[发明专利]在液化天然气生产过程中提取高纯氦气的工艺及装置

说明书

本发明涉及在液化天然气生产过程中提取高纯氦气的工艺，包括以下步骤：在原料天然气降温液化后、进入LNG储罐前提取BOG；对BOG二次降温液化分离出含氢粗氦气；将含氢粗氦气催化脱氢、脱水、变压吸附脱氮气、脱氖气后得到高纯氦气；在粗氦气催化脱氢反应前，在含氢粗氦气中掺入部分高纯氦气；本发明还涉及在液化天然气生产过程中提取高纯氦气的装置，包括通过管路依次设置于氦气提取路径上的一级低温换热器、第一节流阀、低温分离器、一级压缩机、二级低温分离器、第三节流阀、脱氮塔、催化脱氢反应器、脱水器、变压吸附器和氦气储罐；本发明的工艺和装置流程设计合理、操作简单、氦气的提取效率高，最终提取的高纯氦气浓度可达99.999％。

技术领域

本发明属于气体分离技术领域，具体涉及在液化天然气生产过程中提取高纯氦气的工艺及装置。

背景技术

氦气是一种极轻的无色、无味、无毒且不燃烧的单原子惰性气体。在已知的所有气体中，氦气的沸点最低，在-268.934℃(4.18K)时发生液化，接近绝对零度-273.15℃，是人类发现最难液化的一种气体。氦气是一种稀有战略性资源，被广泛应用于国防军工、航空航天、医疗卫生、半导体工业、金属制造、等多种领域，由于空气中的氦含量极低(约0.005％)，从空气中分离的难度和能耗都非常大，因此，天然气提氦是国内外工业化生产氦气的主要途径。美国个别气田天然气中氦浓度高达8％，而中国仅为0.2％左右。

目前，国内设计生产氦气的工艺较多，中国专利CN111692837A公开了一种利用LNG生产装置联产氦气的系统，该专利中公开了现有的回收BOG气体的结构以及该专利所采用的联产氦气的系统，均是从液化天然气(LNG)储罐蒸发气(BOG)中提取氦气，但是从LNG储罐中取气存在LNG储罐蒸发气量大，氦气浓度相对较低、BOG中氢气含量高，在后端催化脱氢环节容易发生爆炸安全事故等缺点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种在液化天然气生产过程中提取高纯氦气的工艺及装置，实现LNG生产阶段BOG中氦气提浓以及氢气含量降低，保障氦气提纯过程安全。

本发明的技术方案如下：

本发明提出了一种在液化天然气生产过程中提取高纯氦气的工艺，包括以下步骤：

在经脱碳、脱水、脱苯、脱汞净化后的原料天然气降温液化后、进入LNG储罐前提取BOG；

对BOG复热至常温后增压、二次降温液化，分离出氮气、甲烷混合液态物料和含氢粗氦气；

将含氢粗氦气催化脱氢、脱水后得到粗氦气；

将粗氦气经变压吸附脱氮气、脱氖气后得到高纯氦气；

在粗氦气催化脱氢反应前，在含氢粗氦气中掺入部分高纯氦气。

进一步的，经脱碳、脱水、脱苯、脱汞净化后的原料天然气通过一级低温换热器降温液化，液化后的原料天然气温度为-157℃至-162℃，压力为1840kPa；

通过低温分离器分离液化后的原料天然气中的气相物料BOG和液相物料LNG，对低温分离器排出的气相物料BOG回收冷量复热，低温分离器的液相出口连接至LNG储罐；

在对BOG增压、二次降温液化前，先经一级低温换热器回收冷量复热；BOG增压至4Mpa-5Mpa后经二级低温分离器二次降温液化，液化后的BOG温度为-191℃至-194℃，压力为1.8MPa。

进一步的，在液化后的原料天然气进入低温分离器前，经第一节流阀调节压力至150kPa。

进一步的，在粗氦气催化脱氢反应前掺入的高纯氦气使得进行催化脱氢反应时的氢气含量降至2％以下。