CN109734064B - 一种氦气生产系统和生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种氦气生产系统，包括BOG提氦压缩机、第一多股流换热器、精馏塔、第二多股流换热器、第一节流阀、第三多股流换热器、第一气液分离器、负压液氮池、第二节流阀和第二气液分离器。上述氦气生产系统通过将BOG气体通过多次降温冷却和两次气液分离，可以有效去除BOG气体中的氮气和甲烷等气体。首先，通过精馏塔，可以分离出BOG气体中的甲烷。其次，通过第一次气液分离可以分离出BOG气体中的部分液氮凝液。再次，通过第二次气液分离可以进一步分离出BOG气体中的部分液氮凝液，从而提高氦气生产系统的氦气提取效率。此外还提供一种氦气生产方法。

Description

一种氦气生产系统和生产方法
技术领域
本发明涉及尾气回收技术领域，尤其涉及一种氦气生产系统和生产方法。
背景技术
氦气因具有极低沸点、密度和强化学和放射惰性等特殊性质，成为发展国防军工和高科技不可缺少的重要气体之一，在航空航天、核武器、潜艇、饱和潜水作业、核磁共振、半导体、手机、液晶屏幕、光纤、大科学装置等国防、工业、科技领域具有不可替代的作用。
氦气在空气中的含量仅为5ppm，主要存在于天然气中，因此氦的生产几乎全部来自天然气。美国的天然气氦资源丰富，氦含量高(平均约为0.8％，个别高达7.5％)，产量和消费量均居全球之首。我国氦资源匮乏，天然气中氦的含量最高仅为0.2％，不具有经济提氦的价值。因此我国一直依靠从国外进口所需的氦。由于氦气价格昂贵，对我国大量使用氦的领域和相关的科研、生产单位产生了重大影响。
目前，我国在大鄂尔多斯盆地天然气田中，发现天然气中含氦量约0.04％～0.1％，虽然氦含量很低，但总贮量巨大。为便于调峰、点供，往往采用将管道天然气液化的方式进行储存和运输，而将天然气进行液化的装置即为LNG(Liquefied Natural Gas)生产装置。在LNG的生产过程中，末级节流阀在节流过程中会产生大量闪蒸气，而常压下氦气、氢气、氮气及甲烷的液化温度分别为-269℃、-253℃、-196℃和-162℃，在储罐压力下氦气、氢气及部分氮气会从LNG中挥发出来，此时相比原料天然气，由于烃类等气体被液化，因此氦气等不凝性气体得到了一次富集。末级节流阀出口的气液混合物之后通过LNG低温管道进入LNG大贮罐，由于储罐漏热和装车站也会产生蒸发汽(该部分气体主要为甲烷及氮气)，两部分气体混合统称为BOG气体。
在实际运行过程中，BOG气体流量也很可观，最大会占到原料气流量的8％左右，因此LNG生产工艺流程都会有专门的回收工艺回收BOG气体，常见的有以下三种方案或三种方案的组合，见图1-3。
图1为BOG回收方案1：LNG贮罐中的BOG气体经过复温或不复温，通过BOG压缩机进行压缩，根据LNG装置情况汇合回到原料气预处理前或者原料气预处理后，再次进行液化。
图2为BOG回收方案2：LNG贮罐中的BOG气体经过复温或不复温，通过BOG压缩机1压缩到中压，一部分气体作为燃料气进行燃烧，其余部分通过BOG压缩机2进一步压缩到与原料气相同压力，根据LNG装置情况汇合回到原料气预处理前或者原料气预处理后，再次进行液化。
图3为BOG回收方案3：LNG贮罐中的BOG气体经过复温或不复温，通过BOG压缩机1压缩到中压，一部分气体作为燃料气进行燃烧，其余部分用作分子筛吸附塔的再生气，之后再进入BOG压缩机2压缩到与原料气相同压力，根据LNG装置情况汇合回到原料气预处理前或者原料气预处理后，再次进行液化。
以上三种BOG回收方案可能单独设置，也可能同时组合设置。
BOG经过多次循环，其中的氦、氢等不凝性气体不断浓缩富集。在有一部分BOG被烧掉的情况下，BOG中的氦气仍然会富集到1％～3％；若燃料气采用原料气或净化气(经原料气预处理)则BOG中的氦气甚至会富集到9％。此时若利用BOG气体进行氦气提取，具备非常低的提氦能耗，完全具备提纯氦气的工业开发价值。
随着LNG产业的迅速发展和广泛应用，中国国内的LNG工厂不断增多，工厂内产生的BOG废气量也在不断增加，因此采用新工艺从LNG生产中BOG提氦，是适合我国国情的从天然气中经济提取氦气的好方法，将有助于缓解我国氦资源贫乏与氦气需求的矛盾。
然而，传统的从LNG生产装置的BOG气体中提氦的方法，通常提取效率较低。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种氦气提取效率较高的氦气生产系统和生产方法。
一种氦气生产系统，包括BOG提氦压缩机、第一多股流换热器、精馏塔、第二多股流换热器、第一节流阀、第三多股流换热器、第一气液分离器、负压液氮池、第二节流阀和第二气液分离器；
BOG气体从所述BOG提氦压缩机的入口进入所述BOG提氦压缩机，所述BOG提氦压缩机的出口和所述第一多股流换热器的第一入口连接，所述第一多股流换热器的第一出口和所述精馏塔的底部的再沸器的入口连接，所述再沸器的出口和所述第二多股流换热器的第一入口连接，所述第二多股流换热器的第一出口和第一节流阀的入口连接，所述第一节流阀的出口和所述精馏塔的精馏入口连接，所述精馏塔的塔顶气体出口和所述第三多股流换热器的第一入口连接，所述第三多股流换热器的第一出口和所述第一气液分离器的入口连接，所述第一气液分离器的气体出口和所述负压液氮池内浸泡的虹吸式换热器的入口连接，所述第一气液分离器的液体出口通过所述第二节流阀和所述负压液氮池的入口连接，所述负压液氮池内浸泡的虹吸式换热器出口和所述第二气液分离器的入口连接，所述第二气液分离器的气体出口和所述第三多股流换热器的第二入口连接，所述第三多股流换热器的第二出口和所述第二多股流换热器的第二入口连接，所述第二多股流换热器的第二出口和所述第一多股流换热器的第二入口连接，所述第一多股流换热器的第二出口输出粗氦气。
在一个实施例中，还包括氮制冷装置，所述氮制冷装置包括氮制冷压缩机、第四多股流换热器、膨胀机、第五多股流换热器、第三节流阀和第一调节阀；
所述氮制冷压缩机的出口和所述第四多股流换热器的第一入口连接，所述第四多股流换热器的第一出口和第一调节阀的入口连接，所述第一调节阀的出口和所述膨胀机的入口连接，所述膨胀机的出口和所述第五多股流换热器的第一入口连接，所述第五多股流换热器的第一出口和所述第四多股流换热器的第二入口连接，所述第四多股流换热器的第二出口和所述氮制冷压缩机的入口连接；
所述第四多股流换热器的第一出口还和所述第五多股流换热器的第二入口连接，所述第五多股流换热器的第二出口和所述第三节流阀的入口连接，所述第三节流阀的出口和所述精馏塔顶部的冷凝器的入口连接，所述冷凝器的出口和所述第三多股流换热器的第三入口连接，所述第三多股流换热器的第三出口和所述第五多股流换热器的第一入口连接。
在一个实施例中，还包括第四节流阀和三通调节阀，所述精馏塔底部的液体出口和所述第四节流阀的入口连接，所述第四节流阀的出口连接所述第二多股流换热器的第三入口连接，所述第二多股流换热器的第三出口和所述三通调节阀的入口连接，所述三通调节阀的第一出口和所述第四多股流换热器的第三入口连接，所述第四多股流换热器的第三出口和所述第一多股流换热器的第三出口汇合。
在一个实施例中，还包括第五节流阀和第六节流阀，所述第一气液分离器的液体出口和所述第五节流阀的入口连接，所述第二气液分离器的液体出口和所述第六节流阀的入口连接，所述第六节流阀的出口和所述第五节流阀的出口汇合后和所述第三多股流换热器的第四入口连接，所述第三多股流换热器的第四出口和所述第二多股流换热器的第四入口连接，所述第二多股流换热器的第四出口和所述第一多股流换热器的第四入口连接，所述第一多股流换热器的第四出口输出氮气产品。
在一个实施例中，还包括氦气提纯装置，所述氦气提纯装置包括催化脱氢装置和干燥脱水装置，所述催化脱氢装置和所述第一多股流换热器的第二出口连接，所述干燥脱水装置和所述催化脱氢装置连接，所述催化脱氢装置用于去除所述粗氦气中的氢气，所述干燥脱水装置用于去除催化脱氢过程中H2和O2反应生成的水。
在一个实施例中，所述氦气提纯装置还包括变压吸附装置或、变温吸附装置和冷凝冷冻纯化装置的一种，所述变压吸附装置或、所述变温吸附装置和所述冷凝冷冻纯化装置的一种和所述催化脱氢装置连接。在一个实施例中，还包括氦液化器，所述变压吸附装置或、变温吸附装置和冷凝冷冻纯化装置中的一种和氦液化器连接。
在一个实施例中，还包括氦气增压机，所述变压吸附装置、变温吸附装置和冷凝冷冻纯化装置中的一种和氦气增压机连接连接。
一种采用上述氦气生产装置的氦气生产方法，包括以下步骤：
将BOG气体压缩后采用所述第一多股流换热器进行第一次降温冷却，接着在所述精馏塔底部的再沸器中进行换热，BOG气体被进一步降温，得到降温BOG气体；
所述降温BOG气体通过所述第二多股流换热器进一步冷却，得到第一气液混合物；
所述第一气液混合物经过所述第一节流阀进行节流，之后进入所述精馏塔进行精馏分离；
在所述精馏塔精馏分离后得到第一混合气体，所述第一混合气体由所述精馏塔的塔顶由冷凝器进一步冷却，得到冷却后的第一混合气体；
所述冷却后的第一混合气体通过所述第三多股流换热器冷却，得到第二气液混合物，其中所述第二气液混合物中氮气部分冷凝析出；
将所述第二气液混合物进行气液分离，得到氮气凝液和第二混合气体；
部分所述氮气凝液节流后通入所述负压液氮池，所述第二混合气体进入所述负压液氮池内浸泡的虹吸式换热器被进一步冷却，得到第三气液混合物；
将所述第三气液混合物进行气液分离，得到氮气凝液和粗氦气，所述粗氦气经所述第三多股流换热器、所述第二多股流换热器和所述第一多股流换热器回热至常温。
在一个实施例中，所述精馏塔精馏分离后得到甲烷凝液，所述甲烷凝液经过所述第四节流阀节流后依次经过所述第二多股流换热器和所述第一多股流换热器进行回热至常温，得到甲烷产品。
在一个实施例中，将所述第二气液混合物进行气液分离得到另一部分氮气凝液通过所述第五节流阀节流后，依次经过所述第三多股流换热器、所述第二多股流换热器和所述第一多股流换热器进行回热至常温，得到氮气产品。
在一个实施例中，上述氦气生产方法还包括以下步骤：
将所述粗氦气进行脱氢处理；
将经过脱氢处理后的粗氦气进行干燥脱水处理。
在一个实施例中，上述氦气生产方法还包括以下步骤：
将干燥脱水后的粗氦气进行变压吸附或、变温吸附和冷凝冷冻纯化的一种，得到纯氦气。
在一个实施例中，上述氦气生产方法还包括以下步骤：
将纯氦气进行液化，得到液氦产品。
在一个实施例中，上述氦气生产方法还包括以下步骤：将纯化氦气通过高压压缩机增压，得到高压纯氦气产品。
在一个实施例中，LNG生产工艺中形成的BOG气体中的一部分通过BOG压缩机进行回收液化，对BOG气体中的氦气进行循环富集，所述BOG气体中的另一部分进行氦气生产。
上述氦气生产系统通过将BOG气体通过多次降温冷却和两次气液分离，可以有效去除BOG气体中的氮气和甲烷等气体。首先，通过精馏塔，可以分离出BOG气体中的甲烷。其次，通过第一次气液分离可以分离出BOG气体中的部分液氮凝液。再次，通过第二次气液分离可以进一步分离出BOG气体中的部分液氮凝液，从而提高氦气生产系统的氦气提取效率。
上述氦气生产方法，通过精馏分离，可以分离出BOG气体中的甲烷。再通过第一次气液分离可以分离出BOG气体中的部分液氮凝液。再通过第二次气液分离可以进一步分离出BOG气体中的部分液氮凝液，从而提高氦气生产系统的氦气提取效率。
附图说明
图1为第一种方式BOG回收系统的结构示意图；
图2为第二种方式BOG回收系统的结构示意图；
图3为第三种方式BOG回收系统的结构示意图；
图4为一实施方式的氦气生产系统的结构示意图；
图5为基于现有LNG生产装置联产氦气的系统技术路线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明中所说的固定连接，包括直接固定连接和间接固定。
传统的LNG生产装置的BOG回收流程为：由LNG贮罐来的BOG气体根据现有LNG生产装置进行复温或不复温，之后进入BOG压缩机。
一种氦气生产系统，基于现有LNG生产装置联产氦气，为了提高氦产量，BOG气体不能再作为燃料气进行使用，而是采用原料气或原料气预处理后的净化气作为替代，由于LNG生产装置都留有相关管线，因此该操作对LNG生产装置没有影响。
LNG生产工艺中形成的BOG气体一部分进入提氦装置，另一部分依然通过BOG压缩机进行回收液化，对其中的氦气进行循环富集。进入氦气生产系统的BOG气体首先利用低温法进行粗氦制取，将其中He+H2富集到90％(体积百分比)以上。在低温法制取粗氦的同时，通过低温精馏同时获得甲烷和氮气产品。该甲烷既可以作为产品出售，也可以返回BOG压缩机1的吸气口重新液化。
请参考图4，一种氦气生产系统，包括BOG提氦压缩机10、第一多股流换热器HEX1、精馏塔T1、第二多股流换热器HEX4、第一节流阀V1、第三多股流换热器HEX5、第一气液分离器D1、负压液氮池D2、第二节流阀V2和第二气液分离器D3。
BOG气体从BOG提氦压缩机的入口进入BOG提氦压缩机，BOG提氦压缩机的出口和第一多股流换热器HEX1的第一入口连接，第一多股流换热器HEX1的第一出口和精馏塔T1的底部的再沸器HEX2的入口连接，再沸器HEX2的出口和第二多股流换热器HEX4的第一入口连接，第二多股流换热器HEX4的第一出口和第一节流阀V1的入口连接，所述第一节流阀V1的出口和精馏塔T1的精馏入口连接，精馏塔T1的塔顶气体出口和第三多股流换热器HEX5的第一入口连接，第三多股流换热器HEX5的第一出口和第一气液分离器D1的入口连接，第一气液分离器D1的气体出口和负压液氮池D2内浸泡的虹吸式换热器HEX6的入口连接，第一气液分离器D1的液体出口通过第二节流阀V2和负压液氮池D2的入口连接，负压液氮池D2内浸泡的虹吸式换热器HEX6的出口和第二气液分离器D3的入口连接，第二气液分离器D3的气体出口和第三多股流换热器HEX5的第二入口连接，第三多股流换热器HEX5的第二出口和第二多股流换热器HEX4的第二入口连接，第二多股流换热器HEX4的第二出口和第一多股流换热器HEX1的第二入口连接，第一多股流换热器HEX1的第二出口输出粗氦气。
上述氦气生产系统，通过将BOG气体压缩后采用第一多股流换热器HEX1进行第一次冷却，接着在精馏塔T1底部的再沸器HEX2中进一步降温，然后通过第二多股流换热器HEX4进一步冷却，再经过第一节流阀V1进行节流，之后进入精馏塔T1进行精馏分离。通过精馏塔T1，可以分离出BOG气体中的甲烷。精馏塔T1的塔底可以得到纯的甲烷凝液CH1。精馏分离后得到第一混合气体BOG6，精馏塔T1的塔顶由冷凝器HEX3进一步冷却，再通过第三多股流换热器HEX5冷却，经过气液分离后，得到氮气凝液N1和第二混合气体BOG8。部分氮气凝液N1节流后通入负压液氮池D2，第二混合气体BOG8进入负压液氮池D2内浸泡的虹吸式换热器HEX6被进一步冷却，得到第三气液混合物BOG9；将第三气液混合物BOG9进行气液分离，得到氮气凝液N3和粗氦气，粗氦气经第三多股流换热器HEX5、第二多股流换热器HEX4和第一多股流换热器HEX1回热至常温。
因此，上述氦气生产系统通过将BOG气体通过多次降温冷却和两次气液分离，可以有效去除BOG气体中的氮气和甲烷等气体。首先，通过精馏塔T1，可以分离出BOG气体中的甲烷。其次，通过第一次气液分离可以分离出BOG气体中的部分液氮凝液。再次，通过第二次气液分离可以进一步分离出BOG气体中的部分液氮凝液，从而提高氦气生产系统的氦气提取效率。
在一个实施例中，氦气生产系统还包括氮制冷装置，氮制冷装置包括氮制冷压缩机20、第四多股流换热器HEX8、膨胀机30、第五多股流换热器HEX9、第三节流阀V3和第一调节阀。
氮制冷压缩机20的出口和第四多股流换热器HEX8的第一入口连接，第四多股流换热器HEX8的第一出口和第一调节阀P1的入口连接，所述第一调节阀P1的出口和膨胀机30的入口连接，膨胀机30的出口和第五多股流换热器HEX9的第一入口连接，第五多股流换热器HEX9的第一出口和第四多股流换热器HEX8的第二入口连接，第四多股流换热器HEX8的第二出口和氮制冷压缩机20的入口连接。
第四多股流换热器HEX8的第一出口还和第五多股流换热器HEX9的第二入口连接，第五多股流换热器HEX9的第二出口和第三节流阀V3的入口连接，第三节流阀V3的出口和精馏塔T1顶部的冷凝器HEX3的入口连接，冷凝器HEX3的出口和第三多股流换热器HEX5的第三入口连接，第三多股流换热器HEX5的第三出口和第五多股流换热器HEX9的第一入口连接。
上述氦气生产系统采用氮气作为制冷工质，通过氮气膨胀机30膨胀制冷。氮气经氮制冷压缩机20压缩后，进入第四多股流换热器HEX8进行预冷。之后绝大部分氮气R2_1通过膨胀机30膨胀制冷，另一部分氮气R2_2继续通过第五多股流换热器HEX9进行冷却，得到过冷液氮R5，之后通过第三节流阀V3节流后依次通过冷凝器HEX3和第三多股流换热器HEX5进行换热，为精馏塔T1和BOG6中氮气凝结提供冷量。换热后的R8与膨胀机30出口的R9汇合，之后依次通过第五多股流换热器HEX9、第四多股流换热器HEX8进行回热至常温，最终返回到氮制冷压缩机20吸气侧。
在一个实施例中，第四多股流换热器HEX8的第一出口和膨胀机30的入口之间还设有第一调节阀P1。膨胀机20入口压力由第一调节阀P1进行调压。第一调节阀P1用于调节透平膨胀机20的转速。
在一个实施例中，氦气生产系统还包括第四节流阀V4和三通调节阀V7，精馏塔T1底部的液体出口和第四节流阀V4的入口连接，第四节流阀V4的出口连接第二多股流换热器HEX4的第三入口连接，第二多股流换热器HEX4的第三出口和三通调节阀V7的入口连接，三通调节阀V7的第一出口和第四多股流换热器HEX8的第三入口连接，第四多股流换热器HEX8的第三出口和第一多股流换热器HEX1的第三出口汇合。三通调节阀V7用于控制CH3_1和CH3_2的流量分配比例。三通调节阀V7的第二出口和第一多股流换热器HEX1的第三入口连接，第一多股流换热器HEX1的第三出口输出甲烷产品。
其中，由于氦气生产系统中低温甲烷回热的冷量比较充足，可以通过三通调节阀V7分流一部分甲烷CH3_2为氮制冷装置提供一部分额外冷量，增加氮制冷装置的制冷量。
在一个实施例中，氦气生产系统还包括第四节流阀V4，精馏塔T1底部的液体出口和第四节流阀V4的入口连接，第四节流阀V4的出口连接第二多股流换热器HEX4的第三入口连接，第二多股流换热器HEX4的第三出口和第一多股流换热器HEX1的第三入口连接，第一多股流换热器HEX1的第三出口输出甲烷产品。
在一个实施例中，氦气生产系统还包括第五节流阀V5和第六节流阀V6，第一气液分离器D1的液体出口和第五节流阀V5的入口连接，第二气液分离器D3的液体出口和第六节流阀V6的入口连接，第六节流阀V6的出口和第五节流阀V5的出口汇合后和第三多股流换热器HEX5的第四入口连接，第三多股流换热器HEX5的第四出口和第二多股流换热器HEX4的第四入口连接，第二多股流换热器HEX4的第四出口和第一多股流换热器HEX1的第四入口连接，第一多股流换热器HEX1的第四出口输出氮气产品。
上述氦气生产系统，在BOG提氦压缩机的入口之前还设有开关阀K1。
请参考图4，上述氦气生产系统，除了开关阀K1、BOG提氦压缩机10以及氮制冷压缩机20，其余设备均设于冷箱中。
在一个实施例中，氦气生产系统还包括氦气提纯装置，氦气提纯装置包括催化脱氢装置，催化脱氢装置和第一多股流换热器HEX1的第二出口连接，催化脱氢装置用于去除粗氦气中的氢气。
在一个实施例中，氦气提纯装置还包括干燥脱水装置，干燥脱水装置和催化脱氢装置连接。粗氦气中的氢气采用加氧催化反应进行脱除，生成的水在干燥脱水装置中进行脱水，使露点低于-70℃。脱水后的粗氦气纯度不低于90％V，杂质为N2和微量的O2。
在一个实施例中，氦气提纯装置还包括变压吸附装置或、变温吸附装置和冷凝冷冻纯化装置的一种，变压吸附装置或、变温吸附装置和冷凝冷冻纯化装置的一种和催化脱氢装置连接。
在一个实施例中，还包括氦液化器，所述变压吸附装置或、变温吸附装置和冷凝冷冻纯化装置中的一种和氦液化器连接在一个实施例中，还包括氦气增压机，所述变压吸附装置、变温吸附装置和冷凝冷冻纯化装置中的一种和氦气增压机连接连接。
氦气生产装置根据产品相态的不同分为两个工艺路线：液氦产品路线和高纯氦气产品路线。
上述氦气生产系统，提氦BOG气体首先通过BOG提氦压缩机10进行压缩，然后进入第一多股流换热器HEX1进行初步冷却。之后作为加热源被送入精馏塔T1底部的再沸器HEX2进行换热，温度得到进一步降低。该气体BOG3再次通过第二多股流换热器HEX4被冷却，冷却的气液混合物BOG4经过第一节流阀V1进行节流，并送入精馏塔T1的中部进行精馏分离，塔底得到纯的甲烷凝液CH1，塔顶得到氮气、氦气、氢气的混合气体BOG6，其中塔顶由冷凝器HEX3提供冷源。甲烷凝液CH1经过第四节流阀V4节流后依次经过第二多股流换热器HEX4、第一多股流换热器HEX1进行回热至常温，得到产品甲烷气CH6。
BOG6再次通过第三多股流换热器HEX5冷却，其中的氮气部分冷凝析出，在第一气液分离器D1中进行分离。第一气液分离器D1底部的氮气凝液N1一部分通过第五节流阀V5节流，成为常压液氮N2；N1的另一部分通过第二节流阀V2节流，并通入负压液氮池D2。D2中的氮气依次经过第二调节阀P2、复温器HEX7复温至常温，并最终通过真空泵排空。第二调节阀P2用于调节负压液氮池的压力。第二节流阀V2、负压液氮池D2、第二调节阀P2、复温器HEX7、真空泵统40称为65K系统。产生的负压液氮可以通过负压液氮池内浸泡的虹吸式换热器HEX6为BOG8提供65K温度下的冷量，该系统也可以由大冷量斯特林制冷机、外部负压液氮等方式为BOG8提供65K温度下的冷量。
被冷却后的BOG9中氮气被进一步冷凝，并通入第二气液分离器D3进行分离，氮气凝液N3通过第六节流阀V6节流，并与N2合并后一起依次在第三多股流换热器HEX5、第二多股流换热器HEX4、第一多股流换热器HEX1回热至常温，作为氮气产品N8。第二气液分离器D3中的气相同样依次在第三多股流换热器HEX5、第二多股流换热器HEX4、第一多股流换热器HEX1回热至常温，该粗氦HE4被送到催化脱氢装置进行氢气脱除。
请参考图5，BOG气体的经过氦气生产系统处理后依次为BOG1、BOG2、BOG3、BOG4、BOG5、BOG6、BOG7、BOG8、BOG9。
精馏塔T1分离的甲烷CH1经过处理后依次为CH2、CH3、CH4、CH5、CH6。其中，CH3分成两路CH3_1和CH3_2，CH3_1变成CH4，CH3_2变成CH5，CH4和CH5汇合后变成CH6。
第一分离器分离出的液氮N1节流后变成N2，第三分离器分离出的液氮N3节流后变成N4。N2和N4汇合后变成N5依次为N6、N7、N8。
第二分离器D3分离出的氦气处理后依次为He1、He2、He3、He4。
氮制冷装置中，氮制冷压缩机20流出的N2处理后依次为R1、R2，R2分为R2_1和R2_2，R2_1变为R5、R6、R7、R8，R2_2变为R3、R4，R4和R8汇合后变成R9、R10、R11进入氮制冷压缩机20，形成一个循环。
本申请提供一种氦气生产方法，LNG生产工艺中形成的BOG气体中的一部分通过BOG压缩机进行回收液化，对BOG气体中的氦气进行循环富集，BOG气体中的另一部分进行氦气生产。
一种氦气生产方法包括以下步骤：
S10、将BOG气体压缩后采用第一多股流换热器HEX1进行第一次降温冷却，接着在精馏塔T1底部的再沸器HEX2中进行换热，BOG气体被进一步降温，得到降温BOG气体BOG3。
S20、降温BOG气体BOG3通过第二多股流换热器HEX4进一步冷却，得到第一气液混合物BOG4。
S30、第一气液混合物BOG4经过第一节流阀V1进行节流，之后进入精馏塔T1进行精馏分离。
S40、在精馏塔T1精馏分离后得到第一混合气体BOG6，第一混合气体BOG6由精馏塔T1的塔顶由冷凝器HEX3进一步冷却。
S50、第一混合气体BOG6通过第三多股流换热器HEX5冷却，得到第二气液混合物BOG7，其中第二气液混合物BOG7中氮气部分冷凝析出。
S60、将第二气液混合物BOG7进行气液分离，得到氮气凝液N1和第二混合气体BOG8。
S70、部分氮气凝液N1节流后通入负压液氮池D2，第二混合气体BOG8进入负压液氮池D2内浸泡的虹吸式换热器HEX6被进一步冷却，得到第三气液混合物BOG9。
S80、将第三气液混合物BOG9进行气液分离，得到氮气凝液N3和粗氦气，粗氦气经第三多股流换热器HEX5、第二多股流换热器HEX4和第一多股流换热器HEX1回热至常温。
上述氦气生产方法，通过精馏分离，可以分离出BOG气体中的甲烷。再通过第一次气液分离可以分离出BOG气体中的部分液氮凝液。再通过第二次气液分离可以进一步分离出BOG气体中的部分液氮凝液，从而提高氦气生产系统的氦气提取效率。
在一个实施例中，上述氦气生产方法中，精馏塔T1精馏分离后得到甲烷凝液CH1，甲烷凝液CH1经过第四节流阀V4节流后依次经过第二多股流换热器HEX4和第一多股流换热器HEX1进行回热至常温，得到甲烷产品CH6。
在一个实施例中，上述氦气生产方法中，氮气凝液N1通过第五节流阀V5节流后和氮气凝液N3通过第六节流阀V6节流后汇合，，然后依次经过第三多股流换热器HEX5、第二多股流换热器HEX4和第一多股流换热器HEX1进行回热至常温，得到氮气产品。
在一个实施例中，上述氦气生产方法还包括以下步骤：
S90、将粗氦气进行脱氢处理。
在一个实施例中，上述氦气生产方法还包括以下步骤：
S92、将脱氢处理后的粗氦气进行低温吸附或低温冷凝冷冻去除杂质，然后将去除杂质后的氦气进行液化，得到液氦产品。
在一个实施例中，上述氦气生产方法还包括以下步骤：将脱氢处理后的粗氦气经变压吸附或变温吸附对杂质进行脱除，得到高纯氦气产品。
上述氦气生产装置，采用氮气膨胀制冷循环，制冷效率高，安全稳定。
上述氦气生产装置与现有LNG生产装置有机结合，将BOG气体中的甲烷、氮气、氦气进行了有效分离，降低了现有LNG生产装置中循环BOG的不凝性气体的含量，降低了现有LNG生产装置的能耗。
上述氦气提取方法，将现有LNG生产装置BOG气体中的氦气进行了提取，提高了现有LNG生产装置的经济性。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种氦气生产系统，其特征在于，包括BOG提氦压缩机、第一多股流换热器、精馏塔、第二多股流换热器、第一节流阀、第三多股流换热器、第一气液分离器、负压液氮池、第二节流阀和第二气液分离器；
BOG气体从所述BOG提氦压缩机的入口进入所述BOG提氦压缩机，所述BOG提氦压缩机的出口和所述第一多股流换热器的第一入口连接，所述第一多股流换热器的第一出口和所述精馏塔的底部的再沸器的入口连接，所述再沸器的出口和所述第二多股流换热器的第一入口连接，所述第二多股流换热器的第一出口和所述第一节流阀的入口连接，所述第一节流阀的出口和所述精馏塔的精馏入口连接，所述精馏塔的塔顶气体出口和所述第三多股流换热器的第一入口连接，所述第三多股流换热器的第一出口和所述第一气液分离器的入口连接，所述第一气液分离器的气体出口和所述负压液氮池内浸泡的虹吸式换热器的入口连接，所述第一气液分离器的液体出口通过所述第二节流阀和所述负压液氮池的入口连接，所述负压液氮池内浸泡的虹吸式换热器的出口和所述第二气液分离器的入口连接，所述第二气液分离器的气体出口和所述第三多股流换热器的第二入口连接，所述第三多股流换热器的第二出口和所述第二多股流换热器的第二入口连接，所述第二多股流换热器的第二出口和所述第一多股流换热器的第二入口连接，所述第一多股流换热器的第二出口输出粗氦气；
还包括氮制冷装置，所述氮制冷装置包括氮制冷压缩机、第四多股流换热器、膨胀机、第五多股流换热器、第三节流阀和第一调节阀；
所述氮制冷压缩机的出口和所述第四多股流换热器的第一入口连接，所述第四多股流换热器的第一出口和第一调节阀的入口连接，所述第一调节阀的出口和所述膨胀机的入口连接，所述膨胀机的出口和所述第五多股流换热器的第一入口连接，所述第五多股流换热器的第一出口和所述第四多股流换热器的第二入口连接，所述第四多股流换热器的第二出口和所述氮制冷压缩机的入口连接；
所述第四多股流换热器的第一出口还和所述第五多股流换热器的第二入口连接，所述第五多股流换热器的第二出口和所述第三节流阀的入口连接，所述第三节流阀的出口和所述精馏塔顶部的冷凝器的入口连接，所述冷凝器的出口和所述第三多股流换热器的第三入口连接，所述第三多股流换热器的第三出口和所述第五多股流换热器的第一入口连接。
2.如权利要求1所述的氦气生产系统，其特征在于，还包括第四节流阀和三通调节阀，所述精馏塔底部的液体出口和所述第四节流阀的入口连接，所述第四节流阀的出口连接所述第二多股流换热器的第三入口连接，所述第二多股流换热器的第三出口和所述三通调节阀的入口连接，所述三通调节阀的第一出口和所述第四多股流换热器的第三入口连接，所述第四多股流换热器的第三出口和所述第一多股流换热器的第三出口汇合。
3.如权利要求1所述的氦气生产系统，其特征在于，还包括第五节流阀和第六节流阀，所述第一气液分离器的液体出口和所述第五节流阀的入口连接，所述第二气液分离器的液体出口和所述第六节流阀的入口连接，所述第六节流阀的出口和所述第五节流阀的出口汇合后和所述第三多股流换热器的第四入口连接，所述第三多股流换热器的第四出口和所述第二多股流换热器的第四入口连接，所述第二多股流换热器的第四出口和所述第一多股流换热器的第四入口连接，所述第一多股流换热器的第四出口输出氮气产品。
4.如权利要求1所述的氦气生产系统，其特征在于，还包括氦气提纯装置，所述氦气提纯装置包括催化脱氢装置和干燥脱水装置，所述催化脱氢装置和所述第一多股流换热器的第二出口连接，所述干燥脱水装置和所述催化脱氢装置连接，所述催化脱氢装置用于去除所述粗氦气中的氢气，所述干燥脱水装置用于去除催化脱氢过程中H2和O2反应生成的水。
5.如权利要求4所述的氦气生产系统，其特征在于，所述氦气提纯装置还包括变压吸附装置或变温吸附装置或冷凝冷冻纯化装置，所述变压吸附装置或所述变温吸附装置或所述冷凝冷冻纯化装置和所述催化脱氢装置连接。
6.如权利要求5所述的氦气生产系统，其特征在于，还包括氦液化器，所述变压吸附装置或变温吸附装置或冷凝冷冻纯化装置中的一种和氦液化器连接。
7.一种采用如权利要求1所述的氦气生产系统的氦气生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
将BOG气体压缩后采用所述第一多股流换热器进行第一次降温冷却，接着在所述精馏塔底部的再沸器中进行换热，BOG气体被进一步降温，得到降温BOG气体；
所述降温BOG气体通过所述第二多股流换热器进一步冷却，得到第一气液混合物；
所述第一气液混合物经过所述第一节流阀进行节流，之后进入所述精馏塔进行精馏分离；
在所述精馏塔精馏分离后得到第一混合气体，所述第一混合气体由所述精馏塔的塔顶由冷凝器进一步冷却，得到冷却后的第一混合气体；
所述冷却后的第一混合气体通过所述第三多股流换热器冷却，得到第二气液混合物，其中所述第二气液混合物中氮气部分冷凝析出；
将所述第二气液混合物进行气液分离，得到氮气凝液和第二混合气体；
部分所述氮气凝液节流后通入所述负压液氮池，所述第二混合气体进入所述负压液氮池内浸泡的虹吸式换热器被进一步冷却，得到第三气液混合物；
将所述第三气液混合物进行气液分离，得到氮气凝液和粗氦气，所述粗氦气经所述第三多股流换热器、所述第二多股流换热器和所述第一多股流换热器回热至常温。
8.如权利要求7所述的氦气生产方法，其特征在于，所述精馏塔精馏分离后得到甲烷凝液，所述甲烷凝液经过第四节流阀节流后依次经过所述第二多股流换热器和所述第一多股流换热器进行回热至常温，得到甲烷产品。
9.如权利要求8所述的氦气生产方法，其特征在于，将所述第二气液混合物进行气液分离得到另一部分氮气凝液通过第五节流阀节流后和将所述第三气液混合物进行气液分离得到氮气凝液通过第六节流阀节流后汇合，然后依次经过所述第三多股流换热器、所述第二多股流换热器和所述第一多股流换热器进行回热至常温，得到氮气产品。
10.如权利要求8所述的氦气生产方法，其特征在于，还包括以下步骤：
将所述粗氦气进行脱氢处理；
将经过脱氢处理后的粗氦气进行干燥脱水处理。
11.如权利要求10所述的氦气生产方法，其特征在于，还包括以下步骤：
将脱氢处理后的粗氦气进行变压吸附或低温吸附或低温冷凝冷冻去除杂质，然后将去除杂质后的氦气进行液化，得到液氦产品。
12.如权利要求11所述的氦气生产方法，其特征在于，还包括以下步骤：将脱氢处理后的粗氦气经变压吸附或变温吸附或低温冷凝冷冻对杂质进行脱除，得到高纯氦气产品。
13.如权利要求7所述的氦气生产方法，其特征在于，LNG生产工艺中形成的BOG气体中的一部分通过BOG压缩机进行回收液化，对BOG气体中的氦气进行循环富集，所述BOG气体中的另一部分进行氦气生产。
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