CN108592519A - 从天然气中提氦并液化的装置与方法 - Google Patents
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- F25J2270/66—Closed external refrigeration cycle with multi component refrigerant [MCR], e.g. mixture of hydrocarbons
Abstract
本发明的从天然气中提氦并液化的装置与方法，其中，本发明的装置包括一级换热器、二级换热器、甲烷精馏塔、低温洗涤塔，脱氮塔，与低温洗涤塔通过管路连接。本发明的从天然气中提氦并液化的方法包括：对天然气第一次冷却降温处理；对第一次冷却降温处理后的天然气再次冷却降温；对再次冷却降温后的天然气精馏，使天然气分离出包含氦气和氮气的气相物料后液化；对气相物料洗涤，使气相物料中的氮气、氧气液化为混合液态物料后脱离出去，仅剩氦气；对混合液态物料低温精馏，使混合液态物料分离出氮气；对氦气催化氧化处理，使氦气中的氢气、烷烃组分反应去除；对催化氧化处理后的氦气纯化处理。本发明的技术方案结构简单、可以效率较高的从天然气中提氦并液化。
Description
技术领域
本发明涉及化工尾气的回收利用，特别是涉及一种从天然气中提氦并液化的装置与方法。
背景技术
氦气因其独特的性质，在国防军工和科学研究中有着重要的作用，利用其-268.9℃的低沸点，液氦可以用于低温超导及相关的低温制冷系统中，另外氦气在医疗领域的核磁共振成像设备中用作超导电磁体冷却，在核电装置用作传热介质，在光纤生产中用作冷却和惰性保护气，以及在真空检漏上用作检漏介质。
我国氦气消费量大，而且氦气产量低，基本都是从外国进口，氦气重要存在于天然气中，目前从天然气中提氦是氦气的主要来源。
目前工业上应用的氦气主要是从天然气中提取，天然气提氦技术显得非常重要，目前利用低温的办法从天然气中提氦是主要方式，但现有技术效率较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种效率较高的从天然气中提氦并液化的装置与方法。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，包括：
用于对天然气第一次冷却降温处理的一级换热器；
用于对第一次冷却降温处理后的天然气再次冷却降温的二级换热器，与所述一级换热器通过管路连接；
用于对再次冷却降温后的天然气精馏，使所述天然气分离出包含氦气和氮气的气相物料后液化的甲烷精馏塔，与所述二级换热器通过管路连接；
用于对所述气相物料洗涤，使所述气相物料中的氮气、氧气液化为混合液态物料后脱离出去，仅剩氦气的低温洗涤塔，与所述甲烷精馏塔通过管路连接；
用于对所述混合液态物料低温精馏，使混合液态物料分离出氮气的脱氮塔，与所述低温洗涤塔通过管路连接。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，所述甲烷精馏塔的塔底再沸器通过第一管路连接所述甲烷精馏塔，所述第一管路经过二级换热器，所述第一管路上设置有第一节流阀，以使由甲烷精馏塔的塔底再沸器排出的天然气经过二级换热器降温、经过第一节流阀节流降压后进入甲烷精馏塔精馏，脱氮塔的甲烷排放口与第一甲烷排出管连接，所述第一甲烷排出管经过二级换热器，所述第一甲烷排出管上设置有第二节流阀，以使由第一甲烷排出管的甲烷经过二级换热器降温、经过第二节流阀节流降压后排出。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，脱氮塔的氮气排出口与氮气排出管连接，所述氮气排出管经过三级换热器、二级换热器、一级换热器，以使所述氮气排出管内的氮气复温。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，低温洗涤塔的氦气排出口与氦气排出管连接，所述氦气排出管经过三级换热器、二级换热器、一级换热器，以使所述氦气排出管内的氦气复温，脱氮塔的底部甲烷排出口与第二甲烷排出管连接，所述第二甲烷排出管经过二级换热器，所述第二甲烷排出管上设置有第三节流阀，以使由第二甲烷排出管的甲烷经过二级换热器降温、经过第三节流阀节流降压后排出，所述第二甲烷排出管上第三节流阀、二级换热器之间连接有甲烷输送管，所述甲烷输送管的另一端与低温洗涤塔连通，所述甲烷输送管经过动力泵、三级换热器。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，还包括：
用于对氦气排出管排出的氦气催化氧化处理，使所述氦气中的氢气、烷烃组分反应去除的催化氧化装置，与氦气排出管连通；
用于对催化氧化处理后的氦气纯化处理，使所述氦气中的水分、二氧化碳去除的常温纯化装置，与催化氧化装置连接。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，还包括氦液化装置，所述氦液化装置包括用于对氦气压缩的氦气压缩机、用于储存液氮的液氮杜瓦罐，氦气压缩机与液氮杜瓦罐通过第八管路连通，所述第八管路依次经过用于对压缩后的氦气以及纯化处理后氦气预冷却的预冷器、用于对预冷却后的氦气第一次冷却降温处理第一换热器、用于对第一次冷却降温处理后的氦气第二次冷却降温处理，使所述氦气液化的第二换热器、用于对第二次冷却降温处理后的液氦节流降压的氦节流阀，常温纯化装置与第八管路连通，常温纯化装置与第八管路的连接点位于氦气压缩机、预冷器之间，液氮杜瓦罐顶部的闪蒸气相出口通过氦气回流管与氦气压缩机的入口连接，以使液氮杜瓦罐闪蒸出氦气的被压缩，氦气回流管经过第二换热器、第一换热器、预冷器。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，还包括氦气输送管，所述氦气输送管的一端与第八管路连通，氦气输送管与第八管路的连接点位于第一换热器、预冷器之间，氦气输送管的另一端与氦气回流管连接，氦气输送管的另一端与氦气回流管的连接点位于第一换热器、第二换热器之间，氦气输送管依次经过第一膨胀机、第一换热器、第二膨胀机、第二换热器，以使氦气输送管内的氦气被第一膨胀机膨胀降温降压处理、被第一换热器降温、被第二膨胀机膨胀降温降压处理后为第二换热器提供冷量。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，包括：
用于对天然气第一次冷却降温处理的一级换热器；
用于对第一次冷却降温处理后的天然气再次冷却降温的二级换热器，与所述一级换热器通过管路连接；
用于再次冷却降温后的天然气精馏，使所述天然气分离出包含氦气和氮气的气相物料后液化的气液分离器，与所述二级换热器通过管路连接；
用于对所述气相物料洗涤，使所述气相物料中的氮气、氧气液化为混合液态物料后脱离出去，仅剩氦气的低温洗涤塔，与所述气液分离器通过管路连接；
用于对所述混合液态物料低温精馏，使混合液态物料分离出氮气的脱氮塔，与所述气液分离器通过管路连接，气液分离器的顶部的气相物料出口通过第二管路连通低温洗涤塔的底部，第二管路经过二级换热器、三级换热器，以使气相物料经过二级换热器、三级换热器降温后进入低温洗涤塔的底部。
本发明的从天然气中提氦并液化的方法，包括：
对天然气第一次冷却降温处理；
对第一次冷却降温处理后的天然气再次冷却降温；
对再次冷却降温后的天然气精馏，使所述天然气分离出包含氦气和氮气的气相物料后液化；
对所述气相物料洗涤，使所述气相物料中的氮气、氧气液化为混合液态物料后脱离出去，仅剩氦气；
对所述混合液态物料低温精馏，使混合液态物料分离出氮气；
对氦气催化氧化处理，使所述氦气中的氢气、烷烃组分反应去除；
对催化氧化处理后的氦气纯化处理，使所述氦气中的水分、二氧化碳去除。
本发明的从天然气中提氦并液化的方法，其中，还包括：
对压缩后的氦气以及纯化处理后氦气预冷却；
对预冷却后的氦气第一次冷却降温处理；
对第一次冷却降温处理后的氦气第二次冷却降温处理，使所述氦气液化；对第二次冷却降温处理后的液氦节流降压后输入液氮杜瓦罐，压缩液氮杜瓦罐闪蒸出的氦气，对液氮杜瓦罐闪蒸出的氦气冷却后输入液氮杜瓦罐。
本发明的技术方案结构简单、可以效率较高的从天然气中提氦并液化。
附图说明
图1为本发明的从天然气中提氦并液化的装置的实施例一的结构示意图；
图2为本发明的从天然气中提氦并液化的装置的实施例二的结构示意图；
图3为本发明的从天然气中提氦并液化的装置的实施例三的结构示意图；
图4为本发明的从天然气中提氦并液化的装置的实施例四的结构示意图；
图5为本发明的从天然气中提氦并液化的装置的实施例五的结构示意图；
图6为催化氧化装置的结构示意图；
图7为常温纯化装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的从天然气中提氦并液化的装置，包括：
用于对天然气第一次冷却降温处理的一级换热器E1；
用于对第一次冷却降温处理后的天然气再次冷却降温的二级换热器E2，与一级换热器通过管路连接；
用于对再次冷却降温后的天然气精馏，使天然气分离出包含氦气和氮气的气相物料后液化的甲烷精馏塔T1，与二级换热器通过管路连接；
用于对气相物料洗涤，使气相物料中的氮气、氧气液化为混合液态物料后脱离出去，仅剩氦气的低温洗涤塔T2，与甲烷精馏塔通过管路连接；
用于对混合液态物料低温精馏，使混合液态物料分离出氮气的脱氮塔T3，与低温洗涤塔T2通过管路连接。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，甲烷精馏塔T1的塔底再沸器E5通过第一管路1连接甲烷精馏塔，第一管路1经过二级换热器E2，第一管路1上设置有第一节流阀V1，以使由甲烷精馏塔T1的塔底再沸器E5排出的天然气经过二级换热器E2降温、经过第一节流阀V1节流降压后进入甲烷精馏塔精馏。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，甲烷精馏塔T1的顶部的气相物料出口通过第二管路2连通低温洗涤塔T2的底部，第二管路2经过二级换热器E2、三级换热器E3，以使气相物料经过二级换热器E2、三级换热器E3降温后进入低温洗涤塔T2的底部。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，甲烷精馏塔T1的底部的液相物料出口通过第三管路3连通脱氮塔T3的底部，以使甲烷精馏塔T1排出的液相物料为脱氮塔T3提供再沸热量。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，脱氮塔T3的甲烷排放口与第一甲烷排出管11连接，第一甲烷排出管11经过二级换热器E2，第一甲烷排出管11上设置有第二节流阀V2，以使由第一甲烷排出管11的甲烷经过二级换热器降温、经过第二节流阀节流降压后排出。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，脱氮塔T3的氮气排出口与氮气排出管连接，氮气排出管经过三级换热器E3、二级换热器E2、一级换热器E1，以使氮气排出管内的氮气复温。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，低温洗涤塔T2的氦气排出口与氦气排出管连接，氦气排出管经过三级换热器E3、二级换热器E2、一级换热器E1，以使氦气排出管内的氦气复温。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，脱氮塔T3的底部甲烷排出口与第二甲烷排出管12连接，第二甲烷排出管12经过二级换热器E2，第二甲烷排出管12上设置有第三节流阀V3，以使由第二甲烷排出管的甲烷经过二级换热器E2降温、经过第三节流阀V3节流降压后排出，第二甲烷排出管上第三节流阀、二级换热器之间连接有甲烷输送管20，甲烷输送管20的另一端与低温洗涤塔T2连通，甲烷输送管20经过动力泵P1、三级换热器E3。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，还包括氮气制冷系统，氮气制冷系统包括氮气压缩机B2以及第四节流阀V4，氮气压缩机的出口通过第四管路4与第四节流阀V4的进口连通，第四节流阀V4的出口通过第五管路5与氮气压缩机的进口连通，以使被第四节流阀节流降温后的氮气回流至氮气压缩机，第四管路4经过一级换热器、二级换热器、三级换热器，第五管路5分别经过脱氮塔顶部T3的冷凝器E6、三级换热器E3、二级换热器E2、一级换热器E1，第四管路4中的氮气在一级换热器、二级换热器、三级换热器中冷却降温，第五管路5的氮气在脱氮塔顶部的冷凝器、三级换热器、二级换热器、一级换热器中提供冷量。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，还包括混合冷剂循环制冷系统，混合冷剂循环制冷系统沿混合冷剂流动方向依次包括用于对混合冷剂压缩的混合冷剂压缩机B1以及第一气液分离器101，第一气液分离器101的液相混合冷剂出口通过管路连通第五节流阀V5，第五节流阀通过回流管路21连接混合冷剂压缩机B1的入口，第一气液分离器101的气相混合冷剂出口通过第六管路与第六节流阀V6的进口连通，第六节流阀V6的出口通过第七管路7与回流管路连通，以使被第六节流阀V6节流降温后的气相混合冷剂回流至混合冷剂压缩机，第六管路6经过一级换热器、二级换热器，第七管路7分别经过甲烷精馏塔T1的塔顶冷凝器E4、二级换热器，第六管路6中的气相混合冷剂在一级换热器、二级换热器中冷却降温，第七管路7的气相混合冷剂在甲烷精馏塔T1的塔顶冷凝器E4、二级换热器E2中提供冷量，回流管路21经过一级换热器E1，回流管路21中的混合冷剂在一级换热器中提供冷量。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，还包括：
用于对氦气排出管排出的氦气催化氧化处理，使氦气中的氢气、烷烃组分反应去除的催化氧化装置B3，与氦气排出管连通；
用于对催化氧化处理后的氦气纯化处理，使氦气中的水分、二氧化碳去除的常温纯化装置B4，与催化氧化装置连接。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，还包括氦液化装置，氦液化装置包括用于对氦气压缩的氦气压缩机B5、用于储存液氮的液氮杜瓦罐102，氦气压缩机与液氮杜瓦罐通过第八管路8连通，第八管路依次经过用于对压缩后的氦气以及纯化处理后氦气预冷却的预冷器E8、用于对预冷却后的氦气第一次冷却降温处理第一换热器E9、用于对第一次冷却降温处理后的氦气第二次冷却降温处理，使氦气液化的第二换热器E10、用于对第二次冷却降温处理后的液氦节流降压的氦节流阀V10，常温纯化装置B4与第八管路连通，常温纯化装置与第八管路的连接点位于氦气压缩机B5、预冷器E8之间，液氮杜瓦罐102顶部的闪蒸气相出口通过氦气回流管24与氦气压缩机的入口连接，以使液氮杜瓦罐102闪蒸出的氦气的被压缩，氦气回流管24经过第二换热器、第一换热器、预冷器。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，还包括氦气输送管25，氦气输送管25的一端与第八管路8连通，氦气输送管与第八管路的连接点位于第一换热器、预冷器之间，氦气输送管25的另一端与氦气回流管24连接，氦气输送管25的另一端与氦气回流管的连接点位于第一换热器E9、第二换热器E10之间，氦气输送管25依次经过第一膨胀机ET1、第一换热器E9、第二膨胀机ET2、第二换热器E10，以使氦气输送管内的氦气被第一膨胀机ET1膨胀降温降压处理、被第一换热器E10降温、被第二膨胀机ET2膨胀降温降压处理后为第二换热器E10提供冷量。
结合图6、图7所示，本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，催化氧化装置B3包括加热器E1’、与加热器E1’通过管路连接的反应器R1’以及水冷器E2’。水冷器E2’通过管路与反应器R1’的顶部连接。催化氧化装置B3还包括为反应器R1’提供氧气的氧气管线。
催化氧化装置的工作流程如下：原料气(氦气)进入本装置，先经过加热器加热升温后，进入反应器，氧气管线为反应器提供氧气，经过反应后，将原料气中的烃类氧化成二氧化碳和水，经过水冷器E2水冷后输出下一工序。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，常温纯化装置B4包括第一干燥纯化塔V2’和第二干燥纯化塔V3’，塔内装填有3A和4A分子筛，第一干燥纯化塔V2’和第二干燥纯化塔V3’的顶部均连接氦气进入管道，第一干燥纯化塔V2’的底部和第二干燥纯化塔V3’的底部分别连接第一干燥氦气输出管、第二干燥氦气输出管，第一干燥氦气输出管上设置有第一控制阀V30’，第二干燥氦气输出管上设置有第二控制阀V40’。
第一干燥纯化塔V2’的底部和第二干燥纯化塔V3’的底部分别连接第一再生管、第二再生管，第一再生管上设置有第三控制阀V60’，第二再生管上设置有第四控制阀V50’。第一再生管、第二再生管均与再生真空泵P1’连接。
常温纯化装置B4工作时，两塔切换使用，一塔处于吸附状态，另外一塔处于再生状态，再生时通过再生真空泵P1’将分子筛吸附的杂质解析出来。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，预冷器为液氮预冷器。
本发明的从天然气中提氦并液化的方法，包括：
对天然气第一次冷却降温处理；
对第一次冷却降温处理后的天然气再次冷却降温；
对再次冷却降温后的天然气精馏，使天然气分离出包含氦气和氮气的气相物料后液化；
对气相物料洗涤，使气相物料中的氮气、氧气液化为混合液态物料后脱离出去，仅剩氦气；
对混合液态物料低温精馏，使混合液态物料分离出氮气。
本发明的从天然气中提氦并液化的方法，其中，还包括：
对氦气催化氧化处理，使氦气中的氢气、烷烃组分反应去除；
对催化氧化处理后的氦气纯化处理，使氦气中的水分、二氧化碳去除。
本发明的从天然气中提氦并液化的方法，其中，还包括：
对压缩后的氦气以及纯化处理后氦气预冷却；
对预冷却后的氦气第一次冷却降温处理；
对第一次冷却降温处理后的氦气第二次冷却降温处理，使氦气液化；
对第二次冷却降温处理后的液氦节流降压后输入液氮杜瓦罐，压缩液氮杜瓦罐闪蒸出的氦气，对液氮杜瓦罐闪蒸出的氦气冷却后输入液氮杜瓦罐。
本发明的技术方案结构简单、可以效率较高的从天然气中提氦并液化。
本发明的技术方案涉及的方法包括：含氦气的天然气进入换热器；经过冷凝降温、低温精馏制取氦气，并同时获得LNG产品；氦气经过催化氧化及纯化装置提纯后，进入氦液化装置，将氦气液化，生产液氦。
本发明的技术方案工艺流程稳定、从天然气中回收氦气、提高了产品的经济价值。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，混合冷剂压缩机、氮气压缩机可以为往复式压缩机、离心式压缩机、螺杆压缩机等形式的压缩机。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，混合冷剂组分为氮气、甲烷、乙烯、丙烷、异丁烷和异戊烷的任一组合组成。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，LNG精馏塔、低温洗涤塔、脱氮塔可以为筛板塔、填料塔、板式塔。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，换热器可以为板翅式换热器和绕管式换热器。
本发明的技术方案的优点是：工艺流程稳定，对氦气的回收率大于95％，粗氦气纯度99％以上，并且甲烷的回收率大于99％，产品收率大，纯度高，液氦纯度99.999％以上。
实施例一
本发明的从天然气中提氦并液化的装置的实施例一的结构如图1所示，利用上述实施例一进行从天然气中提氦并液化的流程如下：
来自于界区的经过净化处理的原料气进入本装置，经过一级换热器E1和二级换热器E2冷却降温后，进入甲烷精馏塔T1的塔底再沸器E5，然后再经过二级换热器E2降温后，通过节流阀降压后进入甲烷精馏塔T1，在甲烷精馏塔中，以氦气和氮气为主要成分的气相组分从塔顶流出，进入二级换热器E2和三级换热器E3降温后，进入低温洗涤塔T2底部，以甲烷为主要成分的液相物料进入脱氮塔T3底部，为脱氮塔提供再沸热量后，经二级换热器E2降温后，经节流阀节流降压，送出界区。
来自甲烷精馏塔的气相物料进入低温洗涤塔T2底部，与来自于塔顶的液相甲烷物料在塔内经过传热传质过程，将气相物料中的氮气、氧气等杂质脱掉，从低温洗涤塔塔顶获得纯度98.8％左右的氦气，再经过三级换热器E3、二级换热器E2和一级换热器E1复温后，去催化氧化装置。塔底的液相物料进入脱氮塔，进行低温精馏。在脱氮塔中，物料经过不断的传质传热过程，在塔顶获得以氮气为主要成分的气相物料，经三级换热器E3、二级换热器E2和一级换热器E1复温后出界区，塔底获得以甲烷为主的液相物料，经过二级换热器E2降温后，分为两股，一股经节流阀节流降压后出界区，另一股经动力泵P1增压后，再经过三级换热器E3降温后，进入低温洗涤塔顶部。
氮气压缩机B2将氮气增压后，经过一级换热器E1、二级换热器E2和三级换热器E3降温，并经节流阀减压降温后，进入脱氮塔T3顶部的冷凝器E6，在冷凝器E6中为脱氮塔提供冷量，然后依次经过经三级换热器E3、二级换热器E2和一级换热器E1复温后，回到氮气压缩机B2入口，完成氮气制冷系统的循环过程。
混合冷剂经混合冷剂压缩机B1增压后，经第一气液分离器101气液分离，液相经一级换热器E1降温后，经节流阀减压，汇入反流的气相冷剂，第一气液分离器101的气相物料，经一级换热器E1和二级换热器E2降温后，经节流阀减压后，进入甲烷精馏塔T1的塔顶冷凝器E4中，为塔顶提供冷凝后，返回二级换热器E2，与液相物料汇合后，经一级换热器E1复温后，再次回到混合冷剂压缩机入口，完成混合冷剂的循环过程。
粗氦气进入催化氧化装置B3，在催化氧化装置中，将氦气中的氢气和烷烃组分反应掉，然后进入常温纯化装置B4，将水分和二氧化碳脱除，然后进入氦液化装置。
氦气经氦气压缩机B5增压后，与纯化后的氦气汇合，汇合后在预冷器E8内预冷。预冷器内，液氮LN2经换热后成为气氮GN2出预冷器，氦气经预冷器E8冷却降温后，分为两股，一股经第一换热器E9、第二换热器E10降温后，经节流阀节流降压后，进入液氦杜瓦罐，生产出液氦产品，闪蒸的气相氦气返回换热器，经过换热器复温后回到氦气压缩机B5入口；另外一股进入第一膨胀机ET1降温降压后，经第一换热器E9继续降温，再经过第二膨胀机ET2膨胀降温降压，为第二换热器E10提供冷量后，与闪蒸的氦气汇合，最后经过第一换热器E9和预冷器E8复温后，回到氦气压缩机B5入口，完成氦气压缩循环。
实施例二
如图2所示，本实施例与实施例一的区别仅在于，将甲烷精馏塔换成第二气液分离器，本发明的从天然气中提氦并液化的装置，包括：
用于对天然气第一次冷却降温处理的一级换热器E1；
用于对第一次冷却降温处理后的天然气再次冷却降温的二级换热器E2，与一级换热器通过管路连接；
用于再次冷却降温后的天然气精馏，使天然气分离出包含氦气和氮气的气相物料后液化的第二气液分离器102，与二级换热器通过管路连接；
用于对气相物料洗涤，使气相物料中的氮气、氧气液化为混合液态物料后脱离出去，仅剩氦气的低温洗涤塔T2，与第二气液分离器102通过管路连接；
用于对混合液态物料低温精馏，使混合液态物料分离出氮气的脱氮塔，与低温洗涤塔T2通过管路连接。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，第二气液分离器102的顶部的气相物料出口通过第二管路2连通低温洗涤塔的底部，第二管路2经过二级换热器、三级换热器，以使气相物料经过二级换热器、三级换热器降温后进入低温洗涤塔的底部。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，第二气液分离器102的底部的液相物料出口通过第三管路3连通脱氮塔的底部，以使甲烷精馏塔排出的液相物料为脱氮塔提供再沸热量。
利用上述实施例二进行从天然气中提氦并液化的流程如下：来自于界区的经过净化处理的原料气进入本装置，经过一级换热器E1和二级换热器E2冷却降温后，通过节流阀降压后进入第二气液分离器102，分离出以氦气和氮气为主要成分的气相组分，进入二级换热器E2和三级换热器E3降温后，进入低温洗涤塔T2底部，以甲烷为主要成分的液相物料进入脱氮塔T3底部，为脱氮塔提供再沸热量后，经二级换热器E2降温后，经节流阀节流降压，送出界区。
来自第二气液分离器102的气相物料进入低温洗涤塔T2底部，与来自于塔顶的液相甲烷物料，在塔内经过传热传质过程，将气相物料中的氮气、氧气等杂质脱掉，从低温洗涤塔塔顶获得纯度98.8％左右的氦气，再经过三级换热器E3、二级换热器E2和一级换热器E1复温后，去催化氧化装置，塔底的液相物料进入脱氮塔，进行低温精馏。在脱氮塔中，物料经过不断的传质传热过程，在塔顶获得以氮气为主要成分的气相物料，经三级换热器E3、二级换热器E2和一级换热器E1复温后出界区，塔底获得以甲烷为主的液相物料，经过二级换热器E2降温后，分为两股，一股经节流阀节流降压后出界区，另一股经动力泵P1增压后，再经过三级换热器E3降温后，进入低温洗涤塔顶部。
氮气压缩机B2将氮气增压后，经过一级换热器E1、二级换热器E2和三级换热器E3降温，并经节流阀减压降温后，进入脱氮塔T3顶部的冷凝器E6，在冷凝器E6中为脱氮塔提供冷凝，然后依次经过经三级换热器E3、二级换热器E2和一级换热器E1复温后，回到氮气压缩机系统B2入口，完成氮气制冷系统的循环过程。
混合冷剂经混合冷剂压缩机B1增压后，经第一气液分离器101气液分离，液相经一级换热器E1降温后，经节流阀减压，汇入反流的气相冷剂，气液分离器的气相物料，经一级换热器E1和二级换热器E2降温后，经节流阀减压后，返回二级换热器E2，与液相物料汇合后，经一级换热器E1复温后，再次回到混合冷剂压缩机入口，完成混合冷剂的循环过程。
粗氦气进入催化氧化装置B3，在催化氧化装置中，将氦气中的氢气和烷烃组分反应掉，然后进入常温纯化装置B4，将水分和二氧化碳脱除，然后进入氦液化装置。
氦气经氦气压缩机B5增压后，与纯化后的氦气汇合，汇合后在预冷器E8内预冷。预冷器内，液氮LN2经换热后成为气氮GN2出预冷器，氦气经预冷器E8冷却降温后，分为两股，一股经第一换热器E9、第二换热器E10降温后，经节流阀节流降压后，进入液氦杜瓦罐，生产出液氦产品，闪蒸的气相氦气返回换热器，经过换热器复温后回到氦气压缩机B5入口；另外一股进入第一膨胀机ET1降温降压后，经第一换热器E9继续降温，再经过第二膨胀机ET2膨胀降温降压，为第二换热器E10提供冷量后，与闪蒸的氦气汇合，最后经过第一换热器E9和预冷器E8复温后，回到氦气压缩机B5入口，完成氦气压缩循环。
实施例三
如图3所示，本实施例与实施例一的区别仅在于，液氮预冷器改为混合冷剂预冷，本发明的从天然气中提氦并液化的装置，第六管路6连通第九管路9，第九管路9的一端连通于第六节流阀V6与二级换热器E2之间，第九管路9的另一端连接混合冷剂压缩机B1的入口，第九管路9经过第七节流阀V7与预热器E8，以使第九管路9内的混合冷剂节流降温后为预热器E8提供冷量。
利用上述实施例三进行从天然气中提氦并液化的流程如下：来自于界区的经过净化处理的原料气进入本装置，经过一级换热器E1和二级换热器E2冷却降温后，进入甲烷精馏塔T1的塔底再沸器E5，然后再经过二级换热器E2降温后，通过节流阀降压后进入甲烷精馏塔T1，在甲烷精馏塔中，以氦气和氮气为主要成分的气相组分从塔顶流出，进入二级换热器E2和三级换热器E3降温后，进入低温洗涤塔T2底部，以甲烷为主要成分的液相物料进入脱氮塔T3底部，为脱氮塔提供再沸热量后，经二级换热器E2降温后，经节流阀V-3节流降压，送出界区。来自甲烷精馏塔的气相物料进入低温洗涤塔T2底部，与来自于塔顶的液相甲烷物料，在塔内经过传热传质过程，将气相物料中的氮气、氧气等杂质脱掉，从低温洗涤塔塔顶获得纯度98.8％左右的氦气，再经过三级换热器E3、二级换热器E2和一级换热器E1复温后，去催化氧化装置，塔底的液相物料进入脱氮塔，进行低温精馏。
在脱氮塔中，物料经过不断的传质传热过程，在塔顶获得以氮气为主要成分的气相物料，经三级换热器E3、二级换热器E2和一级换热器E1复温后出界区，塔底获得以甲烷为主的液相物料，经过二级换热器E2降温后，分为两股，一股经节流阀节流降压后出界区，另一股增压后，再经过三级换热器E3降温后，进入低温洗涤塔顶部。
氮气压缩机B2将氮气增压后，经过一级换热器E1、二级换热器E2和三级换热器E3降温，并经节流阀减压降温后，进入脱氮塔T3顶部的冷凝器E6，在冷凝器E6中为脱氮塔提供冷凝，然后依次经过经三级换热器E3、二级换热器E2和一级换热器E1复温后，回到氮气压缩机系统B2入口，完成氮气制冷系统的循环过程。
混合冷剂经混合冷剂压缩机B1增压后，经第一气液分离器101气液分离，液相经一级换热器E1降温后，经节流阀减压，汇入反流的气相冷剂，第一气液分离器101的气相物料，经一级换热器E1和二级换热器E2降温后，分成两股，一股经节流阀减压后，为换热器E8提供预冷后，再返回压缩机入口；另一股经节流阀减压后，进入甲烷精馏塔T1的塔顶冷凝器E4中，为塔顶提供冷凝后，返回二级换热器E2，与液相物料汇合后，经一级换热器E1复温后，再次回到混合冷剂压缩机入口，完成混合冷剂的循环过程。
粗氦气进入催化氧化装置B3，在催化氧化装置中，将氦气中的氢气和烷烃组分反应掉，然后进入常温纯化装置B4，将水分和二氧化碳脱除，然后进入氦液化装置。
氦气经氦气压缩机B5增压后，与纯化后的氦气汇合，汇合后在预冷器E8内预冷，氦气经换热器E8冷却降温后，分为两股，一股经换热器E9、E10降温后，经节流阀节流降压后，进入液氦杜瓦罐，生产出液氦产品，闪蒸的气相氦气返回换热器，经过换热器复温后；另外一股进入第一膨胀机ET1降温降压后，经换热器E9继续降温，再经过第二膨胀机ET2膨胀降温降压，为换热器E10提供冷量后，与闪蒸的氦气汇合，最后经过换热器E9和E8复温后，回到氦气压缩机B5入口，完成氦气压缩循环。
实施例四
如图4所示，本实施例与实施例一的区别仅在于，液氮预冷器改为氮气压缩预冷，本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，第四管路4连通第十管路10，第十管路10的一端连通于第四节流阀V4与三级换热器E3之间，第十管路10的另一端连接氮气压缩机B2的入口，第十管路10经过第八节流阀V8与预热器E8，以使第十管路10内的氮气节流降温后为预热器E8提供冷量。
利用上述实施例四进行从天然气中提氦并液化的流程如下：来自于界区的经过净化处理的原料气进入本装置，经过一级换热器E1和二级换热器E2冷却降温后，进入甲烷精馏塔T1的塔底再沸器E5，然后再经过二级换热器E2降温后，通过节流阀降压后进入甲烷精馏塔T1，在甲烷精馏塔中，以氦气和氮气为主要成分的气相组分从塔顶流出，进入二级换热器E2和三级换热器E3降温后，进入低温洗涤塔T2底部，以甲烷为主要成分的液相物料进入脱氮塔T3底部，为脱氮塔提供再沸热量后，经二级换热器E2降温后，经节流阀节流降压，送出界区。
来自甲烷精馏塔的气相物料进入低温洗涤塔T2底部，与来自于塔顶的液相甲烷物料，在塔内经过传热传质过程，将气相物料中的氮气、氧气等杂质脱掉，从低温洗涤塔塔顶获得纯度98.8％左右的氦气，再经过三级换热器E3、二级换热器E2和一级换热器E1复温后，去催化氧化装置，塔底的液相物料进入脱氮塔，进行低温精馏。在脱氮塔中，物料经过不断的传质传热过程，在塔顶获得以氮气为主要成分的气相物料，经三级换热器E3、二级换热器E2和一级换热器E1复温后出界区，塔底获得以甲烷为主的液相物料，经过二级换热器E2降温后，分为两股，一股经节流阀节流降压后出界区，另一股经动力泵P1增压后，再经过三级换热器E3降温后，进入低温洗涤塔顶部。
氮气压缩机B2将氮气增压后，经过一级换热器E1、二级换热器E2和三级换热器E3降温后，分成两股，一股经节流阀节流后，为预冷器E8提供冷量后，返回压缩机入口，另一股经节流阀减压降温后，进入脱氮塔T3顶部的冷凝器E6，在冷凝器E6中为脱氮塔提供冷凝，然后依次经过经三级换热器E3、二级换热器E2和一级换热器E1复温后，回到氮压机入口，完成氮气制冷系统的循环过程。
混合冷剂经混合冷剂压缩机B1增压后，经气液分离器气液分离，液相经一级换热器E1降温后，经节流阀减压，汇入反流的气相冷剂，气液分离器的气相物料，经一级换热器E1和二级换热器E2降温后经节流阀减压后，进入甲烷精馏塔T1的塔顶冷凝器E4中，为塔顶提供冷凝后，返回二级换热器E2，与液相物料汇合后，经一级换热器E1复温后，再次回到混合冷剂压缩机入口，完成混合冷剂的循环过程。
粗氦气进入催化氧化装置B3，在催化氧化装置中，将氦气中的氢气和烷烃组分反应掉，然后进入常温纯化装置B4，将水分和二氧化碳脱除，然后进入氦液化装置。
氦气经氦气压缩机B5增压后，与纯化后的氦气汇合，汇合后在预冷器E8内预冷。氦气经预冷器E8冷却降温后，分为两股，一股经第一换热器E9、第二换热器E10降温后，经节流阀节流降压后，进入液氦杜瓦罐，生产出液氦产品，闪蒸的气相氦气返回换热器，经过换热器复温后回到氦气压缩机B5入口；另外一股进入第一膨胀机ET1降温降压后，经第一换热器E9继续降温，再经过第二膨胀机ET2膨胀降温降压，为第二换热器E10提供冷量后，与闪蒸的氦气汇合，最后经过第一换热器E9和预冷器E8复温后，回到氦气压缩机B5入口，完成氦气压缩循环。
实施例五
如图五所示，本实施例与实施例一的区别仅在于，液氮预冷器改为氮气压缩预冷加混合冷剂预冷。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，第四管路4连通第十管路10，第十管路10的一端连通于第四节流阀V4与三级换热器E3之间，第十管路10的另一端连接氮气压缩机B2的入口，第十管路10经过第八节流阀V8与预热器E8，以使第十管路10内的氮气节流降温后为预热器E8提供冷量。
本发明的从天然气中提氦并液化的装置，其中，第六管路6连通第九管路9，第九管路9的一端连通于第六节流阀V6与二级换热器E2之间，第九管路9的另一端连接混合冷剂压缩机B1的入口，第九管路9经过第七节流阀V7与预热器E8，以使第九管路9内的混合冷剂节流降温后为预热器E8提供冷量。
利用上述实施例五进行从天然气中提氦并液化的流程如下：来自于界区的经过净化处理的原料气进入本装置，经过一级换热器E1和二级换热器E2冷却降温后，进入甲烷精馏塔T1的塔底再沸器E5，然后再经过二级换热器E2降温后，通过节流阀降压后进入甲烷精馏塔T1，在甲烷精馏塔中，以氦气和氮气为主要成分的气相组分从塔顶流出，进入二级换热器E2和三级换热器E3降温后，进入低温洗涤塔T2底部，以甲烷为主要成分的液相物料进入脱氮塔T3底部，为脱氮塔提供再沸热量后，经二级换热器E2降温后，经节流阀节流降压，送出界区。
来自甲烷精馏塔的气相物料进入低温洗涤塔T2底部，与来自于塔顶的液相甲烷物料，在塔内经过传热传质过程，将气相物料中的氮气、氧气等杂质脱掉，从低温洗涤塔塔顶获得纯度98.8％左右的氦气，再经过三级换热器E3、二级换热器E2和一级换热器E1复温后，去催化氧化装置，塔底的液相物料进入脱氮塔，进行低温精馏。
在脱氮塔中，物料经过不断的传质传热过程，在塔顶获得以氮气为主要成分的气相物料，经三级换热器E3、二级换热器E2和一级换热器E1复温后出界区，塔底获得以甲烷为主的液相物料，经过二级换热器E2降温后，分为两股，一股经节流阀节流降压后出界区，另一股经经动力泵P1增压后，再经过三级换热器E3降温后，进入低温洗涤塔顶部。
氮气压缩机B2将氮气增压后，经过一级换热器E1、二级换热器E2和三级换热器E3降温后，分成两股，一股经节流阀节流后，为预冷器E8提供冷量后，返回压缩机入口，另一股经节流阀减压降温后，进入脱氮塔T3顶部的冷凝器E6，在冷凝器E6中为脱氮塔提供冷凝，然后依次经过经三级换热器E3、二级换热器E2和一级换热器E1复温后，回到氮气压缩机B2入口，完成氮气制冷系统的循环过程。
混合冷剂经混合冷剂压缩机B1增压后，经第一气液分离器气液分离，液相经一级换热器E1降温后，经节流阀减压，汇入反流的气相冷剂，气液分离器的气相物料，经一级换热器E1和二级换热器E2降温后，分成两股，一股经节流阀减压后，为预冷器E8提供冷量后，返回混合冷剂压缩机入口，另一股经节流阀减压后，进入甲烷精馏塔T1的塔顶冷凝器E4中，为塔顶提供冷凝后，返回二级换热器E2，与液相物料汇合后，经一级换热器E1复温后，再次回到混合冷剂压缩机入口，完成混合冷剂的循环过程。
粗氦气进入催化氧化装置B3，在催化氧化装置中，将氦气中的氢气和烷烃组分反应掉，然后进入常温纯化装置B4，将水分和二氧化碳脱除，然后进入氦液化装置。
氦气经氦气压缩机B5增压后，与纯化后的氦气汇合，汇合后在预冷器E8内预冷。氦气经预冷器E8冷却降温后，分为两股，一股经第一换热器E9、第二换热器E10降温后，经节流阀节流降压后，进入液氦杜瓦罐，生产出液氦产品，闪蒸的气相氦气返回换热器，经过换热器复温后回到氦气压缩机B5入口；另外一股进入第一膨胀机ET1降温降压后，经第一换热器E9继续降温，再经过第二膨胀机ET2膨胀降温降压，为第二换热器E10提供冷量后，与闪蒸的氦气汇合，最后经过第一换热器E9和预冷器E8复温后，回到氦气压缩机B5入口，完成氦气压缩循环。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种从天然气中提氦并液化的装置，其特征在于，包括：
用于对天然气第一次冷却降温处理的一级换热器；
用于对第一次冷却降温处理后的天然气再次冷却降温的二级换热器，与所述一级换热器通过管路连接；
用于对再次冷却降温后的天然气精馏，使所述天然气分离出包含氦气和氮气的气相物料后液化的甲烷精馏塔，与所述二级换热器通过管路连接；
用于对所述气相物料洗涤，使所述气相物料中的氮气、氧气液化为混合液态物料后脱离出去，仅剩氦气的低温洗涤塔，与所述甲烷精馏塔通过管路连接；
用于对所述混合液态物料低温精馏，使混合液态物料分离出氮气的脱氮塔，与所述低温洗涤塔通过管路连接。
2.如权利要求1所述的从天然气中提氦并液化的装置，其特征在于，所述甲烷精馏塔的塔底再沸器通过第一管路连接所述甲烷精馏塔，所述第一管路经过二级换热器，所述第一管路上设置有第一节流阀，以使由甲烷精馏塔的塔底再沸器排出的天然气经过二级换热器降温、经过第一节流阀节流降压后进入甲烷精馏塔精馏，脱氮塔的甲烷排放口与第一甲烷排出管连接，所述第一甲烷排出管经过二级换热器，所述第一甲烷排出管上设置有第二节流阀，以使由第一甲烷排出管的甲烷经过二级换热器降温、经过第二节流阀节流降压后排出。
3.如权利要求2所述的从天然气中提氦并液化的装置，其特征在于，脱氮塔的氮气排出口与氮气排出管连接，所述氮气排出管经过三级换热器、二级换热器、一级换热器，以使所述氮气排出管内的氮气复温。
4.如权利要求3所述的从天然气中提氦并液化的装置，其特征在于，低温洗涤塔的氦气排出口与氦气排出管连接，所述氦气排出管经过三级换热器、二级换热器、一级换热器，以使所述氦气排出管内的氦气复温，脱氮塔的底部甲烷排出口与第二甲烷排出管连接，所述第二甲烷排出管经过二级换热器，所述第二甲烷排出管上设置有第三节流阀，以使由第二甲烷排出管的甲烷经过二级换热器降温、经过第三节流阀节流降压后排出，所述第二甲烷排出管上第三节流阀、二级换热器之间连接有甲烷输送管，所述甲烷输送管的另一端与低温洗涤塔连通，所述甲烷输送管经过动力泵、三级换热器。
5.如权利要求4所述的从天然气中提氦并液化的装置，其特征在于，还包括：
用于对氦气排出管排出的氦气催化氧化处理，使所述氦气中的氢气、烷烃组分反应去除的催化氧化装置，与氦气排出管连通；
用于对催化氧化处理后的氦气纯化处理，使所述氦气中的水分、二氧化碳去除的常温纯化装置，与催化氧化装置连接。
6.如权利要求5所述的从天然气中提氦并液化的装置，其特征在于，还包括氦液化装置，所述氦液化装置包括用于对氦气压缩的氦气压缩机、用于储存液氮的液氮杜瓦罐，氦气压缩机与液氮杜瓦罐通过第八管路连通，所述第八管路依次经过用于对压缩后的氦气以及纯化处理后氦气预冷却的预冷器、用于对预冷却后的氦气第一次冷却降温处理第一换热器、用于对第一次冷却降温处理后的氦气第二次冷却降温处理，使所述氦气液化的第二换热器、用于对第二次冷却降温处理后的液氦节流降压的氦节流阀，常温纯化装置与第八管路连通，常温纯化装置与第八管路的连接点位于氦气压缩机、预冷器之间，液氮杜瓦罐顶部的闪蒸气相出口通过氦气回流管与氦气压缩机的入口连接，以使液氮杜瓦罐闪蒸出氦气的被压缩，氦气回流管经过第二换热器、第一换热器、预冷器。
7.如权利要求6所述的从天然气中提氦并液化的装置，其特征在于，还包括氦气输送管，所述氦气输送管的一端与第八管路连通，氦气输送管与第八管路的连接点位于第一换热器、预冷器之间，氦气输送管的另一端与氦气回流管连接，氦气输送管的另一端与氦气回流管的连接点位于第一换热器、第二换热器之间，氦气输送管依次经过第一膨胀机、第一换热器、第二膨胀机、第二换热器，以使氦气输送管内的氦气被第一膨胀机膨胀降温降压处理、被第一换热器降温、被第二膨胀机膨胀降温降压处理后为第二换热器提供冷量。
8.一种从天然气中提氦并液化的装置，其特征在于，包括：
用于对天然气第一次冷却降温处理的一级换热器；
用于对第一次冷却降温处理后的天然气再次冷却降温的二级换热器，与所述一级换热器通过管路连接；
用于再次冷却降温后的天然气精馏，使所述天然气分离出包含氦气和氮气的气相物料后液化的气液分离器，与所述二级换热器通过管路连接；
用于对所述气相物料洗涤，使所述气相物料中的氮气、氧气液化为混合液态物料后脱离出去，仅剩氦气的低温洗涤塔，与所述气液分离器通过管路连接；
用于对所述混合液态物料低温精馏，使混合液态物料分离出氮气的脱氮塔，与所述气液分离器通过管路连接，气液分离器的顶部的气相物料出口通过第二管路连通低温洗涤塔的底部，第二管路经过二级换热器、三级换热器，以使气相物料经过二级换热器、三级换热器降温后进入低温洗涤塔的底部。
9.一种从天然气中提氦并液化的方法，其特征在于，包括：
对天然气第一次冷却降温处理；
对第一次冷却降温处理后的天然气再次冷却降温；
对再次冷却降温后的天然气精馏，使所述天然气分离出包含氦气和氮气的气相物料后液化；
对所述气相物料洗涤，使所述气相物料中的氮气、氧气液化为混合液态物料后脱离出去，仅剩氦气；
对所述混合液态物料低温精馏，使混合液态物料分离出氮气；
对氦气催化氧化处理，使所述氦气中的氢气、烷烃组分反应去除；
对催化氧化处理后的氦气纯化处理，使所述氦气中的水分、二氧化碳去除。
10.如权利要求9所述的从天然气中提氦并液化的方法，其特征在于，还包括：
对压缩后的氦气以及纯化处理后氦气预冷却；
对预冷却后的氦气第一次冷却降温处理；
对第一次冷却降温处理后的氦气第二次冷却降温处理，使所述氦气液化；
对第二次冷却降温处理后的液氦节流降压后输入液氮杜瓦罐，压缩液氮杜瓦罐闪蒸出的氦气，对液氮杜瓦罐闪蒸出的氦气冷却后输入液氮杜瓦罐。
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