專利名稱：天然氣低溫提氦系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一 種天然氣低溫提氦系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
氦氣因其獨(dú)特的性質(zhì)，在國(guó)防軍工和科學(xué)研究中有著重要的用途。利用其-268. 9°C的低沸點(diǎn)，液氦可以用于超低溫冷卻；在火箭和航天中用作液氫燃料系統(tǒng)的清洗介質(zhì)和加壓推進(jìn)劑；在懸浮列車等領(lǐng)域中廣受關(guān)注的超導(dǎo)體應(yīng)用中，氦氣也是不可或缺的。此外，氦氣在醫(yī)療領(lǐng)域的核磁共振成像設(shè)備中用作超導(dǎo)電磁體冷卻、在核發(fā)電裝置用作傳熱介質(zhì)、在光纖生產(chǎn)中用作冷卻和惰性氣體保護(hù)以及在儀器分析方面用作氣相色譜等的載氣等方面都得到廣泛的應(yīng)用。
隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，各國(guó)經(jīng)濟(jì)正逐步融入到全球大市場(chǎng)之中。在未來兩三年中，氦氣的市場(chǎng)規(guī)模與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)將會(huì)同步保持穩(wěn)定增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。根據(jù)預(yù)測(cè)，在未來多年內(nèi)全球?qū)獾男枨罅繉⒁悦磕?%左右的速度增長(zhǎng)，其需求總量可達(dá)到2. 25 3億立方米。由此推算，到2030年全球的氦氣需求將短缺I. 6 I. 7億立方米， 其中亞太地區(qū)短缺約6000萬立方米。而我由于國(guó)內(nèi)氦氣的消費(fèi)量快速提升，每年都需要通過大量進(jìn)口來彌補(bǔ)需求缺口。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，2007 2008年，氦氣行業(yè)年均消費(fèi)增量將會(huì)保持在O. 37億m3左右。
氦氣在空氣中含量極少(約O. 005%)并無工業(yè)提氦價(jià)值。氦氣主要存在于天然氣中，其含量在世界各地各有不同，有的氦氣含量最高達(dá)8%。因此從天然氣中提取氦氣仍是氦氣的主要工業(yè)來源。
目前國(guó)內(nèi)外天然氣提氦工藝主要包括非低溫法和低溫法。
非低溫法主要采用膜分離和變壓吸附。我國(guó)研究的膜分離技術(shù)采用國(guó)產(chǎn)聚砜/硅橡膠中空纖維膜，常溫下經(jīng)一級(jí)膜分離可使氦濃縮5 5. 5倍,氦收率達(dá)到63°/Γ75%。但該工藝技術(shù)還沒工業(yè)化，同時(shí)膜的可靠性和穩(wěn)定還需進(jìn)一步研究證明。在此研究的基礎(chǔ)上，我國(guó)研究人員提出了用膜分離+低溫分離聯(lián)合法從天然氣中提取氦氣。利用膜分離預(yù)濃天然氣中的氦氣，在相同氦氣產(chǎn)量的情況下，可大幅度降低低溫分離的規(guī)模及投資費(fèi)用，但同樣存在膜分離膜中分離膜的技術(shù)問題。而沒有真正意義上的工業(yè)化。
在國(guó)外俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院研究于2006年研究出一種采用非低溫法從天然氣中分離氦氣的新工藝。該工藝?yán)脴O為細(xì)小的玻璃微珠組成的膜將氦氣從氣流中吸附出來，但目前該工藝尚未投入規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)中，還有待進(jìn)一步的研究開發(fā)。
低溫法提氦工藝，國(guó)內(nèi)外一般采用氮?dú)庋h(huán)制冷技術(shù)來滿足低溫法提氦工藝中所需的制冷溫度。對(duì)于前端原料氣預(yù)冷方案，根據(jù)具體原料氣氣質(zhì)條件，一般采用膨脹制冷、 外部制冷(如PRICO混合冷劑制冷循環(huán))以及前膨脹制冷+外部制冷的方式。
非低溫方法由于其膜分離元件的技術(shù)問題等問題，在天然氣提氦工業(yè)中尚未成熟到足以規(guī)模化和工業(yè)化的程度。
低溫法中，現(xiàn)有的外部制冷工藝雖可聯(lián)產(chǎn)LNG，但能耗高，而前膨脹制冷工藝，提氦塔操作壓力較低，操作溫度低(最低-192°C )，對(duì)塔體材質(zhì)要求高，在到達(dá)相同氦氣濃度的情況下，冷量需求大，能耗高，變工況能力較差。同時(shí)對(duì)數(shù)平均溫差小，傳熱面積大，投資較高。發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種天然氣低溫提氦系統(tǒng)及方法， 采用后膨脹+氮循環(huán)制冷兩塔分離技術(shù)，充分回收裝置自身冷量來預(yù)冷原料天然氣，不僅能適用含氦量極低的天然氣，同時(shí)具有能耗低、氦氣回收率高、投資省、操作靈活、變工況適應(yīng)能力強(qiáng)等特征。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種天然氣低溫提氦系統(tǒng)，包括原料氣冷卻器、一級(jí)提濃塔、二級(jí)提濃塔、深冷器、膨脹機(jī)組、氮?dú)鈮嚎s機(jī)和氮?dú)饩彌_罐，其中原料氣冷卻器左側(cè)進(jìn)口接含氦凈化天然氣，原料氣冷卻器底部出口與進(jìn)口分別通過管線與一級(jí)提濃塔塔底的蒸發(fā)器進(jìn)口與出口連接；原料氣冷卻器右側(cè)出口通過管線與一級(jí)提濃塔中部進(jìn)口連接；原料氣冷卻器右側(cè)中部進(jìn)口通過管線分別與一級(jí)提濃塔塔頂冷凝器上部出口、深冷器底部的低壓氣出口連接；原料氣冷卻器左側(cè)中部出口接下游系統(tǒng)；原料氣冷卻器右側(cè)下部進(jìn)口通過管線與一級(jí)提濃塔塔底出口連接；原料氣冷卻器上部的出口與進(jìn)口分別通過管線與膨脹機(jī)組的透平膨脹機(jī)進(jìn)口與出口連接；原料氣冷卻器左側(cè)的出口與膨脹機(jī)組的同軸壓縮機(jī)進(jìn)口連接，同軸壓縮機(jī)出口接入下游系統(tǒng)；一級(jí)提濃塔塔底出口通過管線與塔頂冷凝器進(jìn)口連接，一級(jí)提濃塔塔頂冷凝器出口通過管線與二級(jí)提濃塔塔底蒸發(fā)器進(jìn)口連接，塔底蒸發(fā)器出口接深冷器底部進(jìn)口，深冷器中部出口接入二級(jí)提濃塔中部進(jìn)口 ；二級(jí)提濃塔塔頂冷凝器出口接深冷器左側(cè)上部進(jìn)口，深冷器右側(cè)上部出口為產(chǎn)品粗氦出口 ；二級(jí)提濃塔塔底部出口通過管線深冷器左側(cè)下部進(jìn)口連接；氮?dú)饩彌_罐、氮?dú)鈮嚎s機(jī)和深冷器依次連接，深冷器左側(cè)中部進(jìn)口與二級(jí)提濃塔塔頂冷凝器的低溫氮?dú)獬隹谶B接；深冷器左側(cè)下部出口與二級(jí)提濃塔塔頂冷凝器進(jìn)口連接，深冷器右側(cè)中部出口接氮?dú)饩彌_罐進(jìn)口。
本發(fā)明還提供了一種天然氣低溫提氦方法，包括如下步驟從干燥系統(tǒng)來的含氦天然氣進(jìn)入原料氣冷卻器中冷卻到_92°C后，通過流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，從天然氣中抽部分氣體進(jìn)入一級(jí)提濃塔塔底作為蒸發(fā)器熱源被冷卻到-109°C后，再次進(jìn)入原料氣冷卻器與原料氣匯合繼續(xù)預(yù)冷，預(yù)冷到-114. 7°C后進(jìn)入一級(jí)提濃塔中部進(jìn)行一次提濃；一級(jí)提濃塔塔底出來的液甲烷部分經(jīng)過節(jié)流到O. 43 MPa，溫度到達(dá)-139. 6°C，作為塔頂冷凝器的冷源，經(jīng)過塔頂冷凝器換熱后，低壓返回氣體與深冷器來的低壓氣匯合進(jìn)入原料氣冷卻器回收冷量后進(jìn)入下游系統(tǒng)，其余液甲烷節(jié)流到I. 68 MPa，溫度為-116. (TC后進(jìn)入原料氣冷卻器回收部分冷量，溫度達(dá)到_95°C，然后進(jìn)入膨脹機(jī)組的透平膨脹機(jī)，膨脹到 O. 9MPa，溫度達(dá)到-117. 3°C再進(jìn)入原料氣冷卻器換熱，回收冷量后，再經(jīng)過膨脹機(jī)組的同軸壓縮機(jī)增壓到I. O MPa后進(jìn)入下游系統(tǒng)；一級(jí)提濃塔出來的一次粗氦進(jìn)入二級(jí)提濃塔塔底蒸發(fā)器回收冷量后，進(jìn)入深冷器預(yù)冷到-150. 5°C進(jìn)入二級(jí)提濃塔中部進(jìn)行二次提濃；經(jīng)二級(jí)提濃塔塔頂冷凝器出來的粗氦進(jìn)入深冷器換熱到37°C成為產(chǎn)品粗氦；二級(jí)提濃塔塔底部出來的液體，經(jīng)節(jié)流到O. 45MPa，溫度達(dá)到-170. 4°C進(jìn)入深冷器回收部分冷量后，與一級(jí)提濃塔塔頂出來低壓氣體匯合，二級(jí)提濃塔塔頂冷凝器所需的冷量依靠氮循環(huán)所產(chǎn)生的液氮蒸發(fā)提供；在氮循環(huán)系統(tǒng)中，氣體氮儲(chǔ)存在氮?dú)饩彌_罐中，經(jīng)氮?dú)鈮嚎s機(jī)壓縮到2. OMPa，進(jìn)深冷器與二級(jí)提濃塔塔頂冷凝器出來的低溫氮?dú)庖约岸?jí)提濃塔塔底節(jié)流后的氮甲烷液體換冷，溫度達(dá)到-160°C，再經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流到O. 13 MPa，溫度達(dá)到-188. I°C，進(jìn)入二級(jí)提濃塔塔頂冷凝器提供冷量，出塔頂冷凝器的低溫氮?dú)膺M(jìn)入深冷器給出冷量后，溫度為35°C進(jìn)入氮?dú)饩彌_罐。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是本發(fā)明中含氦天然氣經(jīng)過預(yù)冷系統(tǒng)、低溫精餾系統(tǒng)提取天然氣中少量的氦氣，氦氣提濃過程中所需的超低溫度冷源由獨(dú)立的氮循環(huán)制冷系統(tǒng)提供，該獨(dú)立系統(tǒng)調(diào)節(jié)手段豐富，同時(shí)不受上游操作的影響。采用后膨脹制冷系統(tǒng)，不僅使系統(tǒng)操作壓力較現(xiàn)有工藝高，在相同的制冷溫度下，可使產(chǎn)品氦氣濃度更高。具體表現(xiàn)如下1)采用雙塔提氦工藝，并配以先進(jìn)、高效的板翅式換熱器，利用透平膨脹制冷的同時(shí)， 充分回收裝置自身冷量來預(yù)冷原料天然氣，而不需要其它外部冷源來預(yù)冷原料氣，使裝置的能耗降低；2)采用后膨脹制冷，不僅操作壓力較現(xiàn)有的前膨脹制冷工藝高，同時(shí)能夠在膨脹機(jī)允許的范圍內(nèi)改變膨脹比，來調(diào)節(jié)原料氣預(yù)冷溫度，且不影響后續(xù)操作壓力。裝置操作穩(wěn)定、 靈活；3)裝置采用獨(dú)立的氮循環(huán)制冷系統(tǒng)，不僅能提供近_190°C的超低溫位，而且獨(dú)立的制冷系統(tǒng)，能夠很好適應(yīng)變工況操作條件。
4) 一級(jí)提濃塔、二級(jí)提濃塔、原料氣冷卻器及深冷器等設(shè)備均設(shè)置在冷箱內(nèi)，保冷效果好，并最大程度地減少冷損。
5)工藝中設(shè)置冷量調(diào)節(jié)罐，能起到調(diào)節(jié)一級(jí)提濃塔塔頂冷凝器以及原料氣冷卻器負(fù)荷的作用，不需要變頻冷量調(diào)節(jié)。


本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中圖I本發(fā)明的的系統(tǒng)原理示意圖。
具體實(shí)施方式
一種天然氣低溫提氦系統(tǒng)，如圖I所示，包括原料氣冷卻器I、一級(jí)提濃塔2、二級(jí)提濃塔3、深冷器4、膨脹機(jī)組5、氮?dú)鈮嚎s機(jī)6、冷量調(diào)節(jié)罐7、氮?dú)饩彌_罐8等，其中原料氣冷卻器I左側(cè)進(jìn)口接含氦凈化天然氣，原料氣冷卻器I底部出口與進(jìn)口分別通過管線與一級(jí)提濃塔2塔底的蒸發(fā)器進(jìn)口與出口連接；原料氣冷卻器I右側(cè)出口通過管線與一級(jí)提濃塔2中部進(jìn)口連接；原料氣冷卻器I右側(cè)中部進(jìn)口通過管線分別與一級(jí)提濃塔 2塔頂冷凝器上部出口、深冷器4底部的低壓氣出口連接；原料氣冷卻器I左側(cè)中部出口接下游系統(tǒng)(低壓天然氣)；原料氣冷卻器I右側(cè)下部進(jìn)口通過管線與一級(jí)提濃塔2塔底出口連接；原料氣冷卻器I上部的出口與進(jìn)口分別通過管線與膨脹機(jī)組5的透平膨脹機(jī)進(jìn)口與出口連接；原料氣冷卻器I左側(cè)的出口與膨脹機(jī)組5的同軸壓縮機(jī)進(jìn)口連接，同軸壓縮機(jī)出口接入下游系統(tǒng)(中壓天然氣)。
一級(jí)提濃塔2塔底出口通過管線與塔頂冷凝器進(jìn)口連接，一級(jí)提濃塔2塔頂冷凝器下部出口與冷量調(diào)節(jié)罐7連接；一級(jí)提濃塔2塔頂冷凝器出口通過管線與二級(jí)提濃塔3 塔底蒸發(fā)器進(jìn)口連接，塔底蒸發(fā)器出口接深冷器4底部進(jìn)口，深冷器4中部出口接入二級(jí)提濃塔3中部進(jìn)口 ；二級(jí)提濃塔3塔頂冷凝器出口接深冷器4左側(cè)上部進(jìn)口，深冷器4右側(cè)上部出口為產(chǎn)品粗氦出口 ；二級(jí)提濃塔3塔底部出口通過管線深冷器4左側(cè)下部進(jìn)口連接，二級(jí)提濃塔3塔頂冷凝器所需的冷量是依靠氮循環(huán)所產(chǎn)生的液氮蒸發(fā)提供。
氮?dú)饩彌_罐8、氮?dú)鈮嚎s機(jī)6和深冷器4依次連接，深冷器4左側(cè)中部進(jìn)口與二級(jí)提濃塔3塔頂冷凝器的低溫氮?dú)獬隹谶B接；深冷器4左側(cè)下部出口與二級(jí)提濃塔3塔頂冷凝器進(jìn)口連接，深冷器4右側(cè)中部出口接氮?dú)饩彌_罐8進(jìn)口。
本發(fā)明還提供了一種天然氣低溫提氦方法，包括如下步驟新型后膨脹+氮循環(huán)制冷天然氣提氦技術(shù)主要包括天然氣預(yù)冷系統(tǒng)、低溫精餾系統(tǒng)和氮循環(huán)系統(tǒng)。天然氣預(yù)冷系統(tǒng)主要通過回收自身冷量和膨脹制冷來預(yù)冷含氦天然氣；低溫精餾系統(tǒng)采用兩塔精餾工藝來分離天然氣中氦氣；氮循環(huán)制冷系統(tǒng)通過高壓氮?dú)夤?jié)流提供超低溫位冷量來提濃氦氣。具體技術(shù)方案如下從干燥系統(tǒng)來的含氦天然氣(即原料氣)進(jìn)入原料氣冷卻器I中冷卻到-92°C后， 通過流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，從天然氣中抽部分氣體進(jìn)入一級(jí)提濃塔2塔底作為蒸發(fā)器熱源被冷卻到_109°C后，再次進(jìn)入原料氣冷卻器I與原料氣匯合繼續(xù)預(yù)冷；提氦天然氣預(yù)冷到-114. 7°C后(約94%的液化率)進(jìn)入一級(jí)提濃塔2中部進(jìn)行一次提濃。
一級(jí)提濃塔2塔頂冷凝器出來的一次粗氦濃度可達(dá)4. 4%，溫度為-131. 1°C ;一級(jí)提濃塔2塔底出來的液甲烷部分(約14%(mol))經(jīng)過節(jié)流到O. 43 MPa，溫度到達(dá)-139. 6°C, 作為塔頂冷凝器的冷源，經(jīng)過塔頂冷凝器換熱后，低壓返回氣體與深冷器4來的低壓氣匯合進(jìn)入原料氣冷卻器I回收冷量后進(jìn)入下游系統(tǒng)，若一級(jí)提濃塔冷量過剩，一級(jí)提濃塔2塔頂冷凝器中的液甲烷進(jìn)入冷量調(diào)節(jié)罐7 ;—級(jí)提濃塔2塔底出來的其余液甲烷節(jié)流到I. 68 MPa，溫度為-116. (TC后進(jìn)入原料氣冷卻器I回收部分冷量，溫度為_95°C，進(jìn)入膨脹機(jī)組5 的透平膨脹機(jī)，膨脹到O. 9MPa，溫度為-117. 3°C再進(jìn)入原料氣冷卻器I換熱，回收冷量后， 再經(jīng)過膨脹機(jī)組5的同軸壓縮機(jī)增壓到I. O MPa進(jìn)入下游系統(tǒng)。
一級(jí)提濃塔2出來的一次粗氦進(jìn)入二級(jí)提濃塔3塔底蒸發(fā)器回收冷量后，進(jìn)入深冷器4預(yù)冷到-150. 5°C進(jìn)入二級(jí)提濃塔3中部(操作壓力為I. 83MPa)進(jìn)行二次提濃；經(jīng)二級(jí)提濃塔3塔頂冷凝器出來的粗氦進(jìn)入深冷器4換熱到37°C產(chǎn)生產(chǎn)品粗氦(濃度為68. 3%)； 二級(jí)提濃塔3塔底部出來的液體，經(jīng)節(jié)流到O. 45MPa，溫度達(dá)到-170. 4°C進(jìn)入深冷器4回收部分冷量后，與一級(jí)提濃塔2塔頂出來低壓氣體匯合，二級(jí)提濃塔3塔頂冷凝器所需的冷量是依靠氮循環(huán)所產(chǎn)生的液氮蒸發(fā)提供。
在氮循環(huán)系統(tǒng)中，氣體氮儲(chǔ)存在氮?dú)饩彌_罐8中，經(jīng)氮?dú)鈮嚎s機(jī)6壓縮到2. OMPa, 進(jìn)深冷器4與二級(jí)提濃塔3塔頂冷凝器出來的低溫氮?dú)庖约岸?jí)提濃塔3塔底節(jié)流后的氮甲烷液體換冷，溫度達(dá)到_160°C，再經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流到O. 13 MPa，溫度達(dá)到-188. 1°C，進(jìn)入二級(jí)提濃塔3塔頂冷凝器提供冷量，出塔頂冷凝器的低溫氮?dú)膺M(jìn)入深冷器4給出冷量后，溫度為35°C進(jìn)入氮?dú)饩彌_罐8 ;損耗的氮?dú)舛ㄆ谘a(bǔ)充。
權(quán)利要求
1.一種天然氣低溫提氦系統(tǒng)，其特征在于包括原料氣冷卻器、一級(jí)提濃塔、二級(jí)提濃塔、深冷器、膨脹機(jī)組、氮?dú)鈮嚎s機(jī)和氮?dú)饩彌_罐，其中原料氣冷卻器左側(cè)進(jìn)口接含氦凈化天然氣，原料氣冷卻器底部出口與進(jìn)口分別通過管線與一級(jí)提濃塔塔底的蒸發(fā)器進(jìn)口與出口連接；原料氣冷卻器右側(cè)出口通過管線與一級(jí)提濃塔中部進(jìn)口連接；原料氣冷卻器右側(cè)中部進(jìn)口通過管線分別與一級(jí)提濃塔塔頂冷凝器上部出口、深冷器底部的低壓氣出口連接；原料氣冷卻器左側(cè)中部出口接下游系統(tǒng)；原料氣冷卻器右側(cè)下部進(jìn)口通過管線與一級(jí)提濃塔塔底出口連接；原料氣冷卻器上部的出口與進(jìn)口分別通過管線與膨脹機(jī)組的透平膨脹機(jī)進(jìn)口與出口連接；原料氣冷卻器左側(cè)的出口與膨脹機(jī)組的同軸壓縮機(jī)進(jìn)口連接，同軸壓縮機(jī)出口接入下游系統(tǒng)；一級(jí)提濃塔塔底出口通過管線與塔頂冷凝器進(jìn)口連接，一級(jí)提濃塔塔頂冷凝器出口通過管線與二級(jí)提濃塔塔底蒸發(fā)器進(jìn)口連接，塔底蒸發(fā)器出口接深冷器底部進(jìn)口，深冷器中部出口接入二級(jí)提濃塔中部進(jìn)口 ；二級(jí)提濃塔塔頂冷凝器出口接深冷器左側(cè)上部進(jìn)口，深冷器右側(cè)上部出口為產(chǎn)品粗氦出口 ；二級(jí)提濃塔塔底部出口通過管線深冷器左側(cè)下部進(jìn)口連接；氮?dú)饩彌_罐、氮?dú)鈮嚎s機(jī)和深冷器依次連接，深冷器左側(cè)中部進(jìn)口與二級(jí)提濃塔塔頂冷凝器的低溫氮?dú)獬隹谶B接；深冷器左側(cè)下部出口與二級(jí)提濃塔塔頂冷凝器進(jìn)口連接，深冷器右側(cè)中部出口接氮?dú)饩彌_罐進(jìn)口。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天然氣低溫提氦系統(tǒng)，其特征在于所述一級(jí)提濃塔塔頂冷凝器下部出口與冷量調(diào)節(jié)罐連接。
3.一種天然氣低溫提氦方法，其特征在于包括如下步驟從干燥系統(tǒng)來的含氦天然氣進(jìn)入原料氣冷卻器中冷卻到_92°C后，通過流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，從天然氣中抽部分氣體進(jìn)入一級(jí)提濃塔塔底作為蒸發(fā)器熱源被冷卻到-109°C后，再次進(jìn)入原料氣冷卻器與原料氣匯合繼續(xù)預(yù)冷，預(yù)冷到-114. 7°C后進(jìn)入一級(jí)提濃塔中部進(jìn)行一次提濃；一級(jí)提濃塔塔底出來的液甲烷部分經(jīng)過節(jié)流到O. 43 MPa，溫度到達(dá)-139. 6°C，作為塔頂冷凝器的冷源，經(jīng)過塔頂冷凝器換熱后，低壓返回氣體與深冷器來的低壓氣匯合進(jìn)入原料氣冷卻器回收冷量后進(jìn)入下游系統(tǒng)，其余液甲烷節(jié)流到I. 68 MPa，溫度為-116. (TC后進(jìn)入原料氣冷卻器回收部分冷量，溫度達(dá)到_95°C，然后進(jìn)入膨脹機(jī)組的透平膨脹機(jī)，膨脹到 O. 9MPa，溫度達(dá)到-117. 3°C再進(jìn)入原料氣冷卻器換熱，回收冷量后，再經(jīng)過膨脹機(jī)組的同軸壓縮機(jī)增壓到I. O MPa后進(jìn)入下游系統(tǒng)；一級(jí)提濃塔出來的一次粗氦進(jìn)入二級(jí)提濃塔塔底蒸發(fā)器回收冷量后，進(jìn)入深冷器預(yù)冷到-150. 5°C進(jìn)入二級(jí)提濃塔中部進(jìn)行二次提濃；經(jīng)二級(jí)提濃塔塔頂冷凝器出來的粗氦進(jìn)入深冷器換熱到37°C成為產(chǎn)品粗氦；二級(jí)提濃塔塔底部出來的液體，經(jīng)節(jié)流到O. 45MPa，溫度達(dá)到-170. 4°C進(jìn)入深冷器回收部分冷量后，與一級(jí)提濃塔塔頂出來低壓氣體匯合，二級(jí)提濃塔塔頂冷凝器所需的冷量依靠氮循環(huán)所產(chǎn)生的液氮蒸發(fā)提供；在氮循環(huán)系統(tǒng)中，氣體氮儲(chǔ)存在氮?dú)饩彌_罐中，經(jīng)氮?dú)鈮嚎s機(jī)壓縮到2. OMPa，進(jìn)深冷器與二級(jí)提濃塔塔頂冷凝器出來的低溫氮?dú)庖约岸?jí)提濃塔塔底節(jié)流后的氮甲烷液體換冷， 溫度達(dá)到-160°C，再經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流到O. 13 MPa，溫度達(dá)到-188. 1°C，進(jìn)入二級(jí)提濃塔塔頂冷凝器提供冷量，出塔頂冷凝器的低溫氮?dú)膺M(jìn)入深冷器給出冷量后，溫度為35°C進(jìn)入氮?dú)饩彌_罐。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天然氣低溫提氦方法，其特征在于當(dāng)一級(jí)提濃塔冷量過剩時(shí)，一級(jí)提濃塔塔頂冷凝器中的液甲烷進(jìn)入冷量調(diào)節(jié)罐。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天然氣低溫提氦方法，其特征在于所述二次提濃的操作壓力為 I. 83MPa。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種天然氣低溫提氦系統(tǒng)及方法，采用后膨脹+氮循環(huán)制冷兩塔分離技術(shù)，充分回收裝置自身冷量來預(yù)冷原料天然氣，不僅能適用含氦量極低的天然氣，同時(shí)具有能耗低、氦氣回收率高、投資省、操作靈活、變工況適應(yīng)能力強(qiáng)等特征。本發(fā)明的積極效果是本發(fā)明中含氦天然氣經(jīng)過預(yù)冷系統(tǒng)、低溫精餾系統(tǒng)提取天然氣中少量的氦氣，氦氣提濃過程中所需的超低溫度冷源由獨(dú)立的氮循環(huán)制冷系統(tǒng)提供，該獨(dú)立系統(tǒng)調(diào)節(jié)手段豐富，同時(shí)不受上游操作的影響，采用后膨脹制冷系統(tǒng)，不僅使系統(tǒng)操作壓力較現(xiàn)有工藝高，在相同的制冷溫度下，可使產(chǎn)品氦氣濃度更高。
文檔編號(hào)F25J3/02GK102937369SQ20121051342
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月5日
發(fā)明者龍?jiān)霰? 琚宜林, 劉家洪, 冼祥發(fā), 鐘志良, 郭成華, 楊曉秋, 劉澤軍, 陳運(yùn)強(qiáng), 汪宏偉, 陶真, 汪貴, 孫林, 諶天兵, 陸永康, 蒲黎明, 劉志榮, 盛炳林, 李均方, 蘭小平 申請(qǐng)人:中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司