一种天然气提取精氦并联产LNG的工艺

一种天然气提取精氦并联产lng的工艺
技术领域
1.本发明属于化工分离技术领域，涉及天然气提氦，具体涉及一种天然气提取精氦并联产lng的工艺。


背景技术：

2.氦气作为一种稀有气体，具有导热性能好和扩散性强等良好性质，被广泛应用于医学和新能源开发等众多领域。随着经济发展的需要，氦气的需求量也日益增加。氦气主要来源于含氦天然气，国内氦气资源较少，如果含氦天然气不提纯氦气直接处理成成品天然气使用，会造成氦气资源浪费，因此，对含氦天然气中的氦气进行回收和提纯具有重要意义。
3.我国氦气资源所面对的基本情况是储量少和浓度低，单独以提氦为目的的制冷工艺具有设备投资高、能耗高、液化天然气(lng)产量低的缺点，加之近年来外来进口氦气对市场的冲击，使得原工艺不具有竞争力，因此研究氦气提浓工艺日益凸显其重要性。
4.针对我国天然气氦气浓度低的特点，同时获得较高的产量，采取液化天然气联产氦气是提氦工业的较优选择。原提氦工艺以提氦为目的，副产液化天然气，其液化率较低，但是采用提氦工艺并联产液化天然气工艺流程，同时以提氦和产液化天然气为主，也可以使氦气收率达90％以上和天然气液化率增高，其经济效益将显著高于原工艺。
5.由于单纯把天然气液化工艺与提氦工艺联合后，生产出的氦气浓度较低，在后续应用中需要再处理。因此，在使用天然气提粗氦并联产lng工艺后加入膜分离法，一次性提取精氦，让氦气浓度达到99.99％。膜分离具有现场操作简易、节约能源等优点，对氦气/甲烷具有较高的选择性和透量。联产工艺氦气收率较高，能够提高液化流程液化率，具有能耗低、产品产量高和氦气浓度高等优点。因而建立天然气提取精氦并联产lng的工艺是非常有必要的。
6.总起来说，天然气提氦面临能耗和成本高的问题，为了解决这些问题，提出天然气提取精氦并联产lng工艺，将两种产品联合生产可共用预处理和公用工程等设施，减少投资和运行成本，让天然气提取精氦并联产lng工艺具有经济竞争力。


技术实现要素：

7.针对现有天然气提氦技术中存在的投资大、运行成本高、产品纯度低、能耗高等问题，本发明的目的旨在提供一种天然气提取精氦并联产lng的工艺，该工艺采用氮膨胀循环制冷+双塔低温精馏+膜分离提氦的技术方案，同时能生产lng和精氦，该工艺与其他工艺在相同条件下，氦气回收率高、能耗低、操作温度低、lng产量及回收率高、设备投资少以及氦气纯度高，能一次性提取高纯度氦气。
8.为了实现上述目的，本发明提供了一种天然气提取精氦并联产lng的工艺，包括氮膨胀循环制冷单元、粗氦提取单元、换热单元和膜分离提精氦单元；
9.所述氮膨胀循环制冷单元包括氮气压缩机1(17)、氮气压缩机2(19)、氮气压缩机3
(21)、氮气冷凝器1(18)、氮气冷凝器2(20)、氮气冷凝器3(22)、氮气膨胀机1(9)、氮气膨胀机2(11)；所述氮气压缩机1(17)的进口依次与预冷换热器1(1)、预冷换热器2(2)和深冷换热器(3)与二级提氦塔顶冷却器(12)出口连通；所述氮气压缩机1(17)的出口依次与氮气冷凝器1(18)、氮气压缩机2(19)、氮气冷凝器2(20)、氮气压缩机(21)、氮气冷凝器3(22)、预冷换热器1(1)、氮气膨胀机1(9)、预冷换热器2(2)、深冷换热器(3)与二级提氦塔顶冷却器(12)进口连通；
10.所述粗氦提取单元包括一级提氦塔(4)和二级提氦塔(5)；所述一级提氦塔(4)内设置有一级提氦塔底再沸器(15)和一级提氦塔顶冷却器(10)；所述二级提氦塔(5)内设置有二级提氦塔底再沸器(13)和二级提氦塔顶冷却器(12)；
11.所述换热单元包括预冷换热器1(1)、预冷换热器2(2)和深冷换热器(3)；
12.所述膜分离提精氦单元包括节流阀(24)、压缩机1(25)、冷却器1(26)、一级膜分离器(6)、压缩机2(27)、冷却器2(28)和二级膜分离器(7)；
13.沿含氦气原料气(8)处理方向，所述预冷换热器1(1)、一级提氦塔底再沸器(15)、二级提氦塔底再沸器(13)、预冷换热器2(2)、一级提氦塔(4)、一级提氦塔顶出口、深冷换热器(3)和二级提氦塔(5)依次连通。
14.所述一级提氦塔(4)的塔底出口通过管道与一级提氦塔顶冷却器(10)进口连通，并且管道上设置有节流阀(16)。
15.一级提氦塔顶冷却器(10)出口与深冷换热器(3)连通，并最终生产出lng(14)。
16.所述二级提氦塔(5)的塔顶出口与深冷换热器(3)、预冷换热器2(2)和预冷换热器1(1)连通，最终生产出粗氦(23)。
17.所述粗氦出口(23)与节流阀(24)、压缩机1(25)、冷却器1(26)、一级膜分离器(6)、压缩机2(27)、冷却器2(28)和二级膜分离器(7)依次连通。
18.所述预冷换热器1(1)、预冷换热器2(2)、深冷换热器(3)、一级提氦塔(4)和二级提氦塔(5)都设置在冷箱内。
19.本发明提供了采用上述技术方案所述的天然气提取精氦并联产lng的工艺，包括以下步骤：
20.将原料气(8)输送至预冷换热器1(1)中进行第一次冷却，将第一次冷却的天然气输送至一级提氦塔底再沸器(15)中进行第二次冷却，将得到的第二次冷却天然气输送至二级提氦塔底再沸器(13)进行第三次冷却，将得到的第三次冷却天然气输送至预冷换热器2(2)，将得到的第四次冷却气输送至一级提氦塔(4)中，进行一级提氦，然后经一级提氦塔顶冷却器(10)进行第五次冷却，将得到一级粗氦和一级提浓液，一级提浓液经深冷换热器(3)后，以lng形态输出(14)；
21.将所述一级粗氦输送至深冷换热器(3)进行深冷，将得到深冷一级粗氦输送至二级提氦塔(5)中进行二级提氦，经二级提氦塔顶冷却器(12)进行第六次冷却，得到二级提浓液、二级粗氦和液氮，从二级提氦塔顶出来的二级粗氦经过深冷换热器(3)、预冷换热器2(2)和预冷换热器1(1)第七次冷却后输送至节流阀(24)；
22.将所述二级粗氦输送至压缩机1(25)加压后，输送至冷却器1(26)，进行第八次冷却，将第八次冷却后的粗氦输送至一级膜分离器(6)，进行一级膜分离，将一级膜分离的氦气输送至压缩机2(27)加压后，输送至冷却器2(28)，进行第九次冷却，将第九次冷却后的一
级膜分离氦气输送至二级膜分离器(7)，进行二级膜分离，将得到纯度很高的精氦和二级分离液，二级分离液输送至一级膜分离器进行再分离，精氦将外输(30)。
23.所述氮膨胀循环制冷单元为所述的预冷换热器1(1)、预冷换热器2(2)、深冷换热器(3)、一级提氦塔(4)和二级提氦塔(5)提供冷量。
24.所述第一次冷却天然气的温度为-60℃～-70℃，第四次冷却天然气温度为-115℃～-120℃；所述深冷一级粗氦的温度为-150℃～-160℃，一级粗氦浓度4.56％；所述二级粗氦浓度63.6％；所述二级粗氦经过一级膜分离器(6)和二级膜分离器(7)后得到浓度为99.9％的精氦。
25.所述一级提氦塔(4)的压力为2.0mpa～2.3mpa，一级提氦塔底再沸器(15)的温度为-110℃～-115℃，一级提氦塔顶冷却器(10)的温度为-130℃～-133℃；
26.所述二级提氦塔(5)的压力为2.0mpa～2.5mpa，二级提氦塔底再沸器(13)的温度为-150℃～-160℃，二级提氦塔顶冷却器(12)的温度为-170℃～-180℃。
27.所述一级提浓液中的冷量回用于所述一级提氦塔顶冷却器(10)中；所述二级提浓液中的冷量回用于深冷换热器(3)、预冷换热器2(2)和预冷换热器1(1)。
28.与现有技术相比较，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
29.(1)本发明提供的适用于天然气提取精氦并联产lng的工艺，通过预冷换热器、深冷换热器、一级提氦塔和二级提氦塔对原料天然气中的氦气进行浓缩，使得气相物料中氦气浓度升高，得到粗氦产品。粗氦产品接着通过一级膜分离器和二级膜分离器逐步分离后，使氦气浓度进一步升高，最终得到精氦产品。本发明在传统天然气液化工艺和天然气提氦工艺的基础上，对两种工艺进行集成，并加入了天然气提氦工艺中的膜分离工艺。三种工艺的集成，使得设备投资减少和冷能的循环使用，减少了资源的浪费。并且使提取的氦气浓度大幅度升高，有利于降低提取精氦的后续分离能耗和减少装置整体的冷能损失。
30.(2)本发明提供的适用于天然气提取精氦并联产lng的工艺，粗氦提取部分采用氮气循环制冷工艺，生产出的粗氦产品浓度高、氦气回收率高、装置综合能耗低、装置最低操作温度低、lng液化率高和设备投资少。
31.(3)本发明提供的适用于天然气提取精氦并联产lng的工艺，采用膜分离工艺，使得氦气浓度升高，并且可以随时能生产出所需的浓度的氦气，降低了后续为所需浓度变化而导致的设备投入。
32.(4)本发明提供的适用于天然气提取精氦并联产lng的工艺，改善了天然气提氦的经济性，让天然气提取精氦并联产lng工艺具有经济竞争力，意义重大，有助于进一步推动低含氦天然气提氦技术的发展，带动相关行业设备、材料等的研发和提高，从而支持国内高科技产业的发展，可有效地保证了航天航空、航海和核工业等的用氦需求。
附图说明
33.图1是预冷换热器1、预冷换热器2和深冷换热器结构示意图；
34.附图标记说明：1为预冷换热器1，101为第一通道，102为第二通道，103为第三通道，104为第四通道；2为预冷换热器2，201为第五通道，202为第六通道，203为第七通道，204为第八通道；3为深冷换热器，301为第九通道，302为第十通道，303为第十一通道，304为第十二通道，305为第十三通道。
35.图2是本发明天然气提取精氦并联产lng的工艺流程图；
36.附图标记说明：1、预冷换热器1；2、预冷换热器2；3、深冷换热器；4、一级提氦塔；5、二级提氦塔；6、一级膜分离器；7、二级膜分离器；8、原料气；9、氮气膨胀机1；10、一级提氦塔顶冷却器；11、氮气膨胀机2；12、二级提氦塔顶冷却器；13、二级提氦塔底再沸器；14、lng；15、一级提氦塔底再沸器；16、节流阀；17、氮气压缩机1；18、氮气冷凝器1；19、氮气压缩机2；20、氮气冷凝器2；21、氮气压缩机3；22、氮气冷凝器3；23、粗氦；24、节流阀；25、压缩机1；26、冷却器1；27、压缩机2；28、冷却器2；29、精氦。
具体实施方式
37.以下将结合附图2对本发明提供的天然气提取精氦并联产lng的工艺技术方案进行清楚、完整的描述。
38.本发明提供了一种天然气提取精氦并联产lng的工艺，包括氮膨胀循环制冷单元、粗氦提取单元、换热单元和膜分离提精氦单元；
39.所述氮膨胀循环制冷单元包括氮气压缩机1(17)、氮气压缩机2(19)、氮气压缩机3(21)、氮气冷凝器1(18)、氮气冷凝器2(20)、氮气冷凝器3(22)、氮气膨胀机1(9)、氮气膨胀机2(11)；所述氮气压缩机1(17)的进口依次与预冷换热器1(1)、预冷换热器2(2)和深冷换热器(3)与二级提氦塔顶冷却器(12)出口连通；所述氮气压缩机1(17)的出口依次与氮气冷凝器1(18)、氮气压缩机2(19)、氮气冷凝器2(20)、氮气压缩机(21)、氮气冷凝器3(22)、预冷换热器1(1)、氮气膨胀机1(9)、预冷换热器2(2)、深冷换热器(3)与二级提氦塔顶冷却器(12)进口连通；
40.所述粗氦提取单元包括一级提氦塔(4)和二级提氦塔(5)；所述一级提氦塔(4)内设置有一级提氦塔底再沸器(15)和一级提氦塔顶冷却器(10)；所述二级提氦塔(5)内设置有二级提氦塔底再沸器(13)和二级提氦塔顶冷却器(12)；
41.所述换热单元包括预冷换热器1(1)、预冷换热器2(2)和深冷换热器(3)；
42.所述膜分离提精氦单元包括节流阀(24)、压缩机1(25)、冷却器1(26)、一级膜分离器(6)、压缩机2(27)、冷却器2(28)和二级膜分离器(7)；
43.沿含氦气原料气(8)处理方向，所述预冷换热器1(1)、一级提氦塔底再沸器(15)、二级提氦塔底再沸器(13)、预冷换热器2(2)、一级提氦塔(4)、一级提氦塔顶出口、深冷换热器(3)和二级提氦塔(5)依次连通。
44.本发明提供的天然气提取精氦并联产lng的工艺包括氮膨胀循环制冷单元，所述氮气压缩机1(17)、氮气压缩机2(19)、氮气压缩机3(21)、氮气冷凝器1(18)、氮气冷凝器2(20)、氮气冷凝器3(22)、氮气膨胀机1(9)、氮气膨胀机2(11)；所述氮膨胀循环制冷单元为所述一级提氦塔(4)和二级提氦塔(5)提供冷量。在本发明中所述氮气压缩机1(17)有进口和出口，所述氮气压缩机1(17)的进口依次通过预冷换热器1(1)的第一通道101、预冷换热器2(2)第五通道201和深冷换热器(3)第九通道301与所述二级提氦塔顶冷却器(12)的出口连通；所述氮气压缩机1(17)的出口依次通过氮气冷凝器1(18)、氮气压缩机2(19)、氮气冷凝器2(20)、氮气压缩机3(21)、氮气冷凝器3(22)、预冷换热器1(1)的第三通道103、氮气膨胀机1(9)、预冷换热器2(2)的第七通道203、深冷换热器(3)第十一通道和氮气膨胀机2(11)。
45.本发明提供的天然气提取精氦并联产lng的工艺包括粗氦提取单元；所述粗氦提取单元包括一级提氦塔(4)和二级提氦塔(5)；所述一级提氦塔(4)内设置有一级提氦塔底再沸器(15)和一级提氦塔顶冷却器(10)；所述一级提氦塔(4)还设置有天然气进口、塔顶出口和塔底出液口。在本发明中，所述一级提氦塔底再沸器(15)设置有进口和出口，所述一级提氦塔底再沸器(15)的进口与预冷换热器1(1)的第四通道104连通，所述一级提氦塔底再沸器(15)的出口与二级提氦塔底再沸器(13)进口连通。在本发明中，所述一级提氦塔顶冷却器(10)设置有进口和出口，所述一级提氦塔顶冷却器(10)进口与一级提氦塔(4)的塔底出液口通过管道连通，所述管道上设置节流阀(16)，所述一级提氦塔顶冷却器(10)出口与深冷换热器(3)第十三通道305连通；所述一级提氦塔(4)顶出口与深冷换热器(3)的第十二通道304连通；所述一级提氦塔(4)进口与预冷换热器2(2)的第八通道连通204。在本发明中，所述一级提氦塔(4)选为低温精馏塔。
46.在本发明中，所述二级提氦塔(5)内设置有二级提氦塔底再沸器(13)和二级提氦塔顶冷却器(12)；所述二级提氦塔(5)还设置有一级粗氦进口、塔顶出口和塔底出液口；所述二级提氦塔底再沸器(13)出口与预冷换热器2(2)的第八通道204连通；所述二级提氦塔顶冷却器(12)进口与氮气膨胀机2(11)连通；所述二级提氦塔顶冷却器(12)出口与深冷换热器(3)的第九通道连通；所述二级提氦塔(5)顶出口与深冷换热器(3)第十通道连通；所述二级提氦塔(5)一级粗氦进口与深冷换热器(3)的第十二通道连通。在本发明中，所述二级提氦塔(5)选为低温精馏塔。本发明采用低温精馏双塔提氦装置能够充分利用装置自身冷量冷却原料气，无需添加外部制冷器，装置结构简单，能耗低。
47.本发明提供的天然气提取精氦并联产lng的工艺包括换热单元；所述换热单元包括预冷换热器1(1)、预冷换热器2(2)和深冷换热器(3)。在本发明中，所述预冷换热器1(1)内设置有第一通道101、第二通道102、第三通道103和第四通道104。在本发明中，所述预冷换热器2(2)内设置有第五通道201、第六通道202、第七通道203和第八通道204。在本发明中，所述深冷换热器(3)内设置有第九通道301、第十通道302、第十一通道303、第十二通道304和第十三通道305。
48.本发明提供的天然气提取精氦并联产lng的工艺包括膜分离提精氦单元；所述膜分离提精氦单元包括节流阀(24)、压缩机1(25)、冷却器1(26)、一级膜分离器(6)、压缩机2(27)、冷却器2(28)和二级膜分离器(7)。所述节流阀(24)的入口与预冷换热器1(1)的第二通道202连通；所述节流阀(24)的出口依次与压缩机1(25)、冷却器1(26)、一级膜分离器(6)、压缩机2(27)、冷却器2(28)、二级膜分离器(7)连通；所述二级膜分离器(7)设置分离气出口与一级膜分离器(6)进口连通。
49.本发明提供的提氦装置还包括冷箱，所述预冷换热器1(1)、预冷换热器2(2)、深冷换热器(3)、一级提氦塔(4)和二级提氦塔(5)都设置于冷箱内，保冷效果好，且最大程度的减少能量损耗。
50.本发明采用独立的氮膨胀循环制冷单元能够提供装置需要的全部冷量，而且独立的制冷系统具有很好的适应变工况操作条件。
51.本发明提供了采用上述技术方案所述的提氦装置进行天然气提氦的方法，包括以下步骤：
52.将原料气(8)输送至预冷换热器1(1)中进行第一次冷却，将第一次冷却的天然气
输送至一级提氦塔底再沸器(15)中进行第二次冷却，将得到的第二次冷却天然气输送至二级提氦塔底再沸器(13)进行第三次冷却，将得到的第三次冷却天然气输送至预冷换热器2(2)，将得到的第四次冷却气输送至一级提氦塔(4)中，进行一级提氦，然后经一级提氦塔顶冷却器(10)进行第五次冷却，将得到一级粗氦和一级提浓液，一级提浓液经深冷换热器(3)后，以lng形态输出(14)；
53.将所述一级粗氦输送至深冷换热器(3)进行深冷，将得到深冷一级粗氦输送至二级提氦塔(5)中进行二级提氦，经二级提氦塔顶冷却器(12)进行第六次冷却，得到二级提浓液、二级粗氦和液氮，从二级提氦塔顶出来的二级粗氦经过深冷换热器(3)、预冷换热器2(2)和预冷换热器1(1)第七次冷却后输送至节流阀(24)；
54.将所述二级粗氦输送至压缩机1(25)加压后，输送至冷却器1(26)，进行第八次冷却，将第八次冷却后的粗氦输送至一级膜分离器(6)，进行一级膜分离，将一级膜分离的氦气输送至压缩机2(27)加压后，输送至冷却器2(28)，进行第九次冷却，将第九次冷却后的一级膜分离氦气输送至二级膜分离器(7)，进行二级膜分离，将得到纯度很高的精氦和二级分离液，二级分离液输送至一级膜分离器进行再分离，精氦将外输(30)。
55.所述氮膨胀循环制冷单元为所述的预冷换热器1(1)、预冷换热器2(2)、深冷换热器(3)、一级提氦塔(4)和二级提氦塔(5)提供冷量。
56.所述第一次冷却天然气的温度为-60℃～-70℃，第四次冷却天然气温度为-115℃～-120℃；所述深冷一级粗氦的温度为-150℃～-160℃，一级粗氦浓度4.56％；所述二级粗氦浓度63.6％；所述二级粗氦经过一级膜分离器(6)和二级膜分离器(7)后得到浓度为99.9％的精氦。
57.所述一级提氦塔(4)的压力为2.0mpa～2.3mpa，一级提氦塔底再沸器(15)的温度为-110℃～-115℃，一级提氦塔顶冷却器(10)的温度为-130℃～-133℃；
58.所述二级提氦塔(5)的压力为2.0mpa～2.5mpa，二级提氦塔底再沸器(13)的温度为-150℃～-160℃，二级提氦塔顶冷却器(12)的温度为-170℃～-180℃。
59.下面将结合本发明中的实施例，对本发明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。
60.将原料气(8)输送至预冷换热器1(1)第四通道104中进行第一次冷却至-60℃，将第一次冷却的天然气输送至一级提氦塔底再沸器(15)中进行第二次冷却至-80℃，将得到的第二次冷却天然气输送至二级提氦塔底再沸器(13)进行第三次冷却至-101℃，将得到的第三次冷却天然气输送至预冷换热器2(2)第八通道204中冷却至-115℃，将得到的第四次冷却气输送至一级提氦塔(4)中，进行一级提氦，然后经一级提氦塔顶冷却器(10)进行第五次冷却至-133℃，将得到一级粗氦和一级提浓液，一级提浓液经深冷换热器(3)的第十三通道305冷却至-162℃，以lng形态输出(14)，lng液化率93.5％；其中，所述一级提氦塔(4)的压力为2.3mpa，一级提氦塔底再沸器(15)温度为-110℃，二级提氦塔底再沸器(13)温度为-151℃；原料气组成为甲烷91.57mol％，乙烷0.08mol％，丙烷0.01mol％，氮气8.14mol％，氦气0.20mol％。
61.将所述一级粗氦输送至深冷换热器(3)中冷却至-151℃，将得到深冷一级粗氦输
送至二级提氦塔(5)中进行二级提氦，经二级提氦塔顶冷却器(12)进行第六次冷却至-177℃，得到二级提浓液、二级粗氦和液氮，从二级提氦塔顶出来的二级粗氦依次通过深冷换热器(3)的第十通道302、预冷换热器2(2)的第六通道202和预冷换热器1(1)的第二通道将得到粗氦(温度-130℃，浓度63.57mol％)，氦气回收率99％；其中，二级提氦塔(5)的压力为1.9mpa，二级提氦塔顶冷却器(12)温度为-177℃；二级提浓液和液氮从二级提氦塔(5)底进入储存箱中。
62.将所述二级粗氦输送至压缩机1(25)加压后，输送至冷却器1(26)，进行第八次冷却至-170℃，将第八次冷却后的粗氦输送至一级膜分离器(6)，进行一级膜分离，将一级膜分离的氦气输送至压缩机2(27)加压后，输送至冷却器2(28)，进行第九次冷却-170℃，将第九次冷却后的一级膜分离氦气输送至二级膜分离器(7)，进行二级膜分离，将得到纯度很高的精氦(纯度99.99％)和二级分离液，二级分离液输送至一级膜分离器进行再分离，精氦将外输，氦气回收率98％。
63.以上所述实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干组合和改进，这些组合和改进也在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种天然气提取精氦并联产lng的工艺，其特征在于：包括氮膨胀循环制冷单元、粗氦提取单元、换热单元和膜分离提精氦单元；所述氮膨胀循环制冷单元包括氮气压缩机1(17)、氮气压缩机2(19)、氮气压缩机3(21)、氮气冷凝器1(18)、氮气冷凝器2(20)、氮气冷凝器3(22)、氮气膨胀机1(9)、氮气膨胀机2(11)；所述氮气压缩机1(17)的进口依次与预冷换热器1(1)、预冷换热器2(2)和深冷换热器(3)与二级提氦塔顶冷却器(12)出口连通；所述氮气压缩机1(17)的出口依次与氮气冷凝器1(18)、氮气压缩机2(19)、氮气冷凝器2(20)、氮气压缩机(21)、氮气冷凝器3(22)、预冷换热器1(1)、氮气膨胀机1(9)、预冷换热器2(2)、深冷换热器(3)与二级提氦塔顶冷却器(12)进口连通；所述粗氦提取单元包括一级提氦塔(4)和二级提氦塔(5)；所述一级提氦塔(4)内设置有一级提氦塔底再沸器(15)和一级提氦塔顶冷却器(10)；所述二级提氦塔(5)内设置有二级提氦塔底再沸器(13)和二级提氦塔顶冷却器(12)；所述换热单元包括预冷换热器1(1)、预冷换热器2(2)和深冷换热器(3)；所述膜分离提精氦单元包括节流阀(24)、压缩机1(25)、冷却器1(26)、一级膜分离器(6)、压缩机2(27)、冷却器2(28)和二级膜分离器(7)；沿含氦气原料气(8)处理方向，所述预冷换热器1(1)、一级提氦塔底再沸器(15)、二级提氦塔底再沸器(13)、预冷换热器2(2)、一级提氦塔(4)、一级提氦塔顶出口、深冷换热器(3)和二级提氦塔(5)依次连通。2.根据权利要求1所述的提氦工艺，其特征在于，所述一级提氦塔(4)的塔底出口通过管道与一级提氦塔顶冷却器(10)进口连通，并且管道上设置有节流阀(16)，一级提氦塔顶冷却器(10)出口与深冷换热器(3)连通，并最终生产出lng(14)。3.根据权利要求1所述的提氦工艺，其特征在于，所述二级提氦塔(5)的塔顶出口与深冷换热器(3)、预冷换热器2(2)和预冷换热器1(1)连通，最终生产出粗氦(23)。4.根据权利要求1所述的提氦工艺，在特征在于，所述粗氦出口(23)与节流阀(24)、压缩机1(25)、冷却器1(26)、一级膜分离器(6)、压缩机2(27)、冷却器2(28)和二级膜分离器(7)依次连通。5.根据权利要求1～5任一项所述的提氦工艺，其特征在于，所述预冷换热器1(1)、预冷换热器2(2)、深冷换热器(3)、一级提氦塔(4)和二级提氦塔(5)都设置在冷箱内。6.采用权利要求1～5任一项所述的提氦工艺进行液化天然气提氦的方法，其特征在于，包括以下步骤：将原料气(8)输送至预冷换热器1(1)中进行第一次冷却，将第一次冷却的天然气输送至一级提氦塔底再沸器(15)中进行第二次冷却，将得到的第二次冷却天然气输送至二级提氦塔底再沸器(13)进行第三次冷却，将得到的第三次冷却天然气输送至预冷换热器2(2)，将得到的第四次冷却气输送至一级提氦塔(4)中，进行一级提氦，然后经一级提氦塔顶冷却器(10)进行第五次冷却，将得到一级粗氦和一级提浓液，一级提浓液经深冷换热器(3)后，以lng形态输出(14)；将所述一级粗氦输送至深冷换热器(3)进行深冷，将得到深冷一级粗氦输送至二级提氦塔(5)中进行二级提氦，经二级提氦塔顶冷却器(12)进行第六次冷却，得到二级提浓液、二级粗氦和液氮，从二级提氦塔顶出来的二级粗氦经过深冷换热器(3)、预冷换热器2(2)和
预冷换热器1(1)第七次冷却后输送至节流阀(24)；将所述二级粗氦输送至压缩机1(25)加压后，输送至冷却器1(26)，进行第八次冷却，将第八次冷却后的粗氦输送至一级膜分离器(6)，进行一级膜分离，将一级膜分离的氦气输送至压缩机2(27)加压后，输送至冷却器2(28)，进行第九次冷却，将第九次冷却后的一级膜分离氦气输送至二级膜分离器(7)，进行二级膜分离，将得到纯度很高的精氦和二级分离液，二级分离液输送至一级膜分离器进行再分离，精氦将外输(30)；所述氮膨胀循环制冷单元为所述的预冷换热器1(1)、预冷换热器2(2)、深冷换热器(3)、一级提氦塔(4)和二级提氦塔(5)提供冷量。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一次冷却天然气的温度为-60℃～-70℃，第四次冷却天然气温度为-115℃～-120℃；所述深冷一级粗氦的温度为-150℃～-160℃，一级粗氦浓度4.56％；所述二级粗氦浓度63.6％；所述二级粗氦经过一级膜分离器(6)和二级膜分离器(7)后得到浓度为99.9％的精氦。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述一级提氦塔(4)的压力为2.0mpa～2.3mpa，一级提氦塔底再沸器(15)的温度为-110℃～-115℃，一级提氦塔顶冷却器(10)的温度为-130℃～-133℃；所述二级提氦塔(5)的压力为2.0mpa～2.5mpa，二级提氦塔底再沸器(13)的温度为-150℃～-160℃，二级提氦塔顶冷却器(12)的温度为-170℃～-180℃。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述一级提浓液中的冷量回用于所述一级提氦塔顶冷却器(10)中；所述二级提浓液中的冷量回用于深冷换热器(3)、预冷换热器2(2)和预冷换热器1(1)。

技术总结
本发明涉及一种天然气提取精氦并联产LNG的工艺。本发明包括氮膨胀循环制冷单元、粗氦提取单元、换热单元和膜分离提精氦单元。氮膨胀循环制冷单元包括氮气压缩机、氮气膨胀机和氮气冷凝器；粗氦提取单元包括一级提氦塔和二级提氦塔；换热单元包括预冷换热器和深冷换热器；膜分离提精氦单元包括一级膜分离器和二级膜分离器。该生产工艺采用氮膨胀循环制冷+双塔低温精馏+膜分离提氦的技术方案，同时能生产LNG和精氦，该工艺与其他工艺在相同条件下，氦气回收率高、能耗低、操作温度低、LNG产量及回收率高、设备投资少以及氦气纯度高，能一次性提取高纯度氦气。性提取高纯度氦气。性提取高纯度氦气。


技术研发人员：肖荣鸽 刘亚龙 刘国庆 庞琳楠 崔振铎
受保护的技术使用者：西安石油大学
技术研发日：2023.03.02
技术公布日：2023/7/26