本發(fā)明涉及在天然氣中洗滌烴類提取氦氣的回收工藝裝置及方法，特別適用含氦天然氣中烴類和氮?dú)夂啃∮?0mol％的氣質(zhì)條件，達(dá)到氦氣分離和提純的目的。

背景技術(shù)：

作為所有元素中最不活潑的元素——氦，是一種稀有氣體，通常情況下為無色、無味的氣體，是唯一不能在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下固化的物質(zhì)。氦氣的穩(wěn)定性決定了它的重要用途，氦的應(yīng)用主要是衛(wèi)星飛船發(fā)射、導(dǎo)彈武器工業(yè)、低溫超導(dǎo)研究等。

在地球的大氣層中，氦的濃度十分低。氦氣的制備主要是天然氣提取，氦工業(yè)主要集中在美國、俄羅斯等氦氣資源豐富、氦含量高的極少數(shù)國家。中國氦氣資源匱乏，開發(fā)成本高。市場上氦氣供應(yīng)主要來源于進(jìn)口，且價格昂貴。

現(xiàn)有的低溫提氦方法需要外部制冷循環(huán)，且不能適應(yīng)原料氣中氫氣含量較大范圍內(nèi)波動。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種天然氣中洗滌烴類提取氦氣的回收裝置及方法，具有原料氣適應(yīng)范圍廣、氦氣回收率高、能耗低和投資省的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種天然氣中洗滌烴類提取氦氣的回收裝置，包括主換熱器、氦氣提濃塔和冷媒注入設(shè)施，所述主換熱器的含氦天然氣出口與氦氣提濃塔的中部進(jìn)口連接；氦氣提濃塔的頂部氦氣產(chǎn)品出口與主換熱器的氦氣產(chǎn)品進(jìn)口連接；氦氣提濃塔的底部甲烷氣出口與主換熱器的甲烷氣進(jìn)口連接；冷媒注入設(shè)施與氦氣提濃塔塔頂?shù)臒N類洗滌液入口連接。

本發(fā)明還提供了一種天然氣中洗滌烴類提取氦氣的回收方法，將含氦天然氣分成兩股，一股進(jìn)入主換熱器被冷凝，另一股進(jìn)入氦氣提濃塔底蒸發(fā)器換熱，為氦氣提濃塔提供熱量后被冷凝，然后兩股匯合后直接進(jìn)入氦氣提濃塔進(jìn)行氦氣天然氣精餾分離，分離后的氦氣從提濃塔頂部返輸至主換熱器中回收冷量后，輸送至下一級處理工序；從提濃塔底部出來的天然氣經(jīng)節(jié)流后返輸至主換熱器中回收冷量后，作為燃料氣外輸。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是：針對含氦天然氣中烴類和氮?dú)夂啃∮?0mol％的氣質(zhì)條件，本發(fā)明可直接利用新注入冷媒的冷量回收氦氣，而不需要額外的外部制冷設(shè)施，具有投資低和能耗低等優(yōu)點(diǎn)，使裝置具有很高的氦氣回收率(天然氣中的氦氣收率高達(dá)99.9％，烴類的脫除率高達(dá)99.9％)。

附圖說明

本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1是本回收裝置的工藝原理流程圖。

具體實(shí)施方式

一種天然氣中洗滌烴類提取氦氣的回收裝置，如圖1所示，包括：主換熱器1、氦氣提濃塔2、氦氣提濃塔塔底蒸發(fā)器3、冷媒注入設(shè)施4等，其中：

所述主換熱器1為氦氣回收的熱量交換場所，主換熱器1的含氦天然氣出口與氦氣提濃塔2的中部進(jìn)口連接；氦氣提濃塔2的頂部氦氣產(chǎn)品出口與主換熱器1的氦氣產(chǎn)品進(jìn)口連接；氦氣提濃塔2的底部甲烷氣出口與主換熱器1的甲烷氣進(jìn)口連接；氦氣提濃塔2分別與氦氣提濃塔塔底蒸發(fā)器3和冷媒注入設(shè)施4連接。

干燥的含氦天然氣分為兩股，一股與主換熱器1相連，經(jīng)過主換熱器預(yù)冷后直接進(jìn)入氦氣提濃塔2，另一股與氦氣提濃塔塔底蒸發(fā)器3相連，為氦氣提濃塔塔底蒸發(fā)器提供熱量后與另一股預(yù)冷的粗氦原料匯合后直接進(jìn)入氦氣提濃塔2；外加冷媒通過冷媒注入設(shè)施4直接輸送至氦氣提濃塔頂作為塔頂烴類洗滌液，以達(dá)到洗滌脫除烴類的目的；氦氣提濃塔頂?shù)玫降暮猱a(chǎn)品和塔底的甲烷氣分別與主換熱器相連。氦氣提濃塔2底部設(shè)有氦氣提濃塔塔底蒸發(fā)器3為其提供熱量。所述部分含氦天然氣與氦氣提濃塔底蒸發(fā)器相連，為氦氣提濃塔提供熱量，也可以將粗氦天然氣部分冷凝；剩余部分粗氦天然氣與主換熱器相連，將粗氦天然氣部分冷凝。

在氦氣提濃塔塔底蒸發(fā)器3的含氦天然氣入口處設(shè)置控制閥，通過氦氣提濃塔2底部溫度給該控制閥信號，調(diào)節(jié)其開度以改變進(jìn)入氦氣提濃塔塔底蒸發(fā)器的含氦天然氣流量。在所述主換熱器1的甲烷氣進(jìn)口入設(shè)置節(jié)流調(diào)節(jié)閥。

本發(fā)明還提供了一種天然氣中洗滌烴類提取氦氣的回收方法，包括如下步驟：

2.7～3.7MPa.g，40℃的含氦天然氣(CH₄：16mol％，N₂：4mol％，He：44mol％，H₂:36mol％)一部分(大約為45％～70％)經(jīng)過主換熱器部分冷凝至160～-180℃左右，剩余部分粗氦天然氣與氦氣提濃塔底蒸發(fā)器換熱，為氦氣提濃塔底提供熱量，被部分冷凝后至-140～-145℃，與經(jīng)過主換熱器冷凝的粗氦天然氣匯合后直接進(jìn)入氦氣提濃塔進(jìn)行氦氣天然氣精餾分離。采用液氮作為冷媒，通過冷媒注入設(shè)施中的冷媒注入泵將液氮直接輸送至氦氣提濃塔塔頂，控制冷媒的注入量來匹配系統(tǒng)所缺的冷量，并且作為氦氣提濃塔頂?shù)南礈煲簩⒑馓釢馑數(shù)募淄闅獾葻N類冷凝洗滌，達(dá)到將氦氣烴類分離的目的。

氦氣提濃塔頂部得到的2.5～3.5MPa.g，-190℃～-192℃的氦氣產(chǎn)品(氦氣收率高達(dá)99.9％，烴類的脫除率高達(dá)99.9％)，返輸至主換熱器換熱中回收冷量后，輸送至下一級處理工序。

氦氣提濃塔底部得到的2.55～3.55MPa.g，-127～140℃天然氣產(chǎn)品，節(jié)流至-150℃～-169℃后返輸至主換熱器換熱中回收冷量，提供冷量后的天然氣輸送至工廠燃料氣系統(tǒng)作為工廠燃料氣，或者增壓后外輸。

本發(fā)明的原理是：含氦天然氣的部分冷凝、氦氣提濃塔頂?shù)暮猱a(chǎn)品和塔底的天然氣的冷量回收均在主換熱器1中實(shí)現(xiàn)。通過冷劑注入設(shè)施中的冷劑注入泵控制冷媒的注入量，來匹配整個精餾過程所需的冷量和氦氣提濃塔上的液相回流流量，從而體現(xiàn)出該方法在操作上的靈活性，對原料氣的組分變化和氣量波動都具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，在整個提氦過程中不需要額外設(shè)置外部制冷單元，由于外部制冷單元包括冷劑壓縮機(jī)，冷凝器、冷劑緩沖罐等，而冷劑注入設(shè)施僅需要冷劑儲存罐和冷劑注入泵，一次投資較外部制冷單元更省，并且冷劑注入泵的電機(jī)功率也遠(yuǎn)小于外部制冷單元中的冷劑壓縮機(jī)電機(jī)功率，因此能耗也比外部制冷單元小。該方法具有投資省，能耗低，氦氣收率高、對工況變化適應(yīng)性強(qiáng)等特征。