[發明專利]一種利用LNG廠尾氣進行氦氣提取的工藝系統

有效

• 申請號: 201911055295.1
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN110986484B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 楊長根;郭聰;關夢云
• 申請（專利權）人: 中國科學院高能物理研究所
• 主分類號: F25J3/06
• 分類號: F25J3/06
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰

一種利用LNG廠尾氣進行氦氣提取的工藝系統，包括氦氣提純塔,氦氣提純塔內設置有活塞式膜分離裝置、鈀膜脫氫裝置、外循環回抽裝置、換熱裝置和制冷分離提純裝置，活塞式膜分離裝置設置在鈀膜脫氫裝置上方，換熱裝置和制冷分離提純裝置設置在鈀膜脫氫裝置下方，LNG廠尾氣與活塞式膜分離裝置的頂部進口連接，活塞式膜分離裝置底部出口與鈀膜脫氫裝置頂部進口連接，鈀膜脫氫裝置底部出口通過換熱裝置與制冷分離提純裝置的進口連接。本發明以LNG廠高壓尾氣為本設備氣源輸入，省卻前期增壓設備，有效保持LNG廠高壓尾氣的低溫狀態，減小成本，且高壓尾氣中氣體比份穩定，氦氣、甲烷含量較為恒定，生產單位氦氣能耗低。

技術領域

本發明屬于氦氣工業化生產技術領域，具體涉及一種利用LNG廠尾氣進行氦氣提取的工藝系統。

背景技術

氦氣是一種無色無味的不可燃惰性氣體，其在空氣中的含量極低約為百萬分之5.2（5.2ppm），是人類目前發現的臨界溫度最低的物質，其熔點為272.2℃（25個大氣壓下），沸點為-268.9℃，密度僅為0.1785g/L，氦氣是單原子單質分子，不存在穩定化合物，不溶于水。

氦氣是國防軍工和高科技產業發展不可或缺的稀有戰略性物資之一。氦氣在醫療、軍工、制冷、半導體、管道檢漏、高精度焊接、金屬制造、深海潛水、光電子產品生產、浮空器、科研、軍事等領域均有著不可替代的作用。

含氦天然氣迄今仍是工業化生產氦氣的唯一來源。我國氦氣資源相當貧乏，含量很低，提取難度大，成本高。因此，在保護有限氦氣資源的同時，研究開發先進的天然氣提氦技術對于提高氦氣生產的經濟性、保障國家用氦安全和促進我國天然氣提氦工業的發展具有重要意義。

目前國內氦氣提取的專利技術大致分為兩類：一類為從天然氣中利用深冷方式直接進行氦氣的分離，由于天然氣中氦氣的濃度一般在0.02%左右，且原料氣中還有大量的H₂S、SO₂等雜質氣體，故設備結構復雜，能耗高,難以產生商業盈利的模式；另外一類為從LNG的存儲罐中利用深冷方法進行氦氣分離，此類工藝不需要對氣源進行預處理，深冷方法操作相對簡單，但是氣體中氦氣含量仍然較低，采用深冷方法處理大量氣體能耗高；另外一個潛在的問題是LNG存儲罐中的甲烷一直處于飽和狀態，當從中取氣時甲烷會不斷的從液態甲烷中析出從而導致需低溫處理的氣體體積加大而氦氣含量濃度逐漸降低，其直接后果便是氦氣產率低、能耗高，到目前為止，并沒有形成這一模式的生產能力。若以提取氦氣為目標，那么其中所含的氫氣便不容忽略，在現有的專利中，都沒有涉及到對氫氣的處理，這也是現有專利技術的一個很大缺點。

本發明擬利用液化天然氣廠（LNG）的尾氣進行氦氣的分離。天然氣在常壓下，冷卻至約-163℃時，將由氣態變成液態，稱為液化天然氣（英文Liquefied Natural Gas，簡稱LNG）。LNG的主要成分為甲烷，還有少量的乙烷、丙烷等。氦氣的液化溫度為-268.9℃（一個大氣壓下），因而在以制冷為核心工藝的天然氣液化加工中，氦氣基本不被液化，在液化天然氣儲存罐中隨氣相尾氣被排出，同時因沸點差異，氮氣、氫氣也絕大部分存在于LNG廠尾氣之中。天然氣液化流程中尾氣的最大特點是甲烷等可燃性氣體因被液化含量明顯降低，而氦氣、氬氣、氫氣、氮氣等“雜質”氣體因難以被液化，在氣相中被富集起來，其濃度較進入液化流程前濃度可大幅提高。

發明內容

本發明為了解決現有技術中的不足之處，提供一種基本不產生廢氣、能耗低、提取的氦氣純度高的利用LNG廠尾氣進行氦氣提取的工藝系統。