一种液化天然气BOG尾气提取高纯氦气的方法与流程

本发明涉及天然气bog尾气提氦，具体为一种液化天然气bog尾气提取高纯氦气的方法。

背景技术：

1、氦气在科学研究、芯片、医学和高科技行业具有重要用途，特别是随着芯片等行业的快速发展大量消耗，对氦气的需求量急剧增大，氦气是一种稀有气体，具有稳定的化学特征，不与其他元素发生反应，氦气具有不可再生性和不可替代性，这种特征使得氦气成为高科技制造领域的重要元素之一，无论是火箭燃料的保护层，还是电脑芯片制造的隔离环境都要用到这一元素。

2、液化天然气(lng)是通过将天然气冷却至低温并压缩成液态形式而得到的，lng中含有众多组分，其中之一是氦气，当lng被再加热恢复到气态时，称为气态再生液化天然气(grlng)，在这个过程中，天然气中的一部分氦气会通过蒸发出来，形成“bog尾气”(废气)，bog尾气中的氦气可以被提取和回收，以获得高纯度的氦气，提取出来的高纯度氦气可以用于各种应用，例如气体冷却、气体焊接、超导研究、氦气探测等等，这种氦气提取过程是一种有效的资源利用方式，并有助于减少bog尾气对环境的负面影响。

3、天然气bog尾气中不仅富集了氦、氮、氩还富集部分氢气，一般bog尾气中氮气含量比较高，氮气浓度达到80-90％，甲烷浓度达到3％以上，氦含量低于10％，氢含量低于1％，对于这类bog尾气需要进一步浓缩脱氮、脱碳氢化合物，使粗氦中氢含量不超过4％，对于低浓度氢含量的粗氦通过触媒炉使氢与氧反应生成水，通过吸附剂脱水，但是，含氮粗氦中通常含有甲烷等碳氢化合物。

4、目前，现有技术在对含甲烷等碳氢化合物的含氮粗氦进行加氧脱氢时，容易出现反应温度过高而损坏设备的现象，如果不将大量氮气脱除，在设备制造的过程中将消耗几倍的催化剂及吸附剂，容易造成资源的浪费，从而不利于高纯度氦气的提取；因此，不满足现有的需求，对此我们提出了一种液化天然气bog尾气提取高纯氦气的方法。

技术实现思路

1、本发明提供了一种液化天然气bog尾气提取高纯氦气的方法，具备便于利用液化天然气bog尾气来提取高纯氦气的有益效果，解决了上述背景技术中所提到现有技术在对含甲烷等碳氢化合物的含氮粗氦进行加氧脱氢时，容易出现反应温度过高而损坏设备的现象，如果不将大量氮气脱除，在设备制造的过程中将消耗几倍的催化剂及吸附剂，容易造成资源的浪费，从而不利于高纯度氦气提取的问题。

2、本发明提供如下技术方案：一种液化天然气bog尾气提取高纯氦气的方法，包括以下具体步骤：

3、s1.原料的处理：尾气原料通过压缩后进入冷箱冷却至液化温度，随后进入精馏塔中进行部分液化，再经过解压后进入所述精馏塔中进行精馏，所述尾气原料是含有氦、氮、氢以及甲烷的液化天然气bog尾气，在所述精馏塔的塔顶得到氦氮混合物，从所述精馏塔的不凝气体抽口抽取含有高浓度氦的氦氮氢混合物进入第一主换热器中复热至常温，所述冷箱内包括所述第一主换热器，所述尾气原料即通过所述第一主换热器进行冷却；所述精馏塔内包括再沸器，冷却后的所述尾气原料即通过所述再沸器进行部分液化，所述精馏塔内还包括第一冷凝蒸发器以及第二冷凝蒸发器，所述氦氮混合物进入所述第一冷凝蒸发器及所述第二冷凝蒸发器中，冷凝成液体返回所述精馏塔作为所述精馏塔的回流液，所述尾气原料经过所述精馏塔的精馏后，在所述精馏塔的塔釜中得到不含氦气的氮气、甲烷等重组分混合物液体，经减压后进入所述第一冷凝蒸发器中蒸发，蒸发后的不纯氮气、甲烷混合物可以被复热后回收；

4、s2.混合气体的除氢：复热后的所述氦氮氢混合物，与氧气混合后进入触媒炉进行反应，所述氦氮氢混合物中含有氢气，氢气与氧气在常温下发生化学反应生成水，再进入第一脱水吸附器和第二脱水吸附器，分离及吸附其中的水份，除去所述氦氮氢混合物中的氢气，得到粗制的氦氮混合物，再次通过所述第一主换热器的冷却，进入液化器被液化后进入第一气液分离器，将部分液氮进行分离，从所述第一气液分离器中抽出气相的所述氦氮混合物，将其通过所述第一主换热器进行复热；

5、s3.氦气的提纯：复热后的所述氦氮混合物，进入低温绝热容器，冷却至液氮温度，所述低温绝热容器内包括第二主换热器和第三主换热器，复热后的所述氦氮混合物，即是进入所述第二主换热器中进行的冷却，并进入浸泡在负压液氮中的所述第三主换热器中冷却至液氮温度，随后进入第二气液分离器中，将所述氦氮混合物中的大部分液氮分离，得到气相的粗氦，所述精馏塔的塔顶得到的所述氦氮混合物，分二股分别进入所述第一冷凝蒸发器及所述第二冷凝蒸发器中冷凝成液体，返回所述精馏塔作为所述精馏塔的回流液，浓缩的所述粗氦的混合气从所述第一冷凝蒸发器和所述第二冷凝蒸发器的不凝气抽口取出，所述粗氦进入脱氮吸附器中，脱除氦气中含有的氧氮杂质,再经所述第二主换热器复热，出所述低温绝热容器，得到高纯氦气，所述高纯氦气即可作为产品使用或进行充装。

6、作为本发明所述的一种液化天然气bog尾气提取高纯氦气的方法可选方案，其中：液氮作为补充所述冷箱的冷源，进入所述液化器中用于液化所述氦氮混合物，液氮被蒸发为气氮与蒸发后的低温氮气汇合，进入所述第一主换热器中复热回收冷量，液氮进入所述低温绝热容器、所述第二气液分离器以及所述脱氮吸附器工作时浸泡在液氮中，所述低温绝热容器的负压采用真空泵获得。

7、作为本发明所述的一种液化天然气bog尾气提取高纯氦气的方法可选方案，其中：所述第一气液分离器底部分离出的液氮得到综合利用：所述精馏塔设置有所述第一冷凝蒸发器和所述第二冷凝蒸发器，且它们的冷源分别来源于所述精馏塔塔釜的不纯液氮在所述第一冷凝蒸发器中蒸发及所述第一气液分离器底部的液氮在所述第二冷凝蒸发器中蒸发而来，所述精馏塔塔顶氮气为液氮作为所述精馏塔的回流液。

8、作为本发明所述的一种液化天然气bog尾气提取高纯氦气的方法可选方案，其中：所述精馏塔的所述第一冷凝蒸发器所蒸发的含甲烷的所述氦氮混合物，以及所述第二冷凝蒸发器所蒸发的纯氮气分别进入所述第一主换热器中复热，常温的纯氮可以作为所述第一脱水吸附器和所述第二脱水吸附器的再生气体进行综合利用。

9、本发明具备以下有益效果：

10、1、该液化天然气bog尾气提取高纯氦气的方法，采用低温精馏预浓缩粗氦，加氧除氢及二次冷却脱氮，再低温吸附脱氧氮的工艺路线提取高纯氦气，将粗氦中碳氢化合物通过精馏脱除，第一气液分离器与精馏塔位于同一冷箱中，通过二次液氮冷却分离粗氦中氮混合气液化，并通过闪蒸方法将液氢从粗氦中分离出来，并将分离的液氮用于精馏塔的冷量来源。

11、2、该液化天然气bog尾气提取高纯氦气的方法，通过精馏塔脱碳氢混合物并初步浓缩脱氮，控制氦气中氢的含量，使氢含量低于4％，避免同时脱除氢气及碳氢化合物造成触媒炉反应温度过高的风险，提高了粗氦脱氢的安全性。

12、3、该液化天然气bog尾气提取高纯氦气的方法，提取高纯氦气的过程中，产生的中间产物以及其他产物得到充分的回收利用，以及对液氮冷源的回收进行综合利用，减少了资源的浪费。

技术特征：

1.一种液化天然气bog尾气提取高纯氦气的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

2.根据权利要求1所述的一种液化天然气bog尾气提取高纯氦气的方法，其特征在于：液氮作为补充所述冷箱(b101)的冷源，进入所述液化器(k4)中用于液化所述氦氮混合物(503)，液氮被蒸发为气氮与蒸发后的低温氮气汇合，进入所述第一主换热器(e1)中复热回收冷量，液氮进入所述低温绝热容器(b201)、所述第二气液分离器(s201)以及所述脱氮吸附器(a201)工作时浸泡在液氮中，所述低温绝热容器(b201)的负压采用真空泵获得。

3.根据权利要求1所述的一种液化天然气bog尾气提取高纯氦气的方法，其特征在于：所述第一气液分离器(s101)底部分离出的液氮得到综合利用：所述精馏塔(c1)设置有所述第一冷凝蒸发器(k2)和所述第二冷凝蒸发器(k3)，且它们的冷源分别来源于所述精馏塔(c1)塔釜的不纯液氮在所述第一冷凝蒸发器(k2)中蒸发及所述第一气液分离器(s101)底部的液氮在所述第二冷凝蒸发器(k3)中蒸发而来，所述精馏塔(c1)塔顶氮气为液氮作为所述精馏塔(c1)的回流液。

4.根据权利要求1所述的一种液化天然气bog尾气提取高纯氦气的方法，其特征在于：所述精馏塔(c1)的所述第一冷凝蒸发器(k2)所蒸发的含甲烷的所述氦氮混合物(503)，以及所述第二冷凝蒸发器(k3)所蒸发的纯氮气分别进入所述第一主换热器(e1)中复热，常温的纯氮可以作为所述第一脱水吸附器(x201)和所述第二脱水吸附器(x202)的再生气体进行综合利用。

技术总结本发明涉及天然气BOG尾气提氦技术领域，且公开了一种液化天然气BOG尾气提取高纯氦气的方法，包括以下具体步骤：S1.尾气原料冷却后进入精馏塔中部分液化和精馏，得到氦氮混合物，从精馏塔抽取含高浓度氦的氦氮氢混合物并复热至常温，S2.氦氮氢混合物与氧气混合反应，除去其中的氢气，得到粗制的氦氮混合物，S3.氦氮混合物冷却至液氮温度后将大部分液氮分离，得到的气相粗氦进入脱氮吸附器中，脱除氦气中的氧氮杂质；采用低温精馏预浓缩粗氦，加氧除氢及二次冷却脱氮，再低温吸附脱氧氮的工艺路线提取高纯氦气，将粗氦中碳氢化合物通过精馏脱除，通过二次液氮冷却分离粗氦中氮混合气液化，并通过闪蒸方法将液氢从粗氦中分离，得到高纯氦气。技术研发人员：周大荣,俞俊受保护的技术使用者：上海启元气体发展有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27