[发明专利]一种从天然气或BOG中提取氦气的系统和方法

说明书

本发明涉及一种从天然气或BOG中提取氦气的系统和方法，该系统包括膜分离系统、连接于所述膜分离系统的催化脱氢单元以及连接于所述催化脱氢单元的纯化装置，通过采用膜分离系统首先将天然气或BOG中含量最大的甲烷去除，然后进行催化脱氢处理和纯化处理的方式，使得所述膜分离系统之后的设备的混合气体的处理量小，有利于简化提氦的整个工艺流程和设备结构，从而能够减少设备整体投资，减少生产成本，而且经过膜分离后的气体甲烷含量很少，几乎没有副产物，整套系统可以连续稳定运行，适合工业化生产。

技术领域

本发明涉及氦气提取技术领域，特别是涉及一种从天然气或BOG中提取氦气的系统和方法。

背景技术

氦气是一种无色、无味的单原子惰性气体，是所有气体中最难液化的，是不能在标准大气压下固化的物质。利用液态氦可以得到接近绝对零度的低温。

天然气中氦含量最高可达7.5％，是空气中氦含量的1.5万倍。目前全球已发现规模氦气储量均为天然气伴生气。我国为贫氦国家，国内氦气消费主要依赖于进口。氦气市场货源紧张局面或将延续，我国需尽快开展氦气资源储备。

在LNG工厂或LNG接收站，LNG储存及装卸过程中会产生蒸发气，也称为BOG。氦气作为不凝气会在此部分BOG中富集，具有氦气回收的工业价值。目前常见的提氦方法，同等规模的提氦装置工艺流程长、设备占地大、造价高、操作复杂。而且现有的提氦装置在提氦过程中存在大量甲烷，副产物CO、CO₂多，冻在后续纯化系统中，不利于纯化系统的连续稳定操作。

发明内容

本发明的一目的是，提供一种从天然气或BOG中提取氦气的系统和方法，该系统提氦工艺流程简单、操作简单、设备体积小、提氦纯度和效率高、无副产物，因此整个系统能够连续稳定运行，适合工业化生产。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种从天然气或BOG中提取氦气的系统，包括连接于天然气或BOG原厂的膜分离系统、连接于所述膜分离系统的催化脱氢单元以及连接于所述催化脱氢单元的纯化装置，其中所述膜分离系统包括第一加热器、第一膜组件以及第一压缩机，所述第一加热器用于加热从天然气或BOG原厂输出的原料气，所述第一膜组件用于基于不同气体在膜中的相对渗透率的不同的特点，对加热后的原料气进行脱甲烷处理，并输出渗余气和渗透气，所述第一压缩机用于对所述渗透气进行增压处理，其中所述渗余气送入天然气或BOG原厂继续处理，其中增压后的所述渗透气送入所述催化脱氢单元进行催化脱氢处理；其中所述催化脱氢单元包括依次连接的脱氢塔、水冷却器、气液分离器以及多个脱水塔，其中所述脱氢塔用于对所述膜分离系统输出的所述渗透气进行脱氢处理，其中所述水冷却器用于冷却降温脱氢处理后的气体，输出游离水和氦气混合气体进入所述气液分离器，所述气液分离器用于分离游离水和所述氦气混合气体，多个所述脱水塔用于对所述氦气混合气体进行深度脱水处理，得到无水氦气混合气体；其中所述纯化装置包括换热器和低温吸附塔，所述低温吸附塔内设置有吸附剂；其中所述换热器用于对所述无水氦气混合气体进行换热降温处理，其中所述低温吸附塔用于吸附去除降温后的所述无水氦气混合气体中的氮气和甲烷，输出高纯度氦气。

在本发明的一实施例中，所述第一加热器加热所述原料气的温度范围为45～55℃，所述第一压缩机将所述渗透气增压至大于1.5MPaG后，送入所述催化脱氢单元。

在本发明的一实施例中，所述膜分离系统还包括依次连接于所述第一压缩机的第二加热器、第二膜组件以及第二压缩机，所述第二加热器用于加热由所述第一压缩机增压输出的所述渗透气，所述第二膜组件用于对所述第二加热器加热后的所述渗透气进行进一步脱甲烷处理，所述第二膜组件输出的渗余气送入天然气或BOG原厂中继续处理，所述第二膜组件输出的渗透气送入所述第二压缩机中进行增压处理，增压处理后的渗透气送入所述催化脱氢单元中进行催化脱氢处理。

在本发明的一实施例中，所述第二加热器加热由所述第一压缩机增压输出的所述渗透气的温度范围为45～55℃，所述第二压缩机将所述第二膜组件输出的渗透气增压至大于1.5MPaG后，送入所述催化脱氢单元。