[发明专利]一种从天然气中提取氦气的系统及其方法

说明书

本发明公开了一种从天然气中提取氦气的系统，包括空气膨胀机、冷却器、冷箱、氦气纯化系统；所述冷箱包括E1主换热器、C1精馏塔、设置于所述C1精馏塔底部的K1空气再沸器和K2 LNG再沸器、E2过冷器、K3冷凝蒸发器；所述氦气纯化系统包括加氧除氢反应炉、冷却器、氦气纯化器、压缩机和杜瓦瓶，所述杜瓦瓶内设置有换热器、气液分离器和吸附器。本发明还公开了采用本发明的系统从天然气中提取氦气的方法，其流程设计合理，操作简单，氦气的提取率高，解决了含氢气原料的浓缩问题，使用低温吸附制取纯氦气，提高了产品的经济价值。

技术领域

本发明涉及氦气提取技术领域，尤其涉及一种从天然气中提取氦气的系统及其方法。

背景技术

氦气是一种战略性物质，在航天、国防、医疗和检漏等领域具有非常重要的作用。氦气是惰性气体，其在空气中的含量仅为5.24×10^-6。氦气在空分设备精馏塔内为不凝气，而以气态聚集在主冷凝器顶部和氮回流液中，不易被分离。氦气主要存在于天然气中，从天然气中提取氦气是氦气生产的主要方法。但中国天然气中的氦含量极少，而液化天然气的闪蒸气(BOG)或其它以天然气为原料的化工尾气中富含氦，从中提取的经济价值更高。但部分BOG气体中会含有少量氢气，使用深冷法分离氦气与氢气的能耗较高，会使氦气的经济价值下降。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种从天然气BOG气体中，浓缩并提纯氦气的方法。

发明内容

本发明为解决现有氦气提取技术中的问题，提供一种从天然气中提取氦气的系统及其方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明第一方面是提供一种从天然气中提取氦气的系统，包括空气膨胀机、冷却器、冷箱、氦气纯化系统；所述冷箱包括E1主换热器、C1精馏塔、设置于所述C1精馏塔底部的K1空气再沸器和K2 LNG再沸器、E2过冷器、K3冷凝蒸发器；所述氦气纯化系统包括加氧除氢反应炉、冷却器、氦气纯化器、压缩机和杜瓦瓶，所述杜瓦瓶内设置有换热器、气液分离器和吸附器。

管路连接顺序为：

所述空气膨胀机增压端、冷却器、E1主换热器顶部的空气进口端依次连接，所述E1主换热器中部的空气出口端通过所述K1空气再沸器后与E1主换热器中部的空气进口端连接，所述E1主换热器的中下部一路通过所述空气膨胀机膨胀端后与所述E1主换热器的冷端连接，另一路通过所述E1主换热器的冷端后与所述E2过冷器连接，所述E2过冷器的液空出口端分别连接所述K3冷凝蒸发器和杜瓦瓶；

液化天然气BOG管线通过所述E1主换热器后与所述K2 LNG再沸器连接，所述K2LNG再沸器的LNG液体出口通过节流阀V2与所述C1精馏塔中部连接，所述C1精馏塔的塔顶与所述K3冷凝蒸发器连接，所述K3冷凝蒸发器顶部的不凝气出口端通过所述E1主换热器出冷箱后与所述加氧除氢反应炉连接；

所述加氧除氢反应炉依次连接所述冷却器、氦气纯化器、压缩机、所述杜瓦瓶内的换热器粗氦气进口和气液分离器，所述气液分离器的底部设有液体排出口，所述气液分离器上部的氦气出口依次连接所述吸附器、所述换热器后出所述杜瓦瓶与纯氦气管线连接。

进一步地，所述K3冷凝蒸发器的蒸发侧通过所述E1主换热器后与冷箱外部连通，放空或循环。

进一步地，所述C1精馏塔塔底部的重组分气体出口通过所述E1主换热器与所述冷箱外部的天然气用户管线连接。

进一步地，所述杜瓦瓶还连通有液体排出管线，所述液体排出管线上设有真空泵。

进一步地，所述纯氦气管线连接用户或充瓶压缩机。

进一步地，所述气液分离器、吸附器、所述换热器与气液分离器之间连接的管线、所述换热器与吸附器之间连接的管线均浸泡在液态空气中。