一种高含氮BOG气体提氦系统的制作方法

本技术涉及天然气液化工厂的bog气体回收，尤其是涉及一种高含氮bog气体提氦系统。

背景技术：

1、氦气(he)分子量为4，无色无味。氦气非常轻，仅次于氢气，在标准状态下，密度为0.1786kg/m3，是空气密度的0.14倍，沸点为-268.9℃，接近绝对零度-273℃。

2、虽然氦是宇宙中丰富度第二的元素，但在地球上的储藏量却非常稀少，主要与天然气一起埋藏于地下，部分进入到空气中。

3、在天然气产业链中，常将天然气制成液化天然气(liquefied natural gas，lng)，其体积约为原来气态体积的1/600，以便于贮运。在lng生产过程中，需要通过末级节流阀将液化压力降至贮罐压力。天然气中各组分的沸点不同(常压下，氦气：4.22k，氢气：20.28k，氮气：77.36k，甲烷111.7k)，因此，在贮罐压力下，节流过程相当于对lng进行一次简单蒸发，沸点较低的气体分子率先从lng中逸出，称为闪蒸气(boil off gas，bog)。因此，bog气体即是指天然气在液化生产lng过程中，不能被液化的气体或液化天然气储罐中蒸发出来的不凝气体，bog气体流量最大会占到原料气流量的8％左右，因此lng生产工艺流程都会有专门的回收工艺回收bog气体。

4、bog主要成分为甲烷和氮气，由于不同地区的天然气气质不同，有的bog中还含有一定量的氦和极少量的氢等。bog中氦的浓度高于原天然气，因此，即使是少量bog，也具有较高的利用价值。

5、现有技术中，天然气液化工厂通常未设置原料气脱氮装置，但随着原料气组分的变化，含氮量越来越多，使得bog中的含氮量累积高达16-27％mol。而bog气体除了作为公司燃料使用外，剩余的bog会返回lng系统中继续液化，bog中的氮在液化系统中循环，将造成能耗损失。另外液化工厂bog中通常含有4％mol左右的氦，具备提氦条件。因此，提氦同时分馏出bog中的氮，不仅会解决现有生产中存在的问题，还可以达到提氦的目的。

6、鉴于此，本实用新型提出了一种新型的高含氮bog气体提氦系统。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种高含氮bog气体提氦系统，该系统可在提氦的同时分馏出bog中的氮，不仅解决了现有生产中存在的问题，还可以达到提氦的目的，具备运行简单、稳定节能的效果。

2、本实用新型提供一种高含氮bog气体提氦系统，包括依次连接的催化脱氢机构、低温精馏粗氦提取机构和低温psa吸附高纯氦提取机构。

3、作为本技术方案优选地，所述催化脱氢机构包括bog气化器、液氧气化器、催化脱氢反应器、分离罐和吸附干燥器，所述bog气化器和所述液氧气化器分别与所述催化脱氢反应器的顶部连通，所述催化脱氢反应器、所述分离罐和所述吸附干燥器依次连通。

4、作为本技术方案优选地，所述催化脱氢机构还包括第一压缩机、第一风冷机和第二风冷机，所述bog气化器、所述第一压缩机、所述第一风冷机和所述催化脱氢反应器依次连通，所述催化脱氢反应器、所述第二风冷机和所述分离罐依次连通。

5、作为本技术方案优选地，所述低温精馏粗氦提取机构包括依次连通的高温冷箱、低温冷箱、第一精馏塔和第二精馏塔，所述吸附干燥器的气体出口与所述高温冷箱的入口连通，所述第一精馏塔和所述第二精馏塔的顶部均与所述高温冷箱反向连通；所述高温冷箱的粗氦出口与所述低温psa吸附高纯氦提取机构连通。

6、作为本技术方案优选地，所述低温精馏粗氦提取机构还包括循环制冷压缩机、换热器和制冷机，所述循环制冷压缩机、所述制冷机和所述高温冷箱的制冷剂出口均与所述换热器连通；所述制冷机与所述高温冷箱的冷量入口连通。

7、作为本技术方案优选地，所述循环制冷压缩机包括依次连通的第二压缩机、第三风冷机、第三压缩机、第四风冷机，所述第四风冷机与所述换热器的高温入口端连通，所述换热器的低温出口端与所述制冷机连通。

8、作为本技术方案优选地，所述低温冷箱外还设置有节流阀，所述低温冷箱的制冷剂出口、所述节流阀和所述低温冷箱依次连通。

9、作为本技术方案优选地，所述分离罐的进口处设置有折流板，所述分离罐的中上部设置有丝网层。

10、作为本技术方案优选地，所述吸附干燥器并联设置有两个。

11、作为本技术方案优选地，所述高温冷箱的含少量甲烷氮气出口与火炬塔连通。

12、本实用新型的高含氮bog气体提氦系统，至少具有以下效果：

13、本实用新型的高含氮bog气体提氦系统包括依次连接的催化脱氢机构、低温精馏粗氦提取机构和低温psa吸附高纯氦提取机构。首先对bog气体进行催化脱氢处理，此时bog气体中的氢还没有富集，浓度较低，只有0.4％(v/v)左右，因此，催化脱氢时的温度在80℃左右，对催化脱氢反应器的运行更有利，有效解决了先深冷法提取粗氦，再进行催化脱氢，因粗氦中氢富集浓度较高，催化反应温度较高的问题。催化脱氢处理后，再使用包含两级精馏塔的低温精馏粗氦提取机构对其进行低温精馏，经第一精馏塔得到的粗氦浓度可达95％以上，残余氢及氧的含量更少，均可低于0.1ppm(体积含量)，更有利于提取更高纯度的氦，经第二精馏塔可将bog气体中的大部分氮气脱除，而少部分氮可在低温psa吸附高纯氦提取机构进一步脱除，从而避免氮气随bog回到lng的液化系统中循环，进而降低lng液化系统的能耗。因此，本实用新型的高含氮bog气体提氦系统可在提氦的同时分馏出bog中的氮，不仅解决了现有生产中存在的问题，还可以达到提氦的目的，具备运行简单、稳定节能的效果。

技术特征：

1.一种高含氮bog气体提氦系统，其特征在于，包括依次连接的催化脱氢机构、低温精馏粗氦提取机构和低温psa吸附高纯氦提取机构(13)；

2.根据权利要求1所述的高含氮bog气体提氦系统，其特征在于，所述催化脱氢机构还包括第一压缩机(6)、第一风冷机(7)和第二风冷机(8)，

3.根据权利要求2所述的高含氮bog气体提氦系统，其特征在于，所述低温精馏粗氦提取机构还包括循环制冷压缩机、换热器(14)和制冷机(15)；

4.根据权利要求3所述的高含氮bog气体提氦系统，其特征在于，所述循环制冷压缩机包括依次连通的第二压缩机(16)、第三风冷机(17)、第三压缩机(18)、第四风冷机(19)；

5.根据权利要求4所述的高含氮bog气体提氦系统，其特征在于，所述低温冷箱(10)外还设置有节流阀(20)，所述低温冷箱(10)的制冷剂出口、所述节流阀(20)和所述低温冷箱(10)依次连通。

6.根据权利要求1所述的高含氮bog气体提氦系统，其特征在于，所述分离罐(4)的进口处设置有折流板，所述分离罐(4)的中上部设置有丝网层。

7.根据权利要求1所述的高含氮bog气体提氦系统，其特征在于，所述吸附干燥器(5)并联设置有两个。

8.根据权利要求1所述的高含氮bog气体提氦系统，其特征在于，所述高温冷箱(9)的含少量甲烷氮气出口与火炬塔(21)连通。

技术总结
本技术涉及天然气液化工厂的BOG气体回收技术领域，尤其是涉及一种高含氮BOG气体提氦系统，首先对BOG气体进行催化脱氢处理，有效解决了先深冷法提取粗氦，再进行催化脱氢，因粗氦中氢富集浓度较高，催化反应温度较高的问题。催化脱氢处理后，再使用包含两级精馏塔的低温精馏粗氦提取机构对其进行低温精馏，经第一精馏塔得到的粗氦浓度可达95％以上，残余氢及氧的含量更少，经第二精馏塔可将BOG气体中的大部分氮气脱除，而少部分氮可在低温PSA吸附高纯氦提取机构进一步脱除，从而避免了氮气随BOG回到LNG的液化系统中循环，进而降低了LNG液化系统的能耗。

技术研发人员：王怀昇,李维亚,王华霖,贾智利,唐英武
受保护的技术使用者：上海中集天照清洁能源有限公司
技术研发日：20221207
技术公布日：2024/1/12