[发明专利]氦气回收的深冷分离系统

说明书

本发明涉及石油化工领域，具体涉及一种氦气回收的深冷分离系统，包括主换热器、闪蒸装置、脱氮塔、制冷单元；还包括连接至主换热器的BOG管路，主换热器通过管路连接至闪蒸装置；闪蒸装置顶部通过管路连接至主换热器，主换热器上设置有粗氦气管路；闪蒸装置底部通过管路、阀门以及管路连接至脱氮塔中部；脱氮塔顶部通过氮气管路连接至主换热器，主换热器上设置有氮气排出管；脱氮塔底部通过甲烷管路连接至主换热器，主换热器上设置有燃料气排出管；所述制冷单元能够为整个系统提供冷量。本发明的优点在于：相对于现有技术，在进行氦气回收时，可直接副产纯氮和燃料气，分离出的粗氦气中杂质较少，下游氦气精制设施负荷较小。

技术领域

本发明涉及石油化工领域，具体涉及一种氦气回收的深冷分离系统。

背景技术

目前，常规的氦气提取方法主要有：冷凝法(深冷分离)、空分法、氢液化法、膜分离法、变压吸附法等，其中冷凝法应用于天然气氦气的提取，空分法应用于大气中氦气的提取，氢液化法应用于合成氨尾气中氦气的提取，膜分离法仅应用于氦气的粗提(通常粗氦中的氦组分含量不高)，变压吸附法则通常用于粗氦气精制。

原料天然气中氦组分的分离通常只能采用冷凝法或膜分离，例如公开号为CN111974175A的中国发明专利申请，公开了一种膜法天然气提氦方法和设备，包括：使用第一脱氢器对原料气进行脱氢预处理，得到第一气体；将第一气体依次通过多级渗透膜，由多级渗透膜对第一气体依次进行氦气分离，得到粗氦气体；将粗氦气体输送至第二脱氢器，由第二脱氢器对粗氦气体进行脱氢后处理，得到第二气体；对第二气体进行提纯处理，得到氦气。本申请的膜法天然气提氦方法，通过采用渗透膜，借助渗透膜两侧气体的分压差作为推动力，通过溶解—扩散—解析等步骤，产生组分间传递速率的差异来实现气体分离的目的。

但膜分离无法进行氮和甲烷组分的分离，当需要将氮与甲烷组分分离时只能选择冷凝法。如果直接采用冷凝法回收原料天然气中氦气不具有经济性，但当天然气液化成LNG再经减压送至平底储罐后，平底储罐中的闪蒸气中会聚集大量的低沸点组分(He、H₂、N₂相较于CH₄常压沸点更低)，在闪蒸气(BOG)中直接提取粗氦气，再送至下游氦气精制单元(膜分离+变压吸附)进行精制，有一定的经济性，但冷凝法也有一定的局限性。

采用常规的直接冷凝法即将原料BOG部分冷凝，再将部分冷凝后的BOG进行气液分离，闪蒸可以回收绝大部分氦组分，但无法将溶解的氦组分闪蒸出来，此外也无法直接副产纯氮和合格的液化天然气(BOG再液化时氮组分较高，不符合LNG产品中N₂组分1.0v％的含量要求)。

如果不副产LNG，那么可以将再液化的富甲烷(用作燃料气部分除外)需要返回到原LNG工艺装置的原料天然气管线再循环至整个LNG生产设施进行再液化，提氦与原LNG工艺装置存在互相干扰的问题，增加了操作的复杂程度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：

现有技术中在进行氦气回收时，无法直接副产纯氮和燃料气，以及分离出的粗氦气中杂质较多而增加下游氦气精制设施负荷的技术问题。

本发明是通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种氦气回收的深冷分离系统，包括主换热器(E200)、闪蒸装置、脱氮塔(T200)、制冷单元；

还包括连接至主换热器(E200)的BOG管路(01)，主换热器(E200)通过管路(02)连接至闪蒸装置；

闪蒸装置顶部通过管路(03)连接至主换热器(E200)，主换热器(E200)上设置有粗氦气管路(04)；

闪蒸装置底部通过管路(07)、阀门以及管路(08)连接至脱氮塔(T200)中部；

脱氮塔(T200)顶部通过氮气管路(09)连接至主换热器(E200)，主换热器(E200)上设置有氮气排出管(10)；