使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
[0028]实施例1
[0029]原料气组分:氦气1.58% ;氩气:0.27% ;氮气:81.91% ;甲烷:16.23% ;其他为水和二氧化碳；流量为:700Nm3/h
[0030]原料气在原料气压缩机I内压缩至4.0MPa (G)所需压力后经过预冷系统2冷却后至10°C、纯化系统3纯化脱除水(水的露点〈-65°c和二氧化碳含量〈lppm)后进入分馏塔冷箱。在主换热器4中冷却至-135°C再经过氦气分离塔再沸器6冷凝成液体(由于氦气很难液化，实际液化率为83% )后，进入氦气分离塔5。氦气分离塔理论板数10块，从氦气分离塔5顶得到粗氦气(氦气纯度为65.82% )在氦气换热器19通过负压液氮冷却液化，负压液氮温度控制在_206°C，不能低于-210°C，保证液氮不固化。真空泵24为液氮提供负压22kPa (绝压)，通过气液分离器20把氮组分去除得到99%的氦气，量为11.83Nm3/h，在吸附器21中去除掉粗氦中的氮，得到纯氦气(纯度彡99.999% )，经主换热器4复热到17°C后出塔供给用户。吸附器21可以设置2只，一只吸附，另一只再生，切换使用，可以单独设置冷箱，也可以在与其它设备放置在同一冷箱内。
[0031]从氦气分离塔5底部出来的液体经节流阀降压至0.15MPa(G)后进入除氮塔7。除氮塔7的理论塔板数为60块，大部分氮组分从除氮塔7顶部排出，排出的氮气量为608Nm3/h，氮气纯度为:99.997%，进入氮气循环系统。甲烷与氩气的混合液和微量氮组分从除氮塔7底部抽出进入除甲烷塔9，甲烷从除甲烷塔9底部以液体形式抽出进入过冷器18回收冷量、主换热器4复热，送给用户或它用，甲烷量为121Nm3/h。从除甲烷塔9顶部出来的粗氩气含有少量氮气(组分为:氩气:99.938% ;氮气:0.0615% )，进入精氩塔11，把微量氮气组分分离，从精氩塔11底部得到符合要求的纯氩液体。
[0032]循环氮气量为4000Nm3/h经氮压机压缩23后进入主换热器4降温到_120°C，再进入除氮塔再沸器8 (2757Nm3/h)、除甲烷塔再沸器10 (160Nm3/h)、精氩塔再沸器12 (20Nm3/h)，为对应的除氮塔7、除甲烷塔9、精氩塔11提供热量。从三个塔再沸器出来的液氮汇合后有一部分(2010Nm3/h)经过过冷器18冷却降温到-153.6°C再节流到0.04MPa(G)后进入液氮气液分离器17，从气液分离器17底部出来的液氮量为947.2Nm3/h，作为冷源进入四个精馏塔的冷凝蒸发器(13，14，15，16)，为精馏提供液体。从换热器4进来的另一股氮气(1060Nm3/h)，从换热器出来之后进入膨胀机22，膨胀到-171.8°C，0.4MPa (G)，膨胀后氮气进入过冷器18回收冷量。与在冷凝蒸发器气化后的氮气、液氮气液分离器17顶部出来的氮气及从再沸器出来的部分的氮气进入过冷器回收冷量后复热到-155.9°C，与除氮塔7顶部出来的氮气汇合成一股，进入主换热器4复热到17°C后进入氮气压缩参与循环，如有多余氮气，在此放空。
[0033]本发明以天然气为原料提取氦气和氩气，得到的分离气体纯度高，无辐射，同时本发明的方法和装置使用全精馏工艺制取氩气，连续运行时间长，设备稳定。
[0034]以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
【主权项】
1.一种天然气中提取氦气和氩气的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:将天然气在原料气压缩机(I)内压缩至所需压力后经过预冷系统(2)预冷及纯化系统(3)纯化后，在主换热器(4)中冷却并经过氦气分离塔再沸器(6)冷凝成液体后，进入氦气分离塔(5)，在氦气分离塔(5)顶部得到粗氦气在氦气换热器(19)通过负压液氮冷却液化，再通过粗氦气液分离器(20)把氮组分去除得到纯度大于99%的粗氦气，然后利用粗氦吸附器(21)去除粗氦中的氮，得到纯度大于99.999%的纯氦气； 步骤2:在氦气分离塔(5)底部得到的液体经节流阀降压后进入除氮塔(7)，大部分氮组分从除氮塔(7)顶部排出并进入氮气循环系统成为循环氮气，甲烷与氩气的混合液和微量氮组分从除氮塔(7)底部抽出进入除甲烷塔(9)，甲烷从除甲烷塔(9)底部以液体形式抽出进入过冷器(18)回收冷量，从除甲烷塔(9)顶部出来的粗氩气含有少量氮气，进入精氩塔(11)，把微量氮气组分分离，从精氩塔(11)底部得到符合要求的纯氩液体。
2.根据权利要求1所述的一种天然气中提取氦气和氩气的方法，其特征在于，步骤I中的所述循环氮气经氮气循环压缩机(23)压缩后进入主换热器(4)降温，再进入除氮塔再沸器(8)、除甲烷塔再沸器(10)、精氩塔再沸器(12)，为对应的除氮塔(7)、除甲烷塔(9)、精氩塔(11)提供热量，从所述的三个塔再沸器出来的液氮汇合后，一部分经过过冷器(18)冷却降温再节流后进入液氮气液分离器(17)，从所述液氮气液分离器(17)底部出来的液氮作为冷源进入氦气分离塔冷凝蒸发器(13)、除氮塔冷凝蒸发器(14)、.除甲烷塔冷凝蒸发器(15)及精氩塔冷凝蒸发器(16)，为精馏提供液体。
3.根据权利要求2所述的一种天然气中提取氦气和氩气的方法，其特征在于，从换热器(4)进来的部分氮气，从换热器(4)出来之后进入膨胀机(22)，膨胀后的这部分氮气与在四个相应的冷凝蒸发器(13、14、15、16)气化后的氮气、液氮气液分离器(17)顶部出来的氮气及从相应的再沸器出来的部分氮气一起进入过冷器(18)回收冷量后，最终与除氮塔(7)顶部出来的氮气汇合成一股，进入主换热器(4)复热后进入氮气循环压缩机(23)参与循环，如有多余氮气，在此放空。
4.根据权利要求1所述的一种天然气中提取氦气和氩气的方法，其特征在于，所述步骤I中氦气分离塔(5)顶部得到粗氦气在氦气换热器(19)通过负压液氮冷却液化过程中，液氮的负压由真空泵(24)提供。
5.根据权利要求1所述的一种天然气中提取氦气和氩气的方法，其特征在于，所述的步骤I中的粗氦吸附器(21)可以设置两个。
6.—种天然气中提取氦气和氩气的装置，包括有管道连接的原料气压缩机(1)、预冷系统(2)、纯化系统(3)及主换热器(4)，其特征在于，所述装置还包括有氦气分离塔(5)、氦气分离塔再沸器出)、除氮塔(7)、除甲烷塔(9)、精氩塔(11)、过冷器(18)、氦气换热器(19)、粗氦气液分离器(20)、粗氦吸附器(21)以及将上述部件连接的管路、阀门；天然气依次经过原料气压缩机(I)、预冷系统(2)及纯化系统(3)后，在主换热器(4)中冷却并经过氦气分离塔再沸器(6)冷凝成液体后，进入氦气分离塔(5)，在氦气分离塔(5)顶部得到粗氦气依次通过氦气换热器(19)、粗氦气液分离器(20)及粗氦吸附器(21)得到纯氦气；在氦气分离塔(5)底部得到的液体经节流阀降压后进入除氮塔(7)，甲烷与氩气的混合液和微量氮组分从除氮塔(7)底部抽出进入除甲烷塔(9)，甲烷从除甲烷塔(9)底部以液体形式抽出进入过冷器(18)回收冷量，从除甲烷塔(9)顶部出来的粗氩气含有少量氮气，进入精氩塔(11)得到符合要求的纯氩液体。
7.根据权利要求6所述的一种天然气中提取氦气和氩气的装置，其特征在于，所述装置还具有氮气循环压缩机(23)，所述氦气分离塔(5)、除氮塔(7)、除甲烷塔(9)、精氩塔(11)相应地设置并连接有氦气分离塔再沸器￠)、氦气分离塔冷凝蒸发器(13)、除氮塔再沸器(8)、除氮塔冷凝蒸发器(14)、除甲烷塔再沸器(10)、除甲烷塔冷凝蒸发器(15)、精氩塔再沸器(12)、精氩塔冷凝蒸发器(16)，所述过冷器(18)还连接有液氮气液分离器(17)。
8.根据权利要求6所述的一种天然气中提取氦气和氩气的装置，其特征在于，还包括有与所述换热器(4)和过冷器(18)相连接的膨胀机(22)。
9.根据权利要求6所述的一种天然气中提取氦气和氩气的装置，其特征在于，还包括与所述氦气换热器(19)相连接的真空泵(24)。
10.根据权利要求6所述的一种天然气中提取氦气和氩气的装置，其特征在于，所述粗氦吸附器(21)为两个。
【专利摘要】本发明提供了一种天然气中提取氦气和氩气的装置，包括有管道连接的原料气压缩机、预冷系统、纯化系统及主换热器，还包括有氦气分离塔、氦气分离塔再沸器、除氮塔、除甲烷塔、精氩塔、过冷器、氦气换热器、粗氦气液分离器、粗氦吸附器以及将上述部件连接的管路、阀门；本发明同时提供了以天然气为原料提取氦气和氩气的方法，得到的分离气体纯度高，无辐射，同时本发明的方法和装置使用全精馏工艺，连续运行时间长，设备稳定。
【IPC分类】F25J3-02
【公开号】CN104864683
【申请号】CN201510310281
【发明人】郝文炳, 俞建
【申请人】上海启元空分技术发展股份有限公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年6月8日