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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113983761A(43)申请公布日2022.01.28(21)申请号202111239619.4(22)申请日2021.10.25(71)申请人中石化石油工程技术服务有限公司地址100020北京市朝阳区吉市口路9号中国石化朝阳门办公区2号楼申请人中石化石油工程设计有限公司(72)发明人王智赵新明刘祥琦陆悦李青翠杨敏戴欣何慧李春艳宋作苓(74)专利代理机构北京高沃律师事务所11569代理人申素霞(51)Int.Cl.F25J3/02(2006.01)F25J5/00(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图1页(54)发明名称一种提氦装置和天然气提氦方法(57)摘要本发明涉及一种提氦装置和天然气提氦方法,属于提氦技术领域。本发明提供的装置包括换热单元、提氦单元、脱氮单元和氮膨胀循环制冷单元。采用独立的氮膨胀循环制冷单元提供装置需要的全部冷量,无需额外添加外部制冷器,装置结构简单且能耗低,同时独立的制冷系统具有很好的适应变工况操作条件。本发明提供的装置能够实现高含氮贫氦天然气提氦,采用本发明提供的装置进行提氦时,天然气进入第一预冷换热器、第二预冷换热器、深冷换热器、一级提氦塔和二级提氦塔提取天然气中少量的氦气,再经过脱氮塔更深程度的脱除二次粗氦中的氮,解决了由于氮含量高和氮难以分离而影响氦产品浓度的问题,能从天然气中获得高浓度氦,且氦收率高。CN113983761ACN113983761A权利要求书1/2页1.一种提氦装置,包括换热单元、提氦单元、脱氮单元和氮膨胀循环制冷单元;所述换热单元包括第一预冷换热器(1)、第二预冷换热器(2)和深冷换热器(3);所述提氦单元包括一级提氦塔(4)和二级提氦塔(13);所述一级提氦塔(4)内设置有一级提氦塔底再沸器(6)和一级提氦塔顶冷却器(7);所述二级提氦塔(13)内设置有二级提氦塔底再沸器(14)和二级提氦塔顶冷却器(15);所述脱氮单元为脱氮塔(16),所述脱氮塔(16)内设置有脱氮塔顶冷却器(17);所述氮膨胀循环制冷单元包括氮气压缩机(10)、氮气冷却器(9)、氮气膨胀机(8)和氮气节流阀(12);所述氮气压缩机(10)的进口依次通过第一预冷换热器(1)、第二预冷换热器(2)、深冷换热器(3)和混合器(11)分别与所述二级提氦塔顶冷却器(15)的出口和脱氮塔顶冷却器(17)的出口连通;所述氮气压缩机(10)的出口与氮气冷却器(9)的进口连通,所述氮气冷却器(9)的出口依次通过第一预冷换热器(1)和第二预冷换热器(2)与氮气膨胀机(8)的进口连通;所述氮气膨胀机(8)的出口与二级提氦塔底再沸器(14)的进口连通;所述氮气膨胀机(8)的出口通过第一管道与脱氮塔顶冷却器(17)的进口连通,所述第一管道上设置有氮气节流阀(12);沿含氦原料气处理方向,所述第一预冷换热器(1)、一级提氦塔底再沸器(6)、第二预冷换热器(2)、一级提氦塔(4)、二级提氦塔顶冷却器(15)、深冷换热器(3)、二级提氦塔(13)和脱氮塔(16)顺次连通。2.根据权利要求1所述的提氦装置,其特征在于,所述一级提氦塔(4)的塔底出口通过第二管道与一级提氦塔顶冷却器(7)的进口连通,所述第二管道上设置有节流阀(5)。3.根据权利要求1所述的提氦装置,其特征在于,所述脱氮塔(16)设置有塔顶出口,所述塔顶出口依次通过深冷换热器(3)、第二预冷换热器(2)和第一预冷换热器(1)与粗氦储存箱(18)连通。4.根据权利要求1所述的提氦装置,其特征在于,所述二级提氦塔(13)设置有塔底出液口,所述塔底出液口依次通过深冷换热器(3)、第二预冷换热器(2)和第一预冷换热器(1)与氮气储存罐(19)连通。5.根据权利要求1所述的提氦装置,其特征在于,还包括液化天然气储存箱(20),所述液化天然气储存箱(20)与所述一级提氦塔顶冷却器(7)的出口连通。6.根据权利要求1~6任一项所述的提氦装置,其特征在于,还包括冷箱,所述第一预冷换热器(1)、第二预冷换热器(2)、深冷换热器(3)、一级提氦塔(4)、二级提氦塔(13)和脱氮塔(16)都设置于冷箱内。7.采用权利要求1~6任一项所述的提氦装置进行天然气提氦的方法,其特征在于,包括以下步骤:将天然气输送至第一预冷换热器(1)中进行第一冷却,将得到的第一冷却天然气输送至一级提氦塔底再沸器(6)中进行第二冷却,将得到的第二冷却天然气输送至第二预冷换热器(2)中进行第三冷却,得到第三冷却天然气;将所述第三冷却天然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(7)第四冷却,得到一级粗氦和一级提浓液;将所述一级粗氦输送至二级提氦塔底再沸器(14)中进行第五冷却后输送至深冷换热器(3)中进行深冷却