一种利用LNG厂尾气进行氦气提取的工艺系统技术方案

一种利用LNG厂尾气进行氦气提取的工艺系统，包括氦气提纯塔,氦气提纯塔内设置有活塞式膜分离装置、钯膜脱氢装置、外循环回抽装置、换热装置和制冷分离提纯装置，活塞式膜分离装置设置在钯膜脱氢装置上方，换热装置和制冷分离提纯装置设置在钯膜脱氢装置下方，LNG厂尾气与活塞式膜分离装置的顶部进口连接，活塞式膜分离装置底部出口与钯膜脱氢装置顶部进口连接，钯膜脱氢装置底部出口通过换热装置与制冷分离提纯装置的进口连接。本发明专利技术以LNG厂高压尾气为本设备气源输入，省却前期增压设备，有效保持LNG厂高压尾气的低温状态，减小成本，且高压尾气中气体比份稳定，氦气、甲烷含量较为恒定，生产单位氦气能耗低。

A process system for helium extraction from tail gas of LNG plant

【技术实现步骤摘要】
一种利用LNG厂尾气进行氦气提取的工艺系统
本专利技术属于氦气工业化生产
，具体涉及一种利用LNG厂尾气进行氦气提取的工艺系统。
技术介绍
氦气是一种无色无味的不可燃惰性气体，其在空气中的含量极低约为百万分之5.2（5.2ppm），是人类目前发现的临界温度最低的物质，其熔点为272.2℃（25个大气压下），沸点为-268.9℃，密度仅为0.1785g/L，氦气是单原子单质分子，不存在稳定化合物，不溶于水。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。氦气在医疗、军工、制冷、半导体、管道检漏、高精度焊接、金属制造、深海潜水、光电子产品生产、浮空器、科研、军事等领域均有着不可替代的作用。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。目前国内氦气提取的专利技术大致分为两类：一类为从天然气中利用深冷方式直接进行氦气的分离，由于天然气中氦气的浓度一般在0.02%左右，且原料气中还有大量的H2S、SO2等杂质气体，故设备结构复杂，能耗高,难以产生商业盈利的模式；另外一类为从LNG的存储罐中利用深冷方法进行氦气分离，此类工艺不需要对气源进行预处理，深冷方法操作相对简单，但是气体中氦气含量仍然较低，采用深冷方法处理大量气体能耗高；另外一个潜在的问题是LNG存储罐中的甲烷一直处于饱和状态，当从中取气时甲烷会不断的从液态甲烷中析出从而导致需低温处理的气体体积加大而氦气含量浓度逐渐降低，其直接后果便是氦气产率低、能耗高，到目前为止，并没有形成这一模式的生产能力。若以提取氦气为目标，那么其中所含的氢气便不容忽略，在现有的专利中，都没有涉及到对氢气的处理，这也是现有专利技术的一个很大缺点。本专利技术拟利用液化天然气厂（LNG）的尾气进行氦气的分离。天然气在常压下，冷却至约-163℃时，将由气态变成液态，称为液化天然气（英文LiquefiedNaturalGas，简称LNG）。LNG的主要成分为甲烷，还有少量的乙烷、丙烷等。氦气的液化温度为-268.9℃（一个大气压下），因而在以制冷为核心工艺的天然气液化加工中，氦气基本不被液化，在液化天然气储存罐中随气相尾气被排出，同时因沸点差异，氮气、氢气也绝大部分存在于LNG厂尾气之中。天然气液化流程中尾气的最大特点是甲烷等可燃性气体因被液化含量明显降低，而氦气、氩气、氢气、氮气等“杂质”气体因难以被液化，在气相中被富集起来，其浓度较进入液化流程前浓度可大幅提高。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中的不足之处，提供一种基本不产生废气、能耗低、提取的氦气纯度高的利用LNG厂尾气进行氦气提取的工艺系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种利用LNG厂尾气进行氦气提取的工艺系统，包括氦气提纯塔1,氦气提纯塔1内设置有活塞式膜分离装置2、钯膜脱氢装置3、外循环回抽装置、换热装置和制冷分离提纯装置，活塞式膜分离装置2设置在钯膜脱氢装置3上方，换热装置和制冷分离提纯装置设置在钯膜脱氢装置3下方，LNG厂尾气与活塞式膜分离装置2的顶部进口连接，活塞式膜分离装置2底部出口与钯膜脱氢装置3顶部进口连接，钯膜脱氢装置3底部出口通过换热装置与制冷分离提纯装置的进口连接，制冷分离提纯装置的分离出的气体通过换热装置后排出氦气提纯塔1，外循环回抽装置的进口与钯膜脱氢装置3底部出口连接，外循环回抽装置的出口与活塞式膜分离装置2顶部进口连接。活塞式膜分离装置2沿氦气提纯塔1中心线圆形阵列布置的若干个，每个活塞式膜分离装置2均包括中心线沿垂直方向设置的第一圆筒体207，第一圆筒体207的顶部均连接有第一分气管103，所有的第一分气管103上端通过第一分气控制阀104连接有垂直向上伸出氦气提纯塔1的进气管101，进气管101上端与LNG厂尾气出口连接，进气管101上部设有进气阀102，外循环回抽装置的出口连接在进气阀102下方的进气管101上；第一圆筒体207内设有上中空纤维膜单元201和下中空纤维膜单元208，上中空纤维膜单元201的外周设有滑动连接在第一圆筒体207内壁的第一环形滑块202，第一环形滑块202为铁质材料制成，第一圆筒体207内壁上在第一环形滑块202的正上方和正下方分别固定设有第一上电磁铁203和第一下电磁铁209，第一圆筒体207的侧部在第一下电磁铁209和下中空纤维膜单元208之间连接有第一排气管205及补气管210、第一排气管205和补气管210关于第一圆筒体207中心线对称布置，补气管210的外端连接有补气泵204，第一圆筒体207底部设有与钯膜脱氢装置3顶部进口连接的第二排气管206。钯膜脱氢装置3沿氦气提纯塔1中心线圆形阵列布置的若干个，每个钯膜脱氢装置3均包括中心线沿垂直方向设置的第二圆筒体301，第二圆筒体301的顶部均连接有一根第二分气管304，所有的第二分气管304上端通过第二分气控制阀305与第二排气管206下端连接；第二圆筒体301内同中心线设有内筒体311，内筒体311外圈与第二圆筒体301内壁之间形成环形腔313，内筒体311内部设有上钯膜盘单元302和下钯膜盘单元303，上钯膜盘单元302的外周设有滑动连接在内筒体311内壁的第二环形滑块306，第二环形滑块306为铁质材料制成，内筒体311内壁上在第二环形滑块306的正上方和正下方分别固定设有第二上电磁铁307和第二下电磁铁312，第二圆筒体301外侧部设有与环形腔313连通的第三排气管308，第二圆筒体301底部设有第四排气管309，第四排气管309与换热装置及外循环回抽装置的进口连接；第二环形滑块306内部为中空环状结构314，中空环状结构314上部通过可伸缩的软管315与环形腔313的上部连通，上钯膜盘单元302和下钯膜盘单元303的外部均包裹设有透气的加热带310，上钯膜盘单元302的内部与中空环状结构314连通，下钯膜盘单元303内部与环形腔313连通。外循环回抽装置包括外循环泵4、外循环管401和单向阀402，外循环管401下端与第四排气管309连接，外循环管401上端连接在进气阀102下方和第一分气控制阀104上方的进气管101上，单向阀402设置在外循环泵401的进口和出口处的外循环管401上，进气管101上在第一分气控制阀104上方的位置设有压力表403。换热装置包括竖向设置的安装筒5和同轴向设置在安装筒5内部的换热主管502，换热主管502上端口通过分支管501与钯膜脱氢装置3的若干个第四排气管309下端相连，换热主管502外部同轴向绕设有螺旋状的尾气排出换热管504，安装筒5内底部设有与尾气排出换热管504的下端连接的多路管接头505，安装筒5内部设有位于尾气排出换热管504外侧的氦气专用换热管503，氦气专用换热管503和尾气排出换热管504的上端口伸出安装筒5。制冷分离提纯装置包括第三圆筒体6及设置在第三圆筒体6内部的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用LNG厂尾气进行氦气提取的工艺系统，其特征在于：包括氦气提纯塔（1）,氦气提纯塔（1）内设置有活塞式膜分离装置（2）、钯膜脱氢装置（3）、外循环回抽装置、换热装置和制冷分离提纯装置，活塞式膜分离装置（2）设置在钯膜脱氢装置（3）上方，换热装置和制冷分离提纯装置设置在钯膜脱氢装置（3）下方，LNG厂尾气与活塞式膜分离装置（2）的顶部进口连接，活塞式膜分离装置（2）底部出口与钯膜脱氢装置（3）顶部进口连接，钯膜脱氢装置（3）底部出口通过换热装置与制冷分离提纯装置的进口连接，制冷分离提纯装置的分离出的气体通过换热装置后排出氦气提纯塔（1），外循环回抽装置的进口与钯膜脱氢装置（3）底部出口连接，外循环回抽装置的出口与活塞式膜分离装置（2）顶部进口连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用LNG厂尾气进行氦气提取的工艺系统，其特征在于：包括氦气提纯塔（1）,氦气提纯塔（1）内设置有活塞式膜分离装置（2）、钯膜脱氢装置（3）、外循环回抽装置、换热装置和制冷分离提纯装置，活塞式膜分离装置（2）设置在钯膜脱氢装置（3）上方，换热装置和制冷分离提纯装置设置在钯膜脱氢装置（3）下方，LNG厂尾气与活塞式膜分离装置（2）的顶部进口连接，活塞式膜分离装置（2）底部出口与钯膜脱氢装置（3）顶部进口连接，钯膜脱氢装置（3）底部出口通过换热装置与制冷分离提纯装置的进口连接，制冷分离提纯装置的分离出的气体通过换热装置后排出氦气提纯塔（1），外循环回抽装置的进口与钯膜脱氢装置（3）底部出口连接，外循环回抽装置的出口与活塞式膜分离装置（2）顶部进口连接。


2.根据权利要求1所述的一种利用LNG厂尾气进行氦气提取的工艺系统，其特征在于：活塞式膜分离装置（2）沿氦气提纯塔（1）中心线圆形阵列布置的若干个，每个活塞式膜分离装置（2）均包括中心线沿垂直方向设置的第一圆筒体（207），第一圆筒体（207）的顶部均连接有第一分气管（103），所有的第一分气管（103）上端通过第一分气控制阀（104）连接有垂直向上伸出氦气提纯塔（1）的进气管（101），进气管（101）上端与LNG厂尾气出口连接，进气管（101）上部设有进气阀（102），外循环回抽装置的出口连接在进气阀（102）下方的进气管（101）上；
第一圆筒体（207）内设有上中空纤维膜单元（201）和下中空纤维膜单元（208），上中空纤维膜单元（201）的外周设有滑动连接在第一圆筒体（207）内壁的第一环形滑块（202），第一环形滑块（202）为铁质材料制成，第一圆筒体（207）内壁上在第一环形滑块（202）的正上方和正下方分别固定设有第一上电磁铁（203）和第一下电磁铁（209），第一圆筒体（207）的侧部在第一下电磁铁（209）和下中空纤维膜单元（208）之间连接有第一排气管（205）及补气管（210）、第一排气管（205）和补气管（210）关于第一圆筒体（207）中心线对称布置，补气管（210）的外端连接有补气泵（204），第一圆筒体（207）底部设有与钯膜脱氢装置（3）顶部进口连接的第二排气管（206）。


3.根据权利要求2所述的一种利用LNG厂尾气进行氦气提取的工艺系统，其特征在于：钯膜脱氢装置（3）沿氦气提纯塔（1）中心线圆形阵列布置的若干个，每个钯膜脱氢装置（3）均包括中心线沿垂直方向设置的第二圆筒体（301），第二圆筒体（301）的顶部均连接有一根第二分气管（304），所有的第二分气管（304）上端通过第二分气控制阀（305）与第二排气管（206）下端连接；第二圆筒体（301）内同中心线设有内筒体（311），内筒体（311）外圈与第二圆筒体（301）内壁之间形成环形腔（313），内筒体（311）内部设有上钯膜盘单元（302）和下钯膜盘单元（303），上钯膜盘单元（302）的外周设有滑动连接在内筒体（311）内壁的第二环形滑块（306），第二环形滑块（306）为铁质材料制成，内筒体（311）内壁上在第二环形滑块（306）的正上方和正下方分别固定设有第二上电磁铁（307）和第二下电磁铁（312），第二圆筒体（301）外侧部设有与环形腔（313）连通的第三排气管（308），第二圆筒体（301）底部设有第四排气管（309），第四排气管（309）与换热装置及外循环回抽装置的进口连接；第二环形滑块（306）内部为中空环状结构（314），中空环状结构（314）上部通过可伸缩的软管（315）与环形腔（313）的上部连通，上钯膜盘单元（302）和下钯膜盘单元（303）的外部均包裹设有透气的加热带（310），上钯膜盘单元（302）的内部与中空环状结构（314）连通，下钯膜盘单元（303）内部与环形腔（313）连通。


4.根据权利要求3所述的一种利用LNG厂尾气进行氦气提取的工艺系统，其特征在于：外循环回抽装置包括外循环泵（4）、外循环管（401）和单向阀（402），外循环管（401）下端与第四排气管（309）连接，外循环管（401）上端连接在进气阀（102）下方和第一分气控制阀（104）上方的进气管（101）上，单向阀（402）设置在外循环泵（401）的进口和出口处的外循环管（401）上，进气管（101）上在第一分气控制阀（104）上方的位置设有压力表（403）。


5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨长根，郭聪，关梦云，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11