【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于稀有气体回收领域，具体涉及一种天然气提氦系统。
技术介绍
1、氦气在国防军工、高端医疗、电子制造、工程及科研等领域都发挥着不可替代的作用，是国家重要战略稀有气体资源。我国对氦气的需求量全球第二，超过95％的氦气都依赖进口，我国自主研发高效的提氦工艺迫在眉睫。
2、放射性核反应虽可以得到氦，但核反应剧烈且不好控制，故不建议此法来制取，而大气中氦的含量仅为0.005％，目标产物微乎其微，故由空气分离氦气过程困难、分离成本及能耗大不予考虑。工业上获得氦的最常见和最有效的方式是通过天然气生产中在天然气净化、液化过程中提取氦气，一方面天然气中氦气的存在降低了天然气的热值，另一方面从天然气中分离出来的氦有其独立的商业用途，因此从天然气中分离氦气具有双重经济效益。天然气提氦的实质是混合气体的分离，已有提氦方法均要求原料天然气中氦含量＞0.1％，成都天然气化工总厂荣县提氦装置是目前国内唯一实现工业化提氦利用的装置，该装置采用传统两塔低温提氦工艺，利用原料中各组分沸点的不同在一定冷凝温度下分离出氦气，该方法的原料要求氦含量在0.18％以上。
3、目前，氦含量低于0.1％的天然气因提取困难而未得到充分利用，造成了严重的资源浪费，提取困难的原因一方面是氦气的存在改变了天然气的热力学状态，采用低温分馏得到氦气纯度的高低与操作温度相关，若提氦过程中温度没有达到其他组分的液化温度，天然气中的其他成分如甲烷、氮气等也会被提取出来导致氦气浓度不够纯，目前双塔提氦工艺最终得到氦含量为60-80％的粗氦，多用外部循环制冷来为深
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种天然气提氦系统。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种天然气提氦系统，包括：
4、原料预冷冷箱和原料预冷器，原料气分割为两股物流并分别输入原料预冷冷箱和原料预冷器进行换热降温；
5、四级闪蒸单元，原料预冷冷箱和原料预冷器输出的两股物流合并输入四级闪蒸单元，四级闪蒸单元对输入的物流进行分离，将得到的底部物流lng输出；四级闪蒸单元的一级闪蒸罐分离得到的顶部物料待脱氮脱甲烷富氦天然气流股进入原料预冷冷箱换热，二级闪蒸罐、三级闪蒸罐和四级闪蒸罐分离得到的顶部物料混合后通过原料预冷冷箱换热，得到fue l gas并输出；
6、脱甲烷单元，换热后所述待脱氮脱甲烷富氦天然气流股输入脱甲烷单元，并通过所述脱甲烷单元进行换热及气液分离，得到顶部气相流股待脱氮富氦流股和底部液相流股甲烷；所述底部液相流股甲烷输送至原料预冷冷箱换热后输出；
7、脱氮单元，包括氮回收冷箱、氦回收冷箱及脱氮气塔，所述待脱氮富氦流股通过氮回收冷箱输入脱氮气塔，脱氮气塔对所述待脱氮富氦流股进行分离，得到顶部气相氦气流股和底部氮气流股，所述顶部气相氦气流股输入氦回收冷箱后换热分离，分离后的流股依次经过氦回收冷箱和原料预冷冷箱后输出氦气流股，所述底部氮气流股输入至氮回收冷箱换热后分离得到液相氮气流股，所述液相氮气流股输入氦回收冷箱或氮回收冷箱换热后再输入原料预冷冷箱换热后输出。
8、优选的，所述原料预冷冷箱和原料预冷器输出的两股物流合并后输入一级闪蒸罐；一级闪蒸罐对输入的流股进行分离，并将分离得到的底部物流通过第一闪蒸膨胀阀节流后输入二级闪蒸罐；二级闪蒸罐对输入的流股分离，并将分离得到的底部物流第二闪蒸膨胀阀节流后输入三级闪蒸罐；三级闪蒸罐对输入的流股分离，并将分离得到的底部物流脱甲烷塔顶换热器换热后输入四级闪蒸罐，四级闪蒸罐对输入的流股分离，得到底部物流lng。
9、优选的，还包括一级压缩设备、二级压缩设备、三级压缩设备，一级闪蒸罐分离得到的顶部物料待脱氮脱甲烷富氦天然气流股依次进入一级压缩设备、二级压缩设备和三级压缩设备增压后输入原料预冷冷箱换热。
10、优选的，所述脱甲烷单元包括脱甲烷塔、脱甲烷塔底换热器、脱甲烷塔顶换热器、脱甲烷塔顶气液分离器和脱甲烷塔底气液分离器，所述脱甲烷塔顶部依次与脱甲烷塔底换热器和脱甲烷塔顶气液分离器连接，底部依次与脱甲烷塔顶换热器和脱甲烷塔底气液分离器连接；
11、所述待脱氮脱甲烷富氦天然气流股输入脱甲烷塔分离得到的塔顶流股输入脱甲烷塔顶换热器进行换热，换热后再输入至脱甲烷塔顶气液分离器分离，得到的气相流股为待脱氮富氦流股；
12、所述待脱氮脱甲烷富氦天然气流股输入脱甲烷塔分离得到的塔底流股输入脱甲烷塔底换热器进行换热，换热后再输入至脱甲烷塔底气液分离器分离，得到的液相流为甲烷，甲烷输送至原料预冷冷箱换热后输出。
13、优选的，所述脱甲烷塔顶气液分离器分离得到的液相流股回流至脱甲烷塔，所述脱甲烷塔底气液分离器分离得到的气相流股返回脱甲烷塔。
14、优选的，所述原料气通过脱甲烷塔底换热器后分割为两股物流，两股物流分别通过原料预冷冷箱和原料预冷器换热降温后混合，再通过原料气膨胀阀节流后输入一级闪蒸罐。
15、优选的，所述脱氮单元还包括脱氮气塔顶气液分离器和脱氮气塔底气液分离器；
16、所述脱氮气塔对所述待脱氮富氦流股进行分离得到的顶部气相氦气流股输入氦回收冷箱换热，换热后再输入至脱氮气塔顶气液分离器进行分离，分离得到的气相流股为氦气，氦气依次经过氦回收冷箱和原料预冷冷箱后输出；
17、所述脱氮气塔对所述待脱氮富氦流股进行分离得到的底部氮气流股输入至氮回收冷箱换热，换热后再输入至脱氮气塔底气液分离器进行分离，分离得到液相流股为氮气，氮气输入氦回收冷箱或氮回收冷箱换热后再输入原料预冷冷箱换热后输出。
18、优选的，还包括第一氮气膨胀阀和第二氮气膨胀阀，所述氮气塔底气液分离器分离得到液相流股分割为两股，其中一股液相流股通过第一氮气膨胀阀节流后依次输入氦回收冷箱和原料预冷冷箱换热，另一股液相流股通过第二氮气膨胀阀节流后依次输入氮回收冷箱原料预冷冷箱换热，换热后得到两股液相流股合并输出。
19、优选的，还包括氮气压缩机，所述通过第一氮气膨胀阀节流后依次输入氦回收冷箱和原料预冷冷箱换热后的液相流股通过氮气压缩机压缩后输出。
20、优选的，还包括甲烷膨胀阀，所述甲烷膨胀阀设置与脱甲烷塔底气液分离器与原料预冷冷箱之间。
21、本专利技术提供的天然气提氦系统具有以下有益效果：
22、(1)本专利技术通过在深冷分馏之前设置多级闪蒸操作，能够将装置内流量最大的原料天然气流股分割，减少了需要深冷分馏操作的物料量，避免了单纯使用深冷分馏塔处理原料天然气负荷大的缺陷，降低了后续深冷分馏的设备能耗、制冷能耗。
23、(2)本专利技术利用内部物流自身冷量或物流节流后冷量为全流程供冷，不再需要传统的外部氮气循环制冷系统，减少了传统氮气循环制冷系本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种天然气提氦系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的天然气提氦系统，其特征在于，所述原料预冷冷箱(HX-1)和原料预冷器(E-2)输出的两股物流合并后输入一级闪蒸罐(F-1)；一级闪蒸罐(F-1)对输入的流股进行分离，并将分离得到的底部物流通过第一闪蒸膨胀阀(VLV-2)节流后输入二级闪蒸罐(F-2)；二级闪蒸罐(F-2)对输入的流股分离，并将分离得到的底部物流第二闪蒸膨胀阀(VLV-3)节流后输入三级闪蒸罐(F-3)；三级闪蒸罐(F-3)对输入的流股分离，并将分离得到的底部物流脱甲烷塔顶换热器(E-3)换热后输入四级闪蒸罐(F-4)，四级闪蒸罐(F-4)对输入的流股分离，得到底部物流LNG。
3.根据权利要求1所述的天然气提氦系统，其特征在于，还包括一级压缩设备(K-1)、二级压缩设备(K-2)、三级压缩设备(K-3)，一级闪蒸罐(F-1)分离得到的顶部物料待脱氮脱甲烷富氦天然气流股依次进入一级压缩设备(K-1)、二级压缩设备(K-2)和三级压缩设备(K-3)增压后输入原料预冷冷箱(HX-1)换热。
4.根据权利要求1所述的天
5.根据权利要求4所述的天然气提氦系统，其特征在于，所述脱甲烷塔顶气液分离器(F-5)分离得到的液相流股回流至脱甲烷塔(T-1)，所述脱甲烷塔底气液分离器(F-6)分离得到的气相流股返回脱甲烷塔(T-1)。
6.根据权利要求4所述的天然气提氦系统，其特征在于，所述原料气通过脱甲烷塔底换热器(E-1)后分割为两股物流，两股物流分别通过原料预冷冷箱(HX-1)和原料预冷器(E-2)换热降温后混合，再通过原料气膨胀阀(VLV-1)节流后输入一级闪蒸罐(F-1)。
7.根据权利要求1所述的天然气提氦系统，其特征在于，所述脱氮单元还包括脱氮气塔顶气液分离器(F-7)和脱氮气塔底气液分离器(F-8)；
8.根据权利要求7所述的天然气提氦系统，其特征在于，还包括第一氮气膨胀阀(VLV-5)和第二氮气膨胀阀(VLV-6)，所述氮气塔底气液分离器(F-8)分离得到液相流股分割为两股，其中一股液相流股通过第一氮气膨胀阀(VLV-5)节流后依次输入氦回收冷箱(HX-3)和原料预冷冷箱(HX-1)换热，另一股液相流股通过第二氮气膨胀阀(VLV-6)节流后依次输入氮回收冷箱(HX-2)原料预冷冷箱(HX-1)换热，换热后得到两股液相流股合并输出。
9.根据权利要求8所述的天然气提氦系统，其特征在于，还包括氮气压缩机(K-4)，所述通过第一氮气膨胀阀(VLV-5)节流后依次输入氦回收冷箱(HX-3)和原料预冷冷箱(HX-1)换热后的液相流股通过氮气压缩机(K-4)压缩后输出。
10.根据权利要求4所述的天然气提氦系统，其特征在于，还包括甲烷膨胀阀(VLV-4)，所述甲烷膨胀阀(VLV-4)设置与脱甲烷塔底气液分离器(F-6)与原料预冷冷箱(HX-1)之间。
...【技术特征摘要】
1.一种天然气提氦系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的天然气提氦系统，其特征在于，所述原料预冷冷箱(hx-1)和原料预冷器(e-2)输出的两股物流合并后输入一级闪蒸罐(f-1)；一级闪蒸罐(f-1)对输入的流股进行分离，并将分离得到的底部物流通过第一闪蒸膨胀阀(vlv-2)节流后输入二级闪蒸罐(f-2)；二级闪蒸罐(f-2)对输入的流股分离，并将分离得到的底部物流第二闪蒸膨胀阀(vlv-3)节流后输入三级闪蒸罐(f-3)；三级闪蒸罐(f-3)对输入的流股分离，并将分离得到的底部物流脱甲烷塔顶换热器(e-3)换热后输入四级闪蒸罐(f-4)，四级闪蒸罐(f-4)对输入的流股分离，得到底部物流lng。
3.根据权利要求1所述的天然气提氦系统，其特征在于，还包括一级压缩设备(k-1)、二级压缩设备(k-2)、三级压缩设备(k-3)，一级闪蒸罐(f-1)分离得到的顶部物料待脱氮脱甲烷富氦天然气流股依次进入一级压缩设备(k-1)、二级压缩设备(k-2)和三级压缩设备(k-3)增压后输入原料预冷冷箱(hx-1)换热。
4.根据权利要求1所述的天然气提氦系统，其特征在于，所述脱甲烷单元包括脱甲烷塔(t-1)、脱甲烷塔底换热器(e-1)、脱甲烷塔顶换热器(e-3)、脱甲烷塔顶气液分离器(f-5)和脱甲烷塔底气液分离器(f-6)，所述脱甲烷塔(t-1)顶部依次与脱甲烷塔底换热器(e-1)和脱甲烷塔顶气液分离器(f-5)连接，底部依次与脱甲烷塔顶换热器(e-3)和脱甲烷塔底气液分离器(f-6)连接；
5.根据权利要求4所述的天然气提氦系统，其特征在于，所述脱甲烷塔顶气液分离器...
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