一种氦气生产系统和生产方法技术方案

一种氦气生产系统，包括BOG提氦压缩机、多股流换热器、第一节流阀、第一分离器、冷却器和第二分离器。BOG提氦压缩机的出口和多股流换热器的第一入口连接，多股流换热器的第一出口和第一节流阀的入口连接，第一节流阀的出口和第一分离器的入口连接，第一分离器的气体出口和冷却器的入口连接，冷却器的出口和第二分离器的入口连接，第二分离器的气体出口和多股流换热器的第二入口连接，多股流换热器的第二出口输出粗氦气。上述氦气生产系统，经第一次气液分离可以去除冷凝的甲烷和氮气。经第二次气液分离可以再次去除冷凝的甲烷和氮气。因此，上述氦气生产系统可以有效提高氦气的提取纯度。此外，还提供一种氦气生产方法。

【技术实现步骤摘要】
一种氦气生产系统和生产方法
本专利技术涉及尾气回收
，尤其涉及一种氦气生产系统和生产方法。
技术介绍
氦气因具有极低沸点、密度和强化学和放射惰性等特殊性质，成为发展国防军工和高科技不可缺少的重要气体之一，在航空航天、核武器、潜艇、饱和潜水作业、核磁共振、半导体、手机、液晶屏幕、光纤、大科学装置等国防、工业、科技领域具有不可替代的作用。氦气在空气中的含量仅为5ppm，主要存在于天然气中，因此氦的生产几乎全部来自天然气。美国的天然气氦资源丰富，氦含量高(平均约为0.8％，个别高达7.5％)，产量和消费量均居全球之首。我国氦资源匮乏，天然气中氦的含量最高仅为0.2％，不具有经济提氦的价值。因此我国一直依靠从国外进口所需的氦。由于氦气价格昂贵，对我国大量使用氦的领域和相关的科研、生产单位产生了重大影响。目前，我国在大鄂尔多斯盆地天然气田中，发现天然气中含氦量约0.04％～0.1％，虽然氦含量很低，但总贮量巨大。为便于调峰、点供，往往采用将管道天然气液化的方式进行储存和运输，而将天然气进行液化的装置即为LNG(LiquefiedNaturalGas)生产装置。在LNG的生产过程中，末级节流阀在节流过程中会产生大量闪蒸气，而常压下氦气、氢气、氮气及甲烷的液化温度分别为-269℃、-253℃、-196℃和-162℃，在储罐压力下氦气、氢气及部分氮气会从LNG中挥发出来，此时相比原料天然气，由于烃类等气体被液化，因此氦气等不凝性气体得到了一次富集。末级节流阀出口的气液混合物之后通过LNG低温管道进入LNG大贮罐，由于储罐漏热和装车站也会产生蒸发汽(该部分气体主要为甲烷及氮气)，两部分气体混合统称为BOG气体。在实际运行过程中，BOG气体流量也很可观，最大会占到原料气流量的8％左右，因此LNG生产工艺流程都会有专门的回收工艺回收BOG气体，常见的有以下三种方案或三种方案的组合，见图1-3。图1为BOG回收方案1：LNG贮罐中的BOG气体经过复温或不复温，通过BOG压缩机进行压缩，根据LNG装置情况汇合回到原料气预处理前或者原料气预处理后，再次进行液化。图2为BOG回收方案2：LNG贮罐中的BOG气体经过复温或不复温，通过BOG压缩机1压缩到中压，一部分气体作为燃料气进行燃烧，其余部分通过BOG压缩机2进一步压缩到与原料气相同压力，根据LNG装置情况汇合回到原料气预处理前或者原料气预处理后，再次进行液化。图3为BOG回收方案3：LNG贮罐中的BOG气体经过复温或不复温，通过BOG压缩机1压缩到中压，一部分气体作为燃料气进行燃烧，其余部分用作分子筛吸附塔的再生气，之后再进入BOG压缩机2压缩到与原料气相同压力，根据LNG装置情况汇合回到原料气预处理前或者原料气预处理后，再次进行液化。以上三种BOG回收方案可能单独设置，也可能同时组合设置。BOG经过多次循环，其中的氦、氢等不凝性气体不断浓缩富集。在有一部分BOG被烧掉的情况下，BOG中的氦气仍然会富集到1％～3％；若燃料气采用原料气或净化气(经原料气预处理)则BOG中的氦气甚至会富集到9％。此时若利用BOG气体进行氦气提取，具备非常低的提氦能耗，完全具备提纯氦气的工业开发价值。随着LNG产业的迅速发展和广泛应用，中国国内的LNG工厂不断增多，工厂内产生的BOG废气量也在不断增加，因此采用新工艺从LNG生产中BOG提氦，是适合我国国情的从天然气中经济提取氦气的好方法，将有助于缓解我国氦资源贫乏与氦气需求的矛盾。然而，传统的从LNG生产装置的BOG气体中提氦的方法，通常提取纯度较低。
技术实现思路
鉴于此，有必要提供一种氦气提取纯度较高的氦气生产系统和生产方法。一种氦气生产系统，包括BOG提氦压缩机、多股流换热器、第一节流阀、第一分离器、冷却器和第二分离器；BOG气体从所述BOG提氦压缩机的入口进入所述BOG提氦压缩机，所述BOG提氦压缩机的出口和所述多股流换热器的第一入口连接，所述多股流换热器的第一出口和所述第一节流阀的入口连接，所述第一节流阀的出口和所述第一分离器的入口连接，所述第一分离器的气体出口和所述冷却器的入口连接，所述冷却器的出口和所述第二分离器的入口连接，所述第二分离器的气体出口和所述多股流换热器的第二入口连接，所述多股流换热器的第二出口输出所述粗氦气。在一个实施例中，还包括第二节流阀和第一开关阀，所述第一分离器的液体出口和所述第二节流阀的入口连接，第二节流阀的出口和所述多股流换热器的第三入口连接，所述多股流换热器的第三出口和所述第一开关阀的入口连接，所述第一开关阀的出口和BOG压缩机的入口连接。在一个实施例中，还包括第三分离器和第二开关阀，所述第二节流阀的出口和所述第三分离器的入口连接，所述第三分离器的气体出口和所述多股流换热器的第四入口连接，所述多股流换热器的第四出口和所述第二开关阀的入口连接，所述第二开关阀的出口和所述BOG提氦压缩机的入口连接；所述第三分离器的液体出口和所述多股流换热器的第三入口连接，所述多股流换热器的第三出口和所述第一开关阀的入口连接，所述第一开关阀的出口和所述BOG压缩机连接。在一个实施例中，还包括第三节流阀、第三开关阀和第四开关阀，所述第二分离器的液体出口和所述多股流换热器的第五入口连接，所述多股流换热器的第五出口和所述第三节流阀的入口连接，所述第三节流阀的出口和所述第四开关阀的入口连接，所述第四开关阀的出口和BOG压缩机的入口连接；所述第三节流阀的出口还和所述第三开关阀的入口连接，所述第三开关阀的出口输出氮甲烷混合气体。在一个实施例中，还包括氦气提纯装置，所述氦气提纯装置包括催化脱氢装置，所述催化脱氢装置和所述多股流换热器的第二出口连接，所述催化脱氢装置用于去除所述粗氦气中的氢气。在一个实施例中，所述氦气提纯装置还包括外纯化器和内纯化器中的一种和氦液化器，所述外纯化器或所述内纯化器和所述催化脱氢装置连接，所述氦液化器和所述外纯化器或所述内纯化器连接。在一个实施例中，所述氦气提纯装置还包括变压吸附装置或变温吸附装置，所述变压吸附装置或所述变温吸附装置和所述催化脱氢装置连接。在一个实施例中，所述冷却器为液氮或减压液氮温区冷却器。一种氦气生产方法，包括以下步骤：将BOG气体压缩后冷却液化，得到液化后的BOG；将所述液化后的BOG进行节流，所述液化后的BOG中溶解氦气部分变成气态，得到第一气液混合BOG；将所述第一气液混合BOG进行气液分离，得到混合气体和第一BOG凝液；将所述混合气体进一步降温，将所述混合气体中氮气和甲烷液化，得到第二气液混合BOG；将所述第二气液混合BOG进行气液分离，得到粗氦气和第二BOG凝液。在一个实施例中，还包括以下步骤：将所述粗氦气进行脱氢处理；将脱氢处理后的氦气进行干燥。在一个实施例中，还包括以下步骤：将脱氢处理后的粗氦气进行低温吸附或低温冷凝冷冻去除杂质，然后将去除杂质后的氦气进行液化，得到液氦产品。在一个实施例中，还包括以下步骤：将脱氢处理后的粗氦气经变压吸附或变温吸附对杂质进行脱除，得到高纯氦气产品。在一个实施例中，LNG生产工艺中形成的BOG气体中的一部分通过BOG压缩机进行回收液化，对BOG气体中的氦气进行循环富集，所述BOG气体中的另一部分进行氦气生产。上述氦气生产系统，通过多股流换热器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氦气生产系统，其特征在于，包括BOG提氦压缩机、多股流换热器、第一节流阀、第一分离器、冷却器和第二分离器；BOG气体从所述BOG提氦压缩机的入口进入所述BOG提氦压缩机，所述BOG提氦压缩机的出口和所述多股流换热器的第一入口连接，所述多股流换热器的第一出口和所述第一节流阀的入口连接，所述第一节流阀的出口和所述第一分离器的入口连接，所述第一分离器的气体出口和所述冷却器的入口连接，所述冷却器的出口和所述第二分离器的入口连接，所述第二分离器的气体出口和所述多股流换热器的第二入口连接，所述多股流换热器的第二出口输出所述粗氦气。

【技术特征摘要】
1.一种氦气生产系统，其特征在于，包括BOG提氦压缩机、多股流换热器、第一节流阀、第一分离器、冷却器和第二分离器；BOG气体从所述BOG提氦压缩机的入口进入所述BOG提氦压缩机，所述BOG提氦压缩机的出口和所述多股流换热器的第一入口连接，所述多股流换热器的第一出口和所述第一节流阀的入口连接，所述第一节流阀的出口和所述第一分离器的入口连接，所述第一分离器的气体出口和所述冷却器的入口连接，所述冷却器的出口和所述第二分离器的入口连接，所述第二分离器的气体出口和所述多股流换热器的第二入口连接，所述多股流换热器的第二出口输出所述粗氦气。2.如权利要求1所述的氦气生产系统，其特征在于，还包括第二节流阀和第一开关阀，所述第一分离器的液体出口和所述第二节流阀的入口连接，第二节流阀的出口和所述多股流换热器的第三入口连接，所述多股流换热器的第三出口和所述第一开关阀的入口连接，所述第一开关阀的出口和BOG压缩机的入口连接。3.如权利要求2所述的氦气生产系统，其特征在于，还包括第三分离器和第二开关阀，所述第二节流阀的出口和所述第三分离器的入口连接，所述第三分离器的气体出口和所述多股流换热器的第四入口连接，所述多股流换热器的第四出口和所述第二开关阀的入口连接，所述第二开关阀的出口和所述BOG提氦压缩机的入口连接；所述第三分离器的液体出口和所述多股流换热器的第三入口连接，所述多股流换热器的第三出口和所述第一开关阀的入口连接，所述第一开关阀的出口和所述BOG压缩机连接。4.如权利要求1所述的氦气生产系统，其特征在于，还包括第三节流阀、第三开关阀和第四开关阀，所述第二分离器的液体出口和所述多股流换热器的第五入口连接，所述多股流换热器的第五出口和所述第三节流阀的入口连接，所述第三节流阀的出口和所述第四开关阀的入口连接，所述第四开关阀的出口和BOG压缩机的入口连接；所述第三节流阀的出口还和所述第三开关阀的入口连接，所述第三开关阀的出口输出氮甲烷混合气体。5.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐鹏，熊联友，赵光明，高金林，龚领会，汤建成，雷灵龙，
申请(专利权)人：北京中科富海低温科技有限公司，中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11