BOG气体氦气提取设备

权利要求书： 1.一种BOG气体氦气提取设备，其特征在于：包括分离提浓单元、催化除杂单元和低温除杂单元，分离提浓单元包括第一压缩机(1)和提浓膜分离器(2)，催化除杂单元包括第二压缩机(4)、催化除氢罐(5)、第二换热器(9)和脱除塔(11)，低温除杂单元包括第三压缩机(12)和低温液化塔(14)，第一压缩机(1)出口与提浓膜分离器(2)入口相连接，提浓膜分离器(2)渗透侧出口与第二压缩机(4)入口相连接，第二压缩机(4)出口与催化除氢罐(5)入口相连接，第二压缩机(4)与催化除氢罐(5)之间串接有第一电加热器(8)，第二压缩机(4)与第一电加热器(8)之间的管路上还设置有与送入氧气(C)管路相连接的接口，催化除氢罐(5)出口与第二换热器(9)热流介质入口相连接，第二换热器(9)热流介质出口与脱除塔(11)入口相连接，脱除塔(11)出口与第三压缩机(12)入口相连接，第三压缩机(12)出口与低温液化塔(14)入口相连接，低温液化塔(14)内设置有吸附器(15)，低温液化塔(14)入口与吸附器(15)入口相连接，吸附器(15)出口与低温液化塔(14)出口相连接，低温液化塔(14)底部设置有液氮管口，低温液化塔(14)顶部设置有氮气管口，氮气管口与第二换热器(9)冷流介质入口相连接。

2.根据权利要求1所述的一种BOG气体氦气提取设备，其特征在于：所述催化除杂单元还包括催化除甲烷罐(6)，催化除甲烷罐(6)串接于催化除氢罐(5)之后，催化除甲烷罐(6)入口与催化除氢罐(5)出口相连接，催化除甲烷罐(6)出口与第二换热器(9)热流介质入口相连接，催化除氢罐(5)与催化除甲烷罐(6)之间串接有第二电加热器(21)，催化除氢罐(5)与第二电加热器(21)之间的管路上还设置有与送入氧气(C)管路相连接的接口。

3.根据权利要求2所述的一种BOG气体氦气提取设备，其特征在于：所述催化除杂单元还包括第一换热器(7)，第一换热器(7)冷流介质通道串接于第二压缩机(4)与第一电加热器(8)之间的管路上，且位于该管路上与送入氧气(C)管路相连接的接口之后，第一换热器(7)热流介质通道串接于催化除甲烷罐(6)出口与第二换热器(9)热流介质入口之间的管路上。

4.根据权利要求3所述的一种BOG气体氦气提取设备，其特征在于：所述脱除塔(11)出口与第二压缩机(4)入口之间连接有回流管道(23)。

5.根据权利要求3所述的一种BOG气体氦气提取设备，其特征在于：所述脱除塔(11)设置有三个，脱除塔(11)入口处均并接有入口正流管道(16)和入口反流管道(17)，脱除塔(11)出口处均并接有出口正流管道(18)、第一出口反流管道(19)和第二出口反流管道(20)，三个脱除塔(11)的入口正流管道(16)均与第二换热器(9)热流介质出口相连接，三个脱除塔(11)的出口正流管道(18)均与第三压缩机(12)入口相连接；

三个脱除塔(11)的第一出口反流管道(19)均与第二换热器(9)冷流介质出口相连接，三个脱除塔(11)的第二出口反流管道(20)均与氮气管口相连接。

6.根据权利要求5所述的一种BOG气体氦气提取设备，其特征在于：所述第二换热器(9)冷流介质出口与第一出口反流管道(19)之间串接有第三电加热器(22)。

7.根据权利要求5所述的一种BOG气体氦气提取设备，其特征在于：所述第二换热器(9)热流介质出口与入口正流管道(16)之间串接有冷干机(10)。

8.根据权利要求1所述的一种BOG气体氦气提取设备，其特征在于：所述第三压缩机(12)与低温液化塔(14)之间串接有空冷器(13)。

9.根据权利要求1所述的一种BOG气体氦气提取设备，其特征在于：所述分离提浓单元还包括回收膜分离器(3)，回收膜分离器(3)入口与提浓膜分离器(2)非渗透侧出口相连接，回收膜分离器(3)渗透侧出口与第一压缩机(1)入口相连接。

10.根据权利要求1所述的一种BOG气体氦气提取设备，其特征在于：所述低温液化塔(14)设置有两个，并接于第三压缩机(12)出口处。

说明书： 一种BOG气体氦气提取设备技术领域[0001] 本实用新型属于氦气回收制备技术领域，具体涉及一种BOG气体氦气提取设备。背景技术[0002] 从BOG气体中提纯制备氦气是现有氦气的主要来源。BOG气体中含有氢气和甲烷成分，目前常用的制备方法中，低温分离法虽然能将甲烷、氢气去除，但设备负荷大，投资及能耗大，不经济；变压吸附法或膜分离法投资及能耗小，但不能将二者完全分离，得到的氦气产品纯度较低。实用新型内容

[0003] 本实用新型的目的在于提供一种采用多种制备方法联合制备高纯度氦气的BOG气体氦气提取设备，以解决上述背景技术中提出的问题。[0004] 为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种BOG气体氦气提取设备，包括分离提浓单元、催化除杂单元和低温除杂单元，分离提浓单元包括第一压缩机和提浓膜分离器，催化除杂单元包括第二压缩机、催化除氢罐、第二换热器和脱除塔，低温除杂单元包括第三压缩机和低温液化塔，第一压缩机出口与提浓膜分离器入口相连接，提浓膜分离器渗透测出口与第二压缩机入口相连接，第二压缩机出口与催化除氢罐入口相连接，第二压缩机与催化除氢罐之间串接有第一电加热器，第二压缩机与第一电加热器之间的管路上还设置有与送入氧气C管路相连接的接口，催化除氢罐出口与第二换热器热流介质入口相连接，第二换热器热流介质出口与脱除塔入口相连接，脱除塔出口与第三压缩机入口相连接，第三压缩机出口与低温液化塔入口相连接，低温液化塔内设置有吸附器，低温液化塔入口与吸附器入口相连接，吸附器出口与低温液化塔出口相连接，低温液化塔底部设置有液氮管口，低温液化塔顶部设置有氮气管口，氮气管口与第二换热器冷流介质入口相连接。[0005] 优选的，所述催化除杂单元还包括催化除甲烷罐，催化除甲烷罐串接于催化除氢罐之后，催化除甲烷罐入口与催化除氢罐出口相连接，催化除甲烷罐出口与第二换热器热流介质入口相连接，催化除氢罐与催化除甲烷罐之间串接有第二电加热器，催化除氢罐与第二电加热器之间的管路上还设置有与送入氧气C管路相连接的接口。[0006] 优选的，所述催化除杂单元还包括第一换热器，第一换热器冷流介质通道串接于第二压缩机与第一电加热器之间的管路上，且位于该管路上与送入氧气C管路相连接的接口之后，第一换热器热流介质通道串接于催化除甲烷罐出口与第二换热器热流介质入口之间的管路上。[0007] 优选的，所述脱除塔出口与第二压缩机入口之间连接有回流管道。[0008] 优选的，所述脱除塔设置有三个，脱除塔入口处均并接有入口正流管道和入口反流管道，脱除塔出口处均并接有出口正流管道、第一出口反流管道和第二出口反流管道，三个脱除塔的入口正流管道均与第二换热器热流介质出口相连接，三个脱除塔的出口正流管道均与第三压缩机入口相连接；[0009] 三个脱除塔的第一出口反流管道均与第二换热器冷流介质出口相连接，三个脱除塔的第二出口反流管道均与氮气管口相连接。[0010] 优选的，所述第二换热器冷流介质出口与第一出口反流管道之间串接有第三电加热器。[0011] 优选的，所述第二换热器热流介质出口与入口正流管道之间串接有冷干机。[0012] 优选的，所述第三压缩机与低温液化塔之间串接有空冷器。[0013] 优选的，所述分离提浓单元还包括回收膜分离器，回收膜分离器入口与提浓膜分离器非渗透侧出口相连接，回收膜分离器渗透侧出口与第一压缩机入口相连接。[0014] 优选的，所述低温液化塔设置有两个，并接于第三压缩机出口处。[0015] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：[0016] 本BOG气体氦气提取设备采用膜分离、催化分离以及低温分离相联合的方式进行高纯度氦气的制备，将膜分离、催化分离投资小能耗低，低温分离分离彻底的优势有机结合，实现了液氮原料的多级有效利用，在有效制备高纯度氦气产品气的同时，达到了整体上减少投资及降低能耗的目的。附图说明[0017] 图1为本实用新型的整体结构示意图；[0018] 图2为本实用新型分离提浓单元结构示意图；[0019] 图3为本实用新型催化除杂单元结构示意图；[0020] 图4为本实用新型脱除塔结构示意图；[0021] 图5为本实用新型低温除杂单元结构示意图。[0022] 图中：1.第一压缩机、2.提浓膜分离器、3.回收膜分离器、4.第二压缩机、5.催化除氢罐、6.催化除甲烷罐、7.第一换热器、8.第一电加热器、9.第二换热器、10.冷干机、11.脱除塔、12.第三压缩机、13.空冷器、14.低温液化塔、15.吸附器、16.入口正流管道、17.入口反流管道、18.出口正流管道、19.第一出口反流管道、20.第二出口反流管道、21.第二电加热器、22.第三电加热器、23.回流管道、A.BOG气体、B.再生气、C.氧气、D.产品气、E.液氮、F.氮气。具体实施方式[0023] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。[0024] 如图1至图5所示，本实施例BOG气体氦气提取设备，包括分离提浓单元、催化除杂单元和低温除杂单元，分离提浓单元包括第一压缩机(1)和提浓膜分离器(2)，催化除杂单元包括第二压缩机(4)、催化除氢罐(5)、第二换热器(9)和脱除塔(11)，低温除杂单元包括第三压缩机(12)和低温液化塔(14)，第一压缩机(1)出口与提浓膜分离器(2)入口相连接，提浓膜分离器(2)渗透测出口与第二压缩机(4)入口相连接，第二压缩机(4)出口与催化除氢罐(5)入口相连接，第二压缩机(4)与催化除氢罐(5)之间串接有第一电加热器(8)，第二压缩机(4)与第一电加热器(8)之间的管路上还设置有与送入氧气(C)管路相连接的接口，催化除氢罐(5)出口与第二换热器(9)热流介质入口相连接，第二换热器(9)热流介质出口与脱除塔(11)入口相连接，脱除塔(11)出口与第三压缩机(12)入口相连接，第三压缩机(12)出口与低温液化塔(14)入口相连接，低温液化塔(14)内设置有吸附器(15)，低温液化塔(14)入口与吸附器(15)入口相连接，吸附器(15)出口与低温液化塔(14)出口相连接，低温液化塔(14)底部设置有液氮管口，低温液化塔(14)顶部设置有氮气管口，氮气管口与第二换热器(9)冷流介质入口相连接。[0025] BOG气体(A)先进入分离提浓单元进行提浓作业，经第一压缩机(1)增压后进入提浓膜分离器(2)，BOG气体(A)中的氦气、氢气在膜内渗透速率快，在提浓膜分离器(2)的渗透测出口富集，BOG气体(A)中的甲烷、氮气成分则富集在提浓膜分离器(2)的非渗透侧出口，为了提高提浓膜分离器(2)渗透测出口气体中氦气的含量，提浓膜分离器(2)可以根据实际情况设置两级乃至多级，上一级提浓膜分离器(2)渗透测出口连接至下一级提浓膜分离器(2)入口，上一级提浓膜分离器(2)渗透测出口气体进入下一级提浓膜分离器(2)中进一步提浓富集并最终进入催化除杂单元进行部分杂质气体的去除作业。催化除杂单元中，末级提浓膜分离器(2)渗透测出口气体进入第二压缩机(4)增压并与送入的氧气(C)混合，混合气体经第一电加热器(8)加热至催化反应温度再进入催化除氢罐(5)内使得混合气体中的氢气与氧气发生反应生成水以达到去除氢气的目的，除氢后的混合气体温度较高，不利于脱除塔(11)有效发挥脱除作用，经第二换热器(9)换热降温后，混合气体进入脱除塔(11)脱除催化除氢时产生的水蒸气，脱除塔(11)中的脱除吸附材料优选分子筛材料，自脱除塔(11)流出的混合气体继续流动进入低温除杂单元进行剩余杂质气体的去除作业。低温除杂单元中，液氮(E)自低温液化塔(14)底部的液氮管口注入使得低温液化塔(14)内部管路以及吸附器(15)浸没其中，除氢后的混合气体经第三压缩机(12)增压后进入低温液化塔(14)内部管路和吸附器(15)，混合气体温度迅速降低，混杂其中的剩余杂质气体在低温状态下冷凝为液态并被吸附器(15)吸附从而达到去除剩余杂质气体的目的，吸附器(15)中的吸附材料优选分子筛材料，流出低温液化塔(14)的气体构成高纯度氦气产品气(D)，产品气(D)充装入钢瓶即可进行销售。[0026] 上述低温除杂单元工作过程中，混合气体与液氮(E)进行换热，混合气体温度下降，液氮(E)温度升高转化为低温氮气(F)并自低温液化塔(14)顶部的氮气管口溢出，溢出的低温氮气(F)经管道输送至催化除杂单元中的第二换热器(9)的冷流介质通道，对流经第二换热器(9)热流介质通道的除氢后的混合气体进行降温，避免额外引入冷源所产生的能耗及成本增加。[0027] 本BOG气体氦气提取设备采用膜分离、催化分离以及低温分离相联合的方式进行高纯度氦气的制备，将膜分离、催化分离投资小能耗低，低温分离分离彻底的优势有机结合，实现了液氮(E)原料的多级有效利用，在有效制备高纯度氦气产品气的同时，达到了整体上减少投资及降低能耗的目的。[0028] 经分离提浓单元、催化除杂单元处理后的混合气体中还含有少量的甲烷成分，利用加入氧气(C)催化脱除的方式去除甲烷，与采用低温分离去除甲烷相比较，能耗较低，且副产品二氧化碳和水也可以使用脱除塔(11)进行有效脱除，本BOG气体氦气提取设备中，所述催化除杂单元还包括催化除甲烷罐(6)，催化除甲烷罐(6)串接于催化除氢罐(5)之后，催化除甲烷罐(6)入口与催化除氢罐(5)出口相连接，催化除甲烷罐(6)出口与第二换热器(9)热流介质入口相连接，催化除氢罐(5)与催化除甲烷罐(6)之间串接有第二电加热器(21)，催化除氢罐(5)与第二电加热器(21)之间的管路上还设置有与送入氧气(C)管路相连接的接口。除氢后的混合气体再次与送入的氧气(C)混合，混合气体经第二电加热器(21)加热至催化反应温度并进入催化除甲烷罐(6)，催化除甲烷罐(6)内，混合气体中的甲烷与氧气发生反应生成二氧化碳和水以达到去除甲烷的目的，除甲烷时产生的二氧化碳和水通过脱除塔(11)进行脱除。[0029] 自分离提浓单元流入并与氧气(C)混合后进入催化除氢罐(5)的混合气体温度较低，需加热后才能在催化除氢罐(5)内发生催化除氢反应；经催化除氢罐(5)、催化除甲烷罐(6)除氢、除甲烷后的混合气体温度较高，进入脱除塔(11)前需要进行降温，基于此，本BOG气体氦气提取设备中，所述催化除杂单元还包括第一换热器(7)，第一换热器(7)冷流介质通道串接于第二压缩机(4)与第一电加热器(8)之间的管路上，且位于该管路上与送入氧气(C)管路相连接的接口之后，第一换热器(7)热流介质通道串接于催化除甲烷罐(6)出口与第二换热器(9)热流介质入口之间的管路上。通过设置第一换热器(7)，除氢、除甲烷后的混合气体与进入催化除氢罐(5)的混合气体进行热交换，除氢、除甲烷后的混合气体温度被降低，进入催化除氢罐(5)的混合气体温度被升高，实现了热能的综合循环利用，进一步达到了降低能耗的作用。[0030] 本BOG气体氦气提取设备中，脱除塔(11)出口与第二压缩机(4)入口之间连接有回流管道(23)。自脱除塔(11)出口流出的混合气体中，氢气和甲烷已被去除，当提浓膜分离器(2)可以根据实际情况设置两级乃至多级时，在提高提浓膜分离器(2)渗透测出口气体中氦气含量的同时，其中的氢气含量也相应增加，为了提高设备安全性能，将部分自脱除塔(11)出口流出的混合气体回流至第二压缩机(4)入口，对末级提浓膜分离器(2)渗透测出口气体中的氢气含量进行稀释，回流管道(23)中还可以增加抽风设备，增加回流流量。[0031] 本BOG气体氦气提取设备中，所述脱除塔(11)设置有三个，脱除塔(11)入口处均并接有入口正流管道(16)和入口反流管道(17)，脱除塔(11)出口处均并接有出口正流管道(18)、第一出口反流管道(19)和第二出口反流管道(20)，三个脱除塔(11)的入口正流管道(16)均与第二换热器(9)热流介质出口相连接，三个脱除塔(11)的出口正流管道(18)均与第三压缩机(12)入口相连接，气体自入口正流管道(16)流入脱除塔(11)，并自出口正流管道(18)流出脱除塔(11)构成脱除塔(11)处于吸收状态时的吸收流路，三个脱除塔(11)的第一出口反流管道(19)均与第二换热器(9)冷流介质出口相连接，气体自第一出口反流管道(19)流入脱除塔(11)，并自入口反流管道(17)流出脱除塔(11)构成脱除塔(11)的处于再生状态时再生流路，三个脱除塔(11)的第二出口反流管道(20)均与氮气管口相连接，气体自第二出口反流管道(20)流入脱除塔(11)，并自入口反流管道(17)流出脱除塔(11)构成脱除塔(11)处于冷吹状态时的冷吹流路，通过在管道上设置相应阀门使得脱除塔(11)在某一时刻仅能处于吸收、再生和冷吹状态中的一个状态。在实际运行中，通过控制三个脱除塔(11)在吸收、再生和冷吹状态之间相互切换，能够使催化除杂单元中的脱除塔(11)持续对经催化除氢罐(5)、催化除甲烷罐(6)除氢、除甲烷后混合气体中所包含的二氧化碳和水继续高效、彻底去除。[0032] 吸收状态时，脱除塔(11)进行二氧化碳和水的去除作业，经第一换热器(7)、第二换热器(9)换热降温后的混合气体自入口正流管道(16)流入脱除塔(11)进行二氧化碳和水的去除作业，并自出口正流管道(18)流出脱除塔(11)进入低温除杂单元；再生状态时，脱除塔(11)对内部所脱除吸附的二氧化碳和水进行吹离，恢复脱除塔(11)脱除吸附能力，本BOG气体氦气提取设备中，采用自第二换热器(9)冷流介质出口流出的氮气作为脱除塔(11)再生过程中的吹气，自第二换热器(9)冷流介质出口流出的氮气经与除氢、除甲烷后的混合气体换热后温度升高，能够缩短吹离、再生过程的时间，自第一出口反流管道(19)进入脱除塔(11)对脱除塔(11)内部所脱除吸附的二氧化碳和水进行吹离，随后混同被吹离的二氧化碳和水构成再生气(B)自入口反流管道(17)进行放空处理；冷吹状态时，通过冷吹气对脱除塔(11)进行降温，使之在后续的吸收状态能够进行高效脱除吸附工作，本BOG气体氦气提取设备中，采用自低温液化塔(14)氮气管口溢出的低温氮气(F)作为脱除塔(11)冷吹过程中的冷吹气，低温氮气(F)自第二出口反流管道(20)进入脱除塔(11)对脱除塔(11)进行降温，随后作为再生气B自入口反流管道(17)进行放空处理。[0033] 本BOG气体氦气提取设备中，所述第二换热器(9)冷流介质出口与第一出口反流管道(19)之间串接有第三电加热器(22)，第三电加热器(22)能够对再生过程中的吹气进行继续加热，进一步缩短吹离、再生过程的时间。[0034] 本BOG气体氦气提取设备中，所述第二换热器(9)热流介质出口与入口正流管道(16)之间串接有冷干机(10)，除氢、除甲烷后的混合气体经第一换热器(7)、第二换热器(9)换热降温后，再经过冷干机(10)进一步降温，进入脱除塔(11)的混合气体温度进一步降低，使得脱除塔(11)能够更加充分高效发挥脱除作用，且冷干机(10)还能去除混合气体中的部分水，减轻后续脱除塔(11)负担。[0035] 本BOG气体氦气提取设备中，所述第三压缩机(12)与低温液化塔(14)之间串接有空冷器(13)，空冷器(13)能够降低进入低温液化塔(14)的混合气体温度，减少液氮(E)消耗。[0036] 本BOG气体氦气提取设备中，所述分离提浓单元还包括回收膜分离器(3)，回收膜分离器(3)入口与提浓膜分离器(2)非渗透侧出口相连接，回收膜分离器(3)渗透侧出口与第一压缩机(1)入口相连接，回收膜分离器(3)能够对提浓膜分离器(2)非渗透侧出口气体中残留的氦气成分进行进一步回收，提高氦气回收率，BOG气体(A)中的甲烷、氮气成分自回收膜分离器(3)非渗透侧出口流出送入燃料气管网或者被收集后作为燃料气进行销售。[0037] 本BOG气体氦气提取设备中，所述低温液化塔(14)设置有两个，并接于第三压缩机(12)出口处。通过设置两个低温液化塔(14)能够保证本设备的连续运行，当一个低温液化塔(14)的吸附能力达到饱和无法继续工作时，将之与第三压缩机(12)以及催化除杂单元脱离并进行再生处理，并将另一个低温液化塔(14)连通至本设备之中继续进行工作。[0038] 最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。