【技术实现步骤摘要】
本申请涉及提氦，尤其是涉及一种液化天然气蒸发气提氦系统和提氦工艺。
技术介绍
1、氦气具有化学性能稳定、导热性好、沸点低以及渗透性强等众多良好特性，是稀缺战略资源，在新能源开发、国防、制冷、医学等领域具有非常重要的作用。随着我国国防工业技术的发展以及低温技术的不断进步，我国对氦气和液氦的需求量也越来越大。目前商业应用的氦气主要从富氦天然气(＞0.1％)中获得，已探明的天然气氦含量一般在0.024～7.5％(mol)。
2、当前我国已探测的含氦天然气资源仅占世界氦资源量的0.15％至0.2％，且天然气单位体积含量不超过2％。因此，一方面我国氦气资源在质量和数量上远不及美国、卡塔尔等拥有富氦资源的国家，氦气开发成本较高，缺乏市场竞争力；另一方面，我国的提氦技术及工艺流程方面尚处于发展阶段，仍具有较大的进步空间，天然气提氦过程存在产品单一、能耗大，产量小等问题。
3、在运输或就地存储液化天然气(liquefied natural gas,lng)时，储罐无法完全隔热会导致漏入热量，或液体内部剧烈晃荡产生热量，这将使液化天然气受热气化形成液化天然气蒸发气(boil-off gas,bog)，其主要成分为甲烷、氮气、氢气、氦气等。我国通过测试天然气液化过程中产生的不凝气和lng汽化产生的液化天然气蒸发气成分，发现其中氦含量高达3％左右。相比于天然气提氦流程，液化天然气蒸发气提氦流程通常可以省去预处理环节，从而减少设备投资，更加经济高效，同时液化天然气蒸发气提氦流程以液化天然气蒸发气为原料气，可提高天然气综合利用率。
4、目前国内最主要的提取氦气的工艺还是低温法，将液化天然气蒸发气采用低温设备将甲烷与氦气进行初步分离或采用精馏塔类设备进行初步提纯，再通过塔类及反应器类设备脱氢脱水除杂，最后通过冷箱深冷液化(-268.9℃)提取99.999％(vol)的液氦，以上工艺过程主要核心采用低温进行氦气与天然气的分离，深冷设备要求苛刻，冷媒要求高(-268.9℃)，设备成本及能耗是极其高的。
技术实现思路
1、为了改善目前液化天然气蒸发气提取氦气的设备成本及能耗高的问题，本申请提供一种液化天然气蒸发气提氦系统和提氦工艺。
2、第一方面，本申请提供一种液化天然气蒸发气提氦系统，采用如下的技术方案：
3、一种液化天然气蒸发气提氦系统，包括依次相连的深冷系统、催化脱氢系统和两级膜分离系统，其中，
4、所述两级膜分离系统包括依次连接的膜前压缩机、膜前冷却器、一级膜分离单元、级间压缩机、级间冷却器和二级膜分离单元，所述膜前压缩机与所述催化脱氢系统相连通，所述一级膜分离单元具有一级膜入口、一级滞留气出口与一级渗透气出口，所述一级膜入口与所述膜前冷却器相连，所述一级渗透气出口与所述级间压缩机相连，
5、所述二级膜分离单元具有二级膜入口、二级滞留气出口与二级渗透气出口，所述二级膜入口与所述级间冷却器相连。
6、本申请以液化天然气蒸发气原料气作为原料提取氦气时，通过先采用深冷系统可以将液化天然气蒸发气原料气中的甲烷气体分离出来，再采用催化脱氢系统脱除掉其中的氢气，最后采用两级膜分离系统除去氮气等其他杂质气体，最终可获得高纯度产品氦气。
7、本申请在提取氦气过程中主要以两级膜分离系统为主，对粗氦气体进行提取时利用压缩机和冷却器与膜分离单元相配合，对粗氦气体进行连续两次的膜分离处理，在压力差作用下，氦气能够顺利通过膜分离单元同时非氦气体无法通过膜分离单元进而实现了从粗氦气体中提取到高纯度氦气的目的。
8、因此，在本申请的提氦系统中，仅在对液化天然气蒸发气原料气进行脱除甲烷气体的过程中利用到了深冷系统，深冷系统的工作温度仅有-165℃左右，即可分离出液化天然气蒸发气原料气中大部分的甲烷气体；而在后续提取氦气的过程中采用两级膜分离系统即可提取出高纯度的氦气产品；相对于采用低温法提取氦气，本申请采用深冷系统、催化脱氢系统与两级膜分离系统结合的方式，对深冷设备以及冷媒温度的要求不严苛，即可采用低成本的方式获得高纯度的氦气产品。
9、可选地，所述两级膜分离系统还包括混合器，所述混合器具有第一混合入口、第二混合入口与混合出口，所述第一混合入口与所述催化脱氢系统连通，所述第二混合入口与所述二级滞留气出口连通，所述混合出口与所述膜前压缩机连通。
10、本申请通过将二级膜分离单元的滞留气回流至一级膜分离单元的前端入口，利用混合器将欲进入膜前压缩机的气体与回流的二级膜分离单元的滞留气进行混合后，依次通过膜前压缩机加压、膜前冷却器冷却后进入到一级膜分离单元中分离，这样可以提高整体氦气的回收率。
11、可选地，所述深冷系统包括深冷塔以及深冷塔入口冷却器，所述深冷塔具有位于侧面的深冷塔入口、位于顶部的粗氦气体出口以及位于底部的甲烷出口，所述深冷塔入口冷却器与所述深冷塔入口连通，所述粗氦气体出口与所述催化脱氢系统连通。
12、本申请采用深冷系统对液化天然气蒸发气原料气进行深冷处理，可脱除其中大部分的甲烷气体；具体而言，深冷塔入口冷却器用于对进入深冷塔的原料气进行降温冷却，将其温度降低至深冷塔的操作温度，使得液化天然气蒸发气原料气中的甲烷气体液化后于深冷塔底部排出，而其余物质则仍保持气体状态从深冷塔顶部的粗氦气体出口排出。
13、可选地，所述催化脱氢系统包括依次连接的加热器和催化脱氢装置，所述催化脱氢装置具有粗氦气体入口、氧气入口、脱氢气体出口以及水分出口，所述加热器连通于所述深冷塔的粗氦气体出口与所述粗氦气体入口之间，所述脱氢气体出口与所述两级膜分离系统连通。
14、本申请通过对由深冷塔的粗氦气体出口排出的气体进行加热后再与纯氧气体一同进入催化脱氢装置中除去其中大部分的氢气，避免气体在后续进入两级膜分离系统中进行处理时受到氢气的干扰。
15、可选地，所述催化脱氢系统还包括干燥器，所述干燥器的入口与所述脱氢气体出口连通，所述干燥器的出口与所述两级膜分离系统连通。
16、本申请通过在催化脱氢装置的下游设置干燥器，可对经过催化脱氢装置处理过的气体中残留的水分进行脱除，避免水分被带入到下一环节中。
17、可选地，还包括复温加压系统，所述复温加压系统包括依次连接的复温加热器、复温压缩机和换热器，所述换热器与所述深冷塔入口冷却器连通。
18、本申请通过复温加压系统对液化天然气蒸发气原料气进行加热复温和加压处理后，可使液化天然气蒸发气原料气达到深冷塔所需要的工作压力。
19、可选地，所述换热器具有换热器第一入口、换热器第二入口、换热器第一出口、换热器第二出口；所述换热器第一入口与换热器第一出口相互连通，换热器第二入口与换热器第二出口相互连通；所述换热器第一入口与复温压缩机相连，所述换热器第一出口与所述深冷塔入口冷却器相连。
20、由于液化天然气蒸发气原料本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种液化天然气蒸发气提氦系统，其特征在于，包括依次相连的深冷系统(20)、催化脱氢系统(30)和两级膜分离系统(40)，其中，
2.根据权利要求1所述的液化天然气蒸发气提氦系统，其特征在于，所述两级膜分离系统(40)还包括混合器(41)，所述混合器(41)具有第一混合入口(411)、第二混合入口(412)与混合出口(413)，所述第一混合入口(411)与所述催化脱氢系统(30)连通，所述第二混合入口(412)与所述二级滞留气出口(473)连通，所述混合出口(413)与所述膜前压缩机(42)连通。
3.根据权利要求1所述的液化天然气蒸发气提氦系统，其特征在于，所述深冷系统(20)包括深冷塔(22)以及深冷塔入口冷却器(21)，所述深冷塔(22)具有位于侧面的深冷塔入口(221)、位于顶部的粗氦气体出口(222)以及位于底部的甲烷出口(223)，所述深冷塔入口冷却器(21)与所述深冷塔入口(221)连通，所述粗氦气体出口(222)与所述催化脱氢系统(30)连通。
4.根据权利要求3所述的液化天然气蒸发气提氦系统，其特征在于，所述催化脱氢系统(3
5.根据权利要求4所述的液化天然气蒸发气提氦系统，其特征在于，所述催化脱氢系统还包括干燥器(33)，所述干燥器(33)的入口与所述脱氢气体出口(323)连通，所述干燥器(33)的出口与所述两级膜分离系统(40)连通。
6.根据权利要求3所述的液化天然气蒸发气提氦系统，其特征在于，还包括复温加压系统(10)，所述复温加压系统(10)包括依次连接的复温加热器(11)、复温压缩机(12)和换热器(13)，所述换热器(13)与所述深冷塔入口冷却器(21)连通。
7.根据权利要求6所述的液化天然气蒸发气提氦系统，其特征在于，所述换热器(13)具有换热器第一入口(131)、换热器第二入口(132)、换热器第一出口(133)、换热器第二出口(134)；所述换热器第一入口(131)与换热器第一出口(133)相互连通，换热器第二入口(132)与换热器第二出口(134)相互连通；所述换热器第一入口(131)与复温压缩机(12)相连，所述换热器第一出口(133)与所述深冷塔入口冷却器(21)相连。
8.根据权利要求7所述的液化天然气蒸发气提氦系统，其特征在于，所述换热器第二入口(132)与深冷塔(22)塔底的甲烷出口(223)相连，所述换热器第二出口(134)即得到复温后的副产品甲烷气体。
9.一种液化天然气蒸发气提氦工艺，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的液化天然气蒸发气提氦工艺，其特征在于，所述步骤S1中还在深冷处理之前进行的复温加压处理。
...【技术特征摘要】
1.一种液化天然气蒸发气提氦系统，其特征在于，包括依次相连的深冷系统(20)、催化脱氢系统(30)和两级膜分离系统(40)，其中，
2.根据权利要求1所述的液化天然气蒸发气提氦系统，其特征在于，所述两级膜分离系统(40)还包括混合器(41)，所述混合器(41)具有第一混合入口(411)、第二混合入口(412)与混合出口(413)，所述第一混合入口(411)与所述催化脱氢系统(30)连通，所述第二混合入口(412)与所述二级滞留气出口(473)连通，所述混合出口(413)与所述膜前压缩机(42)连通。
3.根据权利要求1所述的液化天然气蒸发气提氦系统，其特征在于，所述深冷系统(20)包括深冷塔(22)以及深冷塔入口冷却器(21)，所述深冷塔(22)具有位于侧面的深冷塔入口(221)、位于顶部的粗氦气体出口(222)以及位于底部的甲烷出口(223)，所述深冷塔入口冷却器(21)与所述深冷塔入口(221)连通，所述粗氦气体出口(222)与所述催化脱氢系统(30)连通。
4.根据权利要求3所述的液化天然气蒸发气提氦系统，其特征在于，所述催化脱氢系统(30)包括依次连接的加热器(31)和催化脱氢装置(32)，所述催化脱氢装置(32)具有粗氦气体入口(321)、氧气入口(322)、脱氢气体出口(323)以及水分出口(324)，所述加热器(31)连通于所述深冷塔(22)的粗氦气体出口(222)与所述催化脱氢装置(32)的粗氦气体入口(321)之间，所述脱氢气体出口(323)与所述两级膜分离系统(40)...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆金琪，姚学良，巨永林，潘光玉，
申请(专利权)人：上海阿波罗机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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