CN117824295A - 液化天然气蒸发气提氦系统和提氦工艺 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种液化天然气蒸发气提氦系统和提氦工艺，涉及提氦技术领域。液化天然气蒸发气提氦系统包括依次相连的深冷系统、催化脱氢系统和两级膜分离系统，两级膜分离系统包括依次连接的膜前压缩机、膜前冷却器、一级膜分离单元、级间压缩机、级间冷却器和二级膜分离单元，膜前压缩机与催化脱氢系统相连通，一级膜分离单元的一级膜入口与膜前冷却器相连，一级渗透气出口与级间压缩机相连，二级膜分离单元的二级膜入口与级间冷却器相连。液化天然气蒸发气提氦工艺包括深冷处理、催化脱氢处理和两级膜分离处理。本申请通过深冷系统精馏可得到氦浓度为91%以上的粗氦气体，经过两级膜分离系统精制处理，得到的产品氦气浓度高达99.999%。

Description

液化天然气蒸发气提氦系统和提氦工艺
技术领域
本申请涉及提氦技术领域，尤其是涉及一种液化天然气蒸发气提氦系统和提氦工艺。
背景技术
氦气具有化学性能稳定、导热性好、沸点低以及渗透性强等众多良好特性，是稀缺战略资源，在新能源开发、国防、制冷、医学等领域具有非常重要的作用。随着我国国防工业技术的发展以及低温技术的不断进步，我国对氦气和液氦的需求量也越来越大。目前商业应用的氦气主要从富氦天然气(＞0.1％)中获得，已探明的天然气氦含量一般在0.024～7.5％(mol)。
当前我国已探测的含氦天然气资源仅占世界氦资源量的0.15％至0.2％，且天然气单位体积含量不超过2％。因此，一方面我国氦气资源在质量和数量上远不及美国、卡塔尔等拥有富氦资源的国家，氦气开发成本较高，缺乏市场竞争力；另一方面，我国的提氦技术及工艺流程方面尚处于发展阶段，仍具有较大的进步空间，天然气提氦过程存在产品单一、能耗大，产量小等问题。
在运输或就地存储液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)时，储罐无法完全隔热会导致漏入热量，或液体内部剧烈晃荡产生热量，这将使液化天然气受热气化形成液化天然气蒸发气(boil-off gas,BOG)，其主要成分为甲烷、氮气、氢气、氦气等。我国通过测试天然气液化过程中产生的不凝气和LNG汽化产生的液化天然气蒸发气成分，发现其中氦含量高达3％左右。相比于天然气提氦流程，液化天然气蒸发气提氦流程通常可以省去预处理环节，从而减少设备投资，更加经济高效，同时液化天然气蒸发气提氦流程以液化天然气蒸发气为原料气，可提高天然气综合利用率。因此将液化天然气蒸发气气体提氦作为我国获取氦资源的一种新方式，具有重大的战略意义。
目前国内最主要的提取氦气的工艺还是低温法，将液化天然气蒸发气采用低温设备将甲烷与氦气进行初步分离或采用精馏塔类设备进行初步提纯，再通过塔类及反应器类设备脱氢脱水除杂，最后通过冷箱深冷液化(-268.9℃)提取99.999％(Vol)的液氦，以上工艺过程主要核心采用低温进行氦气与天然气的分离，深冷设备要求苛刻，冷媒要求高(-268.9℃)，设备成本及能耗是极其高的。
发明内容
为了改善目前液化天然气蒸发气提取氦气的设备成本及能耗高的问题，本申请提供一种液化天然气蒸发气提氦系统和提氦工艺。
第一方面，本申请提供一种液化天然气蒸发气提氦系统，采用如下的技术方案：
一种液化天然气蒸发气提氦系统，包括依次相连的深冷系统、催化脱氢系统和两级膜分离系统，其中，
所述两级膜分离系统包括依次连接的膜前压缩机、膜前冷却器、一级膜分离单元、级间压缩机、级间冷却器和二级膜分离单元，所述膜前压缩机与所述催化脱氢系统相连通，所述一级膜分离单元具有一级膜入口、一级滞留气出口与一级渗透气出口，所述一级膜入口与所述膜前冷却器相连，所述一级渗透气出口与所述级间压缩机相连，
所述二级膜分离单元具有二级膜入口、二级滞留气出口与二级渗透气出口，所述二级膜入口与所述级间冷却器相连。
本申请以液化天然气蒸发气原料气作为原料提取氦气时，通过先采用深冷系统可以将液化天然气蒸发气原料气中的甲烷气体分离出来，再采用催化脱氢系统脱除掉其中的氢气，最后采用两级膜分离系统除去氮气等其他杂质气体，最终可获得高纯度产品氦气。
本申请在提取氦气过程中主要以两级膜分离系统为主，对粗氦气体进行提取时利用压缩机和冷却器与膜分离单元相配合，对粗氦气体进行连续两次的膜分离处理，在压力差作用下，氦气能够顺利通过膜分离单元同时非氦气体无法通过膜分离单元进而实现了从粗氦气体中提取到高纯度氦气的目的。
因此，在本申请的提氦系统中，仅在对液化天然气蒸发气原料气进行脱除甲烷气体的过程中利用到了深冷系统，深冷系统的工作温度仅有-165℃左右，即可分离出液化天然气蒸发气原料气中大部分的甲烷气体；而在后续提取氦气的过程中采用两级膜分离系统即可提取出高纯度的氦气产品；相对于采用低温法提取氦气，本申请采用深冷系统、催化脱氢系统与两级膜分离系统结合的方式，对深冷设备以及冷媒温度的要求不严苛，即可采用低成本的方式获得高纯度的氦气产品。
可选地，所述两级膜分离系统还包括混合器，所述混合器具有第一混合入口、第二混合入口与混合出口，所述第一混合入口与所述催化脱氢系统连通，所述第二混合入口与所述二级滞留气出口连通，所述混合出口与所述膜前压缩机连通。
本申请通过将二级膜分离单元的滞留气回流至一级膜分离单元的前端入口，利用混合器将欲进入膜前压缩机的气体与回流的二级膜分离单元的滞留气进行混合后，依次通过膜前压缩机加压、膜前冷却器冷却后进入到一级膜分离单元中分离，这样可以提高整体氦气的回收率。
可选地，所述深冷系统包括深冷塔以及深冷塔入口冷却器，所述深冷塔具有位于侧面的深冷塔入口、位于顶部的粗氦气体出口以及位于底部的甲烷出口，所述深冷塔入口冷却器与所述深冷塔入口连通，所述粗氦气体出口与所述催化脱氢系统连通。
本申请采用深冷系统对液化天然气蒸发气原料气进行深冷处理，可脱除其中大部分的甲烷气体；具体而言，深冷塔入口冷却器用于对进入深冷塔的原料气进行降温冷却，将其温度降低至深冷塔的操作温度，使得液化天然气蒸发气原料气中的甲烷气体液化后于深冷塔底部排出，而其余物质则仍保持气体状态从深冷塔顶部的粗氦气体出口排出。
可选地，所述催化脱氢系统包括依次连接的加热器和催化脱氢装置，所述催化脱氢装置具有粗氦气体入口、氧气入口、脱氢气体出口以及水分出口，所述加热器连通于所述深冷塔的粗氦气体出口与所述粗氦气体入口之间，所述脱氢气体出口与所述两级膜分离系统连通。
本申请通过对由深冷塔的粗氦气体出口排出的气体进行加热后再与纯氧气体一同进入催化脱氢装置中除去其中大部分的氢气，避免气体在后续进入两级膜分离系统中进行处理时受到氢气的干扰。
可选地，所述催化脱氢系统还包括干燥器，所述干燥器的入口与所述脱氢气体出口连通，所述干燥器的出口与所述两级膜分离系统连通。
本申请通过在催化脱氢装置的下游设置干燥器，可对经过催化脱氢装置处理过的气体中残留的水分进行脱除，避免水分被带入到下一环节中。
可选地，还包括复温加压系统，所述复温加压系统包括依次连接的复温加热器、复温压缩机和换热器，所述换热器与所述深冷塔入口冷却器连通。
本申请通过复温加压系统对液化天然气蒸发气原料气进行加热复温和加压处理后，可使液化天然气蒸发气原料气达到深冷塔所需要的工作压力。
可选地，所述换热器具有换热器第一入口、换热器第二入口、换热器第一出口、换热器第二出口；所述换热器第一入口与换热器第一出口相互连通，换热器第二入口与换热器第二出口相互连通；所述换热器第一入口与复温压缩机相连，所述换热器第一出口与所述深冷塔入口冷却器相连。
由于液化天然气蒸发气原料气经过复温压缩机加压处理后，温度也相应升高，为了能够达到深冷塔所适应的温度，因此本申请通过换热器对加压后的液化天然气蒸发气原料气进行降温处理，同时再结合深冷塔入口冷却器，使得加压后的液化天然气蒸发气原料气能够达到深冷塔所需的操作温度。
可选地，所述换热器第二入口与深冷塔塔底的甲烷出口相连，所述换热器第二出口即得到复温后的副产品甲烷气体。
本申请在采用换热器对加压后的液化天然气蒸发气原料气进行处理时，利用深冷塔底部排出的低温液态甲烷作为冷媒，来对加压后的液化天然气蒸发气原料气进行降温处理，可以回收甲烷的冷量同时达到对加压后的液化天然气蒸发气原料气降温的目的，有利于降低系统的能耗。
第二方面，本申请提供一种液化天然气蒸发气提氦工艺，采用如下的技术方案：
一种液化天然气蒸发气提氦工艺，包括以下步骤：
步骤S1：将液化天然气蒸发气原料气进行深冷处理，去除其中的甲烷，获得粗氦气体；
步骤S2：将粗氦气体通过催化脱氢处理，去除其中的氢气，获得精制氦气；
步骤S3：将精制氦气依次进行一级膜处理和二级膜处理，最终获得高纯氦气。
本申请通过采用深冷法以及膜分离法结合的方式，提出了从氦气含量约为3％左右的液化天然气蒸发气原料气中提取高纯氦气的工艺，该工艺通过深冷处理得到的粗氦气体中氦气浓度达91％以上，通过催化脱氢处理后得到的精制氦气中氦气浓度达96％以上，通过一级膜处理后得到的气体中氦气浓度达99.9％，通过二级膜处理后得到的气体中氦气浓度达到99.999％以上。
可选地，所述步骤S1中还在深冷处理之前进行的复温加压处理。
本申请通过在深冷处理之前对液化天然气蒸发气原料气进行复温加压处理，可使液化天然气蒸发气原料气预先达到深冷塔所需的工作压力。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益效果：
1、本申请提供的从液化天然气蒸发气原料气中提取高纯氦气的工艺，提氦能耗低，对不同气源适应性较强。
2、本申请通过深冷系统精馏可得到氦浓度为91％以上的粗氦气体，经过两级膜分离系统进一步精制处理，得到的产品氦气浓度高达99.999％以上，符合工业应用要求。
3、本申请采用换热器可合理回收流程中副产品甲烷的冷量，有利于降低系统能耗，二级膜分离单元的滞留气回流至一级膜分离单元入口，有利于提高整体氦气回收率。
附图说明
图1是根据本申请一个实施例的液化天然气蒸发气提氦系统的工艺流程图。
图中：10、复温加压系统；11、复温加热器；12、复温压缩机；13、换热器；131、换热器第一入口；132、换热器第二入口；133、换热器第一出口；134、换热器第二出口；20、深冷系统；21、深冷塔入口冷却器；22、深冷塔；221、深冷塔入口；222、粗氦气体出口；223、甲烷出口；23、再沸器；24、冷凝器；30、催化脱氢系统；31、加热器；32、催化脱氢装置；321、粗氦气体入口、322、氧气入口；323、脱氢气体出口；324、水分出口；33、干燥器；40、两级膜分离系统；41、混合器；411、第一混合入口；412、第二混合入口；413、混合出口；42、膜前压缩机；43、膜前冷却器；44、一级膜分离单元；441、一级膜入口；442、一级渗透气出口；443、一级滞留气出口；45、级间压缩机；46、级间冷却器；47、二级膜分离单元；471、二级膜入口；472、二级渗透气出口；473、二级滞留气出口。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本申请进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本申请，但不以任何形式限制本申请。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本申请的保护范围。
图1是根据本申请一个实施例的液化天然气蒸发气提氦系统的工艺流程图。参见图1，本申请提供了一种液化天然气蒸发气提氦系统，包括依次相连的复温加压系统10、深冷系统20、催化脱氢系统30和两级膜分离系统40。
参见图1，复温加压系统10包括依次连接的复温加热器11、复温压缩机12和换热器13。深冷系统20包括深冷塔22以及深冷塔入口冷却器21。换热器13与深冷塔入口冷却器21相互连通。
复温加热器11中具有供液化天然气蒸发气原料气进入的入口，复温加热器11用于将液化天然气蒸发气原料气加热复温后再送入到复温压缩机12中进行加压处理，使液化天然气蒸发气原料气达到深冷塔22所需的工作压力；加压后的液化天然气蒸发气原料气依次通过换热器13和深冷塔入口冷却器21，温度降低至深冷塔22的操作温度。
参见图1，深冷塔22具有位于侧面的深冷塔入口221、位于顶部的粗氦气体出口222以及位于底部的甲烷出口223。深冷塔22底部设有再沸器23，顶部设有冷凝器24。经过加压和降温后的液化天然气蒸发气原料气在深冷塔22的深冷环境中，其中大部分的甲烷液化成甲烷液体，从深冷塔22底部的甲烷出口223排出，甲烷液体进入到再沸器23中进行加热汽化，最终从再沸器23出口排出，未被液化的其余气体构成了粗氦气体，从深冷塔22顶部的粗氦气体出口222排出。
参见图1，换热器13具有换热器第一入口131、换热器第二入口132、换热器第一出口133、换热器第二出口134。换热器第一入口131与换热器第一出口133相互连通，换热器第一入口131与复温压缩机12相连，换热器第一出口133与深冷塔入口冷却器21相连，用于供温度较高的加压后的液化天然气蒸发气原料气通过；换热器第二入口132与换热器第二出口134相互连通，用于供温度较低的气体通过。
如图1所示，换热器第二入口132与深冷塔22塔底相连，深冷塔22塔底排出的低温甲烷液体可以作为冷媒通入到换热器13中，对加压后的液化天然气蒸发气原料气进行降温，换热器13中无需通入额外的冷媒，有利于降低系统的能耗，相应地从换热器第二出口134即得到复温后的副产品甲烷气体。
参见图1，催化脱氢系统30包括依次连接的加热器31、催化脱氢装置32和干燥器33。催化脱氢装置32具有粗氦气体入口321、氧气入口322、脱氢气体出口323以及水分出口324。干燥器33的入口与脱氢气体出口323连通，干燥器33的出口与两级膜分离系统40连通。加热器31连通于深冷塔22的粗氦气体出口222与催化脱氢装置32的粗氦气体入口321之间，用于对从深冷塔22排出的粗氦气体进行加热，使其恢复至催化脱氢装置32的工作温度，并从粗氦气体入口321进入到催化脱氢装置32中，同时向催化脱氢装置32的氧气入口322中通入纯氧与粗氦气体中的氢气发生反应，反应生成的水从催化脱氢装置32的水分出口324排出，其余气体则从催化脱氢装置32的脱氢气体出口323排出后，进入到干燥器33中除去其中的水分。
参见图1，两级膜分离系统40包括依次连接的混合器41、膜前压缩机42、膜前冷却器43、一级膜分离单元44、级间压缩机45、级间冷却器46和二级膜分离单元47。一级膜分离单元44具有一级膜入口441、一级滞留气出口443与一级渗透气出口442，一级膜入口441与膜前冷却器43相连，一级渗透气出口442与级间压缩机45相连，二级膜分离单元47具有二级膜入口471、二级滞留气出口473与二级渗透气出口472，二级膜入口471与级间冷却器46相连。
混合器41具有第一混合入口411、第二混合入口412与混合出口413，第一混合入口411与干燥器33连通，用于接收干燥器33中去除水分后的精制氦气，第二混合入口412与二级滞留气出口473连通，用于接收二级膜分离单元47中的滞留气。混合出口413与膜前压缩机42连通。
如图1所示，从干燥器33出来的除去水分的精制氦气进入到混合器41中与二级膜分离单元47的滞留气出口回流的滞留气混合均匀后，进入到膜前压缩机42中进行加压处理，再由膜前冷却器43冷却至一级膜分离单元44的工作温度后，由一级膜入口441进入到一级膜分离单元44中进行一级膜分离处理，未通过一级膜分离单元44的滞留气从一级滞留气出口443排出，通过一级膜分离单元44的渗透气从一级渗透气出口442排出后进入到级间压缩机45中进行加压处理，再由级间冷却器46冷却至二级膜分离单元47的工作温度后，由二级膜入口471进入到二级膜分离单元47中进行二级膜分离处理，未通过二级膜分离单元47的气体则从二级滞留气出口473排出后回流至混合器41中进行再次的膜分离处理，而通过二级膜分离单元47的渗透气从二级渗透气出口472排出，即为目标产品高纯氦气。
需要说明的是，从一级滞留气出口443排出的滞留气主要是氮气和氦气的混合气体，因此可以进一步液化生成氮气产品，或者返回至深冷塔入口冷却器21的入口处(图中未示出)，与原料气混合后进一步回收氦气。
本申请还提供了一种液化天然气蒸发气提氦工艺，采用上述的液化天然气蒸发气提氦系统，具体包括以下步骤：
步骤S1：将液化天然气蒸发气原料气先通入复温升压系统中的复温加热器11进行加热复温和复温压缩机12进行加压处理后，达到深冷塔22的工作压力；加压后的液化天然气蒸发气原料气依次通过换热器13和深冷塔入口冷却器21，降低温度至深冷塔22的操作温度，再通入深冷系统20中的深冷塔22进行深冷处理，去除其中的甲烷，获得粗氦气体，此外副产品甲烷通过换热器13回收冷量，用来冷却液化天然气蒸发气原料气，降低系统能耗；
步骤S2：将粗氦气体通入催化脱氢系统30中经过加热器31加热后，与纯氧气体一同进入催化脱氢装置32进行催化脱氢处理，除去大部分氢气，接着通过干燥器33进行干燥处理，获得精制氦气；
步骤S3：将精制氦气与二级膜分离单元47的滞留气由混合器41混合后依次通入膜前压缩机42加压、膜前冷却器43冷却，通入一级膜分离单元44进行一级膜处理；通过一级膜分离单元44的渗透气经过级间压缩机45加压、级间冷却器46冷却后进入二级膜分离单元47进行二级膜处理，最终从二级膜分离单元47的渗透气出口获得高纯氦气。
需要说明的是，本申请的两级膜分离系统40还可以变换成多级膜分离系统，由多个膜分离单元串联形成，并且后一级膜分离单元44的滞留气可以回流至前一级膜分离单元44的入口，以便提高装置整体氦气回收率。
本申请通过采用深冷法以及膜分离法结合的方式，提出了从氦气含量约为3％左右的液化天然气蒸发气原料气中提取高纯氦气的工艺，该工艺通过深冷处理得到的粗氦气体中氦气浓度达91％以上，通过催化脱氢处理后得到的精制氦气中氦气浓度达96％以上，通过一级膜处理后得到的气体中氦气浓度达99.9％，通过二级膜处理后得到的气体中氦气浓度达到99.999％以上。
下面将提供两个具体实施例对本申请进行进一步说明。
实施例1
本实施例中所采用的液化天然气蒸发气原料气的组分以摩尔值占比计，具体为：77.12％CH4、19.73％N2、2.71％He、0.26％C2H6、0.18％H2。该液化天然气蒸发气原料气的压力为84.25kPa、温度为-155℃、流量为650Nm3/h，以图1所示的液化天然气蒸发气提氦系统进行提氦处理的具体流程如下。
氦气含量约为2.71％的液化天然气蒸发气原料气通过复温加热器11加热后进入复温压缩机12中压缩至1410kPa，之后在LNG多物流换热器13中回收深冷塔22塔底甲烷的冷能，冷却后的液化天然气蒸发气原料气再由深冷塔入口冷却器21进一步冷却至-164.9℃，通入深冷塔22分离出大部分的CH4，其中塔底物料中CH4的含量在80％左右，塔顶为粗氦气体，其氦气含量达91％左右。粗氦气体通过加热器31加热至催化脱氢装置32的工作温度，即34.58℃后进入催化脱氢装置32中，在催化脱氢装置32中粗氦气体中的氢气与氧气发生反应，经干燥器33脱水干燥后得到精制氦气，其中氦气含量约达96.85％。精制氦气与二级膜分离单元47的滞留气混合均匀后，进入膜前压缩机42加压至2400kPa，再由膜前冷却器43冷却至一级膜分离单元44的工作温度34℃，进而进入到一级膜分离单元44中进行一级膜分离处理，在膜面积为55m2，膜渗透侧压力为1000kPa情况下，经一级膜分离单元44分离，从一级渗透气出口442得到的气体中氦气含量约达到99.91％，该渗透气进入级间压缩机45加压至1525kPa，再由级间冷却器46冷却至二级膜分离单元47的工作温度34℃，进而进入到二级膜分离单元47中进行二级膜分离处理，从二级渗透气出口472得到的气体中氦气含量约达到99.999％以上，满足提氦生产要求。由于二级滞留气出口473处出来的气体中仍含有较高浓度的氦气，故将其回流至混合器41的第二混合入口412，与精制氦气混合均匀后再次进行两级膜分离处理，从而提高系统整体氦气回收率。
表1示出了实施例1在图1的液化天然气蒸发气提氦系统中涉及到的各主要流股(液化天然气蒸发气原料气、A、B、C、D、E、F)中对应的温度、压力、流量以及组分等参数。
表1实施例1中各主要流股中对应的参数
实施例2
本实施例中所采用的液化天然气蒸发气原料气的组分以摩尔值占比计，具体为：72.19％CH4、24.05％N2、3.30％He、0.24％C2H6、0.22％H2。该液化天然气蒸发气原料气的压力为600kPa、温度为25℃、流量为2.35×105Nm3/h，以图1所示的液化天然气蒸发气提氦系统进行提氦处理的具体流程如下。
氦气含量约为3.30％的液化天然气蒸发气原料气通过复温加热器11加热后进入复温压缩机12中压缩至1405kPa，之后在LNG多物流换热器13中回收深冷塔22塔底甲烷的冷能，冷却后的液化天然气蒸发气原料气再由深冷塔入口冷却器21进一步冷却至-164.9℃，通入深冷塔22分离出大部分的CH4，其中塔底物料中CH4的含量在75％左右，塔顶为粗氦气体，其氦气含量达91％以上。粗氦气体通过加热器31加热至催化脱氢装置32的工作温度，即34.58℃后进入催化脱氢装置32中，在催化脱氢装置32中粗氦气体中的氢气与氧气发生反应，经干燥器33脱水干燥后得到精制氦气，其中氦气含量约达96.88％。精制氦气与二级膜分离单元47的滞留气混合均匀后，进入膜前压缩机42加压至2400kPa，再由膜前冷却器43冷却至一级膜分离单元44的工作温度34℃，进而进入到一级膜分离单元44中进行一级膜分离处理，在膜面积为55m2，膜渗透侧压力为1000kPa情况下，经一级膜分离单元44分离，从一级渗透气出口442得到的气体中氦气含量约达到99.99％，该渗透气进入级间压缩机45加压至1525kPa，再由级间冷却器46冷却至二级膜分离单元47的工作温度34℃，进而进入到二级膜分离单元47中进行二级膜分离处理，从二级渗透气出口472得到的气体中氦气含量约达到99.999％以上，满足提氦生产要求。由于二级滞留气出口473处出来的气体中仍含有较高浓度的氦气，故将其回流至混合器41的第二混合入口412，与精制氦气混合均匀后再次进行两级膜分离处理，从而提高系统整体氦气回收率。
表2示出了实施例2在图1的液化天然气蒸发气提氦系统中涉及到的各主要流股(液化天然气蒸发气原料气、A、B、C、D、E、F)中对应的温度、压力、流量以及组分等参数。
表2实施例2中各主要流股中对应的参数
综上可见，本申请提出的液化天然气蒸发气提氦工艺，通过油气行业广泛采用的HYSYS软件进行模拟计算，优化后该流程的单位能耗为6.5171kWh/(Nm3氦气)，证实本申请的提氦工艺能耗低，对不同气源适应性较强；该提氦流程可通过深冷塔22精馏得到氦浓度为91％以上的粗氦气体，经过两级膜分离单元进一步精制处理，得到的产品氦气浓度高达99.999％以上，符合工业应用要求，为合理利用液化天然气蒸发气提氦提供新的可能；其中换热器13合理回收副产品甲烷的冷量，降低系统能耗，二级膜分离单元47的滞留气回流至一级膜分离单元44入口，可提高系统氦气回收率。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“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为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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，因此不能理解为对本申请的限制。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液化天然气蒸发气提氦系统，其特征在于，包括依次相连的深冷系统(20)、催化脱氢系统(30)和两级膜分离系统(40)，其中，
所述两级膜分离系统(40)包括依次连接的膜前压缩机(42)、膜前冷却器(43)、一级膜分离单元(44)、级间压缩机(45)、级间冷却器(46)和二级膜分离单元(47)，所述膜前压缩机(42)与所述催化脱氢系统(30)相连通，
所述一级膜分离单元(44)具有一级膜入口(441)、一级滞留气出口(443)与一级渗透气出口(442)，所述一级膜入口(441)与所述膜前冷却器(43)相连，所述一级渗透气出口(442)与所述级间压缩机(45)相连，
所述二级膜分离单元(47)具有二级膜入口(471)、二级滞留气出口(473)与二级渗透气出口(472)，所述二级膜入口(471)与所述级间冷却器(46)相连。
2.根据权利要求1所述的液化天然气蒸发气提氦系统，其特征在于，所述两级膜分离系统(40)还包括混合器(41)，所述混合器(41)具有第一混合入口(411)、第二混合入口(412)与混合出口(413)，所述第一混合入口(411)与所述催化脱氢系统(30)连通，所述第二混合入口(412)与所述二级滞留气出口(473)连通，所述混合出口(413)与所述膜前压缩机(42)连通。
3.根据权利要求1所述的液化天然气蒸发气提氦系统，其特征在于，所述深冷系统(20)包括深冷塔(22)以及深冷塔入口冷却器(21)，所述深冷塔(22)具有位于侧面的深冷塔入口(221)、位于顶部的粗氦气体出口(222)以及位于底部的甲烷出口(223)，所述深冷塔入口冷却器(21)与所述深冷塔入口(221)连通，所述粗氦气体出口(222)与所述催化脱氢系统(30)连通。
4.根据权利要求3所述的液化天然气蒸发气提氦系统，其特征在于，所述催化脱氢系统(30)包括依次连接的加热器(31)和催化脱氢装置(32)，所述催化脱氢装置(32)具有粗氦气体入口(321)、氧气入口(322)、脱氢气体出口(323)以及水分出口(324)，所述加热器(31)连通于所述深冷塔(22)的粗氦气体出口(222)与所述催化脱氢装置(32)的粗氦气体入口(321)之间，所述脱氢气体出口(323)与所述两级膜分离系统(40)连通。
5.根据权利要求4所述的液化天然气蒸发气提氦系统，其特征在于，所述催化脱氢系统还包括干燥器(33)，所述干燥器(33)的入口与所述脱氢气体出口(323)连通，所述干燥器(33)的出口与所述两级膜分离系统(40)连通。
6.根据权利要求3所述的液化天然气蒸发气提氦系统，其特征在于，还包括复温加压系统(10)，所述复温加压系统(10)包括依次连接的复温加热器(11)、复温压缩机(12)和换热器(13)，所述换热器(13)与所述深冷塔入口冷却器(21)连通。
7.根据权利要求6所述的液化天然气蒸发气提氦系统，其特征在于，所述换热器(13)具有换热器第一入口(131)、换热器第二入口(132)、换热器第一出口(133)、换热器第二出口(134)；所述换热器第一入口(131)与换热器第一出口(133)相互连通，换热器第二入口(132)与换热器第二出口(134)相互连通；所述换热器第一入口(131)与复温压缩机(12)相连，所述换热器第一出口(133)与所述深冷塔入口冷却器(21)相连。
8.根据权利要求7所述的液化天然气蒸发气提氦系统，其特征在于，所述换热器第二入口(132)与深冷塔(22)塔底的甲烷出口(223)相连，所述换热器第二出口(134)即得到复温后的副产品甲烷气体。
9.一种液化天然气蒸发气提氦工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：将液化天然气蒸发气原料气进行深冷处理，去除其中的甲烷，获得粗氦气体；
步骤S2：将粗氦气体通过催化脱氢处理，去除其中的氢气，获得精制氦气；
步骤S3：将精制氦气依次进行一级膜处理和二级膜处理，最终获得高纯氦气。
10.根据权利要求9所述的液化天然气蒸发气提氦工艺，其特征在于，所述步骤S1中还在深冷处理之前进行的复温加压处理。
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