[发明专利]一种液化天然气联产液氦的工艺装置及方法

说明书

本发明公开了一种液化天然气联产液氦的工艺装置及方法，装置包括主换热器、脱氮塔、氦‑氮分离塔、甲烷回收塔、回流罐和氦液化器；所述主换热器与混合冷剂压缩机、水冷器和节流阀组成混合冷剂制冷循环系统；所述主换热器与氮气压缩机、水冷器和节流阀组成氮气制冷循环系统；所述主换热器与氦气压缩机、水冷器、节流阀和氦液化器组成氦气开式制冷循环系统。与现有技术相比，本发明的积极效果是：在保证LNG产品的同时，回收氦气并进行液化，在实现天然气产品多元化的同时能回收得到液氦产品。本发明中液化天然气中氮含量严格控制在1％以下，氦气回收率高达到99％以上。

技术领域

本发明涉及从含有氮、氦气的天然气中生产液化天然气和液氦的工艺装置及方法，特别适用于天然气中含有氦气的气质条件，达到同时生产液化天然气和液氦的目的。

背景技术

大部分天然气液化工厂产品仅为LNG和少量轻烃，而天然气中还有一定量的氦气并没有加以回收和利用。氦气的应用主要是作为保护气体，气冷式核反应堆的工作流体和超低温冷冻剂等等。氦气在卫星飞船发射、导弹武器工业、低温超导研究、半导体生产等方面具有重要用途。但氦气最主要的来源不是空气，而是天然气。氦气在干燥空气中含量极微，平均只有百万分之五，天然气中最高则可含7.5％的氦，是空气的一万五千倍。即使是氦气含量很低的天然气，也比空气中氦气含量高数万倍，因此天然气仍是目前世界上氦气的主要来源。

由于氦气资源匮乏、提取氦气的成本较高，因此开发一种液化天然气联产液氦的工艺装置及方法已非常必要。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种液化天然气联产液氦的工艺装置及方法，具有原料气适用范围较广、液化天然气产品质量高和液氦收率高能耗低的优点。

本发明所采用的技术方案是：一种液化天然气联产液氦的工艺装置，包括主换热器、脱氮塔、氦-氮分离塔、甲烷回收塔、回流罐和氦液化器，所述主换热器与脱氮塔连接，所述脱氮塔的气相出口依次与主换热器、氦-氮分离塔连接，所述脱氮塔的液相出口与主换热器连接，所述氦-氮分离塔的气相出口与氦液化器连接，所述氦-氮分离塔的液相出口与甲烷回收塔连接，所述甲烷回收塔的气相出口依次与氦液化器、回流罐连接，所述甲烷回收塔的液相出口依次与主换热器、氦-氮分离塔连接，所述回流罐的气相出口与主换热器连接，所述回流罐的液相出口与甲烷回收塔连接；所述主换热器与混合冷剂压缩机、水冷器和节流阀组成混合冷剂制冷循环系统；所述主换热器与氮气压缩机、水冷器和节流阀组成氮气制冷循环系统；所述主换热器与氦气压缩机、水冷器、节流阀和氦液化器组成氦气开式制冷循环系统。

本发明还提供了一种液化天然气联产液氦的工艺方法，包括如下步骤：

含氮气、氦气的原料天然气经过主换热器4被冷却至约-65℃时,从中抽出两股，一股作为脱氮塔塔底的重沸器加热热源，一股作为甲烷回收塔塔底的重沸器加热热源，其余原料气继续在主换热中冷却冷凝至约-123.6℃后与出重沸器的两股天然气混合，然后经节流降压至1.6MPa、-127.5℃后进入脱氮塔中进行精馏，其中：

从脱氮塔底部流出的-113.7℃的液相物流进入主换热器中被过冷至-158℃，然后经节流降压进入LNG储罐；从脱氮塔顶部流出的气相物流送至主换热器中继续冷凝冷却至约-178℃后从塔底进入氦-氮分离塔，其中：

从氦-氮分离塔顶部流出的气相物流送至氦气开式制冷循环系统的氦液化器中，与经过主换热器预冷后的氦气一起在氦液化器中冷却冷凝，然后一部分经过节流阀降压后作为制冷剂返回氦液化器中，另一部分经过节流阀节流至常压后作为液氦产品进入液氦储罐储存，液氦储罐中的氦气闪蒸气返回氦气开式制冷循环系统的氦液化器中；从氦-氮分离塔底部流出的-174℃的液相物流进入甲烷回收塔进行精馏，回收其中的甲烷。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

在保证LNG产品的同时，回收氦气并进行液化，在实现天然气产品多元化的同时能回收得到液氦产品。