[发明专利]一种氦气生产系统和生产方法

说明书

一种氦气生产系统，包括BOG提氦压缩机、多股流换热器、第一节流阀、第一分离器、冷却器和第二分离器。BOG提氦压缩机的出口和多股流换热器的第一入口连接，多股流换热器的第一出口和第一节流阀的入口连接，第一节流阀的出口和第一分离器的入口连接，第一分离器的气体出口和冷却器的入口连接，冷却器的出口和第二分离器的入口连接，第二分离器的气体出口和多股流换热器的第二入口连接，多股流换热器的第二出口输出粗氦气。上述氦气生产系统，经第一次气液分离可以去除冷凝的甲烷和氮气。经第二次气液分离可以再次去除冷凝的甲烷和氮气。因此，上述氦气生产系统可以有效提高氦气的提取纯度。此外，还提供一种氦气生产方法。

技术领域

本发明涉及尾气回收技术领域，尤其涉及一种氦气生产系统和生产方法。

背景技术

氦气因具有极低沸点、密度和强化学和放射惰性等特殊性质，成为发展国防军工和高科技不可缺少的重要气体之一，在航空航天、核武器、潜艇、饱和潜水作业、核磁共振、半导体、手机、液晶屏幕、光纤、大科学装置等国防、工业、科技领域具有不可替代的作用。

氦气在空气中的含量仅为5ppm，主要存在于天然气中，因此氦的生产几乎全部来自天然气。美国的天然气氦资源丰富，氦含量高(平均约为0.8％，个别高达7.5％)，产量和消费量均居全球之首。我国氦资源匮乏，天然气中氦的含量最高仅为0.2％，不具有经济提氦的价值。因此我国一直依靠从国外进口所需的氦。由于氦气价格昂贵，对我国大量使用氦的领域和相关的科研、生产单位产生了重大影响。

目前，我国在大鄂尔多斯盆地天然气田中，发现天然气中含氦量约0.04％～0.1％，虽然氦含量很低，但总贮量巨大。为便于调峰、点供，往往采用将管道天然气液化的方式进行储存和运输，而将天然气进行液化的装置即为LNG(Liquefied Natural Gas)生产装置。在LNG的生产过程中，末级节流阀在节流过程中会产生大量闪蒸气，而常压下氦气、氢气、氮气及甲烷的液化温度分别为-269℃、-253℃、-196℃和-162℃，在储罐压力下氦气、氢气及部分氮气会从LNG中挥发出来，此时相比原料天然气，由于烃类等气体被液化，因此氦气等不凝性气体得到了一次富集。末级节流阀出口的气液混合物之后通过LNG低温管道进入LNG大贮罐，由于储罐漏热和装车站也会产生蒸发汽(该部分气体主要为甲烷及氮气)，两部分气体混合统称为BOG气体。

在实际运行过程中，BOG气体流量也很可观，最大会占到原料气流量的8％左右，因此LNG生产工艺流程都会有专门的回收工艺回收BOG气体，常见的有以下三种方案或三种方案的组合，见图1-3。

图1为BOG回收方案1：LNG贮罐中的BOG气体经过复温或不复温，通过BOG压缩机进行压缩，根据LNG装置情况汇合回到原料气预处理前或者原料气预处理后，再次进行液化。

图2为BOG回收方案2：LNG贮罐中的BOG气体经过复温或不复温，通过BOG压缩机1压缩到中压，一部分气体作为燃料气进行燃烧，其余部分通过BOG压缩机2进一步压缩到与原料气相同压力，根据LNG装置情况汇合回到原料气预处理前或者原料气预处理后，再次进行液化。

图3为BOG回收方案3：LNG贮罐中的BOG气体经过复温或不复温，通过BOG压缩机1压缩到中压，一部分气体作为燃料气进行燃烧，其余部分用作分子筛吸附塔的再生气，之后再进入BOG压缩机2压缩到与原料气相同压力，根据LNG装置情况汇合回到原料气预处理前或者原料气预处理后，再次进行液化。

以上三种BOG回收方案可能单独设置，也可能同时组合设置。

BOG经过多次循环，其中的氦、氢等不凝性气体不断浓缩富集。在有一部分BOG被烧掉的情况下，BOG中的氦气仍然会富集到1％～3％；若燃料气采用原料气或净化气(经原料气预处理)则BOG中的氦气甚至会富集到9％。此时若利用BOG气体进行氦气提取，具备非常低的提氦能耗，完全具备提纯氦气的工业开发价值。