一种从BOG中同时提取氦气和氢气的系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种从BOG中同时提取氦气和氢气的系统。该系统包括通过管道依次连接的第一膜分离系统、变压吸附纯化系统和氢气吸附系统；第一膜分离系统被设置为将BOG中的非渗透气去除或部分去除，得到渗透气；变压吸附纯化系统被设置为将渗透气处理得到解析气和非解析气；氢气吸附系统被设置为将非解析气处理得到氦气和氢气。本实用新型专利技术将膜分离、变压吸附、氢气吸附技术完美的结合起来，生产出高纯氦和高纯氢。纯氦和高纯氢。纯氦和高纯氢。

【技术实现步骤摘要】
一种从BOG中同时提取氦气和氢气的系统


[0001]本技术属于氦气分离提纯
，涉及一种从BOG中同时提取氦气和氢气的系统。

技术介绍

[0002]氦气(He)，是一种稀有气体，无色无味，化学性质不活泼，一般状态下很难和其他物质发生反应；是国防军工和高科技产业发展不可或缺的稀有资源之一，广泛应用于半导体制造、航空航天、医疗卫生等高新科技领域，市场需求逐步扩大。
[0003]氦气主要分布于地幔、空气、矿石及天然气中。空气中的氦气含量极少，仅为5ppm；在富氦天然气中，氦气的浓度为0.02％～5％，即200～50000mmp。因此，从天然气中提取氦气是其主要工业来源。
[0004]液化天然气(Liquefied Natural Gas，简称LNG)，是天然气的一种利用形式，主要成分是甲烷，被公认是地球上最干净的化石能源。无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/625，液化天然气的质量仅为同体积水的45％左右。LNG工厂生产LNG的过程中会产生一定量的蒸发气体(Boil Off Gas，BOG)。氦气在BOG中的浓度较高(其浓度可以达到15％)。BOG的组成主要为He(沸点：
‑
268.9℃)、CH4(沸点：
‑
161.5℃)、N2(沸点：
‑
195.8℃)、H2(沸点：
‑
253℃)、O2(沸点：
‑
183℃)、Ar(沸点：
‑
185.9℃)等。
[0005]目前天然气提氦的主要方法有变压吸附法(PSA)、吸收法、膜分离法和深冷法。变压吸附法，以吸附剂分子筛为例，其原理是利用分子筛对不同气体分子“吸附”性能的差异而将气体混合物分开。膜分离法，利用有些金属膜或有机膜对某些气体组分具有选择性渗透和扩散的特性，来达到气体分离和纯化的目的。它是以膜两侧气体的分压差为推动力，通过溶解、扩散、渗透、脱附等步骤，产生组份间传递速率的差异来实现分离的。深冷法，又叫低温冷凝吸附法，是一种深冷提氦的方法，一般由常压液氮提供，可制得纯度99.99％的氦气。变压吸附法和膜分离法均不需要低温冷凝后分离气体，因此在能耗和材料消耗上优于深冷法。
[0006]氢气(H2)是氢元素形成的一种单质，常温常压下氢气是一种无色无味极易燃烧且难溶于水的气体。工业上一般从天然气或水煤气制氢气，而不采用高耗能的电解水的方法。
[0007]既然氦气和氢气均能从天然气中提取，那么能否有一种系统或者方法能从天然气副产物BOG中同时提取并分离这两种气体呢

技术实现思路

[0008]为了解决上述技术问题，本技术公开了一种从BOG中同时提取氦气和氢气的系统，包括通过管道依次连接的第一膜分离系统、变压吸附纯化系统和氢气吸附系统；第一膜分离系统被设置为将BOG中的非渗透气去除或部分去除，得到渗透气；变压吸附纯化系统被设置为将渗透气处理得到解析气和非解析气；氢气吸附系统被设置为将非解析气处理得到氦气和氢气。
[0009]在一些实施方案中，第一膜分离系统包括通过管道依次连接的一级膜分离装置、一级压缩机、二级膜分离装置、二级压缩机；一级膜分离装置的进气口用于接入待处理的BOG；二级压缩机的出气口与变压吸附纯化系统的进气口连接；二级膜分离装置的非渗透气出气口通过管道与一级膜分离装置的进气口连接；变压吸附纯化系统的解析气出气口通过管道与二级膜分离装置的进气口连接。
[0010]在一些实施方案中，第一膜分离系统包括通过管道依次连接的一级膜分离装置、一级压缩机、二级膜分离装置、二级压缩机、三级膜分离装置和三级压缩机；一级膜分离装置的进气口用于接入待处理的BOG；三级压缩机的出气口与变压吸附纯化系统的进气口连接；二级膜分离装置的非渗透气出气口通过管道与一级膜分离装置的进气口连接；三级膜分离装置的非渗透气出气口通过管道与二级膜分离装置的进气口连接；变压吸附纯化系统的解析气出气口通过管道与三级膜分离装置的进气口连接。
[0011]在一些实施方案中，第一膜分离系统包括通过管道依次连接的一级膜分离装置、一级压缩机、二级膜分离装置、二级压缩机、三级膜分离装置和三级压缩机，以及第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门和第五阀门；一级膜分离装置的进气口用于接入待处理的BOG；三级压缩机的出气口与变压吸附纯化系统的进气口连接；二级膜分离装置的非渗透气出气口通过管道与一级膜分离装置的进气口连接；三级膜分离装置的非渗透气出气口通过管道和第一阀门4与二级膜分离装置的进气口连接；变压吸附纯化系统的解析气出气口通过管道和第二阀门10与三级膜分离装置的进气口连接；变压吸附纯化系统的解析气出气口还通过管道和第三阀门11与二级膜分离装置的进气口连接；二级膜分离装置与二级压缩机之间通过管道和第四阀门5连接；二级膜分离装置与三级压缩机之间通过管道和第五阀门7连接；
[0012]第一膜分离系统的工作流程被设置为：在BOG中氦气浓度大于等于50000mmp的情形下，关闭第一阀门4、第四阀门5和第二阀门10，打开第三阀门11和第五阀门7，使得二级膜分离装置获得的渗透气直接进入三级压缩机，且变压吸附纯化系统的解析气返回到二级膜分离装置的进气口进行回收重复处理；在BOG中氦气浓度小于50000mmp的情形下，打开第一阀门4、第四阀门5和第二阀门10，关闭第三阀门11和第五阀门7，使得二级膜分离装置获得的渗透气进入二级压缩机，三级膜分离装置得到的非渗透气返回到二级膜分离装置的进气口进行回收重新处理，且变压吸附纯化系统的解析气返回到三级膜分离装置的进气口进行回收重复处理。
[0013]在一些实施方案中，还包括氦气浓度监测系统，用于监测进入一级膜分离装置的BOG中氦气的浓度。
[0014]在一些实施方案中，还包括与氦气浓度监测系统通信的控制系统，用于根据氦气浓度监测系统监测到的BOG中氦气浓度控制第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门和第五阀门的开启与闭合，从而帮助完成第一膜分离系统的工作流程，具体为：
[0015]在氦气浓度监测系统监测到BOG中氦气浓度大于等于50000mmp的情形下，控制系统关闭第一阀门4、第四阀门5和第二阀门10，打开第三阀门11和第五阀门7，使得二级膜分离装置获得的渗透气直接进入三级压缩机，且变压吸附纯化系统的解析气返回到二级膜分离装置的进气口进行回收重复处理；在氦气浓度监测系统监测到BOG中氦气浓度小于50000mmp的情形下，控制系统打开第一阀门4、第四阀门5和第二阀门10，关闭第三阀门11和
第五阀门7，使得二级膜分离装置获得的渗透气进入二级压缩机，三级膜分离装置得到的非渗透气返回到二级膜分离装置的进气口进行回收重新处理，且变压吸附纯化系统的解析气返回到三级膜分离装置的进气口进行回收重复处理。
[0016]在一些实施方案中，还包括第二膜分离系统和LNG工厂；第二膜分离系统通过LNG工厂与第一膜分离系统连接，使得含氦天然气经第二膜分离系统浓缩后再通过LNG工厂获得BOG用于第一膜分离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种从BOG中同时提取氦气和氢气的系统，其特征在于，包括通过管道依次连接的第一膜分离系统、变压吸附纯化系统和氢气吸附系统；所述第一膜分离系统被设置为将BOG中的非渗透气去除或部分去除，得到渗透气；所述变压吸附纯化系统被设置为将所述渗透气处理得到解析气和非解析气；所述氢气吸附系统被设置为将所述非解析气处理得到氦气和氢气。2.如权利要求1所述的从BOG中同时提取氦气和氢气的系统，其特征在于，所述第一膜分离系统包括通过管道依次连接的一级膜分离装置、一级压缩机、二级膜分离装置、二级压缩机；所述一级膜分离装置的进气口用于接入待处理的所述BOG；所述二级压缩机的出气口与所述变压吸附纯化系统的进气口连接；所述二级膜分离装置的非渗透气出气口通过管道与所述一级膜分离装置的进气口连接；所述变压吸附纯化系统的解析气出气口通过管道与所述二级膜分离装置的进气口连接。3.如权利要求1所述的从BOG中同时提取氦气和氢气的系统，其特征在于，所述第一膜分离系统包括通过管道依次连接的一级膜分离装置、一级压缩机、二级膜分离装置、二级压缩机、三级膜分离装置和三级压缩机；所述一级膜分离装置的进气口用于接入待处理的所述BOG；所述三级压缩机的出气口与所述变压吸附纯化系统的进气口连接；所述二级膜分离装置的非渗透气出气口通过管道与所述一级膜分离装置的进气口连接；所述三级膜分离装置的非渗透气出气口通过管道与所述二级膜分离装置的进气口连接；所述变压吸附纯化系统的解析气出气口通过管道与所述三级膜分离装置的进气口连接。4.如权利要求1所述的从BOG中同时提取氦气和氢气的系统，其特征在于，所述第一膜分离系统包括通过管道依次连接的一级膜分离装置、一级压缩机、二级膜分离装置、二级压缩机、三级膜分离装置和三级压缩机，以及第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门和第五阀门；所述一级膜分离装置的进气口用于接入待处理的所述BOG；所述三级压缩机的出气口与所述变压吸附纯化系统的进气口连接；所述二级膜分离装置的非渗透气出气口通过管道与所述一级膜分离装置的进气口连接；所述三级膜分离装置的非渗透气出气口通过管道和所述第一阀门...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾国才，王海，丁卫国，张小刚，郑峰，肖朌，
申请(专利权)人：庆阳瑞华能源有限公司，
类型：新型
国别省市：