[发明专利]一种从液化天然气尾气中提纯制备高纯氦气的方法

说明书

本发明为一种从液化天然气尾气中提纯制备高纯氦气的方法。该方法依次经预热、电加热、多级脱氢、脱氧、冷却干燥、两段变压吸附提纯氦气。具体为：液化天然气含氦尾气与脱氢后的气体进行热交换，再经电加热后进入多级脱氢反应器，再进入脱氧反应器，经冷却干燥除水后进入一段变压吸附，高纯度产品氦气由出口端输出，被吸附的组分通过冲洗或抽空获得解吸，解吸气经加压进入二段变压吸附回收氦气，出二段变压吸附的粗氦气由出口端输出返回一段变压吸附入口与液化天然气尾气混合进行提纯，被吸附的组分通过冲洗或抽空获得解吸送出界区。本发明从液化天然气尾气中提纯制备高纯氦气的方法，具有氦气回收率高、能耗低、产品氦气纯度高的优点。

技术领域

本发明涉及气体分离领域，具体为一种从液化天然气尾气中提纯制备高纯氦气的方法。

背景技术

氦气可用于超低温研究、气相分析、焊接、探漏、化学气相淀积、晶体生长、等离子干刻、制备特种混合气等。利用其-268.9℃的低沸点，液氦可以用于超低温冷却，在悬浮列车等领域的超导体应用中，氦气是不可或缺的。

全球氦气资源总量约519亿立方米。美国、卡塔尔、阿尔及利亚和俄罗斯四国资源量总和占全球总量的88％。中国氦气资源量为11亿立方米，仅占世界2％左右，目前我国95％左右的氦气依赖进口。2019年我国共进口氦气4090吨。按照进口国分，卡塔尔为第一大进口国，占比61.23％；美国为第二大进口国，占比25.56％；澳大利亚为第三大进口国，占比12.79％；其余地区进口量占比不足0.5％。大量氦气进口仍无法满足中国市场日益增长的氦气需求。

近年来我国对氦资源的需求主要来源于光导纤维、电子领域以及医用核磁成像，预计2020年我国氦气需求量将增加至2240万立方米(即4400吨)。

我国已知的渭河、四川、塔里木、柴达木、松辽、渤海湾、苏北、海拉尔等8个盆地有含氦天然气。其中，四川盆地威远气田是我国首个实现氦气商业化利用的气田，也是目前我国惟一进行工业开采的氦气田，年产氦气5万立方米，产量远远无法满足自足。

氦气制备方法主要有4种，分别为天然气分离法、合成氨法(在合成氨中，从尾气分离提纯的氦)、空气分馏法和铀矿石法。其中，天然气分离法是目前唯一工业化获取氦的方法。

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。依据油气田里氦气储量的大小，可以将氦气田按规模分为特大型、大型、中型、小型、特小型气田，我国塔里木盆地的和田河气田，氦气含量为0.30％-0.37％，氦气资源量约1.96亿立方米，是我国第一个特大型富氦氦气田。

中国发明专利“天然气低温提氦系统及方法(专利号201210513423.4)”公开了一种低温提纯氦气的方法，采用后膨胀+氮循环制冷两塔分离技术，利用回收装置的自身冷量来降低能耗，由于天然气中氦气和氢气通常共同存在，采用深冷分离的方法难以使氢气和氦气分离，影响产品氦气浓度和收率。

中国实用新型“一种天然气液化含氦尾气提纯氦气的系统(专利号201920423931.0)”公开了一种膜分离、脱氧、多级脱氢、两段变压吸附的工艺。为提高膜分离效果，该工艺压力较高，能耗大，在第二段变压吸附得到高纯氦气，利用变压吸附的方法除去补充的氧气，在现有变压吸附技术中，存在无法将氧分离干净的问题。

发明内容

本发明基于氦气和氢气难以分离，同时深冷分离能耗较高的技术问题，提供一种从液化天然气尾气中提纯制备高纯氦气的方法，该方法采用多级脱氢、化学吸附脱氧、第一段变压吸附提纯高纯氦的工艺，可从液化天然气尾气中提纯制得99.999％以上的氦气产品，氦气收率高，纯度高；二段变压吸附的目的是为了提高氦气收率。

为了实现以上发明目的，本发明的具体技术方案为：

一种从液化天然气尾气中提纯制备高纯氦气的方法，包括以下步骤：含氦尾气经预热、电加热、多级脱氢、脱氧、冷却干燥、两段变压吸附(PSA)提浓制得高纯度氦气产品。