CN221122759U - 一种低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统，属于气体制取领域，包括LNG储罐和低温换热器，该低温换热器为多股流换热器，低温换热器设置有第一股流换热单元和第二股流换热单元，第一股流换热单元下端通过与LNG储罐连接，上端通过管道与BOG压缩机入口缓冲罐连接，第二股流换热单元下端通过管道与氦气分离罐连接，上端通过管道与BOG压缩机出口冷却器连接。本实用新型实现了对BOG中低浓度氦气的浓缩提纯，大大提升了天然气的综合利用效率，从而增加了LNG工厂的经济效益，同时为保障国内氦气供应、节约宝贵的氦资源具有重要意义，占用空间较小，能耗较低。
Description
技术领域
本实用新型涉及气体制取，并且更具体地，涉及一种低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统。
背景技术
氦气，是一种稀有气体，化学式为He，无色无味，化学性质不活泼，一般状态下很难和其他物质发生反应。氦元素是仅次于氢元素的宇宙中含量第二的元素，占星系星体大约24%的质量。天文学家让森（Pierre Jules cesar Janssen）和洛克耶（Joseph NormanLockyer）在1868年观察到一条太阳光中的未知特征谱线而发现的。但是一直到1895年，英国化学家拉姆齐（WilliamRamsay）爵士才在一个富含铀的放射性矿脉中发现地球上也有氦。1903年，美国的天然气油田中发现了大量的氦。常温下，氦气是一种极轻的无色、无臭、无味的单原子气体。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。液化后温度降至2.174K时，具有表面张力很小、导热性很强、黏度极低等特殊性质。利用液态氦可以得到接近绝对零度的低温。氦气可作为火箭液体燃料的压送剂和增压剂，大量用于导弹、宇宙飞船和超音速飞机上。氦用作冶炼及焊接时的保护气体，这在造船以及飞机、宇宙飞船、火箭和武器的制造等方面非常重要。氦气有优良的渗透性，用于核反应堆的冷却，火箭和核反应堆的一些管道及电子和电气装置等的检漏。氦气是具有理想气体性质的气体，是极低温度下蒸气压温度计的理想用气。氦气的质量密度、重量密度都低，且不易燃，可用来填充灯泡、霓虹灯管，也是理想的气球及飞艇用气。液体氦可获得接近绝对温度（-273℃）的低温，用于制造超导设备。氦气惰性气体的一种，在血液中的溶解度较氮气低，因而其麻醉性低于氮气，所以常将氦气与氧气混合，作为潜水员的呼吸用气体。现有的从液化天然气BOG制取氦气的装置系统占地面积较高，能耗较大，如CN113108551A公开的液化天然气生产过程中提取高纯氦气的工艺及装置中，装置包括通过管路依次设置于氦气提取路径上的一级低温换热器、第一节流阀、低温分离器、一级压缩机、二级低温分离器、第三节流阀、脱氮塔、催化脱氢反应器、脱水器、变压吸附器和氦气储罐，该装置占地面积较高，能耗较大，不利于工业发展。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型提供一种低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统，该低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统实现了对BOG中低浓度氦气的浓缩提纯，大大提升了天然气的综合利用效率，从而增加了LNG工厂的经济效益，同时为保障国内氦气供应、节约宝贵的氦资源具有重要意义，占用空间较小，能耗较低。
一种低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统，包括通过管路设置于氦气提取路径上的LNG储罐、BOG压缩机入口缓冲罐、BOG压缩机、BOG压缩机出口冷却器、氦气分离罐、脱氢装置、脱水装置、变压吸附装置、氦气产品气充装压缩机、氦气产品气压缩机出口冷却器和氦气充装系统，BOG压缩机分别通过管道与BOG压缩机入口缓冲罐和BOG压缩机出口冷却器连接，脱氢装置分别通过管道与氦气分离罐和脱水装置连接，变压吸附装置分别通过管道与脱水装置和氦气产品气充装压缩机连接，氦气产品气压缩机出口冷却器分别通过管道与氦气产品气充装压缩机和氦气充装系统连接，所述低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统还包括低温换热器，该低温换热器为多股流换热器，低温换热器设置有第一股流换热单元和第二股流换热单元，第一股流换热单元下端通过与LNG储罐连接，上端通过管道与BOG压缩机入口缓冲罐连接，第二股流换热单元下端通过管道与氦气分离罐连接，上端通过管道与BOG压缩机出口冷却器连接。
可选地，所述LNG储罐连接有进气管道，低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统还包括天然气管道，低温换热器还设置有第三股流换热单元，天然气管与第三股流换热单元上端连接，进气管道与第三股流换热单元17下端连接，天然气管与进气管道通过第三股流换热单元连通。
可选地，所述低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统还设置有氮气闪蒸罐，氮气闪蒸罐通过管道与氦气分离罐底部连接，氮气闪蒸罐底部通过管道与LNG储罐的进气管道连接。
可选地，所述变压吸附装置顶部还通过管道与BOG压缩机入口缓冲罐连接。
本实用新型还提供一种低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统。
一种低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统，包括通过管路设置于氦气提取路径上的LNG储罐、BOG压缩机入口缓冲罐、BOG压缩机、BOG压缩机出口冷却器、氦气分离罐、脱氢装置、脱水装置、变压吸附装置、氦气产品气充装压缩机、氦气产品气压缩机出口冷却器和氦气充装系统，BOG压缩机分别通过管道与BOG压缩机入口缓冲罐和BOG压缩机出口冷却器连接，脱氢装置分别通过管道与氦气分离罐和脱水装置连接，变压吸附装置分别通过管道与脱水装置和氦气产品气充装压缩机连接，氦气产品气压缩机出口冷却器分别通过管道与氦气产品气充装压缩机和氦气充装系统连接，所述低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统还包括低温换热器，该低温换热器为多股流换热器，低温换热器设置有第二股流换热单元，第二股流换热单元下端通过管道与氦气分离罐连接，上端通过管道与BOG压缩机出口冷却器连接，BOG复热器下端通过管道与LNG储罐连通，BOG复热器上端通过管道与BOG压缩机入口缓冲罐连接。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
本实用新型实现了对BOG中低浓度氦气的浓缩提纯，大大提升了天然气的综合利用效率，从而增加了LNG工厂的经济效益，同时为保障国内氦气供应、节约宝贵的氦资源具有重要意义，占用空间较小，能耗较低。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型整体结构示意图。
附图标记说明：1-BOG压缩机入口缓冲罐；2-BOG压缩机；3-BOG压缩机出口冷却器；4-低温换热器；5-氦气分离罐；6-氮气闪蒸罐；7-LNG储罐；8-脱氢装置；9-脱水装置；10-变压吸附装置；11-氦气产品气充装压缩机；12-氦气产品气压缩机出口冷却器；13-氦气充装系统；14-BOG复热器；15-第一股流换热单元；16-第二股流换热单元；第三股流换热单元17。
具体实施方式
在本实用新型的描述中，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”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者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实用新型中的具体含义。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、 “顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅 是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者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实用新型的限制。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1为本实用新型整体结构示意图。
请参考图1，一种低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统，包括通过管路设置于氦气提取路径上的LNG储罐7、低温换热器4、BOG压缩机入口缓冲罐1、BOG压缩机2、BOG压缩机出口冷却器3、氦气分离罐5、脱氢装置8、脱水装置9、变压吸附装置10、氦气产品气充装压缩机11、氦气产品气压缩机出口冷却器12和氦气充装系统13，BOG压缩机2分别通过管道与BOG压缩机入口缓冲罐1和BOG压缩机出口冷却器3连接，脱氢装置8分别通过管道与氦气分离罐5和脱水装置9连接，变压吸附装置10分别通过管道与脱水装置9和氦气产品气充装压缩机11连接，氦气产品气压缩机出口冷却器12分别通过管道与氦气产品气充装压缩机11和氦气充装系统13连接，低温换热器4为多股流换热器，低温换热器4设置有第一股流换热单元15和第二股流换热单元16，第一股流换热单元15下端通过与LNG储罐7连接，上端通过管道与BOG压缩机入口缓冲罐1连接，第二股流换热单元16下端通过管道与氦气分离罐5连接，上端通过管道与BOG压缩机出口冷却器3连接。
在本实用新型的一个或多个具体地实施方式中，LNG储罐7连接有进气管道，低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统还包括天然气管道，低温换热器4还设置有第三股流换热单元17，天然气管与第三股流换热单元17上端连接，进气管道与第三股流换热单元17下端连接，天然气管与进气管道通过第三股流换热单元17连通。天然气从第三股流换热单元17上端进入，换热为较低温后从第三股流换热单元17下端出来。
在本实用新型的一个或多个具体地实施方式中，为了提高系统的整体经济性，低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统还设置有氮气闪蒸罐6，氮气闪蒸罐6通过管道与氦气分离罐5底部连接，氮气闪蒸罐6底部通过管道与LNG储罐7的进气管道连接，系统中的氮气在此闪蒸分离脱除，液体进入7-LNG储罐，然后再次进入系统提取氦气。
在本实用新型的一个或多个具体地实施方式中，变压吸附装置10顶部还通过管道与BOG压缩机入口缓冲罐1连接，将压吸附解吸气返回BOG压缩机入口循环，提高了整个系统中氦气的回收率。
正常运行时， LNG储罐7产生的闪蒸气（BOG，-150℃~-170℃）经过低温换热器4复热后（5℃~30℃）依次通过BOG压缩机入口缓冲罐1、BOG压缩机2、BOG压缩机出口冷却器3进行增压至10~30bar，再通过低温换热器4冷却至低温（-150℃~-160℃），其中大部分氮气及甲烷冷凝成液体，再经过V1减压至一定压力后进入氦气分离罐5气液分离得到浓缩氦气。
浓缩氦气中依然含有少量的氢气、甲烷、氮气等杂质组分。浓缩氦气先通过脱氢装置8经过加入氧气催化反应脱除浓缩氦气中的氢气，并生成水；再通过脱水装置9干燥脱除脱氢时生成的水；然后进入变压吸附装置10提纯脱除其他的杂质氢气、甲烷、氮气等，以上杂质气体中含有不少的氦气，作为变压吸附装置的解吸气返回BOG压缩机入口缓冲罐1，在系统内循环并回收其中的氦组分；提纯得到高纯度的氦气依次经过氦气产品气充装压缩机11；氦气产品气压缩机出口冷却器12；氦气充装系统13充装外运。
氦气分离罐5气液分离得到液体减压后进入氮气闪蒸罐6，系统中的氮气在此闪蒸分离脱除，液体进入LNG储罐7。
请再次参考图1，一种低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统，包括通过管路设置于氦气提取路径上的LNG储罐7、低温换热器4、BOG压缩机入口缓冲罐1、BOG压缩机2、BOG压缩机出口冷却器3、氦气分离罐5、脱氢装置8、脱水装置9、变压吸附装置10、氦气产品气充装压缩机11、氦气产品气压缩机出口冷却器12、氦气充装系统13和BOG复热器14，BOG压缩机2分别通过管道与BOG压缩机入口缓冲罐1和BOG压缩机出口冷却器3连接，脱氢装置8分别通过管道与氦气分离罐5和脱水装置9连接，变压吸附装置10分别通过管道与脱水装置9和氦气产品气充装压缩机11连接，氦气产品气压缩机出口冷却器12分别通过管道与氦气产品气充装压缩机11和氦气充装系统13连接，低温换热器4为多股流换热器，低温换热器4设置有第二股流换热单元16，第二股流换热单元16下端通过管道与氦气分离罐5连接，上端通过管道与BOG压缩机出口冷却器3连接，BOG复热器14下端通过管道与LNG储罐7连通，BOG复热器14上端通过管道与BOG压缩机入口缓冲罐1连接。
在本实用新型的一个或多个具体地实施方式中，LNG储罐7连接有进气管道，低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统还包括天然气管道，低温换热器4还设置有第三股流换热单元17，天然气管与第三股流换热单元17上端连接，进气管道与第三股流换热单元17下端连接，天然气管与进气管道通过第三股流换热单元17连通。天然气从第三股流换热单元17上端进入，换热为较低温后从第三股流换热单元17下端出来。
在本实用新型的一个或多个具体地实施方式中，为了提高系统的整体经济性，低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统还设置有氮气闪蒸罐6，氮气闪蒸罐6通过管道与氦气分离罐5底部连接，氮气闪蒸罐6底部通过管道与LNG储罐7的进气管道连接，系统中的氮气在此闪蒸分离脱除，液体进入7-LNG储罐，然后再次进入系统提取氦气。
在本实用新型的一个或多个具体地实施方式中，变压吸附装置10顶部还通过管道与BOG压缩机入口缓冲罐1连接，将压吸附解吸气返回BOG压缩机入口循环，提高了整个系统中氦气的回收率。
正常运行时， LNG储罐7产生的闪蒸气（BOG，-150℃~-170℃）经过低温换热器4复热后（5℃~30℃）依次通过BOG压缩机入口缓冲罐1、BOG压缩机2、BOG压缩机出口冷却器3进行增压至10~30bar，再通过低温换热器4冷却至低温（-150℃~-160℃），其中大部分氮气及甲烷冷凝成液体，再经过V1减压至一定压力后进入氦气分离罐5气液分离得到浓缩氦气。
浓缩氦气中依然含有少量的氢气、甲烷、氮气等杂质组分。浓缩氦气先通过脱氢装置8经过加入氧气催化反应脱除浓缩氦气中的氢气，并生成水；再通过脱水装置9干燥脱除脱氢时生成的水；然后进入变压吸附装置10提纯脱除其他的杂质氢气、甲烷、氮气等，以上杂质气体中含有不少的氦气，作为变压吸附装置的解吸气返回BOG压缩机入口缓冲罐1，在系统内循环并回收其中的氦组分；提纯得到高纯度的氦气依次经过氦气产品气充装压缩机11；氦气产品气压缩机出口冷却器12；氦气充装系统13充装外运。
氦气分离罐5气液分离得到液体减压后进入氮气闪蒸罐6，系统中的氮气在此闪蒸分离脱除，液体进入7-LNG储罐。
本实用新型LNG储罐7中的BOG经过复温增压再冷却（-150℃~-170℃）后，BOG中的甲烷被再液化，经过氮气闪蒸罐6底液相节流减压后返回LNG储罐7，在提氦的同时也达到了BOG再液化的目的，整个工艺过程低温与常温相结合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统，包括通过管路设置于氦气提取路径上的LNG储罐（7）、BOG压缩机入口缓冲罐（1）、BOG压缩机（2）、BOG压缩机出口冷却器（3）、氦气分离罐（5）、脱氢装置（8）、脱水装置（9）、变压吸附装置（10）、氦气产品气充装压缩机（11）、氦气产品气压缩机出口冷却器（12）和氦气充装系统（13），BOG压缩机（2）分别通过管道与BOG压缩机入口缓冲罐（1）和BOG压缩机出口冷却器（3）连接，脱氢装置（8）分别通过管道与氦气分离罐（5）和脱水装置（9）连接，变压吸附装置（10）分别通过管道与脱水装置（9）和氦气产品气充装压缩机（11）连接，氦气产品气压缩机出口冷却器（12）分别通过管道与氦气产品气充装压缩机（11）和氦气充装系统（13）连接，其特征在于，所述低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统还包括低温换热器（4），该低温换热器（4）为多股流换热器，低温换热器（4）设置有第一股流换热单元（15）和第二股流换热单元（16），第一股流换热单元（15）下端通过与LNG储罐（7）连接，上端通过管道与BOG压缩机入口缓冲罐（1）连接，第二股流换热单元（16）下端通过管道与氦气分离罐（5）连接，上端通过管道与BOG压缩机出口冷却器（3）连接。
2.根据权利要求1所述的低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统，其特征在于，所述LNG储罐（7）连接有进气管道，低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统还包括天然气管道，低温换热器（4）还设置有第三股流换热单元（17），天然气管与第三股流换热单元（17）上端连接，进气管道与第三股流换热单元（17）下端连接，天然气管与进气管道通过第三股流换热单元（17）连通。
3.根据权利要求1所述的低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统，其特征在于，所述低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统还设置有氮气闪蒸罐（6），氮气闪蒸罐（6）通过管道与氦气分离罐（5）底部连接，氮气闪蒸罐（6）底部通过管道与LNG储罐（7）的进气管道连接。
4.根据权利要求1所述的低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统，其特征在于，所述变压吸附装置（10）顶部还通过管道与BOG压缩机入口缓冲罐（1）连接。
5.一种低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统，包括通过管路设置于氦气提取路径上的LNG储罐（7）、BOG压缩机入口缓冲罐（1）、BOG压缩机（2）、BOG压缩机出口冷却器（3）、氦气分离罐（5）、脱氢装置（8）、脱水装置（9）、变压吸附装置（10）、氦气产品气充装压缩机（11）、氦气产品气压缩机出口冷却器（12）和氦气充装系统（13），BOG压缩机（2）分别通过管道与BOG压缩机入口缓冲罐（1）和BOG压缩机出口冷却器（3）连接，脱氢装置（8）分别通过管道与氦气分离罐（5）和脱水装置（9）连接，变压吸附装置（10）分别通过管道与脱水装置（9）和氦气产品气充装压缩机（11）连接，氦气产品气压缩机出口冷却器（12）分别通过管道与氦气产品气充装压缩机（11）和氦气充装系统（13）连接，其特征在于，所述低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统还包括低温换热器（4），该低温换热器（4）为多股流换热器，低温换热器（4）设置有第二股流换热单元（16），第二股流换热单元（16）下端通过管道与氦气分离罐（5）连接，上端通过管道与BOG压缩机出口冷却器（3）连接，BOG复热器（14）下端通过管道与LNG储罐（7）连通，BOG复热器（14）上端通过管道与BOG压缩机入口缓冲罐（1）连接。
6.根据权利要求5所述的低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统，其特征在于，所述LNG储罐（7）连接有进气管道，低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统还包括天然气管道，低温换热器（4）还设置有第三股流换热单元（17），天然气管与第三股流换热单元（17）上端连接，进气管道与第三股流换热单元（17）下端连接，天然气管与进气管道通过第三股流换热单元（17）连通。
7.根据权利要求5所述的低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统，其特征在于，所述低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统还设置有氮气闪蒸罐（6），氮气闪蒸罐（6）通过管道与氦气分离罐（5）底部连接，氮气闪蒸罐（6）底部通过管道与LNG储罐（7）的进气管道连接。
8.根据权利要求5所述的低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统，其特征在于，所述变压吸附装置（10）顶部还通过管道与BOG压缩机入口缓冲罐（1）连接。
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| CN202322911555.9U CN221122759U (zh) | 2023-10-30 | 2023-10-30 | 一种低常温结合的从液化天然气制取高纯度氦气的系统 |
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