CN205933231U - 高含氢粗氦提取高纯氦精制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了高含氢粗氦提取高纯氦精制系统，包括原料供应单元、脱氢催化单元等；粗氦原料气供应装置、氧气供应装置和循环压缩机均与脱氢催化炉入口相连，脱氢催化炉依次通过冷却器、气水分离器与干燥器相连，干燥器的第一出口通过再生气加热器、干燥器、再生气冷却器、再生气分离器与循环压缩机相连接，干燥器的第二出口通过输气管道与主换热器第一换热通道相连，第一换热通道再与氮分离器连接，氮分离器设置有气相出口和液相出口，气相出口与吸附器相连，吸附器通过第三换热通道与纯氦气收集装置连接，闪蒸罐上的原料气回收出口通过第二换热通道与回收压缩机相连，回收压缩机与脱氢催化炉相连，等。本实用新型氦气提取效率高、经济效益好。
Description
技术领域
本实用新型涉及氦气的提取，特别涉及一种高含氢粗氦提取高纯氦精制系统。
背景技术
氦气是惰性气体的一种，是重要的战略物资，作为一种保护气体和超低温冷冻剂在航天、国防、半导体生产、核磁共振及气体检漏方面具有非常重要的用途。氦气主要存在于天然气中，从天然气中提取氦是氦气的主要工业来源。目前从天然气中提取氦主要有三种方法，分别是深冷分离、膜分离及变压吸附。目前的提取方式提取效率低下。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种提取效率高的高含氢粗氦提取高纯氦精制系统。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：高含氢粗氦提取高纯氦精制系统，它包括原料供应单元、脱氢催化单元、冷凝分离吸附脱水单元、冷凝分离吸附脱氮单元和回收压缩机；所述的原料供应单元包括粗氦原料气供应装置、氧气供应装置和液氮供应装置；脱氢催化单元包括脱氢催化炉和循环压缩机，冷凝分离吸附脱水单元包括冷却器、气水分离器、干燥器、再生气加热器、再生气冷却器、再生气分离器；冷凝吸附脱氮单元包括杜瓦容器和设置在杜瓦容器中的换热器、氮分离器、闪蒸罐以及吸附器，所述吸附器为氮吸附器，所述换热器包括主换热器，所述主换热器设置了用于制冷的第一换热通道和用于制热的第二换热通道和第三换热通道；所述的粗氦原料气供应装置、氧气供应装置和循环压缩机均与脱氢催化炉的入口相连，脱氢催化炉的出口依次通过冷却器、气水分离器与干燥器相连，干燥器设置两路粗氦气出口，第一出口为再生气出口，再生气出口依次通过再生气加热器、干燥器、再生气冷却器、再生气分离器与循环压缩机相连接，干燥器的第二出口通过输气管道与主换热器第一换热通道相连，第一换热通道再与氮分离器连接，氮分离器设置有气相出口和液相出口，气相出口与吸附器相连，液相出口连接闪蒸罐入口，吸附器通过主换热器的第三换热通道与纯氦气收集装置连接，闪蒸罐上设置有原料气回收出口和液氮出口，原料气回收出口通过主换热器的第二换热通道与回收压缩机相连，回收压缩机与脱氢催化炉相连；液氮供应装置与杜瓦容器连接；杜瓦容器与抽真空装置相连。
作为优选方式，所述的干燥器与杜瓦容器之间设置有粗氦压缩机。
作为优选方式，所述的干燥器包括交替使用的第一干燥器和第二干燥器；第一干燥器的一端分别连接再生气冷却器和气水分离器，另一端设置两路粗氦气出口，第一干燥器第一出口为再生气出口，再生气出口依次通过再生气加热器、干燥器、再生气冷却器、再生气分离器与循环压缩机相连接，第一干燥器第二出口与主换热器第一换热通道相连；第二干燥器的一端分别连接再生气冷却器和气水分离器，另一端设置两路粗氦气出口，第二干燥器第一出口为再生气出口，再生气出口依次通过再生气加热器、干燥器、再生气冷却器、再生气分离器与循环压缩机相连接，第二干燥器第二出口与主换热器第一换热通道相连。
作为优选方式，所述的换热器还包括设置在杜瓦容器内的冷凝换热器，冷凝换热器的一端与主换热器第一换热通道相连，冷凝换热器的另一端连接氮分离器。
作为优选方式，所述的杜瓦容器内部空间通过换热管与抽真空装置相连，换热管的热端连接抽真空装置，换热管的冷端伸入杜瓦容器的内部空间中。
作为优选方式，所述的换热管设置在主换热器内。
作为优选方式，所述的抽真空装置为真空泵，经过抽真空，杜瓦容器内的温度更低。
作为优选方式，所述的吸附器上缠绕了对其进行加热的电加热器。氮吸附器的加热再生采用外部电加热，设置简单，无再生加热气消耗。
作为优选方式，所述的换热器通过悬挂装置悬挂于杜瓦容器的上部，其它部件只能设置在换热器下方，便于对经过换热器的气体进行换热。
作为优选方式，所述的悬挂装置包括设置在杜瓦容器上部的横梁和不锈钢索，换热器通过不锈钢索与横梁连接，安装简单，且能够减少杜瓦容器与外界的气体交换。
本实用新型的有益效果是：
（1）本实用新型氦气提取效率高、经济效益好。
（2）本实用新型的脱氢催化单元设有循环压缩机，降低进催化炉的氢气含量，使脱氢反应可以采用催化炉单级就能脱除氢。
（3）设置再生气冷却器和再生气分离器，再生气通过再生气分离器与循环压缩机相连，再生气采用干燥后的粗氦进行再生气，再生气无消耗，减少原料气损失，同时该再生气又作为脱氢单元的循环气。
（4）设置粗氦压缩机，便于提升高压冷凝分离效率，大大减少吸附脱氮的负荷，减少杜瓦容器再生时的液氮消耗和电消耗，同时使氦气产品的压力满足充装压力，省去了充装系统的增压机，有助于提高系统运行效率。
（5）设置回收压缩机，有利于回收气输送，提高系统的氦气提取率。
（6）主换热器至少三个换热通道，便于合理利用杜瓦容器空间，也便于布置换热器，减少施工工序，减少人力、物力的投入。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图中，1-脱氢催化炉，2-冷却器，3-气水分离器，4-干燥器，5-再生气加热器，6-再生气冷却器，7-再生气分离器，8-循环压缩机，9-粗氦压缩机，10-主换热器，11-冷凝换热器，12-氮分离器，13-闪蒸罐，14-吸附器，15-电加热器，16-杜瓦容器，17-回收压缩机。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，高含氢粗氦提取高纯氦精制系统，它包括原料供应单元、脱氢催化单元、冷凝分离吸附脱水单元、冷凝分离吸附脱氮单元和回收压缩机17；所述的原料供应单元包括粗氦原料气供应装置、氧气供应装置和液氮供应装置；脱氢催化单元包括脱氢催化炉1和循环压缩机8，冷凝分离吸附脱水单元包括冷却器2、气水分离器3、干燥器4、再生气加热器5、再生气冷却器6、再生气分离器7；冷凝吸附脱氮单元包括杜瓦容器16和设置在杜瓦容器16中的换热器、氮分离器12、闪蒸罐13以及吸附器14，所述换热器包括主换热器10，所述主换热器10设置了用于制冷的第一换热通道和用于制热的第二换热通道和第三换热通道；所述的粗氦原料气供应装置、氧气供应装置和循环压缩机8均与脱氢催化炉1的入口相连，脱氢催化炉1的出口依次通过冷却器2、气水分离器3与干燥器4相连，干燥器4设置两路粗氦气出口，第一出口为再生气出口，再生气出口依次通过再生气加热器5、干燥器4、再生气冷却器6、再生气分离器7与循环压缩机8相连接，干燥器4的第二出口通过输气管道与主换热器10第一换热通道相连，第一换热通道再与氮分离器12连接，氮分离器12设置有气相出口和液相出口，气相出口与吸附器14相连，液相出口连接闪蒸罐13入口，吸附器14通过主换热器10的第三换热通道与纯氦气收集装置连接，闪蒸罐13上设置有原料气回收出口和液氮出口，原料气回收出口通过主换热器10的第二换热通道与回收压缩机17相连，回收压缩机17与脱氢催化炉1相连；液氮供应装置与杜瓦容器16连接；杜瓦容器16与抽真空装置相连。粗氦原料气供应装置提供粗氦（原料）气，氧气供应装置提供氧气，液氮供应装置提供液氮。
优选地，所述的干燥器4与杜瓦容器16之间设置有粗氦压缩机9。
优选地，所述的干燥器4包括交替使用的第一干燥器4和第二干燥器4；第一干燥器4的一端分别连接再生气冷却器6和气水分离器3，另一端设置两路粗氦气出口，第一干燥器4第一出口为再生气出口，再生气出口依次通过再生气加热器5、干燥器4、再生气冷却器6、再生气分离器7与循环压缩机8相连接，第一干燥器4第二出口与主换热器10第一换热通道相连；第二干燥器4的一端分别连接再生气冷却器6和气水分离器3，另一端设置两路粗氦气出口，第二干燥器4第一出口为再生气出口，再生气出口依次通过再生气加热器5、干燥器4、再生气冷却器6、再生气分离器7与循环压缩机8相连接，第二干燥器4第二出口与主换热器10第一换热通道相连。
优选地，所述的换热器还包括设置在杜瓦容器16内的冷凝换热器11，冷凝换热器11的一端与主换热器10第一换热通道相连，冷凝换热器11的另一端连接氮分离器12。
优选地，所述的杜瓦容器16内部空间通过换热管与抽真空装置相连，换热管的热端连接抽真空装置，换热管的冷端伸入杜瓦容器16的内部空间中。
优选地，所述的换热管设置在主换热器10内。
优选地，所述的抽真空装置为真空泵。
优选地，所述的吸附器14上缠绕了对其进行加热的电加热器15。
优选地，所述的换热器通过悬挂装置悬挂于杜瓦容器16的上部。
优选地，所述的悬挂装置包括设置在杜瓦容器16上部的横梁和不锈钢索，换热器通过不锈钢索与横梁连接。
优选地，所述的氮分离器12的气相出口设置在顶部，液相出口设置在底部。
优选地，所述的闪蒸罐13入口低于氮分离器12液相出口。
优选地，所述的闪蒸罐13的液氮出口处设置有阀门，便于控制液氮的流出量，液氮进入杜瓦，减少系统用液氮消耗。
本实用新型的工作过程是：所述的粗氦原料气与回收气、循环气、补充氧气一同进入催化炉反应（催化反应为单级催化，即只由一个脱氢催化炉1进行催化）除氢后进入冷却器2冷却，冷却后的物流进入水分离器与干燥器4除水，出干燥器4粗氦分为两股，一股作为再生气去干燥器4进行干燥器4的再生，再生后由作为降低原料气含氢量的循环气，另一股经粗氦压缩机9后进后续冷凝分离吸附除氮单元。经粗氦压缩机9压缩至一定压力的粗氦进入低温杜瓦容器16内的主换热器10和冷凝换热器11冷却，冷却的粗氦两相进入氮分离器12进行气液分离，气相则进入吸附器14进一步除去少量的杂质氮得到纯氦，纯氦再经换热器复热后出低温杜瓦容器16作为产品，液相则节流（或减压）后进入闪蒸罐13回收液相中的氦气，闪蒸罐13中液相直接排入低温杜瓦容器16作为液氮补充，回收的气相氦则经换热器复热后进入回收压缩机17回收。
本实用新型的脱氢催化单元采用循环气降低进脱氢催化炉1（或脱氢反应炉）的粗氦氢含量，循环气从催化脱氢后的下游设备引出，再通过循环压缩机8进入脱氢反应器。脱水系统的再生气采用脱水后的粗氦气进行循环再生，该再生气又作为催化脱氢单元的循环气。脱氮系统采用高压冷凝分离和低温吸附，所述的杜瓦容器16内一部分氮来自于冷凝分离出来的液氮。本实用新型从液化天然气大罐的富含氦的闪蒸气提取出含70%以上氦气的粗氦，同时粗氦中氢含量高于5%作为原料气时，通过加氧催化脱氢、冷凝吸附脱水以及冷凝吸附脱氮工序得到纯度达99.999%的高纯氦。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，应当指出的是，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.高含氢粗氦提取高纯氦精制系统，其特征在于：它包括原料供应单元、脱氢催化单元、冷凝分离吸附脱水单元、冷凝分离吸附脱氮单元和回收压缩机；所述的原料供应单元包括粗氦原料气供应装置、氧气供应装置和液氮供应装置；脱氢催化单元包括脱氢催化炉和循环压缩机，冷凝分离吸附脱水单元包括冷却器、气水分离器、干燥器、再生气加热器、再生气冷却器、再生气分离器；冷凝吸附脱氮单元包括杜瓦容器和设置在杜瓦容器中的换热器、氮分离器、闪蒸罐以及吸附器，所述换热器包括主换热器，所述主换热器设置了用于制冷的第一换热通道和用于制热的第二换热通道和第三换热通道；所述的粗氦原料气供应装置、氧气供应装置和循环压缩机均与脱氢催化炉的入口相连，脱氢催化炉的出口依次通过冷却器、气水分离器与干燥器相连，干燥器设置两路粗氦气出口，第一出口为再生气出口，再生气出口依次通过再生气加热器、干燥器、再生气冷却器、再生气分离器与循环压缩机相连接，干燥器的第二出口通过输气管道与主换热器第一换热通道相连，第一换热通道再与氮分离器连接，氮分离器设置有气相出口和液相出口，气相出口与吸附器相连，液相出口连接闪蒸罐入口，吸附器通过主换热器的第三换热通道与纯氦气收集装置连接，闪蒸罐上设置有原料气回收出口和液氮出口，原料气回收出口通过主换热器的第二换热通道与回收压缩机相连，回收压缩机与脱氢催化炉相连；液氮供应装置与杜瓦容器连接；杜瓦容器与抽真空装置相连。
2.根据权利要求1所述的高含氢粗氦提取高纯氦精制系统，其特征在于：所述的干燥器与杜瓦容器之间设置有粗氦压缩机。
3.根据权利要求1或2所述的高含氢粗氦提取高纯氦精制系统，其特征在于：所述的干燥器包括交替使用的第一干燥器和第二干燥器；第一干燥器的一端分别连接再生气冷却器和气水分离器，另一端设置两路粗氦气出口，第一干燥器第一出口为再生气出口，再生气出口依次通过再生气加热器、干燥器、再生气冷却器、再生气分离器与循环压缩机相连接，第一干燥器第二出口与主换热器第一换热通道相连；第二干燥器的一端分别连接再生气冷却器和气水分离器，另一端设置两路粗氦气出口，第二干燥器第一出口为再生气出口，再生气出口依次通过再生气加热器、干燥器、再生气冷却器、再生气分离器与循环压缩机相连接，第二干燥器第二出口与主换热器第一换热通道相连。
4.根据权利要求3所述的高含氢粗氦提取高纯氦精制系统，其特征在于：所述的换热器还包括设置在杜瓦容器内的冷凝换热器，冷凝换热器的一端与主换热器第一换热通道相连，冷凝换热器的另一端连接氮分离器。
5.根据权利要求1所述的高含氢粗氦提取高纯氦精制系统，其特征在于：所述的杜瓦容器内部空间通过换热管与抽真空装置相连，换热管的热端连接抽真空装置，换热管的冷端伸入 杜瓦容器的内部空间中。
6.根据权利要求5所述的高含氢粗氦提取高纯氦精制系统，其特征在于：所述的换热管设置在主换热器内。
7.根据权利要求5或6所述的高含氢粗氦提取高纯氦精制系统，其特征在于：所述的抽真空装置为真空泵。
8.根据权利要求1或2或4或5或6所述的高含氢粗氦提取高纯氦精制系统，其特征在于：所述的吸附器上缠绕了对其进行加热的电加热器。
9.根据权利要求1或2或4或5或6所述的高含氢粗氦提取高纯氦精制系统，其特征在于：所述的换热器通过悬挂装置悬挂于杜瓦容器的上部。
10.根据权利要求9所述的高含氢粗氦提取高纯氦精制系统，其特征在于：所述的悬挂装置包括设置在杜瓦容器上部的横梁和不锈钢索，换热器通过不锈钢索与横梁连接。
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