[实用新型]一种从天然气中提取氦气的装置

说明书

本实用新型涉及一种从天然气中提取氦气的装置，包括PSA单元、压缩机及位于冷箱内的深冷分离单元和制冷单元；所述PSA单元具有与外部管网连接的天然气入口和输出提浓后天然气的天然气送出口，所述PSA单元与下级压缩机联通，所述压缩机进入冷箱后依次联通初级换热器、精馏塔的塔底，塔底再依次联通初级换热器、节流阀和精馏塔；精馏后液相依次流经塔底的冷凝液出口、初级换热器、天然气送出口后并入天然气管网；精馏后气相依次流经深冷换热器、分离器进行分离，分离器底部的液氮通过节流阀节流降温至‑200℃后给内纯化器降温，后经富氮气出口排出；具有能耗低、氦气回收率高、投资省、操作灵活、变工况适应能力强等特征。

技术领域

本实用新型涉及气体分离装置领域，具体是一种从天然气中提取氦气的装置。

背景技术

氦气的特殊性质之一是其沸点约为－269℃，是已知的沸点最低的物质。此外氦气还具有比热大、导热率高的特点，可用于冷却用途。比如，在光纤制造工序中，可用于冷却熔融成型的玻璃，在半导体制造的溅射工序中，可用于冷却高温的硅晶圆。而且，在利用超导线圈的MRI(核磁共振成像)设备及MEG(脑磁仪)等医疗设备中，氦气也不可或缺。另外，氦气的分子量较小，而且与氢气不同，具有惰性，十分稳定，因此填充到气球中也很安全。此外其分子直径也很小，因此还广泛用于气密性检查方面的用途。

如果仅以冷却为目的，可用氮气替代氦气，如果仅作为惰性气体利用，可用氩气代替。不过，在利用氦气多种特性的光纤及半导体制造等用途中，却很难有其他替代原料。

氦气通常是从含量比例较高的天然气中提取。虽然天然气田为数众多，但能开采出氦气的气田没有大幅增加的倾向。原因是，能够以合算的成本提取氦的气田有限。最近大力开采的页岩气田也无法提取氦气。

我国主要含油气盆地的含氦天然气资料显示，氦气分布广泛，层位众多，但研究程度低。目前，已知渭河、四川、塔里木、柴达木、松辽、渤海湾、苏北、海拉尔等8 个盆地发现有含氦天然气显示。总体而言，西部大型叠合盆地、东部郯庐断裂带具有氦 气资源前景。四川盆地威远气田是我国首个实现氦气商业化利用的气田，也是目前我国 唯一进行工业开采的氦气田。

天然气提氦工艺有深冷法与非深冷工艺之分，深冷工艺仍是工业化的主要选择方法。非低温法主要采用膜分离和变压吸附。我国研究的膜分离技术采用国产聚砜/硅橡 胶中空纤维膜，常温下经一级膜分离可使氦浓缩5～5.5倍,氦收率达到63～75％。但该 工艺技术还没工业化，同时膜的可靠性和稳定还需进一步研究证明。

低温法中，现有的外部制冷工艺虽可联产LNG，但能耗高，而前膨胀制冷工艺， 提氦塔操作压力较低，操作温度低(最低-192C°)，对塔体材质要求高，在到达相同氦气 浓度的情况下，冷量需求大，能耗高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种从天然气中提取氦气的装置，以解决现有技术中存在的缺陷。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种从天然气中提取氦气的装置，包括PSA单元、压缩机及位于冷箱内的深冷分离单元和制冷单元；所述PSA单元具有与外部管网连接的天然气入口和输出提浓后天然气的天然气送出口，所述PSA单元与下级压缩机联通，所述压缩机进入冷箱后依次联通初级换热器、精馏塔的塔底，所述精馏塔的塔底再依次联通初级换热器、节流阀和精馏塔；精馏后液相依次流经塔底的冷凝液出口、初级换热器、天然气送出口后并入天然气管网；精馏后气相依次流经深冷换热器、分离器进行分离，分离器底部的液氮通过节流阀节流降温至-200℃后给内纯化器降温，后经富氮气出口排出；分离器顶部的氦气依次流经内纯化器、深冷换热器、初级换热器后通过高纯氦出口排出；

进一步的，所述压缩机选用膜压机、活塞压缩机和螺杆压缩机中的一种；

进一步的，所述冷箱包括提供深冷分离所需冷量的制冷单元，所述制冷单元采用氮膨胀剂冷循环；