[发明专利]一种冷凝法天然气BOG提氦的系统

说明书

本发明公开了一种冷凝法天然气BOG提氦的系统，属于LNG工厂的BOG回收技术领域，包括顺次连接的BOG缓冲罐、冷压缩机、第一换热器、第二换热器、重烃分离器、甲烷固化单元、制冷机单元和液氮分离器；所述的第二换热器和甲烷固化单元均与外部制冷单元连接；第一换热器和重烃分离器之间连接有第一节流阀；第一换热器和液氮分离器之间连接有第二节流阀。本发明通过合理的工艺设计，使得BOG无需复温，系统在常压下运行，工艺流程简单，热力学效率高，运行能耗低，设备投资小，气源适应性强，分离得到的重烃中甲烷含量不低于88％，分离得到的液氮中氮含量不低于98％，提高了产品回收利用率。

技术领域

本发明涉及LNG工厂的BOG回收技术领域，具体涉及一种冷凝法天然气BOG提氦的系统。

背景技术

氦气是一种惰性不可燃稀有气体，其分子尺寸小，沸点低(约4.2K)，被广泛应用于医疗、科学研究和工业生产。随着经济和科技的发展，对氦气的需求量(以中国和印度为主)以每年5-7％的速度增长，面临着全球氦气资源供不应求的困境。虽然大气中含有丰富的氦(仅次于氢)，但浓度一般低于5ppm，提取难度大，因此，实际应用的氦气一般提取自富氦的天然气(氦浓度通常高于0.3％)。

在天然气产业链中，常将天然气制成液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)(其体积约为原来气态体积的1/600)，以便于贮运。在LNG生产过程中，需要通过末级节流阀将液化压力降至贮罐压力。天然气中各组分的沸点不同(常压下，氦气：4.22K，氢气：20.28K，氮气：77.36K，甲烷111.7K)，在贮罐压力下，节流过程相当于对LNG进行一次简单蒸发，沸点较低的气体分子率先从LNG中逸出，称为闪蒸气(Boil Off Gas,BOG)，因烃类气体被液化，氦气等不凝性气体在BOG中得到一定程度的富集。此外，将LNG流经节流阀后形成的气液混合物通过低温管道送至BOG缓冲罐贮存，贮存过程中因贮罐漏热也会产生BOG，其组分主要是氮气和甲烷。通常，BOG中氦的浓度高于原天然气，即使是少量BOG，也具有较高的利用价值。

目前已有的天然气提氦技术包括：膜分离技术、变压吸附技术和低温技术。其中，低温工艺因良好的经济性被广泛采用，其原理为利用天然气各组分沸点的不同，通过制冷循环逐步降低天然气的温度，进行深冷分离，依次脱除烃类气体和氮气，获得粗氦。

常用的低温方法包括：冷凝法、精馏法以及冷凝法与精馏法的结合。精馏法BOG提氦系统得到的产品纯度高，但工艺复杂，投资高，且需将BOG复温至常温后增压，然后二次降温液化，再进行分离，增加了换热过程的损失、设备投资(如压缩机组、多流股换热器)及系统复杂度。采用冷凝法的系统具有结构简单紧凑，能耗低且可操作性强的特点，但是，在冷凝法BOG提取氦气的系统中，烃类气体脱除环节原料气的流量比氮气脱除环节大很多，因此降温所需要的制冷量也多。

发明内容

本发明提供了一种冷凝法天然气BOG提氦的系统，可以实现从BOG中提取粗氦，具有能耗低，结构简单紧凑，产品回收利用率高的特征。

一种冷凝法天然气BOG提氦的系统，包括顺次连接的BOG缓冲罐、冷压缩机、第一换热器、第二换热器、重烃分离器、甲烷固化单元、制冷机单元和液氮分离器；

所述的第二换热器和甲烷固化单元均与外部制冷单元连接；第一换热器和重烃分离器之间连接有第一节流阀；第一换热器和液氮分离器之间连接有第二节流阀；