一种联产LNG的天然气提氦工艺

本发明属于化工分离，涉及天然气提氦，具体涉及一种联产lng天然气低温-膜分离提氦工艺。

背景技术：

1、氦气是一种无色、无味的稀有气体，也是已知沸点最低(-268.9℃)的气体。氦气具有密度小、极惰性、不易液化、稳定性好、扩散性强、溶解度低等性质。氦气资源是一种有限且不可再生资源，目前尚未发现以氦气为主的氦气气藏。氦气在国防、航空航天、核工业、低温超导、科研、医疗、电子工业的惰性保护等领域具有不可替代的作用，是战略资源。

2、从天然气中提取氦，特别是在天然气液化过程中从不凝尾气中提取氦，是目前氦资源化利用的唯一途径。随着经济发展的需要，氦气的需求量也日益增加。为了保障我国氦气使用需求，研究氦气的提取工艺，如何降低提氦能耗成本以及提升氦气纯度，具有十分重要的意义。

3、单纯把天然气液化工艺与提氦工艺联合后，生产出的氦气浓度较低，在后续应用中还需要再处理；联产工艺氦气回收率较高，能够提高液化率，具有能耗低、产品产量高等优点。因而建立了一种联产lng的天然气提氦工艺。

技术实现思路

1、针对现有天然气提氦技术中存在的投资大、运行成本高、能耗高等问题，本发明的目的旨在提供一种联产lng的天然气提氦工艺，该工艺采用两级混合冷剂制冷和双塔低温精馏提取粗氦的技术方案，同时能生产lng和粗氦，该工艺与其他工艺在相同条件下，氦气回收率高、能耗低、操作温度低、lng产量及回收率高、设备投资少。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种联产lng的天然气提氦工艺，包括粗氦提取单元、换热单元、一级制冷单元和二级制冷单元；

3、所述粗氦提取单元包括一级提氦塔t-1、二级提氦塔t-2、节流阀v-4以及分离器s-2；所述换热单元包括换热器hx-1、换热器hx-2、换热器hx-3、换热器hx-4；所述一级制冷单元包括节流阀v-1、冷却器e-1、压缩机k-1和压缩机k-2；所述二级制冷单元包括分离器s-1、节流阀v-2、节流阀v-3、压缩机k-3、冷却器e-2；

4、所述粗氦提取单元，原料气进气管道与换热器hx-1连接，所述换热器hx-1、换热器hx-2、换热器hx-3、一级提氦塔t-1依次连通；所述一级提氦塔t-1塔顶、换热器hx-4、二级提氦塔t-2依次连通；所述一级提氦塔t-1塔底、换热器hx-4、节流阀v-4、分离器s-2依次连通；所述二级提氦塔t-2塔顶、换热器hx-4、换热器hx-3、换热器hx-2、换热器hx-1依次连通；所述二级提氦塔t-2塔底生产出液氮；

5、所述一级制冷单元，压缩机k-2的出口、压缩机k-1、冷却器e-1、换热器hx-1、换热器hx-2、压缩机k-2入口依次连通；换热器hx-1、节流阀v-4、换热器hx-1、压缩机k-1入口连通，如此循环；

6、所述二级制冷单元，压缩机k-3出口、冷却器e-2、换热器hx-1、换热器hx-2、分离器s-1依次连通；分离器s-1顶部、换热器hx-3、换热器hx-4、节流阀v-3、换热器hx-4、换热器hx-3、压缩机k-3入口依次连通；分离器s-1底部、换热器hx-3、节流阀v-2、换热器hx-3、压缩机k-3入口依次连通，如此循环。

7、上述联产lng的天然气提氦工艺，原料气可以是常温的、任意压力的含氦天然气，所适用的原料气条件范围较广。

8、上述联产lng的天然气提氦工艺，换热器包括换热器hx-1、换热器hx-2、换热器hx-3、换热器hx-4，其主要作用是在该装置生产中实现热量交换和传递，是本领域中常规设备。在本发明中，所述换热器hx-1内设置有第一换热通道、第二换热通道、第三换热通道、第四换热通道、第五换热通道；

9、原料气体进气管道与第五换热通道的首端连接，第五换热通道的末端通过管道与换热器hx-2连接；第一换热通道首端通过管道与压缩机k-1入口连接，第一换热通道末端通过管道与节流阀v-1连接；第二换热通道首端通过管道生产粗氦，第二换热通道末端通过管道与换热器hx-2连接；第三换热通道首端通过管道与冷却器e-1连接，第三换热通道末端通过管道与换热器换热器hx-2连接；第四换热通道首端通过管道与冷却器e-2入口连接，第四换热通道末端通过管道与换热器hx-2连接。

10、在本发明中，所述换热器hx-2内设置有第六换热通道、第七换热通道、第八换热通道、第九换热通道、第十换热通道；

11、第六换热通道首端通过管道与压缩机k-2连接，第六换热通道末端通过管道与第八换热通道末端连接；第七换热通道首端通过管道与换热器hx-1第二换热通道末端连接，第七换热通道末端通过管道与换热器hx-3连接；第八换热通道首端通过管道与换热器hx-1第三换热通道末端连接，第八换热通道末端通过管道与第六换热通道末端连接；第九换热通道首端通过管道与换热器hx-1第四换热通道末端连接，第九换热通道末端通过管道与分离器s-1连接。第十换热通道首端通过管道与换热器hx-1第五换热通道末端连接，，第十换热通道末端通过管道与换热器hx-3连接。

12、在本发明中，所述换热器hx-3内设置有第十一换热通道、第十二换热通道、第十三换热通道、第十四换热通道、第十五换热通道；

13、第十一换热通道首端通过管道与压缩机k-3连接，第十一换热通道末端通过管道与换热器hx-4连接；第十二换热通道首端通过管道与换热器hx-2第七换热通道末端连接，第十二换热通道末端通过管道与换热器hx-4连接；第十三换热通道首端通过管道与分离器s-1底部连接，第十三换热通道末端通过管道与节流阀v-2连接；第十四换热通道首端通过管道与分离器s-1顶部连接，第十四换热通道末端通过管道与换热器hx-4连接，第十五换热通道首端通过管道与换热器hx-2第十换热通道末端连接，第十五换热通道末端通过管道与一级提氦塔t-1连接。

14、在本发明中，所述换热器hx-4内设置有第十六换热通道、第十七换热通道、第十八换热通道、第十九换热通道、第二十换热通道；

15、第十六换热通道首端通过管道与换热器hx-3第十一换热通道末端连接，第十六换热通道末端通过管道与节流阀v-3出口连接；第十七换热通道首端通过管道与换热器hx-3第十二换热通道末端连接，第十七换热通道末端通过管道与二级提氦塔t-2连接；第十八换热通道首端通过管道与换热器hx-3第十三换热通道末端连接，第十八换热通道末端通过管道与节流阀v-3入口连接；第十九换热通道首端通过管道与一级提氦塔t-1塔顶连接，第十九换热通道末端通过管道与二级提氦塔t-2连接；第二十换热通道首端通过管道与一级提氦塔t-1塔底连接，第二十换热通道末端通过管道与节流阀v-4连接。

16、上述联产lng的天然气提氦工艺，由换热器hx-1第五换热通道、换热器hx-2第十换热通道、换热器hx-3第十五换热通道、一级提氦塔t-1塔顶、换热器hx-4第十九换热通道、二级提氦塔t-2、换热器hx-4第十七换热通道、换热器hx-3第十二换热通道、换热器hx-2第七换热通道、换热器hx-1第二换热通道以及相邻元部件之间的连接管道共同构成粗氦制取回路；由一级提氦塔t-1塔底、换热器hx-4第二十换热通道、分离器s-2以及相邻元部件之间的连接管道共同构成lng制取回路。

17、上述联产的lng天然气提氦工艺，两级制冷系统，通常采用包含氮气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷组成的混合冷剂作为循环制冷剂，借助不同组分的不同冷凝温度，逐次进行节流和气化，来对天然气中的对应组分进行冷凝，从而达到制冷的目的。

18、上述联产lng的天然气提氦工艺，两级制冷系统为换热器提供冷量，采用氮气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷组成的混合冷剂作为循环制冷剂。

19、与现有技术相比较，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

20、(1)本发明提供的适用于联产lng的天然气提氦工艺，通过换热器、一级提氦塔和二级提氦塔对原料天然气中的氦气进行浓缩，使得气相物料中氦气浓度升高，得到粗氦产品。本发明在传统天然气液化工艺和天然气提氦工艺的基础上，对两种工艺进行集成。工艺的集成使得设备投资减少和冷能的循环使用，减少了资源的浪费。

21、(2)本发明提供的适用于联产lng的天然气提氦工艺，粗氦提取单元采用混合冷剂制冷工艺，生产出的粗氦产品浓度高、氦气回收率高、装置综合能耗低、装置最低操作温度低、lng液化率高和设备投资少。