，得到氦气产品；
25、所述氦气产品依次通过二级换热器和一级换热器进行升温。
26、本专利技术中，所提出的富二氧化碳原料气中提取氦气的方法，其技术效果与上述系统类似，因此不再赘述。
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1.一种富二氧化碳原料气中提取氦气的系统，其特征在于，包括低温分离单元（1）、粗氦分离单元和氦气精制单元（3）；
2.根据权利要求1所述的富二氧化碳原料气中提取氦气的系统，其特征在于，粗氦分离单元还包括气体分离模块，气体分离模块用于将二级富氦流中的部分二级贫氦流排出。
3.根据权利要求2所述的富二氧化碳原料气中提取氦气的系统，其特征在于，气体分离模块包括二级变压吸附装置（241）和排出压缩机（242），二级变压吸附装置（241）串联在一级变压吸附装置（21）和次级变压吸附装置（22）之间，排出压缩机（242）用于将二级变压吸附装置（241）分离的二级贫氦流排出；
4.根据权利要求1所述的富二氧化碳原料气中提取氦气的系统，其特征在于，一级变压吸附装置（21）和次级变压吸附装置（22）之间的管路上还设有氧化脱氢装置（25）。
5.根据权利要求1所述的富二氧化碳原料气中提取氦气的系统，其特征在于，氦气精制单元（3）包括一级换热器（31）、二级换热器（32）和吸附筒（33）；
6.根据权利要求5所述的富二氧化碳原料气中提取氦气的
7.根据权利要求5所述的富二氧化碳原料气中提取氦气的系统，其特征在于，一级换热器（31）采用套管换热器或盘管换热器，用于固化二氧化碳。
8.根据权利要求5所述的富二氧化碳原料气中提取氦气的系统，其特征在于，二级换热器（32）和第二冷头换热装置的热流通道之间的管路上设有气液分离装置（36），气液分离装置（36）用于分离气体杂质。
9.根据权利要求5所述的富二氧化碳原料气中提取氦气的系统，其特征在于，二级换热器（32）和一级换热器（31）的冷流通道之间的管路上设有加热器（37）。
10.一种富二氧化碳原料气中提取氦气的方法，其特征在于，通过根据权利要求1-9任一项所述的富二氧化碳原料气中提取氦气的系统实现，所述方法包括下列步骤：
11.根据权利要求10所述的富二氧化碳原料气中提取氦气的方法，其特征在于，所述将粗氦产物流引入氦气精制单元（3）得到氦气产品，具体包括，
...【技术特征摘要】
1.一种富二氧化碳原料气中提取氦气的系统，其特征在于，包括低温分离单元（1）、粗氦分离单元和氦气精制单元（3）；
2.根据权利要求1所述的富二氧化碳原料气中提取氦气的系统，其特征在于，粗氦分离单元还包括气体分离模块，气体分离模块用于将二级富氦流中的部分二级贫氦流排出。
3.根据权利要求2所述的富二氧化碳原料气中提取氦气的系统，其特征在于，气体分离模块包括二级变压吸附装置（241）和排出压缩机（242），二级变压吸附装置（241）串联在一级变压吸附装置（21）和次级变压吸附装置（22）之间，排出压缩机（242）用于将二级变压吸附装置（241）分离的二级贫氦流排出；
4.根据权利要求1所述的富二氧化碳原料气中提取氦气的系统，其特征在于，一级变压吸附装置（21）和次级变压吸附装置（22）之间的管路上还设有氧化脱氢装置（25）。
5.根据权利要求1所述的富二氧化碳原料气中提取氦气的系统，其特征在于，氦气精制单元（3）包括一级换热器（31）、二级换热器（32）和吸附筒（33）；
6.根据权利要求5所述的富二氧化碳原料气中提取氦气的系统，其特征在于，氦气精制单元（3）还包括第一冷...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙小波，
申请(专利权)人：安徽万瑞冷电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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