[實用新型]天然氣低溫提氦系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220660035.4
• 申請日: 2012-12-05
• 公開（公告）號: CN202973762U
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設計）人: 龍增兵;琚宜林;劉家洪;冼祥發(fā);鐘志良;郭成華;楊曉秋;劉澤軍;陳運強;汪宏偉;陶真;汪貴;孫林;諶天兵;陸永康;蒲黎明;劉志榮;盛炳林;李均方;蘭小平
• 申請（專利權）人: 中國石油集團工程設計有限責任公司
• 主分類號: F25J3/02
• 分類號: F25J3/02
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 鄧世燕

技術領域

本實用新型涉及一種天然氣低溫提氦系統(tǒng)。

背景技術

氦氣因其獨特的性質，在國防軍工和科學研究中有著重要的用途。利用其-268.9℃的低沸點，液氦可以用于超低溫冷卻；在火箭和航天中用作液氫燃料系統(tǒng)的清洗介質和加壓推進劑；在懸浮列車等領域中廣受關注的超導體應用中，氦氣也是不可或缺的。此外，氦氣在醫(yī)療領域的核磁共振成像設備中用作超導電磁體冷卻、在核發(fā)電裝置用作傳熱介質、在光纖生產中用作冷卻和惰性氣體保護以及在儀器分析方面用作氣相色譜等的載氣等方面都得到廣泛的應用。

隨著世界經濟的快速發(fā)展和產業(yè)結構的不斷調整，各國經濟正逐步融入到全球大市場之中。在未來兩三年中，氦氣的市場規(guī)模與經濟增長將會同步保持穩(wěn)定增長態(tài)勢。根據預測，在未來多年內全球對氦氣的需求量將以每年6%左右的速度增長，其需求總量可達到2.25～3億立方米。由此推算，到2030年全球的氦氣需求將短缺1.6～1.7億立方米，其中亞太地區(qū)短缺約6000萬立方米。而我由于國內氦氣的消費量快速提升，每年都需要通過大量進口來彌補需求缺口。據有關部門統(tǒng)計，2007～2008年，氦氣行業(yè)年均消費增量將會保持在0.37億m³左右。?

氦氣在空氣中含量極少（約0.005%）并無工業(yè)提氦價值。氦氣主要存在于天然氣中，其含量在世界各地各有不同，有的氦氣含量最高達8%。因此從天然氣中提取氦氣仍是氦氣的主要工業(yè)來源。

目前國內外天然氣提氦工藝主要包括非低溫法和低溫法。

非低溫法主要采用膜分離和變壓吸附。我國研究的膜分離技術采用國產聚砜/硅橡膠中空纖維膜，常溫下經一級膜分離可使氦濃縮5~5.5倍，氦收率達到63%~75%。但該工藝技術還沒工業(yè)化，同時膜的可靠性和穩(wěn)定還需進一步研究證明。在此研究的基礎上，我國研究人員提出了用膜分離+低溫分離聯合法從天然氣中提取氦氣。利用膜分離預濃天然氣中的氦氣，在相同氦氣產量的情況下，可大幅度降低低溫分離的規(guī)模及投資費用，但同樣存在膜分離膜中分離膜的技術問題。而沒有真正意義上的工業(yè)化。

在國外俄羅斯科學院西伯利亞分院研究于2006年研究出一種采用非低溫法從天然氣中分離氦氣的新工藝。該工藝利用極為細小的玻璃微珠組成的膜將氦氣從氣流中吸附出來，但目前該工藝尚未投入規(guī)模化工業(yè)生產中，還有待進一步的研究開發(fā)。

低溫法提氦工藝，國內外一般采用氮氣循環(huán)制冷技術來滿足低溫法提氦工藝中所需的制冷溫度。對于前端原料氣預冷方案，根據具體原料氣氣質條件，一般采用膨脹制冷、外部制冷（如PRICO混合冷劑制冷循環(huán)）以及前膨脹制冷+外部制冷的方式。

非低溫方法由于其膜分離元件的技術問題等問題，在天然氣提氦工業(yè)中尚未成熟到足以規(guī)模化和工業(yè)化的程度。

低溫法中，現有的外部制冷工藝雖可聯產LNG，但能耗高，而前膨脹制冷工藝，提氦塔操作壓力較低，操作溫度低（最低-192℃），對塔體材質要求高，在到達相同氦氣濃度的情況下，冷量需求大，能耗高，變工況能力較差。同時對數平均溫差小，傳熱面積大，投資較高。

實用新型內容

本實用新型克服了現有技術中的缺點，提供了一種天然氣低溫提氦系統(tǒng)，采用后膨脹+氮循環(huán)制冷兩塔分離技術，充分回收裝置自身冷量來預冷原料天然氣，不僅能適用含氦量極低的天然氣，同時具有能耗低、氦氣回收率高、投資省、操作靈活、變工況適應能力強等特征。

本實用新型的技術方案是：一種天然氣低溫提氦系統(tǒng)，包括原料氣冷卻器、一級提濃塔、二級提濃塔、深冷器、膨脹機組、氮氣壓縮機和氮氣緩沖罐，其中：

原料氣冷卻器左側進口接含氦凈化天然氣，原料氣冷卻器底部出口與進口分別通過管線與一級提濃塔塔底的蒸發(fā)器進口與出口連接；原料氣冷卻器右側出口通過管線與一級提濃塔中部進口連接；原料氣冷卻器右側中部進口通過管線分別與一級提濃塔塔頂冷凝器上部出口、深冷器底部的低壓氣出口連接；原料氣冷卻器左側中部出口接下游系統(tǒng)；原料氣冷卻器右側下部進口通過管線與一級提濃塔塔底出口連接；原料氣冷卻器上部的出口與進口分別通過管線與膨脹機組的透平膨脹機進口與出口連接；原料氣冷卻器左側的出口與膨脹機組的同軸壓縮機進口連接，同軸壓縮機出口接入下游系統(tǒng)；

一級提濃塔塔底出口通過管線與塔頂冷凝器進口連接，一級提濃塔塔頂冷凝器出口通過管線與二級提濃塔塔底蒸發(fā)器進口連接，塔底蒸發(fā)器出口接深冷器底部進口，深冷器中部出口接入二級提濃塔中部進口；二級提濃塔塔頂冷凝器出口接深冷器左側上部進口，深冷器右側上部出口為產品粗氦出口；二級提濃塔塔底部出口通過管線深冷器左側下部進口連接；