[發(fā)明專利]一種天然氣液化聯(lián)產高純氦氣的方法和設備

在審

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• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112880302A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設計）人: 郭會軍;陳偉;楊俊鵬;徐軍軍
• 申請（專利權）人: 安徽中科皖能科技有限公司
• 主分類號: F25J3/06
• 分類號: F25J3/06
• 代理公司: 合肥國和專利代理事務所(普通合伙) 34131
• 代理人: 孫永剛

一種天然氣液化聯(lián)產高純氦氣的方法和設備，其方法步驟包括，將不凝尾氣或者BOG氣作為原料氣，先通入進氣緩沖罐穩(wěn)流處理；然后進入一級膜分離器組件膜分離后依次通過氣體緩沖罐A和壓縮機；接著進入二級膜分離器組件；之后的氣體經氫回收塔提取分離出高純氫氣和粗氦氣，尾氣進入PSA脫氮脫氮裝置；粗氦氣經PSA干燥凈化裝置再次凈化；而后經過氦氣壓縮機及低溫純化器的處理獲得高純氦氣。設備包括依次連接的進氣緩沖罐、一級膜分離器組件、氣體緩沖罐A、壓縮機、二級膜分離組件、氫回收塔、PSA干燥凈化裝置、氦氣壓縮機及低溫純化器。本發(fā)明用于天然氣液化工廠冷箱不凝尾氣或者BOG氣的含氦組分的回收分離和提純，能夠同時獲得高純氫氣和氦氣，同時提高LNG產量。

技術領域

本發(fā)明涉及一種氦氣生產方法及設備，尤其是一種天然氣液化聯(lián)產高純氦氣的方法和設備，屬于氦氣回收技術領域。

背景技術

氦氣是一種無色無味的惰性氣體，被廣泛應用于光纖、半導體、醫(yī)療、國防等諸多領域，是一種不可再生的稀缺性戰(zhàn)略資源。氦氣用途廣、用量大，但獲取來源卻有限，空氣中氦含量約為5ppm，不具備提取價值，目前主要來源于天然氣開采中的伴生氦氣回收。

我國是典型的貧氦國，天然氣伴生氦含量普遍在0.02～0.05％，直接從天然氣中回收提取氦氣面臨技術復雜、成本高、經濟性不突出等問題，導致我國所用氦氣對進口的依賴度超過90％，嚴重制約國防和國民經濟發(fā)展。隨著我國能源結構調整，天然氣用量逐步加大，液化天然氣(liquefied natural gas，縮寫LNG)廠建設如火如荼。

我國天然氣氦含量低，然而天然氣經過液化過程后氦氣、氮、氫等沸點更低的氣體組分會被濃縮幾十甚至上百倍，天然氣液化過程中冷箱的頂部存在一部分“有害”的不凝氣體，其中含有濃度較高的氦氣。同時LNG儲罐頂部閃蒸的BOG氣(Boil-off Gas)也含有濃度較高的氦氣。在冷箱不凝氣或者BOG氣中，氦氣被濃縮后含量升高，極具開發(fā)價值，可經過回收、提純等手段獲得高純的氦氣。因此對于氦氣這種不宜獲得的稀缺資源，開展天然氣液化回收氦氣研究極具意義。

而已知的一種液化天然氣的閃蒸氣中氦氣的回收方法及裝置。回收方法包括以下步驟：將液化天然氣的閃蒸氣送入壓縮單元進行壓縮，使壓力達到2.0MPaG-6.0MPaG；將壓縮后的氣體送入凈化單元進行脫氫反應，脫氫反應在120℃-200℃下與凈化單元中的氧化劑反應；將脫氫后的氣體送入膜分離單元，膜分離后的穿透氣送入變壓吸附單元，得到產品氣-氦氣。該回收裝置包括依次連通的液化天然氣儲罐、壓縮單元、凈化單元、膜分離單元、變壓吸附單元。該回收方法和裝置的成本低、效率高，可以有效實現(xiàn)對中小型工廠中液化天然氣中氦氣的回收。但是，其仍然存在以下不足：1)因為膜分離采用中高壓壓力驅動，原料氣需要增壓，額外增加了功耗；2)由于閃蒸氣量較大，氣體壓縮所需要的電功耗也大，因此需要消耗大量的電能；3)不能同時獲得氦氣和氫氣，造成氫氣資源的浪費。

發(fā)明內容

為了克服現(xiàn)有技術的上述不足，本發(fā)明提供一種天然氣液化聯(lián)產高純氦氣的方法和設備，通過該設備能夠同時獲得高純氫氣和氦氣，且節(jié)省大量的能源，提高LNG產量。

本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案是：

一種天然氣液化聯(lián)產高純氦氣的方法，包括如下步驟：將來自天然氣液化工廠液化冷箱的不凝尾氣或者來自LNG儲罐的BOG氣作為原料氣，首先通入進氣緩沖罐進行穩(wěn)流處理；然后進入一級膜分離器組件，膜分離后依次通過氣體緩沖罐A和壓縮機的處理；接著進入二級膜分離器組件，至此完成二級分離；經二級膜分離組件處理后的氣體，繼續(xù)經氫回收塔提取分離出高純氫氣和粗氦氣；高純氫氣直接回收，粗氦氣依次經過氫回收塔提、PSA干燥凈化裝置二次凈化；而后再經過氦氣壓縮機及低溫純化器的處理獲得高純氦氣；同時，原料氣經一級膜分離器組件分離后的尾氣進入PSA脫氮脫氮裝置用于回收甲烷。