一种氢含量波动的BOG气体提氦气的工艺及设备的制作方法

一种氢含量波动的bog气体提氦气的工艺及设备
技术领域
1.本发明涉及bog气体提氦气技术领域，具体为一种氢含量波动的bog气体提氦气的工艺及设备。


背景技术：

2.氦气是一种稀有的气体资源,广泛应用在半导体制造、航天、磁悬浮列车、医疗、特殊焊接等领域。氦气主要来源于含氦天然气,因而天然气提氦是提氦领域主要研究对象,然而我国的氦气资源储量少、浓度小,这也限制了我国提氦工业的发展。以提氦为目的的深冷提氦工艺因其能耗高、设备复杂、lng产量小等缺点,经济效益方面不具有竞争力；伴随着液化天然气销量的日益增长,以天然气液化为基础的提氦工艺将具有更高的经济优势。
3.天然气中含有少量的氢气，氢气和氮气、氦气较难液化，因此在lng工厂中的bog气体富集，bog提取氦气过程中，氢气较难采用物理方法进行分离，只能采用加氧气催化的方式将其氧化成水进行分离。
4.经过催化除氢的氢气要求在ppb级别，因此实际过程中常采用氧气过量的方式保证氢气含量，但是氧气的添加不能过量，防止甲烷催化产生高温，不利于反应的控制。目前脱氢工艺基本采用原料气的流量与氢浓度分析仪计算氢气含量后再通过氧气流量控制器控制氧气的添加量。
5.有时原料气中的氢气含量波动较大，控制过程无法精准完成除氢的氧气配比，在后续过程中氢气过量，导致高纯氦产品质量不达标。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明提供了一种氢含量波动的bog气体提氦气的工艺及设备，解决了原料气流量和氢气含量波动影响除氢反应器脱氢效果不好的问题。
7.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种氢含量波动的bog气体提氦气的工艺，包括以下步骤：bog原料气从lng储罐自进气管道送至bog原料气压缩机，bog原料气压缩机出口接钯系脱氢反应器，与氧气进管输送的氧气进行催化反应，将氢气的浓度控制在1ppm以内，钯系脱氢反应器的出口接锰系脱氢反应器的入口，锰系脱氢反应器中添加氧化锰和锰混合的催化剂，bog原料气经过锰系脱氢反应器后的氢气浓度达到ppb级别，锰系脱氢反应器的出口接至加热器入口进行加热，加热器出口接至膜分离器，膜分离器的非渗透气主要有氮气、甲烷，送至燃料气管网，膜分离器渗透气出口接粗氦压缩机，粗氦压缩机出口接氦气纯化器，氦气纯化器出口纯氦经氦气增压机升压后通过数显式供气汇流排系统送至氦气瓶存储。
8.优选的，一种氢含量波动的bog气体提氦气的工艺及其设备保留原有bog燃料气管线，在管线上新接提氦装置，用手阀选择工艺。
9.优选的，bog原料气压力为0.02～0.05mpag，氦气含量1％～3％(v)，氢气含量为0.4％～1％(v)。
10.优选的，bog原料气压缩机后气体压力为0.7～1.5mpag。
11.优选的，上述压缩机设置一台备用。
12.优选的，所述钯系脱氢反应器的温度控制在200℃以下，保证氢气被氧化，甲烷不氧化。
13.优选的，上述钯系脱氢反应器的氧化剂采用纯氧或者空气。
14.优选的，所述锰系脱氢反应器的温度控制在200℃以下，保证氢气被氧化，甲烷不氧化。
15.优选的，上述锰系脱氢反应器中采用氧化锰和锰混合，当原料气中氢气过量时，经过钯系脱氢反应器的剩余氢气与氧化锰反应，进一步去除氢气，保证原料气中的氢气浓度为ppb级别；当原料气中氢气减少时，经过钯系脱氢反应器的剩余氧气与锰反应，进一步去除氧气，保证原料气中的氧浓度为ppb级别。
16.优选的，所述换热器为蒸汽加热或者电加热。
17.优选的，所述膜分离器非渗透气送至燃料气管网，膜分离器渗透气氦气含量90％(v)以上。
18.优选的，所述膜分离器，可以是单级膜分离装置，或者是二级膜分离器，或者是多级膜分离装置。
19.优选的，所述粗氦压缩机后气体压力为0.8～1.6mpag。
20.优选的，上述压缩机设置一台备用。
21.优选的，所述氦气纯化器包括变压吸附纯化器和深冷冷凝纯化器。
22.优选的，上述氦气纯化器可除去粗氦气体中的氮气、氧气及甲烷，使氦气浓度达到99.999％。
23.优选的，所述氦气增压机出口压力为16.0mpag。
24.优选的，所述数显式供气汇流排系统含安全阀及仪表。
25.优选的，所述氦气瓶为40l或者50l标准气瓶。
26.一种氢含量波动的bog气体提氦气的设备，所述的设备包括bog原料气压缩机，所述bog原料气压缩机输入端连接有进气管道，所述进气管道上连接有燃料气管网，所述连接管道上设有第一手阀，所述进气管道且位于燃料气管网一侧处设有第二手阀，所述bog原料气压缩机输出端通过管线连接钯系脱氢反应器，所述钯系脱氢反应器上连接氧气进管，所述钯系脱氢反应器出口通过管线连接锰系脱氢反应器，所述锰系脱氢反应器出口通过管线连接加热器，所述加热器输出端通过管线连接膜分离器，所述膜分离器非渗透气出口通过连接管道与燃料气管网连通，所述连接管道上设有第三手阀，所述膜分离器渗透气出口通过管线连接粗氦压缩机，所述粗氦压缩机连接有出口通过管线连接氦气纯化器，所述氦气纯化器出口通过管线连接氦气增压机，所述氦气增压机出口通过管线连接数显式供气汇流排系统，所述数显式供气汇流排系统出口连接氦气瓶。
27.有益效果
28.1、本发明采用bog原料气经过bog原料气压缩机压缩后再进行脱氢，减小了bog原料气的体积，继而减小了脱氢反应器的设备体积。
29.2、本发明在氦气提浓前进行脱氢处理，bog气体中的氢气含量为为0.4％～1％(v)，燃烧的反应温度可控，由于是在前段引入氮气和氧气。后续的处理工艺可将引入的杂
质气体一并除去。
30.3、本发明采用钯系脱氢反应器为主脱氢反应器，锰系脱氢反应器为安保脱氢反应器，通过两个脱氢反应器的脱氢后，保证氢气含量在ppb级别。
31.4、由于bog原料气中的氢气浓度和bog原料气量有时波动较大，氧气(空气)流量控制器无法精准控制氧化剂的添加量，锰系脱氢反应器添加氧化锰和锰催化剂，可以有效去除由于氢含量波动引起的氢过量或者氧过量。
32.5、本发明在bog原料气中提浓粗氦的膜分离过程中，没有相变，降低设备投资和操作费用。
33.6、本发明在原来的bog燃料气管线上新增接口进行bog原料气中氦气的提浓，经膜分离器后的非渗透气量损失低于5％。
34.7、流程合理，最大程度回收利用原料气的有效成分。
35.8、能量消耗低、投资低，产品质量好。
附图说明
36.图1为本发明的结构示意图。
37.图中：1、bog原料气压缩机；2、钯系脱氢反应器；3、锰系脱氢反应器；4、加热器；5、膜分离器；6、粗氦压缩机；7、氦气纯化器；8、氦气增压机；9、数显式供气汇流排系统；10、氦气瓶；v1、第一手阀；v2、第二手阀；v3、第三手阀。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.实施例：如图1所示，一种氢含量波动的bog气体提氦气的工艺及其设备主要包括bog原料气压缩机1，钯系脱氢反应器2，锰系脱氢反应器3，换热器4，膜分离器5，粗氦压缩机6，氦气纯化器7，氦气增压机8，数显式供气汇流排系统9，氦气瓶10；第一手阀v1，第二手阀v2，第三手阀v3。
40.来自lng工厂lng储罐的bog原料气压力为0.02mpag，通过进气管道输送至装置附近，经过bog原料气压缩机1压缩至1.4mpag，进入到钯系脱氢反应器2，钯系脱氢反应器2中装有钯系催化剂，温度控制在180℃，与进入钯系脱氢反应器2的氧气(空气)在催化剂表面发生催化脱氢反应，去除bog原料气中的氢气。为防止氧气添加过量触发甲烷催化反应，在运行过程中根据bog原料气的流量和bog原料气的氢气浓度调整氧气进钯系脱氢反应器2的流量调节器，保证氢气含量在1ppm以下。若使用空气作为氧化剂，钯系脱氢反应器2后的原料气会引入氮气及二氧化碳等气体，新引入的气体在后续的处理过程中容易分离。经过钯系脱氢反应器2的原料气含有1ppm的氢气，在经过氦气提浓过程中亦会富集，导致产品气氢含量过高影响高纯氦质量，因此在钯系脱氢反应器2后增加锰系脱氢反应器3，锰系脱氢反应器3装置锰系催化剂包括氧化锰和锰，不新引入杂质气体，当bog原料气的氢气过量时，氧气的流量调节器无法及时调节，导致经过钯系脱氢反应器2的bog原料气中的氢气过量，过
量的氢气进入到锰系脱氢反应器3与氧化锰反应，将氢气的含量控制在ppm级别，当bog原料气的氢气减少时，氧气的流量调节器无法及时调节，导致经过钯系脱氢反应器2的bog原料气中的氧气过量，过量的氧气进入到锰系脱氢反应器3与锰反应，将氧气的含量控制在ppb级别。经过钯系脱氢反应器2和锰系脱氢反应器3后的bog原料气中无氢气和氧气，即保证了高纯氦气的质量，也保证了后续装置的安全运行。经过锰系脱氢反应器3的bog原料气进入到换热器4将bog原料气加热至65℃，送至膜分离器5。膜分离器5的非渗透气送至燃料气管网。膜分离器5的渗透气为粗氦，氦气含量为90％(v)以上。粗氦进入到粗氦压缩机6将粗氦气体压缩至1.5mpa(g)，送至氦气纯化器7，根据bog原料气的处理量选择氦气纯化器7的工艺，若纯氦气量较小，氦气纯化器7选用变压吸附工艺，若纯氦气量较大，氦气纯化器7选用深冷冷凝工艺。氦气纯化器7除去粗氦气体中的杂质气体，使氦气浓度达到99.999％。氦气纯化器7提纯后的净化气氦气经过氦气增压机8使气体压力达到16.0mpag。再经过数显式供气汇流排系统9对氦气瓶10进行充装。
41.当bog提氦装置投入使用时，关闭第一手阀v1，打开第二手阀v2，打开第三手阀v3，bog提纯氦气系统投入使用。当bog提纯氦气系统检修时，打开第一手阀v1，关闭第二手阀v2，关闭第三手阀v3，bog燃料气管网可正常供气，不影响后续用户的使用。
42.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
43.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。