[实用新型]一种低温精馏耦合膜分离的天然气提氦设备

说明书

本实用新型涉及一种低温精馏耦合膜分离的天然气提氦设备及方法。本实用新型将低温精馏工艺与膜分离技术相结合，先通过低温精馏工艺从含氦天然气中制得含氦率较高的粗氦气，再通过膜分离工艺对粗氦气进行初步提纯，最后通过变压吸附技术制得高纯度氦气，实现了自He含量低于0.1％的天然气提取氦气的目的；不仅解决了传统方法中将天然气冷却至‑200℃以下才能分离出氦气的弊端，还降低了对膜分离技术的要求和依赖，减小了对冷量的需求，并有效的降低了未来技术替代的风险，简化了工艺流程，提高了经济效益；本实用新型提高了工艺的可靠性并降低了运行过程中的风险，有利于提高企业的经济效益和维护装置长周期平稳运行。

技术领域

本实用新型涉及氦气生产技术领域，具体指一种低温精馏耦合膜分离的天然气提氦设备。

背景技术

He是一种无色、无味的单原子稀有气体，具有极低的沸点(-268.85℃)、极强的扩散性、难溶于水、良好的热传导性等特点，在国防军工、生物医疗、核设施、电气工业、半导体制造及低温工业等领域具有无可替代的重要作用。He主要分布在地幔、岩石、空气和天然气中，空气中He的浓度较低，难以达到资源化利用的目的，从天然气中提取He，特别是在天然气液化过程中从不凝尾气中提取He，是目前He资源化利用的唯一途径。

目前，从天然气中提取氦气采用的工艺主要有两种：低温冷凝法和膜分离法。这两种工艺还存在如下问题：

1、天然气中氦气含量不高，使用低温冷凝法从天然气中提取氦气需要对天然气进行多次深冷分离，氦气沸点较低，要获得纯度较高的纯氦气需要把混合气冷却到-200℃以下，这不仅会造成设备数目增多、设备处理能力增大、流程变长，极低的工作温度还会对冷量、设备、材料提出极高的要求，导致投资大幅度增加，占地面积增大，生产成本提高，经济效应变差；

2、使用膜分离法从天然气中提取氦气时，存在以下难点：

①膜分离技术尚处在发展初期阶段，生产成本较高，天然气提氦领域应用较少，全流程使用膜分离技术将导致生产风险加大，投资成本大幅增加，经济效益差；

②天然气经过膜后压降较大，因此在进入下一级膜分离前需要对天然气进行压缩，多级膜分离+压缩会导致能量损失较大，从节能角度考虑不经济；

③当前国内尚没有成熟的大型膜分离法天然气提氦工业装置，当处理量较大时，膜分离法应用效果还有待验证；

④未来膜分离技术的发展方向还未知，企业消耗大量投资建成的生产线可能存在技术替代的风险；

3、目前工业中采用的天然气提氦工艺多用于处理含氦量较高的天然气，含氦量一般大于0.4％，而根据天然气矿所处位置的差异，天然气含氦量也有较大差别，使用低温冷凝法和膜分离法处理低氦天然气不仅会导致投资进一步增加，提取出的氦气纯度也不一定能满足应用要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能有效降低装置对于冷量的需求从而减小装置运行风险和能耗、能自He含量低于0.1％的天然气提取氦气的低温精馏耦合膜分离的天然气提氦设备。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种低温精馏耦合膜分离的天然气提氦设备，包括：

干燥单元，具有供贫氦天然气输入的入口，用于对天然气中的水进行脱除；

第一净化单元，连接于所述干燥单元的下游，用于对天然气进行脱硫、脱酸处理；

低温精馏塔，连接于所述第一净化单元的下游，用于对经干燥单元、第一净化单元处理后的天然气进行深冷分离，所述低温精馏塔的底部设置有供液相输出的第一输出口，顶部设置有供分离所得粗氦气输出的第二输出口；