[发明专利]一种BOG气体提纯氦的设备及其工艺

说明书

本发明公开了一种BOG气体提纯氦的设备及其工艺，涉及BOG气体提纯氦领域，包括一级催化脱氢反应器、冷却器、分子筛干燥器、原料气压缩机、换热器、膜分离器、真空泵，采用三级催化脱氢反应降低氦气提纯过程中的氢气，由于氢气和氦气的物理性质非常接近，因此无法使用变压吸附或者深冷工艺去除纯氦中的氢气，多级催化脱氢脱氢保证氦气的纯度，本发明采用膜分离的工艺，将原料的BOG气体浓缩至30倍，后续的氦气纯化过程的处理量降低，本发明采用膜前增压，膜后抽真空的方式增大气体分子的渗透系数，使用较少的膜面积使氦气达到较高的收率和纯度，氦气纯化器的解析气返回至原料气压缩机前，增加了氦气的回收率，整套装置氦气收率高到99%。

技术领域

本发明涉及BOG气体提纯氦领域，特别是一种BOG气体提纯氦的设备及其工艺。

背景技术

氦气因其低密度、低沸点和惰性的性质被广泛应用于航空航天、制冷、医疗、光纤、检漏、深海潜水、高精度焊接生产等领域。尤其在航天发射场，在采用液氢/液氧作燃料的航天运载火箭发射工程中，由于氦的低沸点及安全性而被广泛用于管路安全置换、火箭贮箱安全置换和飞行过程中火箭贮箱的增压补气以及部分低温部件的安全吹除，目前尚无其它产品可替代氦气功能。

氦是放射性衰变的产物，只在少部分天然气中以较高的浓度存在。天然气提氦是目前氦商业应用的唯一来源。

就天然气加工而言，天然气深冷加工按加工温度从高到低的顺序分别为乙烷回收（-100℃）、天然气液化（-160℃）、天然气脱氮（-190℃）。在LNG液化过程中，其中的氦、氢等不凝性气体不断浓缩富集，存在于BOG气体中。天然气中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。

但BOG提氦深冷工中，随着制冷温度的不断降低，单位制冷量的能量消耗急剧增加，设备的设计制造与操作运行都提出了更高、更苛刻的要求，天然气为多组分混合物，低温相平衡是天然气深冷提氦的基础，由于物质凝固点和溶解度的限制，随制冷温度的降低，更多物质会引起低温堵塞，天然气中微量氢的富集与浓缩使氦气的高纯度受到限制。

发明内容

为解决以上现有技术问题，本发明公开了一种BOG气体提纯氦的设备及其工艺，包括如下内容：

第一方面，本发明提供了一种BOG气体提纯氦的设备，包括一级催化脱氢反应器、冷却器、分子筛干燥器、原料气压缩机、换热器、膜分离器、真空泵、二级催化脱氢反应器、氦气纯化器、三级催化脱氢反应器、氦气增压机、数显式供气汇流排装置以及氦气瓶，其特征在于，所述一级催化脱氢反应器输出端与冷却器输入端相连接，所述冷却器输出端与分子筛干燥器输入端相连接，所述分子筛干燥器输出端与原料气压缩机输入端相连接，所述原料气压缩机输出端与换热器输入端相连接，所述换热器输出端与膜分离器输入端相连接，所述膜分离器渗透气端与真空泵输入端相连接，所述真空泵输出端与二级催化脱氢反应器输入端相连接，所述二级催化脱氢反应器输出端与氦气纯化器输入端相连接，所述氦气纯化器净化气输出端与三级催化脱氢反应器输入端相连接，所述三级催化脱氢反应器输出端与氦气增压机输入端相连接，所述氦气增压机输出端与数显式供气汇流排装置输入端相连接，所述数显式供气汇流排装置输出端与氦气瓶相连接。

优选的，所述一级催化脱氢反应器输入端安装有BOG原料气去提氦装置手阀，所述一级催化脱氢反应器输入端位于BOG原料气去提氦装置手阀一侧安装有BOG原料气去燃料气管网手阀，所述膜分离器非渗透气输出端山安装有膜分离器非渗透气去BOG燃料气手阀，所述氦气纯化器解析气输出端与原料气压缩机输入端相连接。

优选的，所述冷却器采用水冷却器或风冷却器中的一种，所述换热器采用蒸汽加热器或者电加热器中的一种。

优选的，所述膜分离器为单级膜分离装置或二级膜分离装置或多级膜分离装置中的一种。

优选的，所述氦气纯化器为变压吸附纯化器或深冷冷凝纯化器。

优选的，所述氦气瓶容积为40L或者50L中的一种。