[發明專利]一種去除甲烷和氮氣分離提純氦氣的方法

有效

• 申請號: 202010796684.6
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111964354B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 段羅斌;胡咸軍;陳杰;莊坤融;張超
• 申請（專利權）人: 中船重工鵬力（南京）超低溫技術有限公司
• 主分類號: F25J3/06
• 分類號: F25J3/06
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 李德濺

本發明公開了一種去除甲烷和氮氣分離提純氦氣的方法，該方法步驟為：經前端工序預處理濃縮后的除氫原料氣增壓至20～30bar后，進入低溫冷箱，經過帶壓液氮將其冷卻降溫至90～95K，隨后進行氣液分離，得到含少量甲烷和氮氣的氣相粗氦氣和液相粗甲烷；將所得的含少量甲烷和氮氣的氣相粗氦氣經過常壓液氮，將其冷卻降溫至77～80K，隨后進行氣液分離，得到含少量氮氣的氣相粗氦氣和液相粗氮；將所得的含少量氮氣的氣相粗氦氣進行低溫吸附，通過低溫吸附少量氮氣，從而獲得高純氦氣。本發明的方法主要采用液氮為冷源，可為系統提供穩定冷量，系統操作壓力低，能保證裝置連續運行，流程更為簡化，適合于大規模的工業生產。

技術領域

本發明屬于氣體提純技術領域，具體地說是一種去除甲烷和氮氣分離提純氦氣的方法。

背景技術

氦氣是稀有的惰性氣體，在核磁共振、光纖、潛艇、航空、航天、科研和核武器等高尖領域有非常重要的用途。同時作為一種不可再生的有限資源，美國氦氣資源占全球的50%以上，加上其在中東等地區控制的氦氣資源，全球90%以上的氦氣資源被美國控制，而且已被列為戰略性資源。

液化天然氣（LNG）液化生產過程產生的尾氣可以將我國天然氣中的低濃度氦進行濃縮，同時，利用氦氣分子小的特點進行的膜分離法也可以將低濃度氦進行濃縮，濃縮后的氦具備工業提取價值。由于是在天然氣中進行氦提取，氦氣混合氣體中的雜質用常溫的物理和化學方法難以提取高純氦氣；而采用低溫法，若采用制冷機為冷源進行低溫冷凝、吸附、固化等，對于較大氣體處理量（＞30Nm³/h），對應的工藝流程導致設備非常復雜且需要較高的操作壓力，運行過程往往需要停止制冷機進行吸附或固化再生，生產連續性差。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種去除甲烷和氮氣分離提純氦氣的方法，該方法能夠從含氦混合氣氣體中分離提純氦氣。

本發明的目的是通過以下技術方案解決的：

一種去除甲烷和氮氣分離提純氦氣的方法，其特征在于：該方法步驟為：

A、經前端工序預處理濃縮后的除氫原料氣增壓至20～30bar后，進入低溫冷箱，經過帶壓液氮將其冷卻降溫至90～95K，隨后進行氣液分離，得到含少量甲烷和氮氣的氣相粗氦氣和液相粗甲烷；

B、將步驟A所得的含少量甲烷和氮氣的氣相粗氦氣經過常壓液氮，將其冷卻降溫至77～80K，隨后進行氣液分離，得到含少量氮氣的氣相粗氦氣和液相粗氮；

C、將步驟B所得的含少量氮氣的氣相粗氦氣進行低溫吸附，通過低溫吸附少量氮氣，從而獲得高純氦氣。

所述步驟A中的除氫原料氣經原料氣壓縮機增壓至20～30bar，進入低溫冷箱中，經過一級換熱器預冷降溫之后進入二級換熱器，所述二級換熱器放置在定壓液氮罐中，定壓液氮罐出口處的原料氣狀態是溫度為90～95K的氣液混合物，90～95K的氣液混合物在甲烷氣液分離器中被分離成含少量甲烷和氮氣的氣相粗氦氣和液相粗甲烷兩個部分。

所述的定壓液氮罐旁側設有加熱器且定壓液氮罐排放的氮氣經一級換熱器復溫后通過帶有調節閥的定壓液氮罐氮氣排放管線排放；所述的加熱器和調節閥能夠對定壓液氮罐內的液氮實現精確控壓、控溫。

所述步驟A中所得的液相粗甲烷經過一級換熱器復溫后通過雜質氣氣體排放管線進行安全排放。

所述步驟B中的含少量甲烷和氮氣的氣相粗氦氣先經三級換熱器降溫處理為84～87K的氣液混合物，此時少量甲烷被固化、粗氦氣中的氮氣部分液化且固化甲烷溶解在液氮中；然后送入放置在常壓液氮罐中的四級換熱器，常壓液氮罐出口處的粗氦氣狀態是溫度為77～80K的氣液混合物，此時粗氦氣中的部分氮氣已被液化；77～80K的氣液混合物在氮氣液分離器中被分離成含少量氮氣的氣相粗氦氣和液相粗氮兩個部分。

所述步驟中B的液相粗氮經過三級換熱器和一級換熱器復溫后通過雜質氣氣體排放管線進行安全排放。