[发明专利]一种双塔天然气氦回收方法

说明书

本发明公开了一种双塔天然气氦回收方法，涉及天然气加工工艺技术领域，该方法采用双塔提氦工艺，氦气提浓塔和氦气回收塔均采用具有温度梯度的多股进料方式，氦气提浓塔和氦气回收塔部分塔底出料分别在主冷箱和氦气回收冷箱中升温后回流；氦气回收塔塔顶气相在氦气回收冷箱中升温，作为粗氦产品进入后续提纯单元。氦气提浓塔采用提馏塔，利用塔顶物流温位来控制塔顶出料中氦气含量，提高了氦气回收塔进料中氦气浓度，减少了氦气回收塔塔顶所需冷量。本发明适合于不同氦气含量的含氦天然气氦气回收系统，当天然气中氦气含量较低(天然气中氦气含量低于0.5％)时，系统节能优势明显，具有系统热集成度高、能耗低、投资小、氦气回收率高等特点。

技术领域

本发明涉及天然气加工工艺技术领域，特别涉及一种天然气氦气回收方法。

背景技术

氦气是国防军工和高科技产业发展不可或缺的稀有战略物资之一。我国氦气资源相当贫乏，基本依赖进口，且天然气中氦气含量低，提取难度大，成本高，本发明提出的一种双塔天然气氦气回收方法，对于保障国家用氦安全和促进我国天然气提氦工业发展具有重要的现实意义。

专利CN101975503A《改良的天然气提氦工艺》中发明者等人提出了一种天然气提氦工艺，该工艺采用了一个精馏塔，其工艺主要缺点是流程氦气浓度低，提氦系统不完整，还需进一步对天然气中的氦气分离提浓。

专利CN111578621A《一种可切换天然气两塔提氦装置及工艺》中发明者提出了两塔提氦工艺，该流程的一次氦气提浓塔和二次氦气提浓塔采用传统的精馏塔，分别设置了冷凝器和重沸器，两塔将重沸器和冷凝器分别放置在塔内和塔顶，未充分理解低温分离提氦的特点，流程中冷热物流热集成度较低。一次氦气提浓塔主要作用是提高原料气中的氦气浓度，无需控制塔顶出料物流的产品组成，直接可采用提馏塔的方式，一次氦气提浓塔不需要设置塔顶冷凝器和回流罐。氦气回收塔塔顶冷源采用氮气制冷循环，氮气制冷循环的各个物流均位于氦气回收冷箱中，冷热物流温差太大(40℃～-180℃)，有效能损失较大。此方法主要不足是一次氦气提浓塔不需要冷凝器和回流罐，应采用提馏塔形式，工艺设备多。将氮气制冷循环置于氦气回收冷箱中，换热温差大，热集成度低。

专利CN112179048A《一种贫氦天然气轻烃回收与提氦的联产系统和方法》中发明者等人提出了天然气轻烃回收与提氦联产系统，虽然联产系统提高了系统的热集成度，但是提氦部分采用的是闪蒸分离法，而闪蒸分离法存在氦气回收率和氦气纯度低(实例中氦气浓度为 38.03％)，增加了后续氦气提纯的难度和负荷。

现有提氦专利中主要存在流程复杂、设备多、氦气回收率低、提氦塔设置不合理等问题。

发明内容

针对现有天然气氦气回收方法存在的能耗高、流程复杂、氦气回收率低以及粗氦产品纯度低等问题，将低温精馏和提氦工艺流程相结合，本发明提供了一种天然气氦气回收方法，开发了一种双塔天然气双塔氦气回收，该方法适用于不同氦气含量的含氦天然气氦气回收系统，当原料气中氦气含量较低(天然气中氦气含量低于0.5％)时，节能优势明显。该流程采用双塔提氦，提浓塔采用具有温度梯度的多股进料方式，大幅度降低了提浓塔的有效能损失，氦气提浓塔和氦气回收塔采用塔底部分物流复热的方式为塔底提供热源，氦气回收塔的冷量和两塔塔底的热源分别通过物流换热的形式获得，大幅度提高了流程的热集成度，降低了系统总压缩功。其双塔氦气回收工艺流程如图1所示。

本发明提供的天然气氦气回收方法，其流程特征描述如下：