[发明专利]一种BOG气体多级分离提取高纯氦气的装置及方法

说明书

本发明属于氦气提纯技术领域，公开了一种BOG气体多级分离提取高纯氦气的装置及方法，该装置包括第一压缩机、第一催化氧化脱氢装置、膜分离单元、第二压缩机、第一变压吸附单元、第二催化氧化脱氢装置、第二变压吸附单元和氦气精制单元，经过此装置完成从BOG气体中提取氦气，本发明通过合理的装置及工艺布局设计，使得整个提取高纯氦气的工艺主要在常温下运行，工艺流程简单，运行能耗低，保证氦气收率高（≥95%），提取的氦气纯度≥99.999vol%。

技术领域

本发明涉及氦气提纯技术领域，具体涉及一种BOG气体多级分离提取高纯氦气的装置及方法。

背景技术

作为一种不可再生的战略性稀有资源，氦气广泛应用于国防军事工业、航空航天、医疗、光纤、半导体、低温超导、科学研究、气体检漏等领域，具有无可替代的功能性需求。氦气主要存在于天然气中，是商业化氦气产品的唯一来源，而与美国、俄罗斯、中东国家等的天然气相比，我国天然气中氦气含量很低，提取成本极高，因此我国每年需要大量进口氦气资源。近年来，国内新建了较多的液化天然气LNG工厂，发现部分闪蒸气（Boil Off Gas，BOG）中含有0.5~5.0vol%的氦气。针对BOG气体中的氦气提纯受到广泛关注，该类氦气的提取对我国紧缺的氦气资源起到一定补充作用，具有重要意义。

氦气提纯主要有膜分离、吸附、深冷分离及其它脱杂如催化氧化脱氢、甲烷化脱氢等工艺方法。由于一般气源中氦气含量都较低，均需要集成多种工艺来实现提取高纯氦气。现有技术中，针对BOG气体中的氦气提纯采用的主要技术是深冷分离，该类提氦分离工艺存在的显著问题是运行温度极低、换热工艺网络复杂、低温设备繁多复杂、装置开停车所需时间长，工程整体投资高且运行能耗极高，进而导致氦气提纯生产成本高，提氦经济效益低。

发明内容

为解决背景技术中的问题，本发明的目的在于提供一种BOG气体多级分离提取高纯氦气的装置及方法。

为达到上述目的，本发明采用的一个技术方案为：

一种BOG气体多级分离提取高纯氦气的方法，该方法包含以下步骤： 将BOG气体与工艺返回气混合通过第一压缩机增压至1.0~3.0MPa.G；

将增压后的BOG气体与O₂按一定比例混合，并通过第一催化氧化脱氢装置，在催化剂作用下，BOG气体中H₂与O₂反应生成水，以脱除99.5%以上的H₂；

将脱除了99.5%以上H₂的BOG气体通过膜分离单元，在膜材料的高选择性渗透分离下，分离出包含N₂、CH₄的非渗透气，并通过第一排气口排出，余下包含He、H₂的渗透气；

将包含He、H₂的渗透气通过第二压缩机增压至1.0~3.0MPa.G；

在第一变压吸附单元内，吸附增加后的渗透气，所述第一变压吸附单元由多个装填有吸附剂的吸附塔组成，以吸附脱除增压后的渗透气中的N₂、CH₄、H₂O并作为解吸气通过第二排气口排出，产生的顺放气返回原料缓冲单元，余下包含He、H₂的产品气；

通过第二催化氧化脱氢装置，在催化剂作用下，将包含He、H₂的产品气中的H₂脱至0.5ppmv以下；以及

在第二变压吸附单元内，吸附经过脱除H₂后的产品气，所述第二变压吸附单元由多个装填有吸附剂的吸附塔组成，以吸附脱除经过脱除H₂后的产品气中的N₂、CH₄、O₂、H₂O并作为解吸气返回原料缓冲单元，产生包含He和微量其它组分的产品气。