【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及天然气超低温深加工，具体涉及贫氦天然气提氦并联产多产品的系统及方法。
技术介绍
1、氦气是一种无色、无味的稀有惰性气体，它在临床医学、国防军工、航天、核工业、深海潜水、低温超导、高精度焊接等高科技领域都有广泛应用，是一种关系国家安全和高新技术产业发展的重要稀缺战略资源。氦是一种单原子气体，无法通过化学反应进行合成得到。氦在地球上以微量组分广泛分布，但从含氦、富氦天然气藏中提取氦气仍是工业制氦的唯一途径。当氦含量大于0.3％时，天然气藏中氦就具有很好的经济价值，因此，目前全球可进行工业利用的氦气资源主要赋存于富氦天然气藏中。
2、低温法是天然气提氦领域应用最广泛、最成熟的分离技术，通常由天然气预处理净化、低温精馏提取粗氦及氦气精制等工序构成。现有的天然气回收氦组分必须采用深冷工艺深度脱除二氧化碳，以确保低温条件下不形成干冰而冻堵制冷装置及其他设备，造成二次脱水，该操作投资高和运行能耗大。而采用多级联合制冷，流程长、投资高、运行费用高，操作复杂。因此，现有技术无法经济有效地实现贫氦天然气中氦组分的回收。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服现有技术无法经济有效地实现贫氦天然气中氦组分的回收，尤其是氦含量在3000ppm以下的天然气中氦组分的回收的问题，提供贫氦天然气提氦并联产多产品的系统及方法，该系统及方法可以实现氦气含量低至1000ppm，甚至低至200ppm的天然气中氦组分的回收，氦气、乙烷的理论回收率可达到99mol％以上，同时副产lng、液化石
2、为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种贫氦天然气提氦并联产多产品的系统，该系统包括：一级制冷装置、一级低温分离器、预脱氮塔、脱甲烷塔、二级制冷装置、提氦塔和脱氮塔；其中，
3、所述一级制冷装置的进料口与原料天然气管道连通，所述一级制冷装置的出料口与一级低温分离器的进料口连通，所述一级低温分离器的底部液相出口与所述脱甲烷塔连通，所述一级低温分离器的顶部气相出口依次连通预脱氮重沸器、所述一级制冷装置和所述预脱氮塔；
4、所述预脱氮塔的塔底液相出口依次连通闪蒸罐和所述脱甲烷塔，所述预脱氮塔的塔顶气相出口依次连通预脱氮冷凝器和预脱氮回流罐，所述预脱氮回流罐的底部液相出口与所述预脱氮塔连通；所述预脱氮回流罐的顶部气相出口依次连通提氦塔重沸器、二级制冷装置和所述提氦塔；
5、所述脱甲烷塔的塔顶气相出口依次连通所述一级制冷装置和外输贫天然气管道，所述脱甲烷塔的塔底液相出口与乙烷混烃处理装置连通；
6、所述提氦塔的塔顶气相出口依次连通所述二级制冷装置和粗氦管道连通；所述提氦塔的塔底液相出口与所述脱氮塔连通；
7、所述脱氮塔的塔顶气相出口依次连通脱氮冷凝器和脱氮回流罐；所述脱氮塔的塔底液相出口依次连通所述二级制冷装置和lng产品管道。
8、本专利技术第二方面提供一种贫氦天然气提氦并联产多产品的方法，该方法包括：
9、将原料天然气依次进行一级制冷和一级低温分离，得到第一液相和第一气相；将所述第一气相进行预脱氮处理，得到第二液相和第二气相，所述第二气相包括氮气、氢气和氦气，所述第二气相中，二氧化碳的含量不超过50ppm；
10、将所述的第一液相和第二液相进行脱甲烷处理，得到甲烷和轻烃，再从所述轻烃中分离出乙烷和丙烷；
11、将所述第二气相进行二级制冷，然后进行提氦处理，得到第三气相和第三液相，所述第三气相中，氦气的浓度为60mol％以上，氮气的含量为15mol％以下；
12、将所述第三液相进行脱氮处理，得到lng产品，所述lng产品中，氮气的含量不超过1mol％。
13、通过上述技术方案，本专利技术所取得的有意技术效果如下：
14、1)本专利技术提供的贫氦天然气提氦并联产多产品的系统及方法通过一级制冷装置对原料天然气进行一级制冷后，按组分中沸点由低到高的顺序依次对氮气、甲烷、乙烷和丙烷进行精馏脱除；首先通过预脱氮塔对氮气、氢气和氦气等轻组分进行精馏分离，其中塔顶气(氦原料气)中氦气浓度可浓缩三十倍左右，同时可控制氦原料气中二氧化碳的含量不超过50ppm；其次通过脱甲烷塔实现甲烷与乙烷等轻烃的高效分离，通过脱乙烷塔实现乙烷与丙烷等轻烃的高效分离，通过脱丙烷塔实现丙烷与其余轻烃的高效分离。然后利用二级制冷装置对氦原料气进行二级制冷，利用提氦塔采用超低温的低温精馏方法实现氮气与氦气的分离，粗氦中氦气浓度达到60mol％以上；最后利用脱氮塔对提氦塔塔底lng进行脱氮分离以满足lng产品对氮气含量不超过1％的限制。
15、2)本专利技术的系统及方法可以经济有效地回收氦含量在3000ppm以下的天然气中氦组分，乙烷的回收率和氦气的回收率均可达到99mol％以上，同时副产lng、液化石油气和轻烃等，同时副产的低温氮气可提供-184℃左右温位的冷量，可大幅度提高经济效益。
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1.一种贫氦天然气提氦并联产多产品的系统，其特征在于，该系统包括：一级制冷装置(11)、一级低温分离器(9)、预脱氮塔(26)、脱甲烷塔(51)、二级制冷装置(72)、提氦塔(75)和脱氮塔(98)；其中，
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述脱甲烷塔(51)包括侧线出料口(60)、侧线回料口(61)、重沸出料口(53)和重沸回料口(54)；所述侧线出料口(60)和所述侧线回料口(61)均位于所述脱甲烷塔(51)的中上部，且所述侧线出料口(60)位于所述侧线回料口(61)的上方；所述重沸出料口(53)和所述重沸回料口(54)均位于所述脱甲烷塔(51)的中下部，且所述重沸出料口(53)位于所述重沸回料口(54)的上方；所述脱甲烷塔(51)通过所述侧线出料口(60)和所述侧线回料口(61)与所述一级制冷装置(11)连通；所述脱甲烷塔(51)通过所述重沸出料口(53)和所述重沸回料口(54)与脱甲烷重沸器(46)连通。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述提氦塔(75)包括重沸物料出口(78)和重沸物料进口(79)；所述重沸物料出口(78)和所述重沸
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的系统，其中，所述脱氮塔(98)包括重沸物料出口(100)和重沸物料进口(101)；所述重沸物料出口(100)和所述重沸物料进口(101)均位于所述脱氮塔(98)的中下部，且所述重沸物料出口(100)位于所述重沸物料进口(101)的上方；所述脱氮塔(98)通过所述重沸物料出口(100)和所述重沸物料进口(101)与脱氮重沸器(103)连通。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述闪蒸罐(35)的顶部气相出口与所述脱甲烷塔(51)连通；
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的系统，其中，所述脱氮回流罐(88)的气相出口依次连通所述提氦塔(75)的内置冷凝器(74)、所述二级制冷装置(72)和闪蒸氮气管道(68)；所述脱氮回流罐(88)的液相出口与所述脱氮塔(98)连通。
7.一种贫氦天然气提氦并联产多产品的方法，其特征在于，该方法包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述原料天然气的压力为3.5-5MPa，温度为15-25℃，甲烷含量为80-98mol％，乙烷及以上轻烃组分含量为2-5.5mol％，二氧化碳含量小于1.5mol％，氮气含量为0.1-5mol％，氦气含量为200-3000ppm。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述预脱氮处理在预脱氮塔(26)中进行，所述预脱氮处理的条件包括：塔顶运行温度为-85℃至-100℃，塔底运行温度为-75℃至-90℃，运行压力为3-5MPa；和/或，
10.根据权利要求7-9中任意一项所述的方法，其中，用于所述一级制冷的一级冷剂包括甲烷、乙烯、丙烷和异戊烷，其摩尔比为1-6:2-8:1-5:1；所述一级冷剂的冷凝压力为2.5-3.5MPa，蒸发压力为0.1-0.3MPa；和/或，
...【技术特征摘要】
1.一种贫氦天然气提氦并联产多产品的系统，其特征在于，该系统包括：一级制冷装置(11)、一级低温分离器(9)、预脱氮塔(26)、脱甲烷塔(51)、二级制冷装置(72)、提氦塔(75)和脱氮塔(98)；其中，
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述脱甲烷塔(51)包括侧线出料口(60)、侧线回料口(61)、重沸出料口(53)和重沸回料口(54)；所述侧线出料口(60)和所述侧线回料口(61)均位于所述脱甲烷塔(51)的中上部，且所述侧线出料口(60)位于所述侧线回料口(61)的上方；所述重沸出料口(53)和所述重沸回料口(54)均位于所述脱甲烷塔(51)的中下部，且所述重沸出料口(53)位于所述重沸回料口(54)的上方；所述脱甲烷塔(51)通过所述侧线出料口(60)和所述侧线回料口(61)与所述一级制冷装置(11)连通；所述脱甲烷塔(51)通过所述重沸出料口(53)和所述重沸回料口(54)与脱甲烷重沸器(46)连通。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述提氦塔(75)包括重沸物料出口(78)和重沸物料进口(79)；所述重沸物料出口(78)和所述重沸物料进口(79)均位于所述提氦塔(75)的中下部，且所述重沸物料出口(78)位于所述重沸物料进口(79)的上方；所述提氦塔(75)通过所述重沸物料出口(78)和所述重沸物料进口(79)与所述提氦重沸器(81)连通。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的系统，其中，所述脱氮塔(98)包括重沸物料出口(100)和重沸物料进口(101)；所述重沸物料出口(100)和所述重沸物料进口(101...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘子兵，石道涵，余浩杰，班兴安，王登海，王念榕，刘峰，常志波，朱国承，梁璇玑，刘银春，邱鹏，苏海平，王春燕，李曙华，柳洁，范君来，韩万龙，李京子，林亮，黄杰，张文超，赵玉君，郭永强，
申请(专利权)人：长庆工程设计有限公司，
类型：发明
国别省市：
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