[发明专利]一种基于闪蒸技术在LNG生产过程中提取高纯氦气的方法

说明书

本发明公开了一种基于闪蒸技术在LNG生产过程中提取高纯氦气的方法，属于氦气提取技术领域，解决了现有天然气生产过程中氦气提取难度大、成本高的问题，包括将除去杂质的原料天然气送入液化冷箱进行冷却液化，得到高压LNG，将得到的高压LNG送入闪蒸罐中进行闪蒸处理，得到气相气体BOG1和液相低压LNG，将得到的气相气体BOG1送入提氦装置中进行氦气提取，得到粗氦气，对粗氦气进行脱氢处理后通过活性炭进行纯化分离，即可得到高纯氦气。本发明通过在LNG管线上增加小容积的闪蒸罐，实现了将氦气在进入LNG储罐前分离提浓的目的，设备投资小，运行能耗低，显著降低了氦气分离提纯的成本，提高了氦气提取的效率，具有良好的经济效益和广阔的市场前景。

技术领域

本发明属于氦气提取技术领域，具体涉及一种基于闪蒸技术在LNG生产过程中提取高纯氦气的方法。

背景技术

氦气是一种极轻的无色、无味、无毒且不燃烧的单原子惰性气体，主要存在于天然气当中，是人类发现最难液化的一种气体。氦气是一种稀有战略性资源，被广泛应用于国防军工、航空航天、医疗卫生、半导体工业、金属制造等多种领域。，由于空气中的氦含量极低(约0.005％)，从空气中分离的难度和能耗都非常大，因此，天然气提氦是国内外工业化生产氦气的主要途径，而我国氦气需求约95％依靠进口。一般含氦天然气中甲烷、乙烷的总含量约占95％，氦气含量约占0.05％左右，剩余主要为氮气及二氧化碳，且由于氦气的沸点约-269℃，单纯为提氦而直接从天然气中提取高纯氦气(纯度99.999％)的成本极高，技术难度和投资成本极大，基本没有商业开发价值。

近年来随着天然气应急储备调峰项目的建设(将天然气液化到-162℃变成液态，600方气态天然气液化后变为1方液态，利于储存)，液化天然气(LNG)工厂的数量和规模发展迅速壮大，国内天然气总量中，有相当一部分天然气被加工液化成LNG(主要成分为甲烷和乙烷，约占99％，温度-162℃)储存，在冬季天然气用量骤增时，再气化补充，起到调峰作用。在天然气中烷烃类物质被液化成LNG之前，二氧化碳已经被分离脱除。LNG主要储存在低温储罐中，由于外界热量传递受热蒸发，加之因没有液化而溶解在LNG当中的氮气、氦气进入储罐后闪蒸，储罐会产生蒸发气体，我们称之为BOG(Boil off Gas)。液化天然气主要流程如图1所示，BOG中主要成分为甲烷、氮气以及氦气，但此时由于甲烷、乙烷、二氧化碳等物质的脱除，储罐蒸发的BOG中氦气浓度上升到0.96％左右，较原料气中氦气浓度提升了近20倍。

当前，国内提氦技术主要通过BOG气体提取，这里以目前最先进的膜分离法提氦为例介绍，工作流程如图2所示。

由于进入储罐之后的LNG为常压储存，所以此时BOG气体压力仅为10-20KPa，因此需要将BOG气体增加到1.5MPa进入到脱氢系统将BOG中微量的氢气进行脱除，然后含氦BOG气体进入到一级膜分离系统，由于气体分子的选择性透过原理，加之压力推动，氦气分子可以穿过膜孔，而大量氮气、甲烷等气体则因不能穿过膜孔，这样氦气浓度在通过一级膜后浓度可达到30％左右(其中还会含有少量甲烷、氮气成分)。但透过膜的气体压力会降低到常压，再在此进入二级膜提浓之前，还需要再次增压。依照同样的原理，气体透过二级膜之后，渗透气体中氦气浓度可提高到90％左右，此时再进行增压后进入纯化系统，利用变压吸附原理将氦气纯度提高到99.999％。

但上述氦气提取方法效率较低、成本较高，难以在实际生产中得到切实应用，因此，对现有氦气提取方法进行改进对于提高氦气提取效率、降低设备成本方面具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于，针对以上现有技术中存在的问题，提供了一种基于闪蒸技术在LNG生产过程中提取高纯氦气的方法，通过在LNG管线上增加小容积的闪蒸罐，实现了将氦气在进入LNG储罐前分离提浓的目的，设备投资小，运行能耗低，结构简单，实用可靠。

为了实现上述目的，本发明具体采用以下技术方案：

一种基于闪蒸技术在LNG生产过程中提取高纯氦气的方法，包括以下步骤：