本实用新型属于天然气液化处理领域，特别是含氦天然气液化尾气。
背景技术：
天然气中含有少量氦气，以天然气为原料制取lng产品后，其尾气中氦气浓度大幅提高，为了进一步得到更高纯度的氦气，通常采用低温分离或者吸附法或膜分离来提纯氦气。尾气中通常含有氢气，低温分离虽然能把氦气和氢气分离，但投资及能耗大，不经济；而采用吸附法或膜分离不能把氢气和氦气完全分离，不能得到高纯氦气产品，目前有专利采用补充一氧化碳或二氧化碳或二者混合物与氢气反应生成甲烷，然后剩余的少量氢气与氧气反应生成水来除掉氢气，这种方法适应氢气浓度高的情况，当氢气浓度不太高时，还采用补充一氧化碳或二氧化碳或二者混合物与氢气反应生成甲烷，使操作复杂，且成本也较高。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于：针对现有技术的问题，本实用新型先采用膜分离和吸附法组合技术将含氦及少量氢气从天然气液化尾气分离出来，然后采用催化氧化法将氢气和氧气反应生成水来除掉氢气，再用吸附法提纯氦气得到高纯氦气产品。本法将尾气中氢气与纯氧或富氧或空气反应生成水除掉氢气，然后提纯氦气得到氦气产品高纯度，氦气回收率高，投资低，能耗低。
本实用新型目的通过下述技术方案来实现：
一种天然气液化含氦尾气提纯氦气的系统，包括以下步骤：天然气液化含氦尾气(bog)与压缩ⅰ单元的一段入口连接，压缩ⅰ单元出口与膜分离ⅰ单元进口连接。膜分离ⅰ单元出口的非渗透气与天然气液化系统连接，膜分离ⅰ单元出口渗透气与压缩ⅱ单元入口连接。压缩ⅱ单元出口与脱氧单元相连，脱氧单元与变压吸附ⅰ单元进口连接，变压吸附ⅰ单元出口解析气与天然气液化含氦尾气(bog)与压缩ⅰ单元的一段入口管道连接；变压吸附ⅰ单元出口高浓度氦气与多段脱氢单元一段进口相连。多段脱氢末段出口与变压吸附2单元进口相连，变压吸附2单元出口高纯度氦气与压缩ⅲ单元进口相连，压缩ⅲ出口与高纯度氦气包装相连，变压吸附2单元出口解析气分为两部分，一部分解析气与压缩ⅳ单元进口相连，压缩ⅳ单元出口与变压吸附1单元出口与多段脱氢单元一段进口管道相连；一部分解析气与膜分离ⅰ单元出口渗透气与压缩ⅱ单元入口管道连接。
作为选择，所述膜分离ⅰ单元为单段或多段膜分离，膜分离段数根据天然气液化含氦尾气中氦气浓度以及氦气回收率而定，液化含氦气浓度低和氦气回收率高，膜分离段数多，反之亦然。
作为选择，所述压缩ⅱ单元末级压缩不冷却。
作为选择，所述脱氧单元由装有催化剂的反应器和冷却器组成，在反应器中氧气与氢气在催化剂作用下反应生成水，然后由冷却器冷却到常温，进脱氧单元的氢气过量，出脱氧单元气体中不含氧气组分。
作为选择，所述变压吸附ⅰ单元为单段或两段变压吸附工艺，变压吸附段数根据进变压吸附气体含氦气浓度以及氦气回收率而定，含氦气浓度低和氦气回收率高，变压吸附采用两段吸附工艺。经过变压吸附ⅰ单元分离出来的氦气除氢气外不含可燃组分，变压吸附ⅰ单元分离出来的解析气与压缩ⅰ单元进口的天然气液化含氦尾气管道相连。
作为选择，所述多段脱氢单元的段数根据氢气含量以及催化剂最高耐受温度确定，每一段脱氢单元均设有换热器、装有催化剂的反应器和冷却器，并在每一段均加入一定量氧气或富氧或空气与含氢气的氦气混合，然后经过换热器换热，温度升高到约60℃进入反应器，在反应器中氧气与氢气在催化剂作用下反应生成水，同时温度升高，经过换热器和冷却器冷却到常温后将水分离，最后一段脱氢单元加入过量氧气，保证氢气全部反应生成水。
作为选择，所述变压吸附2单元分离出的解析气分为两部分，一部分解析气经过压缩ⅳ单元压缩后返回到多段脱氢单元第一段入口循环，一部分解析气与膜分离ⅰ单元出口渗透气与压缩ⅱ单元入口管道连接。
前述本实用新型主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本实用新型可采用并要求保护的方案：如本实用新型，各选择即可和其他选择任意组合，本领域技术人员在了解本实用新型方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本实用新型所要保护的技术方案，在此不做穷举。
本实用新型的有益效果：
(一)、采用膜分离将液化尾气氦气提浓并将甲烷返回液化系统回收利用。
(二)、采用变压吸附将除氢气外的可燃组分除掉，节省氧气加入量，并提高甲烷收率。
(三)、采用纯氧或富氧与氢气反应水除掉，可得到高纯度氦气产品。
附图说明
图1是本实用新型实施例1的装置流程示意图；
图2是本实用新型实施例2的装置流程示意图；
附图标记：
具体实施方式
下列非限制性实施例用于说明本实用新型。
实施例1：
本实施例的天然气液化含氦尾气提纯氦气的系统的工艺流程如下：
流程如图1所示。本实施例以天然气液化含氦尾气300nm3/h为例，液化含氦尾气压力约0.11mpa(g),温度：-40℃，尾气组成为：he：8.07％、h2：1.0％、n2：13.87％、ch4：77.06％，与变压吸附ⅰ单元出来解析气混合后进入压缩ⅰ单元，经过三段压缩到约2.7mpa(g)，进入膜分离ⅰ单元。膜分离ⅰ单元为两段膜分离，出膜分离ⅰ单元非渗透气压力约2.6mpa(g)，主要组分为甲烷，返回到甲烷液化系统；出膜分离ⅰ单元两段渗透气合并，压力约0.01mpa(g)，组成为：he：52.8％、h2：6.5％、n2：6.2％、ch4：34.4％，流量约58.4nm3/h，然后与变压吸附2单元来的解析气混合，经压缩ⅱ单元三段压缩到约2.7mpa(g)，进入脱氧单元脱出氧气，出脱氧单元含氦气体进入变压吸附1单元。从变压吸附1单元出来的解析气压力约0.01mpa(g)，组成为：he：28.4％、h2：2.4％、n2：22.4％、ch4：46.1％，去和液化含氦尾气混合；从变压吸附1单元出来的高浓度氦气，压力约2.6mpa(g)，组成为he：92.05％、h2：7.92％、n2：0.03％，流量约31.4nm3/h，与来自变压吸附2单元且经过压缩ⅳ单元增压后的解析气混合，然后进入脱氢单元第一段。共设3段脱氢单元，每一段均设有换热器、反应器及冷却器，前二段每一段均加入约2nm3/h空气，压力约2.8mpa(g)，组成为：o2：21％、n2：79％，与高浓度氦气混合，然后经过换热器加热热到约60℃进入反应器，在反应器中氧气与氢气在催化剂作用下反应生成水，同时温度升高到约220℃，经过换热器和冷却器冷却到常温后将水分离，经过二段反应后气体中氢气浓度降为约1.4％，加入3.1nm3/h空气与气体混合，经过最后一段脱氢单元，出来的气体压力约2.5mpa(g)，组成为：he：72.3％、h2：无、o2：0.4％、n2：27.0％、h2o:0.3％。氧化脱氢出来的气体进入变压吸附ⅱ单元，从变压吸附ⅱ单元出来的高纯氦气，压力约2.4mpa(g)，流量约21.3nm3/h，氦气浓度大于99.999％出脱氧单元含氦气体，经过压缩ⅲ单元二段压缩到15mpa(g)装瓶；从变压吸附ⅱ单元出来的解析气，压力约0.01mpa(g)，组成为he：56.6％、o2：0.7％、n2：42.2％、h2o:0.5％，流量约37.6nm3/h，其中24.1nm3/h解析气经过压缩ⅳ单元3段压缩到2.6mpa(g)，返回到脱氢单元入口，剩余13.5nm3/h去压缩ⅱ单元入口与膜分离ⅰ单元出口渗透气混合。
实施例2：
本实施例的天然气液化含氦尾气提纯氦气的系统的工艺流程如下：
流程如图2所示。本实施例以天然气液化含氦尾气800nm3/h为例，液化含氦尾气压力约0.11mpa(g),温度：-40℃，尾气组成为：he：3.0％、h2：0.38％、n2：15.62％、ch4：81.0％，与变压吸附ⅰ单元出来解析气混合后进入压缩ⅰ单元，经过三段压缩到约2.7mpa(g)，进入膜分离ⅰ单元。出膜分离ⅰ单元非渗透气压力约2.6mpa(g)，主要组分为甲烷，返回到甲烷液化系统；出膜分离ⅰ单元渗透气压力约0.01mpa(g)，组成为：he：33.3％、h2：4.1％、n2：10.1％、ch4：52.5％，流量约92.9nm3/h，然后与变压吸附2单元来的解析气混合，经压缩ⅱ单元三段压缩到约2.7mpa(g)，进入脱氧单元脱出氧气，出脱氧单元含氦气体进入变压吸附1单元。从变压吸附1单元出来的解析气压力约0.01mpa(g)，组成为：he：13.9％、h2：1.7％、n2：13.6％、ch4：70.7％，去和液化含氦尾气混合；从变压吸附1单元出来的高浓度氦气，压力约2.6mpa(g)，组成为he：89.36％、h2：10.61％、n2：0.04％，流量约25nm3/h，与来自变压吸附2单元且经过压缩ⅳ单元增压后的解析气混合，然后进入脱氢单元第一段。共设4段脱氢单元，每一段均设有换热器、反应器及冷却器，前三段每一段均加入约0.4nm3/h空气，压力约2.8mpa(g)，组成为：o2：99.6％、n2：0.4％，与高浓度氦气混合，然后经过换热器加热热到约60℃进入反应器，在反应器中氧气与氢气在催化剂作用下反应生成水，同时温度升高到约300℃，经过换热器和冷却器冷却到常温后将水分离，经过三段反应后气体中氢气浓度降为约0.7％，加入0.45nm3/h纯氧与气体混合，经过最后一段脱氢单元，出来的气体压力约2.5mpa(g)，组成为：he：98.2％、h2：无、o2：0.9％、n2：0.6％、h2o:0.3％。氧化脱氢出来的气体进入变压吸附ⅱ单元，从变压吸附ⅱ单元出来的高纯氦气，压力约2.4mpa(g)，流量约21.3nm3/h，氦气浓度大于99.999％出脱氧单元含氦气体，经过压缩ⅲ单元二段压缩到15mpa(g)装瓶；从变压吸附ⅱ单元出来的解析气，压力约0.01mpa(g)，组成为he：95.6％、o2：2.2％、n2：1.4％、h2o:0.8％，流量约14.9nm3/h，其中13.8nm3/h解析气经过压缩ⅳ单元3段压缩到2.6mpa(g)，返回到脱氢单元入口，剩余1.1nm3/h去压缩ⅱ单元入口与膜分离ⅰ单元出口渗透气混合。
1.一种天然气液化含氦尾气提纯氦气的系统，包括以下单元:压缩、膜分离、变压吸附、脱氧单元和多段脱氢单元，其特征在于包括以下单元：天然气液化含氦尾气与压缩ⅰ单元的一段入口连接，压缩ⅰ单元出口与膜分离ⅰ单元进口连接，膜分离ⅰ单元出口的非渗透气与天然气液化系统连接，膜分离ⅰ单元出口渗透气与压缩ⅱ单元入口连接,压缩ⅱ单元出口与脱氧单元相连，脱氧单元与变压吸附ⅰ单元进口连接,变压吸附ⅰ单元出口解析气与天然气液化含氦尾气与压缩ⅰ单元的一段入口管道连接；变压吸附ⅰ单元出口高浓度氦气与多段脱氢单元一段进口相连，多段脱氢末段出口与变压吸附ⅱ单元进口相连，变压吸附ⅱ单元出口高纯度氦气与压缩ⅲ单元进口相连，压缩ⅲ出口与高纯度氦气包装相连，变压吸附ⅱ单元出口解析气分为两部分，一部分解析气与压缩ⅳ单元进口相连，压缩ⅳ单元出口与变压吸附ⅰ单元出口与多段脱氢单元一段进口管道相连；一部分解析气与膜分离ⅰ单元出口渗透气与压缩ⅱ单元入口管道连接。
2.如权利要求1所述的一种天然气液化含氦尾气提纯氦气的系统，其特征在于:所述膜分离ⅰ单元为单段或多段膜分离，膜分离段数根据天然气液化含氦尾气中氦气浓度以及氦气回收率而定，液化含氦气浓度低和氦气回收率高，膜分离段数多，反之亦然。
3.如权利要求1所述的一种天然气液化含氦尾气提纯氦气的系统，其特征在于:所述压缩ⅱ单元末级压缩不冷却。
技术总结