一种提氦装置和天然气提氦方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种提氦装置和天然气提氦方法，属于提氦技术领域。本发明专利技术提供的装置包括换热单元、提氦单元、脱氮单元和氮膨胀循环制冷单元。采用独立的氮膨胀循环制冷单元提供装置需要的全部冷量，无需额外添加外部制冷器，装置结构简单且能耗低，同时独立的制冷系统具有很好的适应变工况操作条件。本发明专利技术提供的装置能够实现高含氮贫氦天然气提氦，采用本发明专利技术提供的装置进行提氦时，天然气进入第一预冷换热器、第二预冷换热器、深冷换热器、一级提氦塔和二级提氦塔提取天然气中少量的氦气，再经过脱氮塔更深程度的脱除二次粗氦中的氮，解决了由于氮含量高和氮难以分离而影响氦产品浓度的问题，能从天然气中获得高浓度氦，且氦收率高。高。高。

【技术实现步骤摘要】
一种提氦装置和天然气提氦方法


[0001]本专利技术涉及提氦
，具体涉及一种提氦装置和天然气提氦方法。

技术介绍

[0002]氦气是一种稀有的战略资源，随着科技的进步和经济的发展，氦气的应用范围不断的扩大，特别在医疗、工业和电子行业领域。氦获取的主要途径是天然气分离法，然而国内大多气田含氦浓度低(0.2％左右)，导致氦产量低和提氦成本高。天然气低温冷凝提氦法具有良好的适应性和稳定性，且可产出收率高、浓度高的粗氦产品，同时还可以产出液化天然气，有利于提高提氦工艺的经济性，是目前工业上应用最广泛提氦工艺。
[0003]中国专利201520564721.5公开了天然气超低温提取氦气系统，包括一级换热器、二级换热器、甲烷精馏塔、低温洗涤塔，脱氮塔、氮气制冷系统和混合冷剂循环制冷系统。该提取氦气系统虽然能够从天然气中得到高浓度氦，但是采用两套制冷系统，装置复杂。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种脱氮提氦装置和天然气提氦方法。采用本专利技术提供的装置仅采用氮膨胀循环制冷单元，装置组成简单，能够得到高浓度氦。
[0005]本专利技术提供了一种提氦装置，包括换热单元、提氦单元、脱氮单元和氮膨胀循环制冷单元；
[0006]所述换热单元包括第一预冷换热器1、第二预冷换热器2和深冷换热器3；
[0007]所述提氦单元包括一级提氦塔4和二级提氦塔13；所述一级提氦塔4内设置有一级提氦塔底再沸器6和一级提氦塔顶冷却器7；所述二级提氦塔13内设置有二级提氦塔底再沸器14和二级提氦塔顶冷却器15；
[0008]所述脱氮单元为脱氮塔16，所述脱氮塔16内设置有脱氮塔顶冷却器17；
[0009]所述氮膨胀循环制冷单元包括氮气压缩机10、氮气冷却器9、氮气膨胀机8和氮气节流阀12；所述氮气压缩机10的进口依次通过第一预冷换热器1、第二预冷换热器2、深冷换热器3和混合器11分别与所述二级提氦塔顶冷却器15的出口和脱氮塔顶冷却器17的出口连通；所述氮气压缩机10的出口与氮气冷却器9的进口连通，所述氮气冷却器9的出口依次通过第一预冷换热器1和第二预冷换热器2与氮气膨胀机8的进口连通；所述氮气膨胀机8的出口与二级提氦塔底再沸器14的进口连通；所述氮气膨胀机8的出口通过第一管道与脱氮塔顶冷却器17的进口连通，所述第一管道上设置有氮气节流阀12；
[0010]沿含氦原料气处理方向，所述第一预冷换热器1、一级提氦塔底再沸器6、第二预冷换热器2、一级提氦塔4、二级提氦塔顶冷却器15、深冷换热器3、二级提氦塔13和脱氮塔16顺次连通。
[0011]优选的，所述一级提氦塔4的塔底出口通过第二管道与一级提氦塔顶冷却器7的进口连通，所述第二管道上设置有节流阀5。
[0012]优选的，所述脱氮塔16设置有塔顶出口，所述塔顶出口依次通过深冷换热器3、第
二预冷换热器2和第一预冷换热器1与粗氦储存箱18连通。
[0013]优选的，所述二级提氦塔13设置有塔底出液口，所述塔底出液口依次通过深冷换热器3、第二预冷换热器2和第一预冷换热器1与氮气储存罐19连通。
[0014]优选的，还包括液化天然气储存箱20，所述液化天然气储存箱20与所述一级提氦塔顶冷却器7的出口连通。
[0015]优选的，还包括冷箱，所述第一预冷换热器1、第二预冷换热器2、深冷换热器3、一级提氦塔4、二级提氦塔13和脱氮塔16都设置于冷箱内。
[0016]本专利技术提供了采用上述技术方案所述的提氦装置进行天然气提氦的方法，包括以下步骤：
[0017]将天然气输送至第一预冷换热器1中进行第一冷却，将得到的第一冷却天然气输送至一级提氦塔底再沸器6中进行第二冷却，将得到的第二冷却天然气输送至第二预冷换热器2中进行第三冷却，得到第三冷却天然气；
[0018]将所述第三冷却天然气输送至一级提氦塔4中进行一级提氦，然后经一级提氦塔顶冷却器7第四冷却，得到一级粗氦和一级提浓液；
[0019]将所述一级粗氦输送至二级提氦塔底再沸器14中进行第五冷却后输送至深冷换热器3中进行深冷却，将得到的深冷却一级粗氦输送至二级提氦塔13中进行二级提氦，经二级提氦塔顶冷却器15第六冷却，得到二级提浓液、二级粗氦和二级液氮；
[0020]将所述二级粗氦输送至脱氮塔16中进行脱氮，经脱氮塔顶冷却器17第七冷却，得到脱氮粗氦和液氮；
[0021]所述氮膨胀循环制冷单元为所述一级提氦塔4、二级提氦塔13和脱氮塔16提供冷量。
[0022]优选的，所述第三冷却天然气的温度为
‑
119～
‑
111℃；
[0023]所述深冷却一级粗氦的温度为
‑
160～
‑
147℃。
[0024]优选的，所述一级提氦塔4的压力为2.3～2.5MPa，所述一级提氦塔顶冷却器7的温度为
‑
136～
‑
130℃，所述一级提氦塔底再沸器6的温度为
‑
97℃～
‑
94℃；
[0025]所述二级提氦塔13的压力为2.2～2.3MPa，所述二级提氦塔顶冷却器15的温度为
‑
170～
‑
155℃，所述二级提氦塔底再沸器14温度为
‑
149～
‑
148℃；
[0026]所述脱氮塔16的压力为2.0～2.2MPa，塔底温度为
‑
156～
‑
155℃，所述脱氮塔顶冷却器17的温度为
‑
190～
‑
185℃。
[0027]优选的，所述一级提浓液中的冷量回用于所述一级提氦塔顶冷却器7中；
[0028]所述二级提浓液中的冷量回用于深冷换热器3、第二预冷换热器2和第一预冷换热器1中，所述回用后剩余的冷量储存于氮气储存罐19中。
[0029]本专利技术提供了一种脱氮提氦装置，包括换热单元、提氦单元、脱氮单元和氮膨胀循环制冷单元；所述换热单元包括第一预冷换热器1、第二预冷换热器2和深冷换热器3；所述提氦单元包括一级提氦塔4和二级提氦塔13；所述一级提氦塔4内设置有一级提氦塔底再沸器6和一级提氦塔顶冷却器7；所述二级提氦塔13内设置有二级提氦塔底再沸器14和二级提氦塔顶冷却器15；所述脱氮单元为脱氮塔16，所述脱氮塔16内设置有脱氮塔顶冷却器17；沿含氦原料气处理方向，所述第一预冷换热器1、一级提氦塔底再沸器6、第二预冷换热器2、一级提氦塔4、二级提氦塔13、深冷换热器3、二级提氦塔顶冷却器15和脱氮塔16顺次连通。本
专利技术提供的装置采用独立的氮膨胀循环制冷单元能够提供装置需要的全部冷量，无需额外添加外部制冷器，装置结构简单，装置能耗显著降低，而且该独立的制冷系统具有很好的适应变工况操作条件，不受上下游操作的影响。
[0030]本专利技术提供的装置不仅适用于普通天然气提氦，还能够实现高含氮贫氦天然气，采用本专利技术提供的装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提氦装置，包括换热单元、提氦单元、脱氮单元和氮膨胀循环制冷单元；所述换热单元包括第一预冷换热器(1)、第二预冷换热器(2)和深冷换热器(3)；所述提氦单元包括一级提氦塔(4)和二级提氦塔(13)；所述一级提氦塔(4)内设置有一级提氦塔底再沸器(6)和一级提氦塔顶冷却器(7)；所述二级提氦塔(13)内设置有二级提氦塔底再沸器(14)和二级提氦塔顶冷却器(15)；所述脱氮单元为脱氮塔(16)，所述脱氮塔(16)内设置有脱氮塔顶冷却器(17)；所述氮膨胀循环制冷单元包括氮气压缩机(10)、氮气冷却器(9)、氮气膨胀机(8)和氮气节流阀(12)；所述氮气压缩机(10)的进口依次通过第一预冷换热器(1)、第二预冷换热器(2)、深冷换热器(3)和混合器(11)分别与所述二级提氦塔顶冷却器(15)的出口和脱氮塔顶冷却器(17)的出口连通；所述氮气压缩机(10)的出口与氮气冷却器(9)的进口连通，所述氮气冷却器(9)的出口依次通过第一预冷换热器(1)和第二预冷换热器(2)与氮气膨胀机(8)的进口连通；所述氮气膨胀机(8)的出口与二级提氦塔底再沸器(14)的进口连通；所述氮气膨胀机(8)的出口通过第一管道与脱氮塔顶冷却器(17)的进口连通，所述第一管道上设置有氮气节流阀(12)；沿含氦原料气处理方向，所述第一预冷换热器(1)、一级提氦塔底再沸器(6)、第二预冷换热器(2)、一级提氦塔(4)、二级提氦塔顶冷却器(15)、深冷换热器(3)、二级提氦塔(13)和脱氮塔(16)顺次连通。2.根据权利要求1所述的提氦装置，其特征在于，所述一级提氦塔(4)的塔底出口通过第二管道与一级提氦塔顶冷却器(7)的进口连通，所述第二管道上设置有节流阀(5)。3.根据权利要求1所述的提氦装置，其特征在于，所述脱氮塔(16)设置有塔顶出口，所述塔顶出口依次通过深冷换热器(3)、第二预冷换热器(2)和第一预冷换热器(1)与粗氦储存箱(18)连通。4.根据权利要求1所述的提氦装置，其特征在于，所述二级提氦塔(13)设置有塔底出液口，所述塔底出液口依次通过深冷换热器(3)、第二预冷换热器(2)和第一预冷换热器(1)与氮气储存罐(19)连通。5.根据权利要求1所述的提氦装置，其特征在于，还包括液化天然气储存箱(20)，所述液化天然气储存箱(20)与所述一级提氦塔顶冷却器(7)的出口连通。6.根据权利要求1～6任一项所述的提氦装置，其特征在于，还包括冷箱，所述第一预冷换热器(1)、第二预冷换热器(2)、深冷换热器(3)、一级提氦塔(4)、二级提氦塔(13)和脱氮塔(16)都设置于冷箱内。7.采用权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智，赵新明，刘祥琦，陆悦，李青翠，杨敏，戴欣，何慧，李春艳，宋作苓，
申请(专利权)人：中石化石油工程设计有限公司，
类型：发明
国别省市：