[實用新型]一種天然氣中提取氦氣和氬氣的裝置

有效

• 申請號: 201520393796.1
• 申請日: 2015-06-08
• 公開（公告）號: CN204787596U
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發明（設計）人: 郝文炳;俞建
• 申請（專利權）人: 上海啟元空分技術發展股份有限公司
• 主分類號: F25J3/02
• 分類號: F25J3/02
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 朱俊躍

技術領域

本實用新型涉及天然氣組分分離，更具體來說本實用新型涉及一種從天然氣中利用全精餾提取氬氣及部分使用吸附提取氦氣的裝置。

背景技術

氬氣在空氣中的含量是0.93％，氦氣是5.2ppm。氦氣在空氣中含量太少，通常是從天然氣中提取。而在空氣中，氬氣含量排位第3，含量豐富，提取方便，所以氬氣提取均采用空氣為原料。現在1萬以上大空分一般都配有全精餾提氬系統。通常的流程是：空氣經空壓機壓縮至所需壓力，經預冷純化去除二氧化碳、水及部分碳氫化合物。在進入冷箱前被分成兩部分，一部分進入透平膨脹機端增壓至0.65～0.8MPa，然后經冷卻器冷卻至20℃，進入主換熱器冷卻至-120℃～-140℃后，進入膨脹機膨脹至比上塔壓力略高，進入上塔。另一部分空氣經過主換熱器并被返流氣冷卻至液化狀態，進入下塔后開始進行分離，進入下塔底部的空氣穿過塔板并與塔板上的回流液進行熱質交換，這樣的結果是，在下塔上部得到純氮氣，在塔釡得到富氧液空。下塔頂部絕大部分氮氣進入冷凝蒸發器的冷凝側，在那里氮氣通過把上塔底部的液氧蒸發放出熱量，自身得到冷凝并作為下塔回流液。還有部分液氮經過冷器的過冷后送往上塔頂部，作上塔頂部的回流液。從下塔的塔釡抽出的富氧液空經過冷器的過冷，節流后進入上塔上部作為上塔回流液。氧產品最終在上塔精餾產生，從上塔底部抽出氧氣進入主換熱器，氧氣復熱后出裝置作為產品氣送出。純氮氣從上塔頂部抽出，首先在過冷器中被純液氮和富氧液空復熱，然后進入主換熱器中復熱后出裝置。從上塔上部引出污氮氣，經過冷器、主換熱器復熱至21℃出冷箱，然后進入電加熱器作為分子篩再生氣體，多余氣體放空。從上塔中部抽取一定量的氬餾份送入粗氬塔,粗氬塔在結構上分為兩段,第二段氬塔底部的回流液經液體泵送入第一段頂部作為回流液,經粗氬塔精餾得到純度約98.5％Ar，2ppmO₂的粗氬，經液化器液化后送入精氬塔中部，經精氬塔精餾在精氬塔底部得到精液氬。此方法的優勢是氬原料豐富，提取成本低。但是，空氣中雖然氬氣含量豐富，但是氬還具有多種同位素，穩定的同位素有氬-40(⁴⁰Ar)天然含量99.6％、氬-36(³⁶Ar)天然含量0.34％和氬-38(³⁸Ar)天然含量0.06％。以及經由宇宙射線轟擊氬-40而生成的不穩定的氬-39(³⁹Ar)，所以，受限于空氣中的氬氣影響，其氬同位素無法分離，其輻射會影響實驗室等特殊場合對氬氣的要求，尤其是現在很多實驗室場合要求幾十億分之一雜質含量時，空氣為原料的氬氣顯然不能滿足其要求。

實用新型內容

本實用新型的目的是針對現有技術的缺席及天然氣的各組分特點，提供了一種從天然氣中全精餾提取氬氣以及氦氣的運行穩定而高效的裝置。

本實用新型提供一種天然氣中提取氦氣和氬氣的裝置，包括有管道連接的原料氣壓縮機、預冷系統、純化系統及主換熱器，還包括有氦氣分離塔、氦氣分離塔再沸器、除氮塔、除甲烷塔、精氬塔、過冷器、氦氣換熱器、粗氦氣液分離器、粗氦吸附器以及將上述部件連接的管路、閥門；天然氣依次經過原料氣壓縮機、預冷系統及純化系統后，在主換熱器中冷卻并經過氦氣分離塔再沸器冷凝成液體后，進入氦氣分離塔，在氦氣分離塔頂部得到粗氦氣依次通過氦氣換熱器、粗氦氣液分離器及粗氦吸附器得到純度大于99.999％的純氦氣；在氦氣分離塔底部得到的液體經節流閥降壓后進入除氮塔，甲烷與氬氣的混合液和微量氮組分從除氮塔底部抽出進入除甲烷塔，甲烷從除甲烷塔底部以液體形式抽出進入過冷器回收冷量，從除甲烷塔頂部出來的粗氬氣含有少量氮氣，進入精氬塔得到符合要求的純氬液體。

為了進一步優化上述裝置，采取的具體措施還包括：

裝置還具有氮氣循環壓縮機，上述的氦氣分離塔、除氮塔、除甲烷塔、精氬塔相應地設置并連接有氦氣分離塔再沸器、氦氣分離塔冷凝蒸發器、除氮塔再沸器、除氮塔冷凝蒸發器、除甲烷塔再沸器、除甲烷塔冷凝蒸發器、精氬塔再沸器、精氬塔冷凝蒸發器，過冷器還連接有液氮氣液分離器。

上述裝置還包括有與換熱器和過冷器相連接的膨脹機。

上述裝置還包括與氦氣換熱器相連接的真空泵。

上述粗氦吸附器為兩個。