【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及能源化工，特别是涉及一种从天然气中提取高纯氦气分离设备及方法。
技术介绍
1、氦气是一种无色无味无毒的稀有惰性气体，我国的氦气资源少，几乎只能从天然气中获得。现有技术中公开了多种从天然气中提取高纯氦气的方法和设备，例如公开号为cn116553495a的中国专利技术专利申请提出的一种天然气提取氦气的工艺，该工艺将天然气通过加压送入膜分离单元，利用膜分离单元中的氢气分离膜进行粗提，初步提浓氦气，在精提工段中，依次通过脱氢干燥单元以及变压吸附psa单元，变压吸附psa单元通过变压吸附方式将除氦气外的其他杂质气体脱除，最后进入低温吸附纯化单元，将除了氦气以外的所有杂质吸附下来，得到电子级产品氦气；还例如公开号为cn112408342a的中国专利技术专利申请提出的一种常温天然气氦气提取提纯系统，该系统采用一级膜分离器，二级一段膜分离器，二级二段膜分离器和变压吸附单元配合，解决了从天然气及天然气液化过程中闪蒸气（bog）中提取并提浓氦气的高能耗问题，用常温的工艺路线将氦气纯。
2、但是上述现有技术均采用催化脱氢单元脱除粗氦气中的氢气，所述催化脱氢单元的脱氢过程为：脱氢催化塔中(采用特殊的催化剂-金属催化剂，此时主要是除去氢气，氢气和氧气直接反应生成水，尤其是贵金属)与注入的氧气发生反应生成水，再通过吸附干燥器将水脱除，在脱氢的过程中并未对氢气进行回收，导致氢气被直接氧化浪费，不利于氢气的回收利用。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种通过吸附氢气或
2、本专利技术的一种从天然气中提取高纯氦气分离设备，包括分离箱、进液管、出液管、分离膜和出气管，分离箱的内部设置分离腔室，进液管和出液管安装在分离箱上，进液管向分离腔室中输入液化天然气，出液管将分离腔室中的液化天然气排出；还包括除氢箱、纯氦气管和氢气回收机构，分离膜安装在分离腔室中，将分离膜将分离腔室分隔成上下两部，分离膜能够使氢气和氦气通过，进液管和出液管位于均与分离腔室的下部连通，出气管的输入端与分离箱的分离腔室上部连通，除氢箱的内部设置收集腔室，出气管的输出端与除氢箱的收集腔室连通，收集腔室中设置氢气回收机构，氢气回收机构通过直接吸附或能量转换的方式回收氢气，纯氦气管的输入端与收集腔室连通，纯氦气管用于排出经过氢气回收机构处理的氦气；工作时液态天然气通过进液管输入到分离箱的分离腔室的下部并通过出液管回流到液化天然气系统中，液化天然气流经分离箱的分离腔室下部时流速降低，其中混合的气态氦气、氢气和液化天然气汽化产生的蒸发气体析出并充满分离膜下方与液化天然气的液面之间，分离膜的过滤作用使得氢气和氦气的混合气体通过分离膜进入到分离箱的分离腔室的上部，并通过出气管输入到除氢箱中，通过在出气管上设置调压阀控制流速和压力，输入到除氢箱中的氢气和氦气混合气经过氢气回收机构时，由于氢气十分活跃，氢气被直接吸附或者利用氢燃料电池的方式将氢气转化后去除，从而去除氢气得到高纯度的氦气，为了提高氦气纯度可以串联多个除氢箱和氢气回收机构，被氢气回收机构直接吸附的氢气，实现了氢气的储存，并且方便后续利用，被转化后去除的氢气在转化过程中对外产生电能，间接的实现了氢气的回收利用，从而减少氢气浪费，有利于氢气的回收利用。
3、优选的，还包括压缩机一，纯氦气管的输出端与压缩机一的输入端连接；压缩机一将纯氦气管输出端纯氦气压缩后方便储存在钢瓶中。
4、优选的，还包括混合气管、压缩机二和回液管，混合气管的输入端与分离箱的分离腔室的下部连通，连杆的输入端位于液化天然气的液位上方，混合气管的输出端与压缩机二的输入端连接，压缩机二的输出端与回液管的输入端连接，回液管的输出端与进液管连接；压缩机二运行通过混合气管将液化天然气上方与分离膜下方的混合气体抽出压缩液化后输入到进液管中再次进入分离箱的分离腔室下部，降低混合气的压力使新的氦气和氢气能够顺利析出，提高氦气从液化天然气中分离的效率。
5、优选的，还包括扩散池一、多个导流板一和多个导流板二，扩散池一安装在分离箱的分离腔室的下部，扩散池一的上端面开放，导流板一和导流板二交替布置，多个导流板一的一端均与扩散池一的前侧内壁连接，多个导流板二的一端均与扩散池一的后侧内壁连接，多个导流板一和多个导流板二将扩散池一分隔成曲折的通道，进液管的输出端与所说曲折的通道的一端连接，进液管的输出端与所述曲折的通道的另一端连接；通过进液管输入到液化天然气在扩散池一中沿着多个导流板一和多个导流板二分隔出的曲折的通道流动，并通过出液管输出，延长液化天然气的流动路径，提高氢气和氦气的析出效率。
6、优选的，还包括扩散池二和多个隔板，扩散池二安装在分离箱的分离腔室下部，扩散池二的上端面开放，多个隔板安装在扩散池二中，多个隔板的高度逐步下降，多个隔板将扩散池二分隔成多个阶梯状的长槽，进液管的输出端伸入最高的长槽中，出液管的输入端伸入最低的长槽中；进液管输入到液化天然气在扩散池二中沿着多个隔板分隔成的多个阶梯状的长槽逐级下降流动，并通过出液管输出，延长液化天然气的流动路径，提高氢气和氦气的析出效率。
7、优选的，氢气回收机构包括吸附填料，吸附填料为多孔海绵结构，吸附填料为吸附氢气的金属或合金；吸附填料由钛、锆、铁、镁等金属及其合金制成，钛和锆是最常用的吸氢金属，它们的吸附容量和吸附速率都比较高，这是因为它们的晶格结构中有足够的间隙来容纳大量的氢原子，在氢气和氦气的混合气体经过吸附填料时，多孔海绵结构提高与氢气的接触面积，使氢气更容易被吸附，混合气通过吸附填料后，由于氢气被吸附从而得到高纯度的氦气。
8、优选的，还包括两个压缩架、四个连杆和两个连接板，两个压缩架相对安装在吸附填料的上端和下端，两个吸附填料水平设置，四个连杆的外端分别与两个压缩架的两端转动连接，位于同侧的两个连杆的内端与连接板的外端转动连接，两个连接板的内端设置匹配的连接结构；在储存时，将两个压缩架向内移动压缩吸附填料，使得四个连杆的内端向内侧靠近后使用两个连接板连接锁定，从而将吸附填料的体积压缩减小，方便运输和储存。
9、优选的，氢气回收机构包括集气部、质子膜、阳极填料、阴极板、电能输出控制器和出水管，质子膜安装在除氢箱的收集腔室中，质子膜将收集腔室分隔成左右两部，除氢箱的左上部设置集气部，集气部与收集腔室的左部连通，纯氦气管的输入端伸入集气部中，阳极填料安装在除氢箱的收集腔室的左部中，出气管的输出端位于阳极填料的下方，阴极板安装在除氢箱的收集腔室的右部，阳极填料和阴极板上均设置催化剂材料，除氢箱的右部设置供空气进入的孔，电能输出控制器与阳极填料和阴极板电性连接，电能输出控制器设置输出电能的接线端，出水管与除氢箱的收集腔室的右部底部连通；在电能输出控制器的接线端上接入电池、电机等负载，除氢箱的收集腔室的左部以及质子膜和阴极板之间设置电解液，以便质子移动，氢气和氦气的混合气通过出气管输入到除氢箱的收集腔室的左部的底端，使混合气本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种从天然气中提取高纯氦气分离设备，包括分离箱（1）、进液管（2）、出液管（3）、分离膜（4）和出气管（5），分离箱（1）的内部设置分离腔室，进液管（2）和出液管（3）安装在分离箱（1）上，进液管（2）向分离腔室中输入液化天然气，出液管（3）将分离腔室中的液化天然气排出；其特征在于，还包括除氢箱（6）、纯氦气管（7）和氢气回收机构，分离膜（4）安装在分离腔室中，将分离膜（4）将分离腔室分隔成上下两部，分离膜（4）能够使氢气和氦气通过，进液管（2）和出液管（3）位于均与分离腔室的下部连通，出气管（5）的输入端与分离箱（1）的分离腔室上部连通，除氢箱（6）的内部设置收集腔室，出气管（5）的输出端与除氢箱（6）的收集腔室连通，收集腔室中设置氢气回收机构，氢气回收机构通过直接吸附或能量转换的方式回收氢气，纯氦气管（7）的输入端与收集腔室连通，纯氦气管（7）用于排出经过氢气回收机构处理的氦气。
2.如权利要求1所述的一种从天然气中提取高纯氦气分离设备，其特征在于，还包括压缩机一（8），纯氦气管（7）的输出端与压缩机一（8）的输入端连接。
3.如权利要求1所述的一
4.如权利要求1所述的一种从天然气中提取高纯氦气分离设备，其特征在于，还包括扩散池一（12）、多个导流板一（13）和多个导流板二（14），扩散池一（12）安装在分离箱（1）的分离腔室的下部，扩散池一（12）的上端面开放，导流板一（13）和导流板二（14）交替布置，多个导流板一（13）的一端均与扩散池一（12）的前侧内壁连接，多个导流板二（14）的一端均与扩散池一（12）的后侧内壁连接，多个导流板一（13）和多个导流板二（14）将扩散池一（12）分隔成曲折的通道，进液管（2）的输出端与所说曲折的通道的一端连接，进液管（2）的输出端与所述曲折的通道的另一端连接。
5.如权利要求1所述的一种从天然气中提取高纯氦气分离设备，其特征在于，还包括扩散池二（15）和多个隔板（16），扩散池二（15）安装在分离箱（1）的分离腔室下部，扩散池二（15）的上端面开放，多个隔板（16）安装在扩散池二（15）中，多个隔板（16）的高度逐步下降，多个隔板（16）将扩散池二（15）分隔成多个阶梯状的长槽，进液管（2）的输出端伸入最高的长槽中，出液管（3）的输入端伸入最低的长槽中。
6.如权利要求1所述的一种从天然气中提取高纯氦气分离设备，其特征在于，氢气回收机构包括吸附填料（17），吸附填料（17）为多孔海绵结构，吸附填料（17）为吸附氢气的金属或合金。
7.如权利要求6所述的一种从天然气中提取高纯氦气分离设备，其特征在于，还包括两个压缩架（18）、四个连杆（19）和两个连接板（20），两个压缩架（18）相对安装在吸附填料（17）的上端和下端，两个吸附填料（17）水平设置，四个连杆（19）的外端分别与两个压缩架（18）的两端转动连接，位于同侧的两个连杆（19）的内端与连接板（20）的外端转动连接，两个连接板（20）的内端设置匹配的连接结构。
8.如权利要求1所述的一种从天然气中提取高纯氦气分离设备，其特征在于，氢气回收机构包括集气部（21）、质子膜（22）、阳极填料（23）、阴极板（24）、电能输出控制器（25）和出水管（26），质子膜（22）安装在除氢箱（6）的收集腔室中，质子膜（22）将收集腔室分隔成左右两部，除氢箱（6）的左上部设置集气部（21），集气部（21）与收集腔室的左部连通，纯氦气管（7）的输入端伸入集气部（21）中，阳极填料（23）安装在除氢箱（6）的收集腔室的左部中，出气管（5）的输出端位于阳极填料（23）的下方，阴极板（24）安装在除氢箱（6）的收集腔室的右部，阳极填料（23）和阴极板（24）上均设置催化剂材料，除氢箱（6）的右部设置供空气进入的孔，电能输出控制器（25）与阳极填料（23）和阴极板（24）电性连接，电能输出控制器（25）设置输出电能的接线端，出水管（26）与除氢箱（6）的收集腔室的右部底部连通。
9.如权利要求1至8中任一项所述的一种从天然气中提取高纯氦气分离设备的氦气分离方法，其特征在于，包括：
10.如权利要求9所述的一种从天然气中提取高纯氦气分离设备的氦气分离方法，其特征在于，所述氢气回收机构清除氢...
【技术特征摘要】
1.一种从天然气中提取高纯氦气分离设备，包括分离箱（1）、进液管（2）、出液管（3）、分离膜（4）和出气管（5），分离箱（1）的内部设置分离腔室，进液管（2）和出液管（3）安装在分离箱（1）上，进液管（2）向分离腔室中输入液化天然气，出液管（3）将分离腔室中的液化天然气排出；其特征在于，还包括除氢箱（6）、纯氦气管（7）和氢气回收机构，分离膜（4）安装在分离腔室中，将分离膜（4）将分离腔室分隔成上下两部，分离膜（4）能够使氢气和氦气通过，进液管（2）和出液管（3）位于均与分离腔室的下部连通，出气管（5）的输入端与分离箱（1）的分离腔室上部连通，除氢箱（6）的内部设置收集腔室，出气管（5）的输出端与除氢箱（6）的收集腔室连通，收集腔室中设置氢气回收机构，氢气回收机构通过直接吸附或能量转换的方式回收氢气，纯氦气管（7）的输入端与收集腔室连通，纯氦气管（7）用于排出经过氢气回收机构处理的氦气。
2.如权利要求1所述的一种从天然气中提取高纯氦气分离设备，其特征在于，还包括压缩机一（8），纯氦气管（7）的输出端与压缩机一（8）的输入端连接。
3.如权利要求1所述的一种从天然气中提取高纯氦气分离设备，其特征在于，还包括混合气管（9）、压缩机二（10）和回液管（11），混合气管（9）的输入端与分离箱（1）的分离腔室的下部连通，连杆（19）的输入端位于液化天然气的液位上方，混合气管（9）的输出端与压缩机二（10）的输入端连接，压缩机二（10）的输出端与回液管（11）的输入端连接，回液管（11）的输出端与进液管（2）连接。
4.如权利要求1所述的一种从天然气中提取高纯氦气分离设备，其特征在于，还包括扩散池一（12）、多个导流板一（13）和多个导流板二（14），扩散池一（12）安装在分离箱（1）的分离腔室的下部，扩散池一（12）的上端面开放，导流板一（13）和导流板二（14）交替布置，多个导流板一（13）的一端均与扩散池一（12）的前侧内壁连接，多个导流板二（14）的一端均与扩散池一（12）的后侧内壁连接，多个导流板一（13）和多个导流板二（14）将扩散池一（12）分隔成曲折的通道，进液管（2）的输出端与所说曲折的通道的一端连接，进液管（2）的输出端与所述曲折的通道的另一端连接。
5.如权利要求1所述的一种从天然气中提取高纯氦气分离设备，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘克勇，王明，
申请(专利权)人：山东津挚环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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