一种从天然气中提取氦气的系统技术方案

本实用新型专利技术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。本实用新型专利技术还公开了采用本实用新型专利技术的系统从天然气中提取氦气的方法，其流程设计合理，操作简单，氦气的提取率高，解决了含氢气原料的浓缩问题，使用低温吸附制取纯氦气，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
本技术涉及氦气提取
，尤其涉及一种从天然气中提取氦气的系统及其方法。
技术介绍
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方法。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。但部分BOG气体中会含有少量氢气，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。因此，本领域的技术人员致力于开发一种从天然气BOG气体中，浓缩并提纯氦气的方法。
技术实现思路
本技术为解决现有氦气提取技术中的问题，提供一种从天然气中提取氦气的系统及其方法。为实现上述目的，本技术采用以下技术方案：本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；管路连接顺序为：所述空气膨胀机增压端、冷却器、E1主换热器顶部的空气进口端依次连接，所述E1主换热器中部的空气出口端通过所述K1空气再沸器后与E1主换热器中部的空气进口端连接，所述E1主换热器的中下部一路通过所述空气膨胀机膨胀端后与所述E1主换热器的冷端连接，另一路通过所述E1主换热器的冷端后与所述E2过冷器连接，所述E2过冷器的液空出口端分别连接所述K3冷凝蒸发器和杜瓦瓶；液化天然气BOG管线通过所述E1主换热器后与所述K2LNG再沸器连接，所述K2LNG再沸器的LNG液体出口通过节流阀V2与所述C1精馏塔中部连接，所述C1精馏塔的塔顶与所述K3冷凝蒸发器连接，所述K3冷凝蒸发器顶部的不凝气出口端通过所述E1主换热器出冷箱后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冷却器、氦气纯化器、压缩机、所述杜瓦瓶内的换热器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。进一步地，所述K3冷凝蒸发器的蒸发侧通过所述E1主换热器后与冷箱外部连通，放空或循环。进一步地，所述C1精馏塔塔底部的重组分气体出口通过所述E1主换热器与所述冷箱外部的天然气用户管线连接。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。进一步地，所述纯氦气管线连接用户或充瓶压缩机。进一步地，所述气液分离器、吸附器、所述换热器与气液分离器之间连接的管线、所述换热器与吸附器之间连接的管线均浸泡在液态空气中。本技术的第二方面是提供采用上述系统的从天然气中提取氦气的方法，包括如下步骤：S1：将除水和二氧化碳后的干燥空气送入所述空气膨胀机增压端的进口，经增压、冷却后送入所述冷箱，所述干燥空气经过所述E1主换热器降温后，由所述E1主换热器中部抽出进入所述K1空气再沸器，对所述K1空气再沸器中的LNG液体加热，同时进一步降温的所述干燥空气被送回所述E1主换热器后分两流流出，一流从所述E1主换热器中下部抽出后进入所述空气膨胀机膨胀端增压后送回所述E1主换热器作为冷源，另一流被所述E1主换热器的冷端液化后送入所述E2过冷器；出所述冷器E2的液态空气分为两流，一流经过节流阀V1调节压力后送入所述K3冷凝蒸发器，另一流抽出冷箱作为冷源送入所述杜瓦瓶中；S2：带压力的液化天然气BOG原料由管线送入所述冷箱，由所述E1主换热器降温至部分带液状态后送入所述C1精馏塔底部的K2LNG再沸器，对所述K2LNG再沸器另一侧的LNG液体加热，其本身被进一步液化后抽出、经过所述节流阀V2调节压力至比所述C1精馏塔塔压略高后进入所述C1精馏塔中部参与精馏；设置于所述C1精馏塔塔底的所述K1空气再沸器和K2LNG再沸器对塔底液体加热，CH4为主的重组分以气体形式从所述C1精馏塔的塔底抽出；所述C1精馏塔塔顶的主要含有氮气、氦气、氢气的轻组分送入所述K3冷凝蒸发器中液化，被液化的液体流回所述C1精馏塔内，部分不凝气则从所述K3冷凝蒸发器的顶部抽出，经所述E2过冷器冷却、所述E1主换热器回收冷量后，常温出所述冷箱；S3：S2中出所述冷箱的常温不凝气进入所述氦气纯化系统，首先由所述氧除氢反应炉中反应除去氢气，由所述冷却器降温至10～40℃后，采用氦气纯化器除去水，得粗氦气，经所述压缩机加压后送入所述杜瓦瓶；所述杜瓦瓶内设置的换热器将所述粗氦气降温后，再经过浸泡在液态空气中的管线冷却，大部分组分已经被液化后进入所述气液分离器，其中的液体部分由所述气液分离器底部排出进入所述杜瓦瓶，然后被真空泵抽出，其中主要为氦气的气体部分排出所述气液分离器后，通过所述氦气吸附器将少量的氧气、氮气、氩气吸附掉，得到的纯氦气经过所述换热器回收冷量后送出所述杜瓦瓶。进一步地，所述作为冷源的空气复热至0～17℃出所述冷箱放空或循环利用。进一步地，经所述氦气纯化器脱水后，不凝气中生成的水被脱除至1～3ppm。进一步地，所述C1精馏塔塔底的压力为0.4～0.56MPaA、温度为-130～-135.6℃，并且与所述K1空气再沸器和K2LNG再沸器的温差为0.5～2℃；所述C1精馏塔塔顶的压力为0.45～0.55MpaA，温度为-175～-181.6℃。本技术采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：本技术流程设计合理，操作简单，氦气的提取率高，解决了含氢气原料的浓缩问题，使用低温吸附制取纯氦气，提高了产品的经济价值。附图说明图1为本技术从天然气中提取氦气系统的示意图；附图标记为：1-空气膨胀机；2-冷却器；3-冷箱；4-E1主换热器；5-K1空气再沸器；6-K2LNG再沸器；7-C1精馏塔；8-E2过冷器；9-K3冷凝蒸发器；10-加氧除氢反应炉；11-冷却器；12-氦气纯化器；13-压缩机；14-杜瓦瓶；15-换热器；16-气液分离器；17-吸附器；18-真空泵。具体实施方式下面通过具体实施例对本技术进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本技术，但是下述实施例并不限制本技术范围。实施例1如图1所示，本实施例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3包括E1主换热器4、C1精馏塔7、设置于C1精馏塔7底部的K1空气再沸器5和K2LNG再沸器6、E2过冷器8、K3冷凝蒸发器9；上述氦气纯化系统包括加氧除氢反应炉10、冷却器11、氦气本文档来自技高网...

【技术保护点】
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K2 LNG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；/n管路连接顺序为：/n所述空气膨胀机增压端、冷却器、E1主换热器顶部的空气进口端依次连接，所述E1主换热器中部的空气出口端通过所述K1空气再沸器后与E1主换热器中部的空气进口端连接，所述E1主换热器的中下部一路通过所述空气膨胀机膨胀端后与所述E1主换热器的冷端连接，另一路通过所述E1主换热器的冷端后与所述E2过冷器连接，所述E2过冷器的液空出口端分别连接所述K3冷凝蒸发器和杜瓦瓶；/n液化天然气BOG管线通过所述E1主换热器后与所述K2 LNG再沸器连接，所述K2 LNG再沸器的LNG液体出口通过节流阀V2与所述C1精馏塔中部连接，所述C1精馏塔的塔顶与所述K3冷凝蒸发器连接，所述K3冷凝蒸发器顶部的不凝气出口端通过所述E1主换热器出冷箱后与所述加氧除氢反应炉连接；/n所述加氧除氢反应炉依次连接所述冷却器、氦气纯化器、压缩机、所述杜瓦瓶内的换热器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。/n...

【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；
管路连接顺序为：
所述空气膨胀机增压端、冷却器、E1主换热器顶部的空气进口端依次连接，所述E1主换热器中部的空气出口端通过所述K1空气再沸器后与E1主换热器中部的空气进口端连接，所述E1主换热器的中下部一路通过所述空气膨胀机膨胀端后与所述E1主换热器的冷端连接，另一路通过所述E1主换热器的冷端后与所述E2过冷器连接，所述E2过冷器的液空出口端分别连接所述K3冷凝蒸发器和杜瓦瓶；
液化天然气BOG管线通过所述E1主换热器后与所述K2LNG再沸器连接，所述K2LNG再沸器的LNG液体出口通过节流阀V2与所述C1精馏塔中部连接，所述C1精馏塔的塔顶与所述K3冷凝蒸发器连接，所述K3冷凝蒸发器顶部的不凝气出口端通过所述E1主换热器出冷箱后与所述加氧除氢反应炉连接；
所述加...

【专利技术属性】
技术研发人员：张正雄，郝文炳，
申请(专利权)人：上海迎飞能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31