CN113501508A - 一种从天然气或bog中提取氦气的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种从天然气或BOG中提取氦气的系统和方法，该系统包括膜分离系统、连接于所述膜分离系统的催化脱氢单元以及连接于所述催化脱氢单元的纯化装置，通过采用膜分离系统首先将天然气或BOG中含量最大的甲烷去除，然后进行催化脱氢处理和纯化处理的方式，使得所述膜分离系统之后的设备的混合气体的处理量小，有利于简化提氦的整个工艺流程和设备结构，从而能够减少设备整体投资，减少生产成本，而且经过膜分离后的气体甲烷含量很少，几乎没有副产物，整套系统可以连续稳定运行，适合工业化生产。

Description

一种从天然气或BOG中提取氦气的系统和方法

技术领域

本发明涉及氦气提取技术领域，特别是涉及一种从天然气或BOG中提取氦气的系统和方法。

背景技术

氦气是一种无色、无味的单原子惰性气体，是所有气体中最难液化的，是不能在标准大气压下固化的物质。利用液态氦可以得到接近绝对零度的低温。

天然气中氦含量最高可达7.5％，是空气中氦含量的1.5万倍。目前全球已发现规模氦气储量均为天然气伴生气。我国为贫氦国家，国内氦气消费主要依赖于进口。氦气市场货源紧张局面或将延续，我国需尽快开展氦气资源储备。

在LNG工厂或LNG接收站，LNG储存及装卸过程中会产生蒸发气，也称为BOG。氦气作为不凝气会在此部分BOG中富集，具有氦气回收的工业价值。目前常见的提氦方法，同等规模的提氦装置工艺流程长、设备占地大、造价高、操作复杂。而且现有的提氦装置在提氦过程中存在大量甲烷，副产物CO、CO₂多，冻在后续纯化系统中，不利于纯化系统的连续稳定操作。

发明内容

本发明的一目的是，提供一种从天然气或BOG中提取氦气的系统和方法，该系统提氦工艺流程简单、操作简单、设备体积小、提氦纯度和效率高、无副产物，因此整个系统能够连续稳定运行，适合工业化生产。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种从天然气或BOG中提取氦气的系统，包括连接于天然气或BOG原厂的膜分离系统、连接于所述膜分离系统的催化脱氢单元以及连接于所述催化脱氢单元的纯化装置，其中所述膜分离系统包括第一加热器、第一膜组件以及第一压缩机，所述第一加热器用于加热从天然气或BOG原厂输出的原料气，所述第一膜组件用于基于不同气体在膜中的相对渗透率的不同的特点，对加热后的原料气进行脱甲烷处理，并输出渗余气和渗透气，所述第一压缩机用于对所述渗透气进行增压处理，其中所述渗余气送入天然气或BOG原厂继续处理，其中增压后的所述渗透气送入所述催化脱氢单元进行催化脱氢处理；其中所述催化脱氢单元包括依次连接的脱氢塔、水冷却器、气液分离器以及多个脱水塔，其中所述脱氢塔用于对所述膜分离系统输出的所述渗透气进行脱氢处理，其中所述水冷却器用于冷却降温脱氢处理后的气体，输出游离水和氦气混合气体进入所述气液分离器，所述气液分离器用于分离游离水和所述氦气混合气体，多个所述脱水塔用于对所述氦气混合气体进行深度脱水处理，得到无水氦气混合气体；其中所述纯化装置包括换热器和低温吸附塔，所述低温吸附塔内设置有吸附剂；其中所述换热器用于对所述无水氦气混合气体进行换热降温处理，其中所述低温吸附塔用于吸附去除降温后的所述无水氦气混合气体中的氮气和甲烷，输出高纯度氦气。

在本发明的一实施例中，所述第一加热器加热所述原料气的温度范围为45～55℃，所述第一压缩机将所述渗透气增压至大于1.5MPaG后，送入所述催化脱氢单元。

在本发明的一实施例中，所述膜分离系统还包括依次连接于所述第一压缩机的第二加热器、第二膜组件以及第二压缩机，所述第二加热器用于加热由所述第一压缩机增压输出的所述渗透气，所述第二膜组件用于对所述第二加热器加热后的所述渗透气进行进一步脱甲烷处理，所述第二膜组件输出的渗余气送入天然气或BOG原厂中继续处理，所述第二膜组件输出的渗透气送入所述第二压缩机中进行增压处理，增压处理后的渗透气送入所述催化脱氢单元中进行催化脱氢处理。

在本发明的一实施例中，所述第二加热器加热由所述第一压缩机增压输出的所述渗透气的温度范围为45～55℃，所述第二压缩机将所述第二膜组件输出的渗透气增压至大于1.5MPaG后，送入所述催化脱氢单元。

在本发明的一实施例中，所述第一膜组件和所述第二膜组件采用中空纤维膜。

在本发明的一实施例中，所述从天然气或BOG中提取氦气的系统还包括原料气压缩机，所述原料气压缩机设置在天然气或BOG原厂和所述膜分离系统之间，用于将原料气增压至大于1.0MPaG。

在本发明的一实施例中，所述原料气压缩机为无油压缩机，或者所述原料气压缩机为喷油压缩机，所述喷油压缩机的出口设置有除油装置。

在本发明的一实施例中，所述换热器为板翅换热器，采用液氮制冷；所述低温吸附塔中的所述吸附剂为活性炭或分子筛。

本发明在另一方面还提供了一种从天然气或BOG中提取氦气的方法，包括步骤:

S1、采用膜分离系统对天然气或BOG原厂的原料气进行脱甲烷处理：

将天然气或BOG原厂的原料气增压至大于1.0MpaG后送入膜分离系统，采用第一加热器将原料气加热至45～55℃，将加热后的原料气送入第一膜组件中进行脱甲烷处理，输出渗余气和渗透气，其中所述渗余气送入天然气或BOG原厂继续处理，其中所述渗透气通入第一压缩机中进行增压处理；

S2、采用催化脱氢单元对所述膜分离系统输出的渗透气进行催化脱氢处理：

将增压后的渗透气送入催化脱氢单元的脱氢塔中，并根据所述脱氢塔进口输入的所述渗透气中的氢气流量配入对应比例的空气或氧气；采用水冷器冷却脱氢处理后的气体，输出游离水和氦气混合气体进入气液分离器中进行气液分离；将气液分离后的氦气混合气体输入脱水塔中进行深度脱水，得到无水氦气混合气体；

S3、采用纯化装置对无水氦气混合气体进行纯化处理：

将无水氦气混合气体通入换热器中换热降温，并将降温后的无水氦气混合气体送入低温吸附塔中，吸附去除氮气和甲烷，得到高纯度氦气。

在本发明的一实施例中，所述步骤S1还包括步骤：

采用二级膜分离的结构对所述第一膜组件输出的渗透气进行进一步脱甲烷处理：采用第二加热器加热所述第一压缩机增压输出的渗透气，采用第二膜组件对所述第二加热器加热后的渗透气进行进一步脱甲烷处理，将所述第二膜组件输出的渗余气送入天然气或BOG原厂中继续处理，将所述第二膜组件输出的渗透气输入第二压缩机中进行增压处理，增压处理后的渗透气送入所述催化脱氢单元。

本发明的所述从天然气或BOG中提取氦气的系统和方法具有以下有益效果：

(1)、本发明采用膜分离系统首先将天然气或BOG中含量最大的甲烷去除，即本发明采用膜分离系统将氦气提浓，膜组件之后的设备的混合气体的处理量小，有利于简化提氦的整个工艺流程和设备结构，从而能够减少设备整体投资，减少生产成本，具有较高的提氦经济价值；

(2)、本发明将膜分离系统输出渗余气送回天然气或BOG原厂处理，对天然气或BOG原厂的下游设备和流程不产生影响，而且提氦过程中几乎没有副产物，整套系统可以连续稳定运行，更适合工业化生产；

(3)、本发明的系统的氦气提取率高达95％以上，高纯氦气满足GB/T4844-2011《纯氦、高纯氦和超纯氦》中高纯氦各种指标的要求，高纯氦气作为高附加值的副产品，增加了天然气或BOG原厂的收益；

(4)、本发明的系统采用液氮制冷，冷量易于获取。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

附图说明

图1为根据本发明的一优选实施例的所述从天然气或BOG中提取氦气的系统的结构示意框图；

图2为根据本发明的上述优选实施例的所述从天然气或BOG中提取氦气的系统的膜分离系统的第一种实施方式的结构示意图；

图3为根据本发明的上述优选实施例的所述从天然气或BOG中提取氦气的系统的膜分离系统的第二种实施方式的结构示意图；

图4为根据本发明的上述优选实施例的所述从天然气或BOG中提取氦气的系统的催化脱氢单元的结构示意图；

图5为根据本发明的上述优选实施例的所述从天然气或BOG中提取氦气的系统的纯化装置的结构示意图；

图6为根据本发明的上述优选实施例的所述从天然气或BOG中提取氦气的方法的流程示意框图。

附图标号说明：从天然气或BOG中提取氦气的系统100；原料气压缩机10；膜分离系统20；第一加热器21；第一膜组件22；第一压缩机23；第二加热器24；第二膜组件25；第二压缩机26；催化脱氢单元30；脱氢塔31；水冷却器32；气液分离器33；脱水塔34；纯化装置40；换热器41；低温吸附塔42；氦气充装模块50。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、形变方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“竖向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种从天然气、液化天然气闪蒸气(BOG)或BOG再液化闪蒸气中提取氦气的系统和方法。

如图1至图5所示，根据本发明的一优选实施例的一种从天然气或BOG中提取氦气的系统100的结构被具体阐明。具体地，如图1所示，所述从天然气或BOG中提取氦气的系统100包括连接于天然气或BOG原厂的膜分离系统20、连接于所述膜分离系统20的催化脱氢单元30以及连接于所述催化脱氢单元30的纯化装置40，其中所述膜分离系统20用于基于不同气体在膜中的相对渗透率的不同的特点，对天然气或BOG原厂输出的原料气进行脱甲烷处理，并输出渗余气和渗透气，其中所述膜分离系统20输出的渗余气送入天然气或BOG原厂继续处理，所述膜分离系统20输出的渗透气增压后送入所述催化脱氢单元30中进行脱氢处理，脱氢处理后的气体包括氦气、氮气和少量甲烷，所述纯化装置40用于吸附除去脱氢处理后的气体中的氮气和甲烷，输出高纯度氦气。

值得一提的是，所述从天然气或BOG中提取氦气的系统100还包括氦气充装模块50，所述氦气充装模块50连接于所述纯化装置40的氦气出口，用于储存高纯度氦气。所述氦气充装模块50可以为氦气储存罐，本发明对此不作限制。

可以理解的是，本发明的原料气为含氦天然、液化天然气的含氦闪蒸气(BOG)或BOG再液化后的闪蒸气，其中主要组分为甲烷、氮气、氦气、氢气、氩气等，其中甲烷的含量最大。因此，本发明通过采用所述膜分离系统20首先将天然气或BOG中含量最大的甲烷去除的方式，使得所述膜分离系统20之后的设备的混合气体的处理量小，即使得所述催化脱氢单元30和所述纯化装置40中需要处理的混合气体的处理量小，从而能够缩小系统的整体设备体积，简化系统工艺流程和设备结构，进而能够减少设备整体投资，减少生产成本。以此本发明提供了一种具有较高的提氦经济价值的从天然气或BOG中提取氦气的系统100。

换句话说，本发明提氦的顺序为:首先采用所述膜分离系统20将氦气提浓，其次进行催化脱氢处理，最后进行纯化处理。本发明通过这样的提氦顺序，能够先将大量的甲烷去除，大大减少膜分离后的混合气体的处理量，即大大减少了催化脱氢和纯化步骤中需要处理的混合气体的处理量，使得催化脱氢和纯化步骤中能够采用较小体积的设备，同时简化系统工艺流程。

另外，通过采用所述膜分离系统20将大量的甲烷去除的方式，还能够避免在后续的催化脱氢处理和纯化处理中产生由甲烷所产生的副产物如CO、CO₂，从而能够确保整个系统的运行稳定；而且甲烷含量高的渗余气送入天然气或BOG原厂继续处理，对天然气或BOG原厂的下游设备和流程不产生影响。

值得一提的是，所述天然气或BOG原厂输入所述膜分离系统20的原料气为压力大于1.0MPaG的无油原料气。

气体膜分离过程是一种以压力为驱动力的分离过程。原料气为高压侧，渗透气为低压侧，为了实现气体分离，原料气需经原料气压缩机10增压至1.0MPaG以上，也就是说，在本发明的一实施例中，所述从天然气或BOG中提取氦气的系统100还包括原料气压缩机10，所述原料气压缩机10设置在天然气或BOG原厂和所述膜分离系统20之间，用于将原料气增压至大于1.0MpaG。如果来气压力大于1.0MPaG，可以不设置所述原料气压缩机10。

可选地，所述原料气压缩机10可以采用无油压缩机或喷油压缩机，若选用喷油压缩机，需要在喷油压缩机的出口增加除油装置。无油的原料气送入所述膜分离系统20。送入所述膜分离系统20的原料气的压力越高，膜分离效率越好，但是能耗也就越高。通常1.0MPaG以上就有比较好的经济效益，因此本发明采用的原料气压缩机10优选地将原料气增压至大于1.0MpaG后送入所述膜分离系统20进行脱甲烷处理。

具体地，如图2所示，在本发明的一实施例中，所述膜分离系统20采用一级膜分离的结构对原料气进行脱甲烷处理。换句话说，所述膜分离系统20采用一级膜分离的结构对原料气进行氦气提浓处理。图2中的LS表示低压蒸汽。

可以理解的是，所述膜分离系统20利用氦气、氮气、氩气、甲烷等各种气体对膜具有一定的渗透性能，且各种气体的渗透性能各不相同的特点，将原料气中的氦气提取出来。

具体地，所述膜分离系统20包括第一加热器21、第一膜组件22以及第一压缩机23，所述第一加热器21用于加热从天然气或BOG原厂输出的原料气，所述第一膜组件22用于基于不同气体在膜中的相对渗透率的不同的特点，对加热后的原料气进行脱甲烷处理，并输出渗余气和渗透气，所述第一压缩机23用于对所述渗透气进行增压处理，其中所述渗余气送入天然气或BOG原厂继续处理，其中增压后的所述渗透气送入所述催化脱氢单元30进行催化脱氢处理。

值得一提的是，所述第一膜组件22采用中空纤维膜或其它类型高分子膜。

可以理解的是，为了提高膜分离效果，需要将原料气加热到50℃左右再送到膜组份进行处理，因此在本发明的这一实施例中，所述第一加热器21将原料气加热至45～55℃后送入所述第一膜组件22中进行脱甲烷处理，原料气经过所述第一膜组件22后，分为两路，一路是渗透气，另一路是渗余气。

当原料气中的多组分气体混合物通过所述第一膜组件22时，由于各种气体在所述第一膜组件22中溶解度和扩散系数的差异，导致不同气体在膜中相对渗透率不同。由此特性，可以将不同气体分为“快气”和“慢气”。常见气体中，H₂O、H₂、He、H₂S等称为“快气”；在渗透气中富集；而N₂、CO、Ar、CH₄和其它烃类等称为“慢气”，在渗余气中富集。各种气体渗透性能比较：H₂O＞He＞H₂＞CO₂＞CO＞Ar＞N₂＞CH₄＞C₂H₆＞C₃H₈。由于渗余气中甲烷的含量比原料气稍高，因此将渗余气送入天然气或BOG原厂继续处理，对原厂设备无影响；渗透气是脱甲烷气，主要组份为氦气和氢气，还有少量的氮气、甲烷等。

值得一提的是，本发明将所述膜分离系统20输出渗余气送回天然气或BOG原厂处理，对天然气或BOG原厂的下游设备和流程不产生影响，而且提氦过程中几乎没有副产物，整套系统可以连续稳定运行，更适合工业化生产。

经过膜分离后，渗透气的压力在0.2MPaG左右。为了减小后续设备投资及占地，渗透气需经压缩机增压到1.5MPaG以上送入催化脱氢单元30。因此，所述第一膜组件22输出的渗透气经所述第一压缩机23增压到1.5MPaG以上后送入所述催化脱氢单元30中进行脱氢处理。

如图3所示，在本发明的一些实施例中，所述膜分离系统20采用二级膜分离的结构对原料气进行脱甲烷处理。具体地，所述膜分离系统20还包括依次连接于所述第一压缩机23的第二加热器24、第二膜组件25以及第二压缩机26，所述第二加热器24用于加热由所述第一压缩机23增压输出的所述渗透气，所述第二膜组件25用于对所述第二加热器24加热后的所述渗透气进行进一步脱甲烷处理，所述第二膜组件25输出的渗余气送入天然气或BOG原厂中继续处理，所述第二膜组件25输出的渗透气送入所述第二压缩机26中进行增压处理，增压处理后的渗透气送入所述催化脱氢单元30中进行催化脱氢处理。图3中的LS表示低压蒸汽。

值得一提的是，所述第二膜组件25采用中空纤维膜或其它类型高分子膜。

此外，还值得一提的是，所述第二加热器24加热由所述第一压缩机23增压输出的所述渗透气的温度范围为45～55℃，所述第二压缩机26将所述第二膜组件25输出的渗透气增压至1.5MPaG以上后，送入所述催化脱氢单元30。

应该理解的是，所述膜分离系统20还可以包括三级或三级以上的膜分离结构，也就是说，可以根据原料气中氦气含量选用一级或多级膜分离的结构脱除甲烷，对原料气中的氦气进行提浓，本发明对此不做作限制。

如图4所示，所述催化脱氢单元30包括依次连接的脱氢塔31、水冷却器32、气液分离器33以及多个脱水塔34，其中所述脱氢塔31用于对所述膜分离系统20输出的所述渗透气进行脱氢处理，其中所述水冷却器32用于冷却降温脱氢处理后的气体，输出游离水和氦气混合气体进入所述气液分离器33，所述气液分离器33用于分离游离水和所述氦气混合气体，多个所述脱水塔34用于对所述氦气混合气体进行深度脱水处理，得到无水氦气混合气体。

具体地，所述脱氢塔31可以设置一台或多台，所述脱氢塔31内装有金属催化剂，根据进口输入的所述渗透气中的氢气流量配入一定比例的空气或氧气，氢气与加入的氧气在催化剂表面反应生成水而被去除。经过所述脱氢塔31后的气体温度一般在200℃以上，在所述水冷却器32冷却到40℃左右变为气液两相，然后进入所述气液分离器33进行分离。从所述气液分离器33底部排出的液相是游离水，而从所述气液分离器33排出的气相原料气，即氦气混合气体是物料温度下的饱和水状体，进入多塔并联的所述脱水塔34，多个所述脱水塔34对氦气混合气体中的水进行深度脱除。也就是说，所述脱氢塔31脱氢后的气体依次经过所述水冷却器32、所述气液分离器33和所述脱水塔34，将氦气混合气体中的水脱至1ppm以下，送入所述纯化装置40。此时，送入所述纯化装置40的无水氦气混合气体中氦气含量可高达95％以上，还有少量氮气、甲烷等杂质气体。

值得一提的是，所述金属催化剂可以为铁、钴、镍、金、铜、钯催化剂中的一种或多种，本发明对此不作限制。

进一步地，如图5所示，所述纯化装置40包括换热器41和低温吸附塔42，所述低温吸附塔42内设置有吸附剂；其中所述换热器41用于对所述无水氦气混合气体进行换热降温处理，其中所述低温吸附塔42用于吸附去除降温后的所述无水氦气混合气体中的氮气和甲烷，输出高纯度氦气。

具体地，所述换热器41为板翅换热器，冷量由液氮提供。所述纯化装置40利用活性炭、分子筛等吸附剂在低温下对氮气、甲烷等杂质具有较大吸附量的特性，将无水氦气混合气体中的杂质通过低温吸附方式去除。所述低温吸附塔42用采用时序控制、多台并联的方式，可以实现所述低温吸附塔42的自动再生，满足装置连续稳定运行的要求。经过所述低温吸附塔42脱除杂质后的氦气与原料气在所述板翅式换热器41中逆流换热并回收冷量，得到高纯氦气。高纯氦气满足GB/T 4844-2011《纯氦、高纯氦和超纯氦》中高纯氦各种指标的要求。

可以理解的是，所述从天然气或BOG中提取氦气的系统100的氦气提取率高达95％以上，高纯氦气满足GB/T 4844-2011《纯氦、高纯氦和超纯氦》中高纯氦各种指标的要求，高纯氦气作为高附加值的副产品，增加了天然气或BOG原厂的收益，而且所述低温吸附塔42采用液氮制冷，冷量易于获取。

如图6所示，本发明在另一方面还提供了一种从天然气或BOG中提取氦气的方法，包括步骤:

S1、采用膜分离系统20对天然气或BOG原厂的原料气进行脱甲烷处理：

将天然气或BOG原厂的原料气增压至大于1.0MpaG后送入膜分离系统20，采用第一加热器21将原料气加热至45～55℃，将加热后的原料气送入第一膜组件22中进行脱甲烷处理，输出渗余气和渗透气，其中所述渗余气送入天然气或BOG原厂继续处理，其中所述渗透气通入第一压缩机23中进行增压处理；

S2、采用催化脱氢单元30对所述膜分离系统20输出的渗透气进行催化脱氢处理：

将增压后的渗透气送入催化脱氢单元30的脱氢塔31中，并根据所述脱氢塔31进口输入的所述渗透气中的氢气流量配入对应比例的空气或氧气；采用水冷器冷却脱氢处理后的气体，输出游离水和氦气混合气体进入气液分离器33中进行气液分离；将气液分离后的氦气混合气体输入脱水塔34中进行深度脱水，得到无水氦气混合气体；

S3、采用纯化装置40对无水氦气混合气体进行纯化处理：

将无水氦气混合气体通入换热器41中换热降温，并将降温后的无水氦气混合气体送入低温吸附塔42中，吸附去除氮气和甲烷，得到高纯度氦气。

值得一提的是，在本发明的一实施例中，所述步骤S1还包括步骤：

采用二级膜分离的结构对所述第一膜组件22输出的渗透气进行进一步脱甲烷处理：采用第二加热器24加热所述第一压缩机23增压输出的渗透气，采用第二膜组件25对所述第二加热器24加热后的渗透气进行进一步脱甲烷处理，将所述第二膜组件25输出的渗余气送入天然气或BOG原厂中继续处理，将所述第二膜组件25输出的渗透气输入第二压缩机26中进行增压处理，增压处理后的渗透气送入所述催化脱氢单元30。

总的来讲，本发明采用膜分离系统20首先将天然气或BOG中含量最大的甲烷去除，即本发明采用膜分离系统20将氦气提浓，膜组件之后的设备的混合气体的处理量小，有利于缩小膜组件之后的设备体积和简化提氦的整个工艺流程和设备结构，从而能够减少设备整体投资，减少生产成本，具有较高的提氦经济价值，与现有的先进行脱氢或纯化处理后进行脱甲烷处理的提氦系统和方式相比，本发明的系统在经过膜分离后的气体甲烷含量很少，几乎没有副产物，整套系统可以连续稳定运行，更适合工业化生产。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种从天然气或BOG中提取氦气的系统，其特征在于，包括连接于天然气或BOG原厂的膜分离系统、连接于所述膜分离系统的催化脱氢单元以及连接于所述催化脱氢单元的纯化装置，其中所述膜分离系统包括第一加热器、第一膜组件以及第一压缩机，所述第一加热器用于加热从天然气或BOG原厂输出的原料气，所述第一膜组件用于基于不同气体在膜中的相对渗透率的不同的特点，对加热后的原料气进行脱甲烷处理，并输出渗余气和渗透气，所述第一压缩机用于对所述渗透气进行增压处理，其中所述渗余气送入天然气或BOG原厂继续处理，其中增压后的所述渗透气送入所述催化脱氢单元进行催化脱氢处理；其中所述催化脱氢单元包括依次连接的脱氢塔、水冷却器、气液分离器以及多个脱水塔，其中所述脱氢塔用于对所述膜分离系统输出的所述渗透气进行脱氢处理，其中所述水冷却器用于冷却降温脱氢处理后的气体，输出游离水和氦气混合气体进入所述气液分离器，所述气液分离器用于分离游离水和所述氦气混合气体，多个所述脱水塔用于对所述氦气混合气体进行深度脱水处理，得到无水氦气混合气体；其中所述纯化装置包括换热器和低温吸附塔，所述低温吸附塔内设置有吸附剂；其中所述换热器用于对所述无水氦气混合气体进行换热降温处理，其中所述低温吸附塔用于吸附去除降温后的所述无水氦气混合气体中的氮气和甲烷，输出高纯度氦气。

2.根据权利要求1所述的从天然气或BOG中提取氦气的系统，其特征在于，所述第一加热器加热所述原料气的温度范围为45～55℃，所述第一压缩机将所述渗透气增压至大于1.5MPaG后，送入所述催化脱氢单元。

3.根据权利要求1所述的从天然气或BOG中提取氦气的系统，其特征在于，所述膜分离系统还包括依次连接于所述第一压缩机的第二加热器、第二膜组件以及第二压缩机，所述第二加热器用于加热由所述第一压缩机增压输出的所述渗透气，所述第二膜组件用于对所述第二加热器加热后的所述渗透气进行进一步脱甲烷处理，所述第二膜组件输出的渗余气送入天然气或BOG原厂中继续处理，所述第二膜组件输出的渗透气送入所述第二压缩机中进行增压处理，增压处理后的渗透气送入所述催化脱氢单元中进行催化脱氢处理。

4.根据权利要求3所述的从天然气或BOG中提取氦气的系统，其特征在于，所述第二加热器加热由所述第一压缩机增压输出的所述渗透气的温度范围为45～55℃，所述第二压缩机将所述第二膜组件输出的渗透气增压至大于1.5MPaG后，送入所述催化脱氢单元。

5.根据权利要求3所述的从天然气或BOG中提取氦气的系统，其特征在于，所述第一膜组件和所述第二膜组件采用中空纤维膜。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的从天然气或BOG中提取氦气的系统，其特征在于，所述从天然气或BOG中提取氦气的系统还包括原料气压缩机，所述原料气压缩机设置在天然气或BOG原厂和所述膜分离系统之间，用于将原料气增压至大于1.0MPaG。

7.根据权利要求6所述的从天然气或BOG中提取氦气的系统，其特征在于，所述原料气压缩机为无油压缩机，或者所述原料气压缩机为喷油压缩机，所述喷油压缩机的出口设置有除油装置。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的从天然气或BOG中提取氦气的系统，其特征在于，所述换热器为板翅换热器，采用液氮制冷；所述低温吸附塔中的所述吸附剂为活性炭或分子筛。

9.一种从天然气或BOG中提取氦气的方法，其特征在于，包括步骤:

S1、采用膜分离系统对天然气或BOG原厂的原料气进行脱甲烷处理：

将天然气或BOG原厂的原料气增压至大于1.0MpaG后送入膜分离系统，采用第一加热器将原料气加热至45～55℃，将加热后的原料气送入第一膜组件中进行脱甲烷处理，输出渗余气和渗透气，其中所述渗余气送入天然气或BOG原厂继续处理，其中所述渗透气通入第一压缩机中进行增压处理；

S2、采用催化脱氢单元对所述膜分离系统输出的渗透气进行催化脱氢处理：

将增压后的渗透气送入催化脱氢单元的脱氢塔中，并根据所述脱氢塔进口输入的所述渗透气中的氢气流量配入对应比例的空气或氧气；采用水冷器冷却脱氢处理后的气体，输出游离水和氦气混合气体进入气液分离器中进行气液分离；将气液分离后的氦气混合气体输入脱水塔中进行深度脱水，得到无水氦气混合气体；

S3、采用纯化装置对无水氦气混合气体进行纯化处理：

将无水氦气混合气体通入换热器中换热降温，并将降温后的无水氦气混合气体送入低温吸附塔中，吸附去除氮气和甲烷，得到高纯度氦气。

10.根据权利要求9所述的从天然气或BOG中提取氦气的方法，其特征在于，所述步骤S1还包括步骤：

采用二级膜分离的结构对所述第一膜组件输出的渗透气进行进一步脱甲烷处理：采用第二加热器加热所述第一压缩机增压输出的渗透气，采用第二膜组件对所述第二加热器加热后的渗透气进行进一步脱甲烷处理，将所述第二膜组件输出的渗余气送入天然气或BOG原厂中继续处理，将所述第二膜组件输出的渗透气输入第二压缩机中进行增压处理，增压处理后的渗透气送入所述催化脱氢单元。

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