[發明專利]從液化天然氣的閃蒸汽中提純氦氣并液化的系統和方法

有效

• 申請號: 202011306197.3
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112432430B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 張孔明;王華琛
• 申請（專利權）人: 北京福典工程技術有限責任公司
• 主分類號: F25J3/06
• 分類號: F25J3/06;F25J5/00
• 代理公司: 北京律智知識產權代理有限公司 11438
• 代理人: 趙新龍;闞梓瑄

本發明的從液化天然氣的閃蒸汽中提純氦氣并液化的系統及方法，系統設于原液化天然氣出冷箱的節流閥后的手閥旁通管道上，包括閃蒸汽壓力和流量控制裝置、逐級分離裝置、深度冷卻分離純化裝置、液化裝置和循環裝置，閃蒸汽壓力和流量控制裝置用于控制進入后續裝置的閃蒸汽的壓力和流量，并保證氦氣的回收率；逐級分離裝置連通于閃蒸汽壓力和流量控制裝置，充分利用閃蒸汽的冷量而使閃蒸汽逐級深冷分離形成粗氦；深度冷卻分離純化裝置連通于逐級分離裝置，用于形成純氦；液化裝置連通于深度冷卻分離純化裝置，用于形成液態氦和制冷氦氣；循環裝置在上述裝置間循環冷卻介質，向逐級分離裝置、深度冷卻分離純化裝置和液化裝置提供冷量。

技術領域

本發明總體來說涉及氦提純及液化技術領域，具體而言，涉及一種從液化天然氣的閃蒸汽中提純氦氣并液化的系統和方法。

背景技術

氦氣是重要的戰略物資，在芯片制造、航空航天、國防、低溫超導、半導體生產、光纖、核磁共振、特種金屬冶煉及氣體檢漏等領域具有非常重要的用途，戰略地位極高。

氦氣可以提供芯片制造的超凈環境以及解決火箭燃料制造的難題。2020年7月23日，長征五號遙四運載火箭將我國首次火星探測任務“天問一號”探測器成功發射升空并送入預定軌道，其中就用了氦氣作為泵送火箭燃料；另外，氦氣在半導體芯片中可以實現零部件的快速冷卻，從而提高生產率，還能控制熱傳遞速率，以改善生產效率并減少缺陷。

從氦分布來看，氦氣在地球上極其稀有且不可再生，被譽為“氣體稀土”，美國是全球最大氦資源國，全球氦氣資源總計約520億立方米，其中美國206億、卡塔爾100億、阿爾及利亞82億、俄羅斯70億，這四個國家就占了約90％的儲量，其中美國擁有世界上三分之一以上的氦儲量，而中國僅擁有11億立方米氦氣儲量，屬于“貧氦國”。

從氦氣生產來看，目前主流技術是天然氣提氦，美國擁有全球最大的富氦天然氣田，是全球最大的氦氣生產國。2018年全球氦氣產量1.6億立方米，美國本土產量占全球56.25％，可謂稱霸氦氣市場。

而我國不僅氦氣儲量少，而且富氦天然氣田很少，直接提取氦氣成本很高，很難實現產業化。2018年我國氦氣總需求量約2200萬立方米(4000噸左右)，其中95％來自進口，中國目前每年需要大概4300多噸的氦氣量。

由于近年來隨著我國航天和國防工業等高科技的快速發展，氦氣的需求量越來越大，2016-2018年，國內氦氣需求量維持近20％左右的增速，所以近年來氦氣越來越貴。2019年中國進口氦氣均價為57美元/公斤，相比2018年同期的48美元/公斤，大幅上漲18％。

總之，對于中國來說，氦氣資源就是氣體中的“稀土”。氦氣已經上升到國家利益及國家安全的高度，因此，自行生產高純度氦是國家安全的需要，也是我國工業發展的需要。

由于單純提氦的工藝設備多，技術路線長，成本高，缺乏市場競爭力。對氦進行提純并液化技術比較復雜，而我國的氦氣資源又幾乎只能從天然氣中獲得，而且含量普遍很低，因此在現有成熟的天然氣液化工業中同時開發聯產高純氦，是提取高純氦氣必走的途徑，并對提高整個裝置的經濟性具有重要意義。然而，現有技術的提純氦氣并液化的技術大多消耗較多的能耗，導致成本過高。

發明內容

本發明實施例提供一種從液化天然氣的閃蒸汽中提純氦氣并液化的系統和方法，其能夠在消耗較少能耗的情況下提純氦氣并液化。

本發明實施例的從液化天然氣的閃蒸汽中提純氦氣并液化的系統，所述系統設于原液化天然氣出冷箱的節流閥后的手閥旁通管道上，所述系統包括：

閃蒸汽壓力和流量控制裝置，用于控制進入后續裝置的閃蒸汽的壓力和流量，并保證氦氣的回收率；

逐級分離裝置，連通于所述閃蒸汽壓力和流量控制裝置，能夠充分利用所述閃蒸汽的冷量而使所述閃蒸汽逐級深冷分離，以形成粗氦；