氦气回收的深冷分离系统技术方案

本发明专利技术涉及石油化工领域，具体涉及一种氦气回收的深冷分离系统，包括主换热器、闪蒸装置、脱氮塔、制冷单元；还包括连接至主换热器的BOG管路，主换热器通过管路连接至闪蒸装置；闪蒸装置顶部通过管路连接至主换热器，主换热器上设置有粗氦气管路；闪蒸装置底部通过管路、阀门以及管路连接至脱氮塔中部；脱氮塔顶部通过氮气管路连接至主换热器，主换热器上设置有氮气排出管；脱氮塔底部通过甲烷管路连接至主换热器，主换热器上设置有燃料气排出管；所述制冷单元能够为整个系统提供冷量。本发明专利技术的优点在于：相对于现有技术，在进行氦气回收时，可直接副产纯氮和燃料气，分离出的粗氦气中杂质较少，下游氦气精制设施负荷较小。下游氦气精制设施负荷较小。下游氦气精制设施负荷较小。

【技术实现步骤摘要】
氦气回收的深冷分离系统


[0001]本专利技术涉及石油化工领域，具体涉及一种氦气回收的深冷分离系统。

技术介绍

[0002]目前，常规的氦气提取方法主要有：冷凝法(深冷分离)、空分法、氢液化法、膜分离法、变压吸附法等，其中冷凝法应用于天然气氦气的提取，空分法应用于大气中氦气的提取，氢液化法应用于合成氨尾气中氦气的提取，膜分离法仅应用于氦气的粗提(通常粗氦中的氦组分含量不高)，变压吸附法则通常用于粗氦气精制。
[0003]原料天然气中氦组分的分离通常只能采用冷凝法或膜分离，例如公开号为CN111974175A的中国专利技术专利申请，公开了一种膜法天然气提氦方法和设备，包括：使用第一脱氢器对原料气进行脱氢预处理，得到第一气体；将第一气体依次通过多级渗透膜，由多级渗透膜对第一气体依次进行氦气分离，得到粗氦气体；将粗氦气体输送至第二脱氢器，由第二脱氢器对粗氦气体进行脱氢后处理，得到第二气体；对第二气体进行提纯处理，得到氦气。本申请的膜法天然气提氦方法，通过采用渗透膜，借助渗透膜两侧气体的分压差作为推动力，通过溶解—扩散—解析等步骤，产生组分间传递速率的差异来实现气体分离的目的。
[0004]但膜分离无法进行氮和甲烷组分的分离，当需要将氮与甲烷组分分离时只能选择冷凝法。如果直接采用冷凝法回收原料天然气中氦气不具有经济性，但当天然气液化成LNG再经减压送至平底储罐后，平底储罐中的闪蒸气中会聚集大量的低沸点组分(He、H2、N2相较于CH4常压沸点更低)，在闪蒸气(BOG)中直接提取粗氦气，再送至下游氦气精制单元(膜分离+变压吸附)进行精制，有一定的经济性，但冷凝法也有一定的局限性。
[0005]采用常规的直接冷凝法即将原料BOG部分冷凝，再将部分冷凝后的BOG进行气液分离，闪蒸可以回收绝大部分氦组分，但无法将溶解的氦组分闪蒸出来，此外也无法直接副产纯氮和合格的液化天然气(BOG再液化时氮组分较高，不符合LNG产品中N2组分<1.0v％的含量要求)。
[0006]如果不副产LNG，那么可以将再液化的富甲烷(用作燃料气部分除外)需要返回到原LNG工艺装置的原料天然气管线再循环至整个LNG生产设施进行再液化，提氦与原LNG工艺装置存在互相干扰的问题，增加了操作的复杂程度。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题在于：
[0008]现有技术中在进行氦气回收时，无法直接副产纯氮和燃料气，以及分离出的粗氦气中杂质较多而增加下游氦气精制设施负荷的技术问题。
[0009]本专利技术是通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种氦气回收的深冷分离系统，包括主换热器(E200)、闪蒸装置、脱氮塔(T200)、制冷单元；
[0010]还包括连接至主换热器(E200)的BOG管路(01)，主换热器(E200)通过管路(02)连接至闪蒸装置；
[0011]闪蒸装置顶部通过管路(03)连接至主换热器(E200)，主换热器(E200)上设置有粗氦气管路(04)；
[0012]闪蒸装置底部通过管路(07)、阀门以及管路(08)连接至脱氮塔(T200)中部；
[0013]脱氮塔(T200)顶部通过氮气管路(09)连接至主换热器(E200)，主换热器(E200)上设置有氮气排出管(10)；
[0014]脱氮塔(T200)底部通过甲烷管路(11)连接至主换热器(E200)，主换热器(E200)上设置有燃料气排出管(20)；
[0015]所述制冷单元能够为整个系统提供冷量。
[0016]本专利技术中的氦气回收的深冷分离系统在实际应用中，将来自天然气液化冷箱或者LNG储罐的BOG气体引至BOG管路(01)，例如LNG工厂大型平底储罐顶部排放的BOG气体通常需复热后送出，将复热后的BOG气体增压冷却经管路输送至主换热器(E200)进行进行冷却降温至
‑
180℃
‑
152℃后，经管路(02)进入闪蒸装置，冷却后的BOG直接在闪蒸装置顶部空间进行气液分离，气体中富集He、H2组分，经管路(03)输送至主换热器(E200)复热后，直接作为粗氦气经粗氦气管路(04)输送，根据实际情况，可将粗氦气进行提纯。闪蒸装置底部经管路(07)抽出液体，经阀门减压后从管路(08)送至脱氮塔(T200)中部，在脱氮塔(T200)内进行N2和CH4等组分的分离，N2组分富集于脱氮塔塔顶，经氮气管路(09)进入主换热器(E200)，并经氮气排出管(10)副产纯氮气，要求N2组分纯度>99.99v％，主换热器(E200)此处的通道为液氮过冷使用。脱氮塔(T200)底部富集的为富CH4液体，含C2H6等小分子烃类，通常CH4含量在94.5v％左右，可以直接抽出部分复热后作为燃料气送至全厂燃料气管网，即经甲烷管路(11)输送至主换热器(E200)，并由燃料气排出管(20)排放燃料气，制冷单元能够为整个系统提供冷量。相对于现有技术，在进行氦气回收时，可直接副产纯氮和燃料气，分离出的粗氦气中杂质较少，下游氦气精制设施负荷较小。
[0017]优化的，所述闪蒸装置的底部通过液体管路(21)连接至主换热器(E200)，主换热器(E200)通过气化管路(22)连接至闪蒸装置；
[0018]闪蒸装置中的塔底液体能够经液体管路(21)进入主换热器(E200)，部分气化后经气化管路(22)返回闪蒸装置底部作为气液传质传热的上升气体使用。
[0019]优化的，所述脱氮塔(T200)底部通过甲烷管路(12)连接至主换热器(E200)，主换热器(E200)上设置有LNG排出管(13)。
[0020]脱氮塔(T200)底部富集的为富CH4液体，除生产燃料气外，富余部分可经甲烷管路(12)进入主换热器(E200)过冷，并经LNG排出管(13)副产LNG。
[0021]优化的，所述脱氮塔(T200)底部通过液体管路(14)连接至主换热器(E200)，主换热器(E200)通过气化管路(15)连接至脱氮塔(T200)；
[0022]脱氮塔(T200)中的塔底液体能够经液体管路(14)进入主换热器(E200)，部分气化后经气化管路(15)返回脱氮塔(T200)底部作为气液传质传热的上升气体使用。
[0023]优化的，所述脱氮塔(T200)顶部通过气体管路(18)连接至主换热器(E200)，主换热器(E200)通过气化管路(19)连接至脱氮塔(T200)；
[0024]塔顶气体能够经气体管路(18)进入主换热器(E200)，部分气化后经气化管路(19)返回脱氮塔(T200)顶部作为气液传质传热的回流液体使用。
[0025]优化的，所述脱氮塔(T200)顶部通过管路(16)连接至主换热器(E200)，主换热器
(E200)上设置LIN排出管(17)。
[0026]N2组分富集于脱氮塔塔顶，经管路(16)进入主换热器(E200)过冷后，从LIN排出管(17)产出液氮。
[0027]优化的，所述制冷单元包括氮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氦气回收的深冷分离系统，其特征在于：包括主换热器(E200)、闪蒸装置、脱氮塔(T200)、制冷单元；还包括连接至主换热器(E200)的BOG管路(01)，主换热器(E200)通过管路(02)连接至闪蒸装置；闪蒸装置顶部通过管路(03)连接至主换热器(E200)，主换热器(E200)上设置有粗氦气管路(04)；闪蒸装置底部通过管路(07)、阀门以及管路(08)连接至脱氮塔(T200)中部；脱氮塔(T200)顶部通过氮气管路(09)连接至主换热器(E200)，主换热器(E200)上设置有氮气排出管(10)；脱氮塔(T200)底部通过甲烷管路(11)连接至主换热器(E200)，主换热器(E200)上设置有燃料气排出管(20)；所述制冷单元能够为整个系统提供冷量。2.根据权利要求1所述的氦气回收的深冷分离系统，其特征在于：所述闪蒸装置的底部通过液体管路(21)连接至主换热器(E200)，主换热器(E200)通过气化管路(22)连接至闪蒸装置；闪蒸装置中的塔底液体能够经液体管路(21)进入主换热器(E200)，部分气化后经气化管路(22)返回闪蒸装置底部作为气液传质传热的上升气体使用。3.根据权利要求1所述的氦气回收的深冷分离系统，其特征在于：所述脱氮塔(T200)底部通过甲烷管路(12)连接至主换热器(E200)，主换热器(E200)上设置有LNG排出管(13)。4.根据权利要求1所述的氦气回收的深冷分离系统，其特征在于：所述脱氮塔(T200)底部通过液体管路(14)连接至主换热器(E200)，主换热器(E200)通过气化管路(15)连接至脱氮塔(T200)；脱氮塔(T200)中的塔底液体能够经液体管路(14)进入主换热器(E200)，部分气化后经气化管路(15)返回脱氮塔(T200)底部作为气液传质传热的上升气体使用。5.根据权利要求1所述的氦气回收的深冷分离系统，其特征在于：所述脱氮塔(T200)顶部通过气体管路(18)连接至主换热器(E200)，主换热器(E200)通过气化管路(19)连接至脱氮塔(T200)；塔顶气体能够经气体管路(18)进入主换热器(E200)，部分气化后经气化管路(19)返回脱氮塔(T200)顶部作为气液传质传热的回流液体使用。6.根据权利要求1所述的氦气回收的深冷分离系统，其特征在于：所述脱氮塔(T200)顶部通过管路(16)连接至主换热器(E200)，主换热器(E200)上设置LIN排出管(17)。7.根据权利要求1所述的氦气回收的深冷分离系统，其特征在于：所述制冷单元包括氮气压缩机(C130)、冷却器(E130)、氮气膨胀机(ET130)、节流阀；所述氮气压缩机(C130)通过制冷循环介质管路(31)与主换热器(E200)连接，氮气压缩机(C130)连接至冷却器(E130)，冷却器(E130)通过冷却管路(32)连接至主换热器(E200)，主换热器(E200)上设置管路(33)，管路(33)端部分别连接管路(34)及管路(36)；所述管路(34)连接至氮气膨胀机(ET130)，氮气膨胀机(ET130)上设置管路(35)；所述管路(36)连接至主换热器(E200)，主换热器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：师铜墙，陈德祥，吕继祥，刘杨，王传喜，夏善蒲，黄卫，汪澎，
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：