液化天然气提氦制氢 工艺

天然气低温提氦工艺优化研究作者：李元涛来源：《科技资讯》2021年第23期摘要：天然气低温提氦工艺在工业中应用越来越广泛。

该文首先对两种低温提氦的工艺进行了介绍，分析了主要的检测及控制措施，进一步阐述了优化低温提氦工艺的相关技术研究，最后诠释了后膨胀+氮循环制冷两塔分离提氦工艺实现的可能性，通过分析得出结论，在天然气提氦工艺中，上述的分离工艺方法普适性更强，应该得到纵深程度的大力推广和应用。

关键词：天然气低温提氦工艺主要特点控制措施优化研究中图分类号：TE8 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）08（b）-0042-03Optimization of Helium Extraction from Natural Gas at Low TemperatureLI Yuantao（Shaanxi Yanchang Petroleum（Group） Co.， Ltd.， Yanchang， Shaanxi Province，717100 China）Abstract： Low temperature helium extraction from natural gas is more and more widely used in industry. Firstly， this paper introduces two low-temperature helium extraction processes， analyzes the main detection and control measures， further expounds the relevant technical research on optimizing the low-temperature helium extraction process， and finally explains the possibility of realizing the separation and helium extraction process of two towers of post expansion + nitrogen cycle refrigeration. Through the analysis， it is concluded that in the helium extractionprocess of natural gas， The above separation process is more universal and should be vigorously promoted and applied in depth.Key Words： Natural gas low temperature helium extraction process; Main features; Control measures; Optimization research现如今，工业领域中一般使用两种低温提氦工艺：克劳特循环工艺、膨胀制冷+氮气循环制冷分离工艺。

天然气制氢装置工艺技术规程1.1装置概况规模及任务本制氢装置由脱硫造气工序、变换工序、PSA制氢工序组成1.2工艺路线及产品规格该制氢装置已天然气为原料，采用干法脱硫、3.8MPa压力下的蒸汽转化，一氧化碳中温变换，PSA工艺制得产品氢气。

1.3消耗定额（1000Nm3氢气作为单位产品）2.1工艺过程原料及工艺流程2.1.1工艺原理1.天然气脱硫本装置采用干法脱硫来解决该原料气中的硫份。

为了脱除有机硫，采用铁锰系转化吸取型脱硫催化剂，并在原料气中加入约1-5%的氢，在约400℃高温下发生下述反映：RSH+H2=H2S+RHH2S+MnO=MnS+H2O经铁锰系脱硫剂初步转化吸取后，剩余的硫化氢，再在采用的氧化锌催化剂作用下发生下述脱硫反映而被吸取：H2S+ZnO=ZnO+H2OC2H5SH+ZnS+C2H5+H2O氧化锌吸硫速度极快，因而脱硫沿气体流动方向逐层进行，最终硫被脱除至0.1ppm以下，以满足蒸汽转化催化剂对硫的规定。

2.蒸汽转化和变换原理原料天然气和蒸汽在转化炉管中的高温催化剂上发生烃—蒸汽转化反映，重要反映如下：CH4+H2O= CO+3H2-Q (1)一氧化碳产氢CO+H2O=CO2+H2+Q (2)前一反映需大量吸热，高温有助于反映进行；后一反映是微放热反映，高温不利于反映进行。

因此在转化炉中反映是不完全的。

在发生上述反映的同时还伴有一系列复杂的付反映。

涉及烃类的热裂解，催化裂解，水合，蒸汽裂解，脱氢，加氢，积碳，氧化等。

在转化反映中，要使转换率高，残余甲烷少，氢纯度高，反映温度要高，但要考虑设备承受能力和能耗，所以炉温不宜太高。

为缓和积碳，增长收率，要控制较大的水碳比。

3.变化反映的反映方程式如下：CO+H2O=CO2+H2+Q这是一个可逆的放热反映，减少温度和增长过量的水蒸气，均有助于变换反映向右侧进行，变换反映假如不借助于催化剂，其速度是非常慢的，催化剂能大大加速其反映速度。

液化天然气提氦制氢工艺液化天然气提氦制氢工艺随着人们对能源的需求不断增加，石油和天然气等化石能源的开采与利用也越来越受到关注。

液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）作为一种清洁能源，具有高能量密度、低碳排放等优势，被广泛应用于能源领域。

然而，除了作为燃料使用外，液化天然气还可以通过提氦制氢工艺来进一步提高能源的利用效率。

液化天然气中含有丰富的氦气资源，而氦气是一种稀有、非可再生的气体，具有广泛的应用价值，尤其在高科技领域。

因此，通过液化天然气提氦制氢工艺，既可以回收氦气资源，又可以产生高纯度的氢气，实现能源的可持续利用。

液化天然气提氦制氢工艺的基本步骤如下：1. 液化天然气的预处理：液化天然气中含有杂质如水蒸气、硫化氢等，需要进行预处理以提高氦气和氢气的纯度。

预处理包括脱水、脱酸等过程，通过吸附剂或膜分离技术去除杂质。

2. 氦气的分离：经过预处理的液化天然气进入分离装置，通过低温蒸馏的方式将液化天然气中的氦气从其他组分中分离出来。

在分离装置中，根据气体的沸点差异，利用低温冷凝和高温蒸发的原理，将氦气与其他组分分离。

3. 氦气的回收：分离出的氦气经过冷凝或压缩等工艺，转化为液态氦并进行储存。

液态氦具有极低的沸点和密度，可广泛应用于超导材料制备、核磁共振成像等高科技领域。

4. 氢气的制备：分离装置中除氦气外的其他组分主要是氢气，可以通过热解或电解等方式将其转化为纯度较高的氢气。

热解是将液化天然气中的甲烷通过高温反应转化为氢气和固体碳，而电解则是利用电能将水分解成氢气和氧气。

5. 氢气的纯化：经过制备得到的氢气还含有少量杂质，如二氧化碳、甲烷等，需要通过吸附剂或膜分离技术进行纯化，以提高氢气的纯度和质量。

通过以上工艺步骤，液化天然气提氦制氢工艺可以实现对氦气和氢气的有效回收和利用。

这不仅提高了能源的利用效率，减少了能源资源的浪费，还满足了氦气和氢气在高科技领域的需求。

同时，该工艺也具有环保的特点，减少了对环境的污染。

天然气制氢装置工艺过程原料及工艺流程
1.原料准备：
天然气是制氢的主要原料，通常以管道天然气为主。

其他辅助原料包括水蒸汽、空气和甲醇。

2.蒸汽重整：
天然气经过预处理后，进入蒸汽重整反应器。

在该反应器中，天然气与催化剂接触，重整出一氧化碳和氢气。

催化剂通常是镍基或白金基的催化剂。

3.蒸汽甲烷重整：
经过蒸汽重整的气体流向蒸汽甲烷重整反应器，继续重整反应。

在该反应器中，一氧化碳与蒸汽反应，生成二氧化碳和氢气。

该反应需要高温和高压条件，通常在镍基催化剂存在下进行。

4.CO转化：
重整产生的废气通常包含一氧化碳、二氧化碳和少量的甲烷等杂质。

这些杂质需要通过CO转化反应来去除。

在该反应中，一氧化碳与二氧化碳反应，生成二氧化碳和氢气。

5.甲醇水蒸气变换：
甲醇可以通过与水蒸气反应，产生氢气和二氧化碳。

这个反应可以通过温度和催化剂的选择来控制产物的选择。

6.分离纯化：
在上述反应过程中，产生的氢气和二氧化碳混有其他杂质。

这些杂质需要通过分离纯化工艺来去除，以获取高纯度的氢气。

以上就是天然气制氢装置的工艺流程及其原料介绍。

需要注意的是，具体的工艺流程会因应用领域和工艺设备的不同而有所差异，以上仅为一个基本的参考。

实际应用中还需要根据具体情况进行工艺设计和优化。

天然气提氦原理流程设计作者：陈鹏陶真袁东筱来源：《中国科技博览》2018年第20期[摘要]氦气因其独特的性质，在国防军工和科学研究中都有着重要而广泛的用途。

近年来，随着我国国防军工事业的快速发展和航天事业的发展，相关领域对氦气的需求将大幅度增加，而且目前我国还没有大规模化的提氦装置。

[关键词]提氦；天然气；原理流程；中图分类号：G887 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）20-0242-01一、低温冷凝法提氦的条件低温冷凝法提氦对天然气原料气介质要求较高，H2S含量小于4ppm，CO2含量小于100ppm，H20含量小于1ppm，因此对天然气提氦之前需考虑对原料气的脱硫、脱碳和脱水，脱硫、脱碳一般采用成熟的MEA+MDEA的配方溶剂工艺，脱水的常规方法有分子筛脱水和三甘醇脱水，但三甘醇脱水的深度很难满足H20含量小于1ppm的要求，为此只能采用分子筛脱水二、原理流程冷凝法提氦装置采用后膨胀+氮循环制冷工艺。

天然气提氦装置的主要工艺设备由膨胀机、原料气冷却器、一级提浓塔、二级提浓塔、深冷器等组成。

原料气首先进入一级提浓塔，通过膨胀机制冷和降压分离出甲烷，然后进入二级提浓塔，通过液氮循环提供的冷量再次分离出剩余的甲烷、氮气等气体，得到70%的粗氦，再经过钯反应和膜分离出去气体中的氢气等气体，得到95%以上的粗氦，最后通过氦气精致得到99.9%以上得氦气，原理流程如下图所示：（见图1）从分子筛脱水装置来的提氦天然气进入原料气冷却器中冷却到后，通过流量调节阀调节，从天然气中抽部分气体进入一级提浓塔塔底作为蒸发器热源被冷却到后，再次进入原料气冷却器与原料气汇合继续预冷。

提氦天然气预冷后进入一级提浓塔中部进行一次提浓。

一级提浓塔塔顶冷凝器出来的一次粗氦浓度可达5%左右；塔底出来的液甲烷部分经过节流作为塔顶冷凝器的冷源，经过塔顶冷凝器换热后，低压返回气体与深冷器来的低压气汇合进入原料气冷却器回收冷量后，一部分经尾气压缩机增压到外输，另一部分作为燃料气进入燃料气系统；而塔底大部分的液体节流后进入原料气冷却器回收部分冷量，进入透平膨胀机，再进入原料气冷却器换热，回收冷量后，再经过同轴压缩机增压进入外输管线。

74氦气自身具有独特的性质，化学性质相对来说较为稳定，而且在重要的领域当中都有着广泛的应用。

氦气在空气中的含量较低，并不具备工业提取价值，目前主要存在于天然气当中，而且在世界各地的含量分布都存在不同程度的差异，在一些地区氦气含量能高达8%，本文主要研究从天然气当中提取氦气的工业来源，以及相关工艺技术，通过对比研究国内外当前的工艺技术，选取3种低温提氦技术进行分析，并提出控制了生产成本的措施。

1 当前的产业政策背景分析鉴于目前氦气资源安全形势十分严峻的问题，国务院在2015年印发的相关文件明确指出，要贯彻绿色发展的理念。

首先在当前工业生产的背景下，要坚持将可持续发展作为主要的着立点，不断改进工艺技术，贯彻节能环保的要求，并将其在技术和工艺当中得到有效的推广和应用，通过推行清洁生产等方式，更有利于发展我国的循环经济，促进资源得到有效的回收，并在一定程度上也能提高资源的利用率[1]。

本项目主要研究从天然气当中对低温提氦工艺的优化策略，不仅符合国家产业政策的要求，也能基于当前的政策，支持研发出高附加值的产品和技术。

2 国内外技术研究概况氦气自身稳定的化学性质，使其在科学研究以及国防军工等诸多领域当中都具有重要的作用，因为氦气具有-268.9℃的低沸点，因此可以运用于超低温冷却之中，也可以作为清洗介质以及推进器应用在火箭和航天领域。

目前伴随着氦气的广泛应用和推广，在悬浮列车中也可以促进超导体的应用，并可以作为超导电池体冷却应用于医疗领域。

研究当前所采用的工艺技术，对于后续项目的探究具有一定的作用和价值。

2.1 国外深冷分离工艺技术自从氦气在1908年被物理学家液化处理之后，这项深冷分离工艺技术被广泛地运用在氦气分离过程当中，并且目前已经形成了较为成熟的氦气分离技术，经过了上百年的沉淀和发展。

在国外这项技术主要应用在大型液化天然气（LNG）工厂中，通常也会对生产规模提出较高的要求，分离的工艺原理主要在于：将LNG储罐内的气体（BOG）气体进行低温精馏处理，并采取分阶段液化的处理方法将甲烷、氮气以及氦气进行分离。

文章标题：低氦含量天然气中氢提取技术研究成本分析与展望一、低氦含量天然气中氢提取技术的研究背景在目前的能源领域，天然气资源被广泛应用于工业生产和生活供暖等领域。

然而，传统天然气中通常含有较高的氦含量，这对氢能源的利用造成了一定的影响。

低氦含量天然气中氢提取技术的研究及成本分析，是当前能源研究领域的热点问题之一。

本文将对此进行深入探讨，并就此展开讨论。

二、低氦含量天然气中氢提取技术的成本分析低氦含量天然气中氢提取技术的研究成本主要包括人力成本、设备成本、研发成本等方面。

在人力成本方面，需要投入大量研究人力，进行实验、数据分析等工作。

在设备成本方面，需要购买先进的氢提取设备，进行实验验证以及中试阶段的设备改造。

还需要考虑到研发成本，包括专利申请费用、论文发表费用等。

低氦含量天然气中氢提取技术的研究成本较高，需要长期的资金和人力投入。

在产业应用方面，低氦含量天然气中氢提取技术的大规模应用也需要考虑投资成本、运营成本等方面的问题。

建设氢提取工厂需要大量的资金投入，设备采购、厂房建设等方面的投资都需要考虑在内。

运营成本包括设备维护、能源消耗等方面的费用。

这些成本的存在，使得低氦含量天然气中氢提取技术的商业应用面临一定的挑战。

三、低氦含量天然气中氢提取技术的研究成本与未来展望尽管低氦含量天然气中氢提取技术的研究成本较高，但仍然值得期待。

随着科技的进步和成本的降低，相信这一技术在未来会得到更广泛的应用。

我国政府对清洁能源的支持力度不断加大，对低氦含量天然气中氢提取技术的研究也在逐步增加。

在管理合理的情况下，通过技术创新和成本优化，低氦含量天然气中氢提取技术的研究成本有望逐步降低。

随着氢能源产业的逐步成熟，创新企业对该技术的投入也将不断增加，从而推动技术成熟度的提高。

个人观点与理解：低氦含量天然气中氢提取技术面临着较高的研究成本，但从长远来看，这一技术对于清洁能源的发展具有重要意义。

随着技术的不断成熟和成本的逐步优化，相信这一技术会为我国的清洁能源产业带来新的发展机遇。

基于深冷技术的液化天然气蒸发气提氦流程优化分析摘要：随着能源需求的增长和环境问题的日益凸显，液化天然气（LNG）作为清洁能源的重要来源备受关注。

然而，LNG生产过程中伴随产生的蒸发气中含有丰富的氦资源，但目前的提氦流程存在效率低下、能耗高等问题。

本研究旨在探讨基于深冷技术的液化天然气蒸发气提氦流程的优化潜力。

通过分析深冷技术现有提氦流程存在的问题，本研究提出了一种新型的提氦流程，该流程结合了深冷技术的优势，旨在提高提氦效率、降低能耗。

通过能耗、经济性、提氦效率等方面的综合分析，揭示了基于深冷技术的提氦流程的潜在优势。

关键词：深冷技术、液化天然气、蒸发气、提氦、优化分析引言：随着全球能源需求的不断增长和环境问题的加剧，清洁能源的研究和开发成为全球范围内的重要议题。

液化天然气作为一种高效、清洁的能源资源，在能源供应链中占据着重要地位。

然而，传统的LNG生产过程中伴随产生的蒸发气中富含氦资源，这一宝贵资源的回收利用却鲜有深入研究。

氦作为稀有气体，在医疗、半导体制造等领域有广泛的应用，因此提高氦资源的回收利用效率具有重要意义[1]。

然而，现有的提氦流程存在着效率低下、能耗高等问题，迫切需要新的流程来解决这些挑战。

1 液化天然气蒸发气提氦方法目前，针对蒸发气中氦提取现有的流程，普遍存在着效率低下、能耗高、氦提取率不高等问题。

传统的提氦方法主要包括吸附分离、膜分离等，但在处理大量氦气时，这些方法面临操作复杂、设备大型化等挑战。

而且，这些方法在提高氦提取效率和降低成本方面还存在一定的局限性。

基于深冷技术的提氦流程是一种新型的方法，它结合了深冷技术在LNG生产中的应用优势，旨在提高提氦效率并降低能耗。

深冷技术利用制冷剂使气体迅速降温，达到液化的状态，从而实现气体分离[2]。

在液化天然气蒸发气提氦过程中，深冷技术可以有效地将氦气液化并分离出来，从而提高氦提取率和纯度。

与传统方法相比，基于深冷技术的提氦流程具有操作简便、设备紧凑、能耗相对较低等优势。

(10)申请公布号 CN 102735020 A(43)申请公布日 2012.10.17C N 102735020 A*CN102735020A*(21)申请号 201210255340.X(22)申请日 2012.07.23F25J 3/02(2006.01)(71)申请人中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司成都天然气化工总厂地址610100 四川省成都市双流县华阳镇古城村(72)发明人李均方 刘泽军 谭敬明 华洪基李朝贵 杨武英 王应海许柯(54)发明名称一种天然气提氦的方法(57)摘要本发明公开了一种天然气提氦的方法，包括以下步骤：A 、取含氦的原料天然气送入主换热器冷却；B 、将步骤A 冷却所得的混合物送入分离塔，混合物经加热后，至少一部分蒸气在塔顶被冷凝蒸发器冷却获得一次粗氦，一次粗氦经提纯后获得粗氦产品；C 、分离塔塔底的液体一部分经减压节流后通过管道进入塔顶冷凝蒸发器，作为冷凝蒸发器的冷源，与步骤B 的蒸气进行热交换。

D 、根据冷量平衡需要，确定是否需要从冷凝蒸发器的蒸发侧获取由步骤C 的冷源在与步骤B 的蒸气进行热交换后获得的LNG 产品。

本发明构思巧妙、流程简单，工艺运行稳定，冷量易于平衡，能耗、成本大大降低。

(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书5页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页1/1页1.一种天然气提氦的方法，其特征在于包括以下步骤：A 、将含氦的原料天然气，送入主换热器冷却；B 、将步骤A 冷却所得的混合物送入分离塔，混合物经加热后，至少一部分蒸气在塔顶被冷凝蒸发器冷却获得一次粗氦；C 、分离塔塔底的液体一部分经减压节流后通过管道进入塔顶冷凝蒸发器，作为冷凝蒸发器的冷源，与步骤B 的蒸气进行热交换；D 、根据冷量平衡需要，确定是否需要从冷凝蒸发器的蒸发侧获取步骤C 的冷源进行热交换后获得的LNG 产品。