[实用新型]一种自BOG中分离纯化氢与氦的系统

说明书

本实用新型涉及一种自BOG中分离纯化氢与氦的系统，所述系统包括依次连接的膜分离单元与吸附分离单元；所述膜分离单元包括依次连接的初级膜分离装置与深度膜分离装置；所述吸附分离单元包括串联连接的变压吸附单元与氢氦分离纯化单元。本方案开创性的实用新型了结合了膜分离与吸附分离等技术，实现了氦气和氢气从BOG中高效提取分离并分别纯化到电子级纯度。相对于现有技术，本实用新型大幅减少了能耗、缩短了系统流程，实现了模块化组合，从而提高了应用的灵活性。

技术领域

本实用新型涉及化工技术领域，涉及一种分离提纯的系统，尤其涉及一种自BOG中分离氢与氦的系统。

背景技术

原料天然气中主要含有CH₄(甲烷)，同时往往伴生有C₂H₆(乙烷)、C₃H₈(丙烷)、C₄H₁₀(正丁烷、异丁烷)和较重的C_XH_Y(X4)等烃类，同时含有H₂O(水)、H₂(氢气)、N₂ (氮气)、He(氦气)和酸性气体，诸如CO₂(二氧化碳)、H₂S(硫化氢)与C₂H₅SH(硫醇)。当天然气被冷却到-150℃至-162℃(视具体原料组分和压力而定)时，天然气被液化为液化天然气(LNG)，同时未被液化的称为闪蒸气(boiled off gas，BOG)，例如：沸点低于CH₄的气体，如N₂、H₂和He等尚未被液化。

经过一次或者多次闪蒸，以上不凝气的浓度相对在原料天然气中的各自比例被大幅提高了，基本上以上未被液化的不凝气体被浓缩了几十倍，甚至100倍，值得关注的是被浓缩后的BOG中He含量已经达到或者超过海外富氦气田中的含量。

国内外针对BOG中提取氦气出现了多种可行的方案，部分已经获得了工业化实施，例如：深冷法、液化法、变压吸附(PSA)法、膜分离，以及以上两种或多种方法的结合。

深冷方案的技术要点是要通过严格的计算来控制制冷量与消耗冷量之间的平衡，当系统中冷量控制不匹配，系统会产生温度骤升骤降的问题，当温度过高时，氦气无法被提取；当温度过低时，能耗大幅增加，甚至液体进入压缩机导致压缩机损坏。故深冷方案除能耗过高外，系统稳定性不良。

膜分离法虽然以其模块化和节能性具有很大的优势，但是膜分离只能获得浓度99％(最高不超过99.9％)的氦气；PSA方法非常成熟，但是对于低浓度的氦气提纯存在收率很低的问题。

虽然以上方法都得到了工业化应用，尚无法处理氦气和氢气的分离。液化法虽然可以实现较好的氦气和氢气分离，但是由于氦气和氢气的液化点很接近，无非彻底分离氦气和氢气，同时能耗非常高。

目前最常规的处理氦气和氢气的方法是通过加入过量氧气，通过催化氧化的方法将氢气氧化为水，然后分别除去水和过量的氧气，最终实现从氦气中净化掉氢气。但是，上述方案存在流程复杂，同时浪费了氢气。

氦气是一种稀有气体，且不可再生，氦气具有很多特殊的物理和化学性质，被广泛应用于核磁共振、泛半导体、检漏、飞艇，以及尖端科研和军事工业，同时氦气或者液氦在上述行业中具有不可替代性，而且国内的氦气或者液氦几乎完全来自海外。

氢气是一种应用广泛的大宗气体，其中超纯的氢气(99.999％，5N)以上，被广泛用于泛半导体、仪器分析和混合气等行业。同时，高纯氢气又是氢燃料电池汽车不可或缺的原料，当前氢气已然是一种资源。

本方案开创性的实用新型了结合了膜分离与吸附分离等技术，实现了氦气和氢气从BOG 中高效提取分离。相对于现有技术，本实用新型大幅减少了能耗、缩短了系统流程，而且在实现氦气提纯的同时，能够获得超纯氢气作为副产品。