[发明专利]一种从天然气或BOG中提取氦气的系统和方法

权利要求书

1.一种从天然气或BOG中提取氦气的系统，其特征在于，包括连接于天然气或BOG原厂的膜分离系统、连接于所述膜分离系统的催化脱氢单元以及连接于所述催化脱氢单元的纯化装置，其中所述膜分离系统包括第一加热器、第一膜组件以及第一压缩机，所述第一加热器用于加热从天然气或BOG原厂输出的原料气，所述第一膜组件用于基于不同气体在膜中的相对渗透率的不同的特点，对加热后的原料气进行脱甲烷处理，并输出渗余气和渗透气，所述第一压缩机用于对所述渗透气进行增压处理，其中所述渗余气送入天然气或BOG原厂继续处理；其中所述催化脱氢单元包括依次连接的脱氢塔、水冷却器、气液分离器以及多个脱水塔，其中所述脱氢塔用于对所述膜分离系统输出的所述渗透气进行脱氢处理，其中所述水冷却器用于冷却降温脱氢处理后的气体，输出游离水和氦气混合气体进入所述气液分离器，所述气液分离器用于分离游离水和所述氦气混合气体，多个所述脱水塔用于对所述氦气混合气体进行深度脱水处理，得到无水氦气混合气体；其中所述纯化装置包括换热器和低温吸附塔，所述低温吸附塔内设置有吸附剂；其中所述换热器用于对所述无水氦气混合气体进行换热降温处理，其中所述低温吸附塔用于吸附去除降温后的所述无水氦气混合气体中的氮气和甲烷，输出高纯度氦气；

所述膜分离系统还包括依次连接于所述第一压缩机的第二加热器、第二膜组件以及第二压缩机，所述第二加热器用于加热由所述第一压缩机增压输出的所述渗透气，所述第二膜组件用于对所述第二加热器加热后的所述渗透气进行进一步脱甲烷处理，所述第二膜组件输出的渗余气送入天然气或BOG原厂中继续处理，所述第二膜组件输出的渗透气送入所述第二压缩机中进行增压处理，增压处理后的渗透气送入所述催化脱氢单元中进行催化脱氢处理。

2.根据权利要求1所述的从天然气或BOG中提取氦气的系统，其特征在于，所述第一加热器加热所述原料气的温度范围为45～55℃，所述第一压缩机将所述渗透气增压至大于1.5MPaG后，送入所述催化脱氢单元。

3.根据权利要求1所述的从天然气或BOG中提取氦气的系统，其特征在于，所述第二加热器加热由所述第一压缩机增压输出的所述渗透气的温度范围为45～55℃，所述第二压缩机将所述第二膜组件输出的渗透气增压至大于1.5MPaG后，送入所述催化脱氢单元。

4.根据权利要求1所述的从天然气或BOG中提取氦气的系统，其特征在于，所述第一膜组件和所述第二膜组件采用中空纤维膜。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的从天然气或BOG中提取氦气的系统，其特征在于，所述从天然气或BOG中提取氦气的系统还包括原料气压缩机，所述原料气压缩机设置在天然气或BOG原厂和所述膜分离系统之间，用于将原料气增压至大于1.0MPaG。

6.根据权利要求5所述的从天然气或BOG中提取氦气的系统，其特征在于，所述原料气压缩机为无油压缩机，或者所述原料气压缩机为喷油压缩机，所述喷油压缩机的出口设置有除油装置。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的从天然气或BOG中提取氦气的系统，其特征在于，所述换热器为板翅换热器，采用液氮制冷；所述低温吸附塔中的所述吸附剂为活性炭或分子筛。

8.一种从天然气或BOG中提取氦气的方法，其特征在于，包括步骤:

S1、采用膜分离系统对天然气或BOG原厂的原料气进行脱甲烷处理：

将天然气或BOG原厂的原料气增压至大于1.0MpaG后送入膜分离系统，采用第一加热器将原料气加热至45～55℃，将加热后的原料气送入第一膜组件中进行脱甲烷处理，输出渗余气和渗透气，其中所述渗余气送入天然气或BOG原厂继续处理，其中所述渗透气通入第一压缩机中进行增压处理；

采用二级膜分离的结构对所述第一膜组件输出的渗透气进行进一步脱甲烷处理：采用第二加热器加热所述第一压缩机增压输出的渗透气，采用第二膜组件对所述第二加热器加热后的渗透气进行进一步脱甲烷处理，将所述第二膜组件输出的渗余气送入天然气或BOG原厂中继续处理，将所述第二膜组件输出的渗透气输入第二压缩机中进行增压处理，增压处理后的渗透气送入催化脱氢单元；

S2、采用催化脱氢单元对所述膜分离系统输出的渗透气进行催化脱氢处理：

将增压后的渗透气送入催化脱氢单元的脱氢塔中，并根据所述脱氢塔进口输入的所述渗透气中的氢气流量配入对应比例的空气或氧气；采用水冷器冷却脱氢处理后的气体，输出游离水和氦气混合气体进入气液分离器中进行气液分离；将气液分离后的氦气混合气体输入脱水塔中进行深度脱水，得到无水氦气混合气体；

S3、采用纯化装置对无水氦气混合气体进行纯化处理：

将无水氦气混合气体通入换热器中换热降温，并将降温后的无水氦气混合气体送入低温吸附塔中，吸附去除氮气和甲烷，得到高纯度氦气。