[实用新型]液化天然气闪蒸气低温精馏提氦装置

说明书

本实用新型公开了一种液化天然气闪蒸气低温精馏提氦装置，该装置主要包括预冷换热器、液化换热器、深冷换热器、脱甲烷精馏塔和脱氮精馏塔，两精馏塔内部分别设置有再沸器和冷凝器。本实用新型通过两塔超低温精馏并合理匹配利用冷、热量，实现了以较低的能耗从液化天然气闪蒸气中提取高纯度的氦气，不仅氦气回收率可高达99.9％，而且氦产品气的含氮量可降至1％，大大减少了后续催化脱氢和吸附脱氮制精氦的负荷，为后续氦精制节省了成本和难度。

技术领域

本实用新型涉及液化天然气领域，特别是涉及从液化天然气闪蒸气中提取氦气的装置。

背景技术

氦气是一种无色、无味的稀有气体，也是已知沸点最低的气体，具有不易液化、稳定性好、扩散性强、溶解度低等性质。氦气用途广泛，可用于医疗科研、航天军工等领域，是一种不可替代、关系国家安全和高新技术产业发展的重要稀缺战略资源。

含氦天然气主要包括来自天然气田的气层、油气田的气层、油气层中的天然气，以及油层中的天然气等。我国是贫氦国家，天然气中氦的含量很低(约0.04％～0.1％)，直接提取氦的成本极高，大部分的氦气都依赖于进口。因此，从天然气中提取氦气，既可以保障我国的氦资源，也有利于提升天然气的综合利用效率和液化天然气工厂的经济效益。

在液化天然气(LNG)的生产过程中，末级节流阀在节流过程中会产生大量闪蒸气(BOG)。闪蒸气主要包含自LNG冷箱进入LNG储罐、因节流减压而产生的气体，以及LNG储罐热漏而引起气化的部分气体，泛指LNG储罐顶部排出的气相。闪蒸气中含有氦气、氢气、氮气及甲烷。常压下，氦气、氢气、氮气及甲烷的液化温度分别为-269℃、-253℃、-196℃和-162℃；在储罐压力下，氦气、氢气及部分氮气会从LNG中挥发出来，此时相比原料天然气，由于烃类等气体被液化，氦气等不凝性气体可以得到一次富集，因此从BOG中提氦难度和成本相对低。此外，氦气的脱除对于液化天然气工艺也是十分有利的，可以大幅降低LNG大型储罐中LNG因密度差而引起的液体翻滚汽化现象，避免BOG尾气的大量排放和LNG大型储罐的安全事故。

目前，从天然气中提取氦气通常采用冷凝法。冷凝法通常采用深冷分离的工艺或深冷分离加变压吸附的工艺。由于氢气与氦气的常压沸点分别为-252.6℃与-268.9℃，采用深冷分离的办法需要将工艺介质冷却到极低的温度，维持冷箱的冷量平衡需要循环制冷系统，能耗代价十分巨大。尤其是中小型工厂中，液化天然气的氦气属于不凝气，当部分BOG循环至LNG工厂天然气原料入口时，会导致不凝气增加聚集，换热效率受到影响，天然气液化量降低，LNG工厂的产能受到部分影响，LNG回收率降低，BOG气量增大导致BOG压缩机操作波动增大等一系列问题。例如，公开号为CN111692837A的中国发明专利申请披露了“一种利用LNG生产装置联产氦气的系统”，该系统对一部分BOG进行提氦，对另一部分BOG进行氦气富集，来自LNG生产装置的原料气依次经压缩、脱氢、脱水干燥、降温冷凝及低温吸附分离后，得到氦气。这种在低温段通过部分冷凝分离氦中的氮的方法，其分离效果有限，氦气回收率和纯度较低；此外，该系统的低温段制冷由负压液氮提供，设备和运行成本较高。

目前也有采用精馏方法从闪蒸气中提取氦气的。例如，公开号为CN107228526A的中国发明专利申请披露了“一种LNG闪蒸气的提氦、脱氮和再液化装置”，该装置在较高的温度下(-190℃左右)进行精馏分离，先脱氮，再脱甲烷，最后得到的粗氦产品中含有较多的氮(20％以上)和氢，这会增加后续催化脱氢及吸附脱氮的负荷和难度。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种液化天然气闪蒸气低温精馏提氦装置，它结构简单，能耗低，能获得较高纯度的氦气产品。

为解决上述技术问题，本实用新型的液化天然气闪蒸气低温精馏提氦装置，主要包括有预冷换热器、液化换热器、深冷换热器、脱甲烷精馏塔和脱氮精馏塔；其中：

所述预冷换热器至少包含A、B、C三条通道，所述液化换热器至少包含F、G、H三条通道，所述深冷换热器至少包含L、M两条通道；