CN111547691A - 一种氢含量高的bog气体提氦气的设备及其工艺 - Google Patents

一种氢含量高的bog气体提氦气的设备及其工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氢含量高的BOG气体提氦气的设备及其工艺，涉及BOG气体提氦气的设备及其工艺领域，包括催化脱氢反应器、冷却器、分子筛干燥器、原料气压缩机、换热器、膜分离器、真空泵、缓冲罐、粗氦压缩机、氦气纯化器、氦气增压机、数显式供气汇流排装置以及氦气瓶，本发明采用膜前增压，膜后抽真空的方式增大气体分子的渗透系数，使用较少的膜面积使氦气达到较高的收率和纯度，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，氦气纯化器的解析气返回至原料气压缩机前，增加了氦气的回收率，整套装置氦气收率高到99%，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%。

Description

一种氢含量高的BOG气体提氦气的设备及其工艺
技术领域
本发明涉及BOG气体提氦气的设备及其工艺领域，特别是一种氢含量高的BOG气体提氦气的设备及其工艺。
背景技术
BOG气体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气体流量很可观,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,LNG常见的BOG回收方案为LNG贮罐中的BOG气体通过BOG压缩机压缩到中压,一部分气体作为燃料气进行燃烧,其余部分通过BOG压缩机进一步压缩到与原料气相同压力,根据LNG装置情况汇合回到原料气预处理前或者原料气预处理后,再次进行液化。
BOG过多次循环，其中的氦、氢等不凝性气体不断浓缩富集，在有一部分BOG被烧掉的情况下，BOG中的氦气仍然会富集到1%~3%，此时若利用BOG气体进行氦气提取,具备非常低的提氦能耗,完全具备提纯氦气的工业开发价值。
低温冷凝法目前世界各国从天然气中提取氦气广泛采用的方法。首先让含氦气源中的硫化氢、二氧化碳、水分，甚至汞等杂质在进入低温装置前须净化处理，然后将天然气经二次冷凝后制得氦含量为60％左右的粗氦，天然气中较难液化的氢随着氦气的提浓被浓缩在粗氦中，需要在精制前将其除去，在粗氦除氢的过程中，由于氢气的含量达到10%以上，因此粗氦中的氢气催化燃烧过程中的温升较高，不利于反应的控制，常用的方式为加入过量的空气稀释氢气的浓度，或者多级催化燃烧，第一种工艺导致氦气的浓度被稀释，需氦气再次被浓缩，第二种工艺的多级氢气催化反应器设备多，设备投资大，占地面积大。
发明内容
为解决以上现有技术问题，本发明公开了一种氢含量高的BOG气体提氦气的设备及其工艺，包括如下内容：
第一方面，本发明提供了一种氢含量高的BOG气体提氦气的设备，包括催化脱氢反应器、冷却器、分子筛干燥器、原料气压缩机、换热器、膜分离器、真空泵、缓冲罐、粗氦压缩机、氦气纯化器、氦气增压机、数显式供气汇流排装置以及氦气瓶，所述催化脱氢反应器输出端与冷却器输入端相连接，所述冷却器输出端与分子筛干燥器输入端相连接，所述分子筛干燥器输出端与原料气压缩机输入端相连接，所述原料气压缩机输出端与换热器输入端相连接，所述换热器输出端与膜分离器输入端相连接，所述膜分离器渗透气端与真空泵相连接，所述真空泵输出端与缓冲罐输入端相连接，所述缓冲罐输出端与粗氦压缩机输入端相连接，所述粗氦压缩机输出端与氦气纯化器输入端相连接，所述氦气纯化器解析气输出端与原料气压缩机输入端相连接，所述氦气纯化器净化气输出端与氦气增压机输入端相连接，所述氦气增压机输出端与数显式供气汇流排装置输入端相连接，所述数显式供气汇流排装置输出端与氦气瓶相连接。
优选的，所述催化脱氢反应器输入端上固定安装有BOG原料气去提氦装置手阀，所述催化脱氢反应器输入端位于BOG原料气去提氦装置手阀一侧固定安装有BOG原料气去燃料气管网手阀，所述膜分离器非渗透气端上固定安装有膜分离器非渗透气去BOG燃料气手阀。
优选的，所述冷却器为水冷却器或风冷却器中的一种。
优选的，所述换热器为蒸汽加热器或者电加热器中的一种。
优选的，所述膜分离器为单级膜分离装置、二级膜分离装置或者多级膜分离装置中的一种。
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。
第二方面，本发明提供了一种氢含量高的BOG气体提氦气的工艺，包括如下步骤：
步骤1：来自原BOG燃料气管网的BOG原料气与空气混合后进入温度为200℃的催化脱氢反应器中脱氢；
步骤2：将步骤一种脱氢后的气体经冷却器降温冷却至40℃以下，将冷却后的气体传送至分子筛干燥器中进行脱水，脱水后气体露点降至-60℃以下，脱水后的气体进入原料气压缩机进行压缩，压缩后的气体压力为0.8MPaG；
步骤3：将步骤2压缩后的气体输送至温度为65℃的换热器内进行加热；
步骤4：将步骤3加热后的气体输送至膜分离器，膜分离器的非渗透气入原BOG燃料气管网送至锅炉燃烧，膜分离器的渗透气产生粗氦，并输送至真空泵内，粗氦通过真空泵输送至缓冲罐内进行缓冲；
步骤5：将步骤4缓冲后的粗氦输送至粗氦压缩机，粗氦压缩机将粗氦压缩至0.4MPaG并输送至氦气纯化器内进行提纯；
步骤6：将步骤5氦气纯化器提纯过程中产生的解析气至原料气压缩机前与脱氢压缩后的气体混合，氦气纯化器提纯后的净化气氦气经过氦气增压机增压至16.0MPaG，再经过数显式供气汇流排装置对氦气瓶进行充装。
优选的，所述步骤1中来自原BOG燃料气管网的BOG原料气压力为0.02MPaG。
优选的，所述步骤2中分子筛干燥器采用多孔性的铝硅酸盐结晶体。
优选的，所述步骤4中真空泵的入口压力为-0.09MPaG，所述真空泵的出口压力为0.05MPaG。
有益效果
利用本发明的技术方案制作的一种氢含量高的BOG气体提氦气的设备及其工艺；
1、采用BOG原料气直接催化脱氢，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。
2、本发明采用膜前增压，膜后抽真空的方式增大气体分子的渗透系数，使用较少的膜面积使氦气达到较高的收率和纯度。
3、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。
4、氦气纯化器的解析气返回至原料气压缩机前，增加了氦气的回收率，整套装置氦气收率高到99%。
5、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%。
附图说明
图1是本发明流程框图；
图中，1-催化脱氢反应器；2-冷却器；3-分子筛干燥器；4-原料气压缩机；5-换热器；6-膜分离器；7-真空泵；8-缓冲罐；9-粗氦压缩机；10-氦气纯化器；11-氦气增压机；12-数显式供气汇流排装置；13-氦气瓶；14-BOG原料气去提氦装置手阀；15-BOG原料气去燃料气管网手阀；16-膜分离器非渗透气去BOG燃料气手阀。
具体实施方式
结合实施例，对本发明做进一步详细说明。
一种氢含量高的BOG气体提氦气的设备，包括催化脱氢反应器1、冷却器2、分子筛干燥器3、原料气压缩机4、换热器5、膜分离器6、真空泵7、缓冲罐8、粗氦压缩机9、氦气纯化器10、氦气增压机11、数显式供气汇流排装置12以及氦气瓶13，所述催化脱氢反应器1输出端与冷却器2输入端相连接，所述冷却器2输出端与分子筛干燥器3输入端相连接，所述分子筛干燥器3输出端与原料气压缩机4输入端相连接，所述原料气压缩机4输出端与换热器5输入端相连接，所述换热器5输出端与膜分离器6输入端相连接，所述膜分离器6渗透气端与真空泵7相连接，所述真空泵7输出端与缓冲罐8输入端相连接，所述缓冲罐8输出端与粗氦压缩机9输入端相连接，所述粗氦压缩机9输出端与氦气纯化器10输入端相连接，所述氦气纯化器10解析气输出端与原料气压缩机4输入端相连接，所述氦气纯化器10净化气输出端与氦气增压机11输入端相连接，所述氦气增压机11输出端与数显式供气汇流排装置12输入端相连接，所述数显式供气汇流排装置12输出端与氦气瓶13相连接,所述催化脱氢反应器1输入端上固定安装有BOG原料气去提氦装置手阀14，所述催化脱氢反应器1输入端位于BOG原料气去提氦装置手阀14一侧固定安装有BOG原料气去燃料气管网手阀15，所述膜分离器6非渗透气端上固定安装有膜分离器非渗透气去BOG燃料气手阀16，所述冷却器2为水冷却器或风冷却器中的一种,所述换热器5为蒸汽加热器或者电加热器中的一种,所述膜分离器为单级膜分离装置、二级膜分离装置或者多级膜分离装置中的一种,所述氦气纯化器包括变压吸附纯化器和深冷冷凝纯化器。
实施例：根据说明书附图1可知，在使用时，当BOG提氦装置投入使用时，关闭BOG原料气去燃料气管网手阀15，打开BOG原料气去提氦装置手阀14，打开膜分离器非渗透气去BOG燃料气手阀16，BOG提纯氦气***投入使用，当BOG提纯氦气***检修时，打开BOG原料气去燃料气管网手阀15，关闭BOG原料气去提氦装置手阀14，关闭膜分离器非渗透气去BOG燃料气手阀16，BOG燃料气管网可正常供气，不影响后续用户的使用。
来自原BOG燃料气管网的BOG原料气与过量的空气混合后进入到催化脱氢反应器1，使得BOG气体中的氢气完全燃烧，此时气体中的组分包括甲烷、氦气、氧气、水及氮气，将燃烧反应后的气体，经过冷却器2降温并进入到分子筛干燥器3脱水，脱水后的气体进入到原料气压缩机4内进行压缩，压缩后的气体再经过换热器5将气体进行加热送至膜分离器6，膜分离器6的非渗透气出口并入原BOG燃料气管网，膜分离器6的渗透气为粗氦，将粗氦接真空泵7的入口，通过真空泵7增大膜分离器6的压差和压比增大气体的分离系数，真空处理后的粗氦通过真空泵7的进入到缓冲罐8。缓冲罐8出口接粗氦压缩机9，粗氦压缩机9将粗氦气体压缩送至氦气纯化器10，根据BOG原料气的处理量选择氦气纯化器10若纯氦气量较小，氦气纯化器10选用变压吸附纯化器，若纯氦气量较大，氦气纯化器10选用深冷冷凝纯化器，氦气纯化器10除去粗氦气体中的氮气、氧气及甲烷，氦气纯化器10的解析气送至原料气压缩机4前，与脱氢后的BOG气体混合再次进行分离，增大氦气的回收率，氦气纯化器10提纯后的净化气氦气经过氦气增压机11增压，再经过数显式供气汇流排装置12对氦气瓶13进行充装。
根据说明书附图1可知，一种氢含量高的BOG气体提氦气的工艺；
步骤1：来自原BOG燃料气管网的压力为0.02MPaG的BOG原料气与空气混合后进入温度为200℃的催化脱氢反应器1中脱氢，保证BOG气体中的氢气完全燃烧，此时气体中的组分包括甲烷、氦气、氧气、水及氮气；
步骤2：将步骤一种脱氢后的气体经冷却器2降温冷却至40℃以下，将冷却后的气体传送至分子筛干燥器3中进行脱水，分子筛干燥器3采用多孔性的铝硅酸盐结晶体，脱水后气体露点降至-60℃以下，脱水后的气体进入原料气压缩机4进行压缩，压缩后的气体压力为0.8MPaG；
步骤3：将步骤2压缩后的气体输送至温度为65℃的换热器5内进行加热；
步骤4：将步骤3加热后的气体输送至膜分离器6，膜分离器6的非渗透气并入原BOG燃料气管网送至锅炉燃烧，膜分离器6的渗透气产生粗氦，氦气含量为75%（v），并输送至真空泵7内，真空泵7的入口压力为-0.09MPaG，增大膜分离器6的压差和压比，增大气体的分离系数。真空泵7的出口压力为0.05MPaG，粗氦通过真空泵7输送至缓冲罐8内进行缓冲；
步骤5：将步骤4缓冲后的粗氦输送至粗氦压缩机9，粗氦压缩机9将粗氦压缩至0.4MPaG并输送至氦气纯化器10内进行提纯，根据BOG原料气的处理量选择氦气纯化器10若纯氦气量较小，氦气纯化器10选用变压吸附纯化器，若纯氦气量较大，氦气纯化器10选用深冷冷凝纯化器，氦气纯化器10除去粗氦气体中的氮气、氧气及甲烷，使氦气浓度达到99.999%；
步骤6：将步骤5氦气纯化器10提纯过程中产生的解析气至原料气压缩机4前与脱氢压缩后的气体混合，氦气纯化器10提纯后的净化气氦气经过氦气增压机11增压至16.0MPaG，再经过数显式供气汇流排装置12对氦气瓶13进行充装。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氢含量高的BOG气体提氦气的设备，包括催化脱氢反应器（1）、冷却器（2）、分子筛干燥器（3）、原料气压缩机（4）、换热器（5）、膜分离器（6）、真空泵（7）、缓冲罐（8）、粗氦压缩机（9）、氦气纯化器（10）、氦气增压机（11）、数显式供气汇流排装置（12）以及氦气瓶（13），其特征在于，所述催化脱氢反应器（1）输出端与冷却器（2）输入端相连接，所述冷却器（2）输出端与分子筛干燥器（3）输入端相连接，所述分子筛干燥器（3）输出端与原料气压缩机（4）输入端相连接，所述原料气压缩机（4）输出端与换热器（5）输入端相连接，所述换热器（5）输出端与膜分离器（6）输入端相连接，所述膜分离器（6）渗透气端与真空泵（7）相连接，所述真空泵（7）输出端与缓冲罐（8）输入端相连接，所述缓冲罐（8）输出端与粗氦压缩机（9）输入端相连接，所述粗氦压缩机（9）输出端与氦气纯化器（10）输入端相连接，所述氦气纯化器（10）解析气输出端与原料气压缩机（4）输入端相连接，所述氦气纯化器（10）净化气输出端与氦气增压机（11）输入端相连接，所述氦气增压机（11）输出端与数显式供气汇流排装置（12）输入端相连接，所述数显式供气汇流排装置（12）输出端与氦气瓶（13）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种氢含量高的BOG气体提氦气的设备，其特征在于,所述催化脱氢反应器（1）输入端上固定安装有BOG原料气去提氦装置手阀（14），所述催化脱氢反应器（1）输入端位于BOG原料气去提氦装置手阀（14）一侧固定安装有BOG原料气去燃料气管网手阀（15），所述膜分离器（6）非渗透气端上固定安装有膜分离器非渗透气去BOG燃料气手阀（16）。
3.根据权利要求1所述的一种氢含量高的BOG气体提氦气的设备，其特征在于，所述冷却器（2）为水冷却器或风冷却器中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种氢含量高的BOG气体提氦气的设备，其特征在于,所述换热器（5）为蒸汽加热器或者电加热器中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种氢含量高的BOG气体提氦气的设备，其特征在于,所述膜分离器为单级膜分离装置、二级膜分离装置或者多级膜分离装置中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种氢含量高的BOG气体提氦气的设备，其特征在于,所述氦气纯化器包括变压吸附纯化器和深冷冷凝纯化器。
7.一种氢含量高的BOG气体提氦气的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：来自原BOG燃料气管网的BOG原料气与空气混合后进入温度为200℃的催化脱氢反应器（1）中脱氢；
步骤2：将步骤一种脱氢后的气体经冷却器（2）降温冷却至40℃以下，将冷却后的气体传送至分子筛干燥器（3）中进行脱水，脱水后气体露点降至-60℃以下，脱水后的气体进入原料气压缩机（4）进行压缩，压缩后的气体压力为0.8MPaG；
步骤3：将步骤2压缩后的气体输送至温度为65℃的换热器（5）内进行加热；
步骤4：将步骤3加热后的气体输送至膜分离器（6），膜分离器（6）的非渗透气入原BOG燃料气管网送至锅炉燃烧，膜分离器（6）的渗透气产生粗氦，并输送至真空泵（7）内，粗氦通过真空泵（7）输送至缓冲罐（8）内进行缓冲；
步骤5：将步骤4缓冲后的粗氦输送至粗氦压缩机（9），粗氦压缩机（9）将粗氦压缩至0.4MPaG并输送至氦气纯化器（10）内进行提纯；
步骤6：将步骤5氦气纯化器（10）提纯过程中产生的解析气至原料气压缩机（4）前与脱氢压缩后的气体混合，氦气纯化器（10）提纯后的净化气氦气经过氦气增压机（11）增压至16.0MPaG，再经过数显式供气汇流排装置（12）对氦气瓶（13）进行充装。
8.根据权利要求7所述的一种氢含量高的BOG气体提氦气的工艺，其特征在于,所述步骤1中来自原BOG燃料气管网的BOG原料气压力为0.02MPaG。
9.根据权利要求7所述的一种氢含量高的BOG气体提氦气的工艺，其特征在于，所述步骤2中分子筛干燥器（3）采用多孔性的铝硅酸盐结晶体。
10.根据权利要求7所述的一种氢含量高的BOG气体提氦气的工艺，其特征在于，所述步骤4中真空泵（7）的入口压力为-0.09MPaG，所述真空泵（7）的出口压力为0.05MPaG。
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