一种自BOG中分离纯化氢与氦的系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种自BOG中分离纯化氢与氦的系统，所述系统包括依次连接的膜分离单元与吸附分离单元；所述膜分离单元包括依次连接的初级膜分离装置与深度膜分离装置；所述吸附分离单元包括串联连接的变压吸附单元与氢氦分离纯化单元。本方案开创性的实用新型专利技术了结合了膜分离与吸附分离等技术，实现了氦气和氢气从BOG中高效提取分离并分别纯化到电子级纯度。相对于现有技术，本实用新型专利技术大幅减少了能耗、缩短了系统流程，实现了模块化组合，从而提高了应用的灵活性。

【技术实现步骤摘要】
一种自BOG中分离纯化氢与氦的系统
本技术涉及化工
，涉及一种分离提纯的系统，尤其涉及一种自BOG中分离氢与氦的系统。
技术介绍
原料天然气中主要含有CH4(甲烷)，同时往往伴生有C2H6(乙烷)、C3H8(丙烷)、C4H10(正丁烷、异丁烷)和较重的CXHY(X>4)等烃类，同时含有H2O(水)、H2(氢气)、N2(氮气)、He(氦气)和酸性气体，诸如CO2(二氧化碳)、H2S(硫化氢)与C2H5SH(硫醇)。当天然气被冷却到-150℃至-162℃(视具体原料组分和压力而定)时，天然气被液化为液化天然气(LNG)，同时未被液化的称为闪蒸气(boiledoffgas，BOG)，例如：沸点低于CH4的气体，如N2、H2和He等尚未被液化。经过一次或者多次闪蒸，以上不凝气的浓度相对在原料天然气中的各自比例被大幅提高了，基本上以上未被液化的不凝气体被浓缩了几十倍，甚至100倍，值得关注的是被浓缩后的BOG中He含量已经达到或者超过海外富氦气田中的含量。国内外针对BOG中提取氦气出现了多种可行的方案，部分已经获得了工业化实施，例如：深冷法、液化法、变压吸附(PSA)法、膜分离，以及以上两种或多种方法的结合。深冷方案的技术要点是要通过严格的计算来控制制冷量与消耗冷量之间的平衡，当系统中冷量控制不匹配，系统会产生温度骤升骤降的问题，当温度过高时，氦气无法被提取；当温度过低时，能耗大幅增加，甚至液体进入压缩机导致压缩机损坏。故深冷方案除能耗过高外，系统稳定性不良。膜分离法虽然以其模块化和节能性具有很大的优势，但是膜分离只能获得浓度99％(最高不超过99.9％)的氦气；PSA方法非常成熟，但是对于低浓度的氦气提纯存在收率很低的问题。虽然以上方法都得到了工业化应用，尚无法处理氦气和氢气的分离。液化法虽然可以实现较好的氦气和氢气分离，但是由于氦气和氢气的液化点很接近，无非彻底分离氦气和氢气，同时能耗非常高。目前最常规的处理氦气和氢气的方法是通过加入过量氧气，通过催化氧化的方法将氢气氧化为水，然后分别除去水和过量的氧气，最终实现从氦气中净化掉氢气。但是，上述方案存在流程复杂，同时浪费了氢气。氦气是一种稀有气体，且不可再生，氦气具有很多特殊的物理和化学性质，被广泛应用于核磁共振、泛半导体、检漏、飞艇，以及尖端科研和军事工业，同时氦气或者液氦在上述行业中具有不可替代性，而且国内的氦气或者液氦几乎完全来自海外。氢气是一种应用广泛的大宗气体，其中超纯的氢气(99.999％，5N)以上，被广泛用于泛半导体、仪器分析和混合气等行业。同时，高纯氢气又是氢燃料电池汽车不可或缺的原料，当前氢气已然是一种资源。本方案开创性的技术了结合了膜分离与吸附分离等技术，实现了氦气和氢气从BOG中高效提取分离。相对于现有技术，本技术大幅减少了能耗、缩短了系统流程，而且在实现氦气提纯的同时，能够获得超纯氢气作为副产品。不同纯度的氦气、不同纯度的氢气、液氦具有不同的应用价值和领域。本技术实现了完全的模块化配置，可以根据所需产品的要求，获得不同纯度的氦气、液氦与氢气，而且压力可调，通过模块化的配置，大幅减少了分离提纯氢气、氦气与液氦的能耗和投资。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种自BOG中分离氢与氦的系统，所述系统能够结合膜分离与吸附分离技术，提高闪蒸气中氢气与氦气的分离效果，而且所述系统能够根据对所得氢气、氦气纯度的需要，灵活设置吸附分离单元，减少了分离提纯氢与氦的能耗与成本。为达到此技术目的，本技术采用以下技术方案：本技术提供了一种自BOG中分离氢与氦的系统，所述自BOG中分离氢与氦的系统包括依次连接的闪蒸气进气单元、膜分离单元与吸附分离单元。所述闪蒸气进气单元包括闪蒸气进气管道。所述膜分离单元包括依次连接的初级膜分离装置与深度膜分离装置。所述吸附分离单元包括串联连接的变压吸附单元与氢氦分离纯化单元。本技术所述深度膜分离装置包括至少一组深度膜分离组件；当深度膜分离装置包括至少两组深度膜分离组件时，所述深度膜分离组件串联连接和/或并联连接。本技术所述“初级膜分离装置”以及“深度膜分离装置”中的“初级”与“深度”对应膜分离的不同阶段。本领域技术人员可以根据膜分离的实际需要，对初级膜分离装置以及深度膜分离装置中所用膜的型号进行合理地选择。本技术根据对氢气、氦气纯度的要求，灵活的调整变压吸附单元与氢氦分离纯化单元的位置，即根据对产品的不同需求，使膜分离单元与变压吸附单元或氢氦分离纯化单元连接。本技术通过模块化的设计，根据产品的不同需求灵活的调节吸附单元的连接关系，减少了氢气与氦气的生产成本与投资。优选地，所述深度膜分离组件所用膜为高分子分离膜。所述变压吸附单元用于变压吸附闪蒸气中的杂质气体，从而提高氦气和/或氢气的纯度。所述氢氦分离纯化单元用于吸附和解吸附氢气，从而实现氢气与氦气的高效分离。优选地，所述变压吸附单元包括至少两组并联连接的变压吸附装置，优选为至少两组并联连接的变压吸附塔。本技术通过使变压吸附单元为并联连接的变压吸附塔，根据变压吸附塔的数量，采用一开多备或多开多备的方法运行，每个塔的吸附和再生工艺过程由吸附、均压降压、顺放、逆放、冲洗、均压升压和氢气升压等步骤组成，从而提高了所述自BOG中分离氢与氦的系统的运行效率，保证了所述自BOG中分离氢与氦的系统的连续、稳定运行。优选地，所述变压吸附单元还包括设置于变压吸附装置入口处的增压装置。优选地，所述增压装置为第一压缩机。本技术通过在变压吸附单元的入口前设置压缩机，并根据进入变压吸附装置的气体压力大小进行启闭，保证了变压吸附的效果。优选地，所述氢氦分离纯化单元包括至少两组并联连接的氢氦分离纯化装置；进一步优选地，所述氢氦分离纯化装置为氢氦分离纯化床，所述氢氦分离纯化床通过氢气的吸附与解吸，实现氢气与氦气的分离并得到电子级纯度的氢气。本技术通过设置至少两组并联连接的氢氦分离纯化床，根据氢氦分离纯化单元的工作原理，氢氦混合气进入其中一个氢氦分离纯化床，氢气被吸附分离出氦气，当氢氦分离纯化床吸附氢气到额定值时，切换到另一个氢氦分离纯化床吸附氢气分离氦气，同时吸附氢气后的氢氦分离纯化床解吸出氢气，以上两个氢氦分离纯化床重复交替运行，从而完美的分别分离出高纯氢气和氦气，进而保证了所述自BOG中分离氢与氦的系统的连续、稳定运行。优选地，所述氢氦分离纯化床中吸附氢气所用填料的材料为合金材料，包括钛锰系合金、钛锰锆系合金、镁系合金、镁铝系合金或镧镍系合金中的任意一种或至少两种的组合，优选为钛锰系合金和/或钛锰锆系合金。优选地，所述自BOG中分离氢与氦的系统还包括设置于吸附分离单元后的氦气液化装置，所述氦气液化装置用于将提纯后的氦气液化为液氦。本技术所述氦气液化装置为本领域技术人员惯用的氦气液化装置，本技术在此不再过多限定。优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自BOG中分离纯化氢与氦的系统，其特征在于，所述自BOG中分离纯化氢与氦的系统包括依次连接的闪蒸气进气单元、膜分离单元与吸附分离单元；/n所述闪蒸气进气单元包括闪蒸气进气管道；/n所述膜分离单元包括依次连接的初级膜分离装置与深度膜分离装置；/n所述吸附分离单元包括串联连接的变压吸附单元与氢氦分离纯化单元。/n

【技术特征摘要】
1.一种自BOG中分离纯化氢与氦的系统，其特征在于，所述自BOG中分离纯化氢与氦的系统包括依次连接的闪蒸气进气单元、膜分离单元与吸附分离单元；
所述闪蒸气进气单元包括闪蒸气进气管道；
所述膜分离单元包括依次连接的初级膜分离装置与深度膜分离装置；
所述吸附分离单元包括串联连接的变压吸附单元与氢氦分离纯化单元。


2.根据权利要求1所述的自BOG中分离纯化氢与氦的系统，其特征在于，所述变压吸附单元包括至少两组并联连接的变压吸附装置。


3.根据权利要求2所述的自BOG中分离纯化氢与氦的系统，其特征在于，所述变压吸附单元还包括设置于变压吸附装置入口处的增压装置。


4.根据权利要求1所述的自BOG中分离纯化氢与氦的系统，其特征在于，所述氢氦分离纯化单元包括至少两组并联连接的氢氦分离纯化装置，所述氢氦分离纯化装置通过氢气的吸附与解...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志高，高颖，吴海雷，马传龙，
申请(专利权)人：苏州睿分电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32