bog提氦工艺中脱除氢气的方法
技术领域
1.本发明具体涉及一种bog提氦工艺中脱除氢气的方法。
背景技术：
2.氦气因具有低密度、低沸点、导热性好、化学性质稳定等其独特的物理化学特性，广泛应用于航空航天、大科学工程前沿基础设施、医用核磁共振、半导体/光纤等高端装备制造领域，是一种关系国家安全、高新产业发展和民生健康的重要战略性资源。然而，氦气作为一种稀缺的非再生资源，主要存在于天然气中，含量由千分之几到百分之几。我国是贫氦国家，由于天然气田含氦量很低，提取技术与成本极高，国内氦气几乎全部(90％以上)依赖于进口，且价格昂贵，资源安全形势非常严峻。
3.目前国内仅有极少数几家单位掌握bog(液化天然气的闪蒸气)提氦工艺并成功产出99.999％的氦气产品，究其原因，主要因氢氦物性接近，比较难以分离，氢氦分离主要利用氢氦化学性质的差异，氢气化学性质活泼，氦气为惰性气体，在一定条件下氢气可与氧气反应生成水而脱除，而此反应为氧化反应，属于国家重点监管的危险化工工艺，氢气在空气中的爆炸极限为4％-74.2％，设计、操作不当，极易发生爆炸，存在较高的安全风险，因此国内在bog提氦领域对脱氢技术的应用还处于摸索阶段，因此在bog提氦工艺中摸索出一种设计合理、操作稳定、安全可靠的脱氢工艺就显得至关重要。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种bog提氦工艺中脱除氢气的方法，该bog提氦工艺中脱除氢气的方法可以很好地解决上述问题。
5.为达到上述要求，本发明采取的技术方案是：提供一种bog提氦工艺中脱除氢气的方法，该bog提氦工艺中脱除氢气的方法采用循环气与10％以上高氢工艺气混合的方法将高氢工艺气稀释至1.5％以下的安全范围，进而发生氧化反应脱除氢气。
6.该bog提氦工艺中脱除氢气的方法具有的优点如下：
7.本发明提供的脱除氢气的方法，可以在安全可靠的情况下长周期稳定运行。
具体实施方式
8.为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。
9.在以下描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的实施例或示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度，但并非每个实施例或示例都必然包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度。另外，重复使用短语“根据本申请的一个实施例”虽然有可能是指代相同实施例，但并非必然指代相同的实施例。
10.为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。
11.根据本申请的一个实施例，提供一种bog提氦工艺中脱除氢气的方法，采用循环气
与10％以上高氢工艺气混合的方法将高氢工艺气稀释至1.5％以下的安全范围，进而发生氧化反应脱除氢气。
12.根据本申请的一个实施例，该bog提氦工艺中脱除氢气的方法中循环气与工艺气经管道混合器混合，用在线氢分析仪检测氢浓度后进入特殊结构的混合器中混合，混合后的混合气经出口在线氢分析仪检测合格后配氧进入催化氧化反应器反应脱氢，并保证进入反应器的氢浓度在1.5％以下。
13.根据本申请的一个实施例，该bog提氦工艺中脱除氢气的方法采用控制反应后残氧浓度控制补氧调节阀的开关来控制补氧量，同时设置补氧控制阀的最大开度不超10％，以防止过量补氧。
14.根据本申请的一个实施例，该bog提氦工艺中脱除氢气的方法使最大粗氦气流量为60nm3/h，最高氢含量波动为25％的工艺气经混合后氢浓度降低到 1.5％，保证催化氧化反应的安全。
15.根据本申请的一个实施例，该bog提氦工艺中脱除氢气的方法采用工作压力2.5mpa，容积5立方米的混合罐，使循环气与高氢工艺气更充分混合，同时使混合后气体在混合罐中有较长的停留时间，保证催化氧化反应的稳定。
16.根据本申请的一个实施例，该bog提氦工艺中脱除氢气的方法采用钯触媒催化剂使含有氢、氧的混合气在催化氧化反应器中催化剂表面反应，可在常温下发生脱氢反应。
17.根据本申请的一个实施例，该bog提氦工艺中脱除氢气的方法采用调节阀关联催化氧化单元压力来控制产品气去干燥单元的量，同时保证催化氧化单元运行压力的稳定，通过调节阀关联催化氧化单元压力，当催化氧化单元压力大于预定值时，调节阀打开向干燥单元送气，当催化氧化单元压力小于预定值时，调节阀关闭稳定催化氧化单元压力，因上游有高氢工艺气不断补入催化氧化单元，因此当调节阀关闭后，催化氧化单元压力会逐步上升达到触发调节阀打开的压力，形成进出催化氧化单元气量的平衡。
18.根据本申请的一个实施例，该bog提氦工艺中脱除氢气的方法的具体流程如下：
19.bog经压缩机增压至2.3mpa.g后进入低温精馏单元脱除bog中的甲烷和大部分氮气，生成粗氦气(摩尔含量77％的he，20％的h2及3％的n2)进入管道预混合器中与循环量1000nm3/h的循环气混合，经检测氢气浓度后进入 5m3的混合罐中混合，混合后在混合罐出口再次检测氢气浓度，控制在1.5％以下。
20.氧含量的加入通过催化氧化反应后的残氧浓度来控制(ae0108)，当残氧浓度检测值低于某个值时，补氧控制阀(av0108)打开补氧，当残氧浓度检测值高于某个值时，补氧控制阀(av0108)关闭断氧，目前我公司在运行装置残氧浓度检测值设定为0.37％。加氧量控制对整个氧化反应至关重要，为防止手动状态下误操作，需设定补氧控制阀的最大开度，我公司补氧控制阀设定最大值为10％。
21.补进系统的氧气经管道混合器与5m3混合罐出来的氢气混合后进入催化氧化反应器进行反应，催化氧化反应器中装有常温起活的钯触媒催化剂，反应方程式为：
22.2h2(g) o2(g)
→
2h2o(l)
△
h＝-572kj/mol；
23.因该反应为放热反应，在过氧条件下，氢气浓度直接决定反应温升，经理论模拟与实际运行对比，1％氢气的反应温升在110℃-120℃间。
24.反应的混合气体经冷却器冷却至35℃后进入气液分离器中分离反应水，分离器后
的气体(摩尔含量95.0％的he，2.6％的n2，2.3％h2o及残氧等)分为两路，一路回至循环气压缩机入口做循环气，另一路作为产品气进入干燥脱水单元。去干燥脱水单元的气量由控制阀(av0102)关联气液分离器后的压力 (pt0105)来控制。
25.以上所述实施例仅表示本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。因此本发明的保护范围应该以所述权利要求为准。
技术特征：
1.一种bog提氦工艺中脱除氢气的方法，其特征在于：采用循环气与10％以上高氢工艺气混合的方法将高氢工艺气稀释至1.5％以下的安全范围，进而发生氧化反应脱除氢气。2.根据权利要求1所述的bog提氦工艺中脱除氢气的方法，其特征在于：循环气与工艺气经管道混合器混合，用在线氢分析仪检测氢浓度后进入特殊结构的混合器中混合，混合后的混合气经出口在线氢分析仪检测合格后配氧进入催化氧化反应器反应脱氢，并保证进入反应器的氢浓度在1.5％以下。3.根据权利要求1所述的bog提氦工艺中脱除氢气的方法，其特征在于：采用控制反应后残氧浓度控制补氧调节阀的开关来控制补氧量，同时设置补氧控制阀的最大开度不超10％，以防止过量补氧。4.根据权利要求1所述的bog提氦工艺中脱除氢气的方法，其特征在于：使最大粗氦气流量为60nm3/h，最高氢含量波动为25％的工艺气经混合后氢浓度降低到1.5％，保证催化氧化反应的安全。5.根据权利要求1所述的bog提氦工艺中脱除氢气的方法，其特征在于：采用工作压力2.5mpa，容积5立方米的混合罐，使循环气与高氢工艺气更充分混合，同时使混合后气体在混合罐中有较长的停留时间，保证催化氧化反应的稳定。6.根据权利要求1所述的bog提氦工艺中脱除氢气的方法，其特征在于：采用钯触媒催化剂使含有氢、氧的混合气在催化氧化反应器中催化剂表面反应，可在常温下发生脱氢反应。7.根据权利要求1所述的bog提氦工艺中脱除氢气的方法，其特征在于：采用调节阀关联催化氧化单元压力来控制产品气去干燥单元的量，同时保证催化氧化单元运行压力的稳定，通过调节阀关联催化氧化单元压力，当催化氧化单元压力大于预定值时，调节阀打开向干燥单元送气，当催化氧化单元压力小于预定值时，调节阀关闭稳定催化氧化单元压力，因上游有高氢工艺气不断补入催化氧化单元，因此当调节阀关闭后，催化氧化单元压力会逐步上升达到触发调节阀打开的压力，形成进出催化氧化单元气量的平衡。
技术总结
本发明提供一种BOG提氦工艺中脱除氢气的方法，采用循环气与10％以上高氢工艺气混合的方法将高氢工艺气稀释至1.5％以下的安全范围，进而发生氧化反应脱除氢气。循环气与工艺气经管道混合器混合，用在线氢分析仪检测氢浓度后进入特殊结构的混合器中混合，混合后的混合气经出口在线氢分析仪检测合格后配氧进入催化氧化反应器反应脱氢，并保证进入反应器的氢浓度在1.5％以下。采用控制反应后残氧浓度控制补氧调节阀的开关来控制补氧量，同时设置补氧控制阀的最大开度不超10％，以防止过量补氧。使最大粗氦气流量为60Nm3/h，最高氢含量波动为25％的工艺气经混合后氢浓度降低到1.5％。本发明提供的脱除氢气的方法，可以在安全可靠的情况下长周期稳定运行。全可靠的情况下长周期稳定运行。
技术研发人员：何平 田礼伟 翟坤明 冯耀波 郑军 陈刚 郭绍鹏
受保护的技术使用者：四川远丰森泰能源集团股份有限公司
技术研发日：2021.09.24
技术公布日：2022/3/25
技术领域
1.本发明具体涉及一种bog提氦工艺中脱除氢气的方法。
背景技术：
2.氦气因具有低密度、低沸点、导热性好、化学性质稳定等其独特的物理化学特性，广泛应用于航空航天、大科学工程前沿基础设施、医用核磁共振、半导体/光纤等高端装备制造领域，是一种关系国家安全、高新产业发展和民生健康的重要战略性资源。然而，氦气作为一种稀缺的非再生资源，主要存在于天然气中，含量由千分之几到百分之几。我国是贫氦国家，由于天然气田含氦量很低，提取技术与成本极高，国内氦气几乎全部(90％以上)依赖于进口，且价格昂贵，资源安全形势非常严峻。
3.目前国内仅有极少数几家单位掌握bog(液化天然气的闪蒸气)提氦工艺并成功产出99.999％的氦气产品，究其原因，主要因氢氦物性接近，比较难以分离，氢氦分离主要利用氢氦化学性质的差异，氢气化学性质活泼，氦气为惰性气体，在一定条件下氢气可与氧气反应生成水而脱除，而此反应为氧化反应，属于国家重点监管的危险化工工艺，氢气在空气中的爆炸极限为4％-74.2％，设计、操作不当，极易发生爆炸，存在较高的安全风险，因此国内在bog提氦领域对脱氢技术的应用还处于摸索阶段，因此在bog提氦工艺中摸索出一种设计合理、操作稳定、安全可靠的脱氢工艺就显得至关重要。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种bog提氦工艺中脱除氢气的方法，该bog提氦工艺中脱除氢气的方法可以很好地解决上述问题。
5.为达到上述要求，本发明采取的技术方案是：提供一种bog提氦工艺中脱除氢气的方法，该bog提氦工艺中脱除氢气的方法采用循环气与10％以上高氢工艺气混合的方法将高氢工艺气稀释至1.5％以下的安全范围，进而发生氧化反应脱除氢气。
6.该bog提氦工艺中脱除氢气的方法具有的优点如下：
7.本发明提供的脱除氢气的方法，可以在安全可靠的情况下长周期稳定运行。
具体实施方式
8.为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。
9.在以下描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的实施例或示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度，但并非每个实施例或示例都必然包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度。另外，重复使用短语“根据本申请的一个实施例”虽然有可能是指代相同实施例，但并非必然指代相同的实施例。
10.为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。
11.根据本申请的一个实施例，提供一种bog提氦工艺中脱除氢气的方法，采用循环气
与10％以上高氢工艺气混合的方法将高氢工艺气稀释至1.5％以下的安全范围，进而发生氧化反应脱除氢气。
12.根据本申请的一个实施例，该bog提氦工艺中脱除氢气的方法中循环气与工艺气经管道混合器混合，用在线氢分析仪检测氢浓度后进入特殊结构的混合器中混合，混合后的混合气经出口在线氢分析仪检测合格后配氧进入催化氧化反应器反应脱氢，并保证进入反应器的氢浓度在1.5％以下。
13.根据本申请的一个实施例，该bog提氦工艺中脱除氢气的方法采用控制反应后残氧浓度控制补氧调节阀的开关来控制补氧量，同时设置补氧控制阀的最大开度不超10％，以防止过量补氧。
14.根据本申请的一个实施例，该bog提氦工艺中脱除氢气的方法使最大粗氦气流量为60nm3/h，最高氢含量波动为25％的工艺气经混合后氢浓度降低到 1.5％，保证催化氧化反应的安全。
15.根据本申请的一个实施例，该bog提氦工艺中脱除氢气的方法采用工作压力2.5mpa，容积5立方米的混合罐，使循环气与高氢工艺气更充分混合，同时使混合后气体在混合罐中有较长的停留时间，保证催化氧化反应的稳定。
16.根据本申请的一个实施例，该bog提氦工艺中脱除氢气的方法采用钯触媒催化剂使含有氢、氧的混合气在催化氧化反应器中催化剂表面反应，可在常温下发生脱氢反应。
17.根据本申请的一个实施例，该bog提氦工艺中脱除氢气的方法采用调节阀关联催化氧化单元压力来控制产品气去干燥单元的量，同时保证催化氧化单元运行压力的稳定，通过调节阀关联催化氧化单元压力，当催化氧化单元压力大于预定值时，调节阀打开向干燥单元送气，当催化氧化单元压力小于预定值时，调节阀关闭稳定催化氧化单元压力，因上游有高氢工艺气不断补入催化氧化单元，因此当调节阀关闭后，催化氧化单元压力会逐步上升达到触发调节阀打开的压力，形成进出催化氧化单元气量的平衡。
18.根据本申请的一个实施例，该bog提氦工艺中脱除氢气的方法的具体流程如下：
19.bog经压缩机增压至2.3mpa.g后进入低温精馏单元脱除bog中的甲烷和大部分氮气，生成粗氦气(摩尔含量77％的he，20％的h2及3％的n2)进入管道预混合器中与循环量1000nm3/h的循环气混合，经检测氢气浓度后进入 5m3的混合罐中混合，混合后在混合罐出口再次检测氢气浓度，控制在1.5％以下。
20.氧含量的加入通过催化氧化反应后的残氧浓度来控制(ae0108)，当残氧浓度检测值低于某个值时，补氧控制阀(av0108)打开补氧，当残氧浓度检测值高于某个值时，补氧控制阀(av0108)关闭断氧，目前我公司在运行装置残氧浓度检测值设定为0.37％。加氧量控制对整个氧化反应至关重要，为防止手动状态下误操作，需设定补氧控制阀的最大开度，我公司补氧控制阀设定最大值为10％。
21.补进系统的氧气经管道混合器与5m3混合罐出来的氢气混合后进入催化氧化反应器进行反应，催化氧化反应器中装有常温起活的钯触媒催化剂，反应方程式为：
22.2h2(g) o2(g)
→
2h2o(l)
△
h＝-572kj/mol；
23.因该反应为放热反应，在过氧条件下，氢气浓度直接决定反应温升，经理论模拟与实际运行对比，1％氢气的反应温升在110℃-120℃间。
24.反应的混合气体经冷却器冷却至35℃后进入气液分离器中分离反应水，分离器后
的气体(摩尔含量95.0％的he，2.6％的n2，2.3％h2o及残氧等)分为两路，一路回至循环气压缩机入口做循环气，另一路作为产品气进入干燥脱水单元。去干燥脱水单元的气量由控制阀(av0102)关联气液分离器后的压力 (pt0105)来控制。
25.以上所述实施例仅表示本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。因此本发明的保护范围应该以所述权利要求为准。
技术特征：
1.一种bog提氦工艺中脱除氢气的方法，其特征在于：采用循环气与10％以上高氢工艺气混合的方法将高氢工艺气稀释至1.5％以下的安全范围，进而发生氧化反应脱除氢气。2.根据权利要求1所述的bog提氦工艺中脱除氢气的方法，其特征在于：循环气与工艺气经管道混合器混合，用在线氢分析仪检测氢浓度后进入特殊结构的混合器中混合，混合后的混合气经出口在线氢分析仪检测合格后配氧进入催化氧化反应器反应脱氢，并保证进入反应器的氢浓度在1.5％以下。3.根据权利要求1所述的bog提氦工艺中脱除氢气的方法，其特征在于：采用控制反应后残氧浓度控制补氧调节阀的开关来控制补氧量，同时设置补氧控制阀的最大开度不超10％，以防止过量补氧。4.根据权利要求1所述的bog提氦工艺中脱除氢气的方法，其特征在于：使最大粗氦气流量为60nm3/h，最高氢含量波动为25％的工艺气经混合后氢浓度降低到1.5％，保证催化氧化反应的安全。5.根据权利要求1所述的bog提氦工艺中脱除氢气的方法，其特征在于：采用工作压力2.5mpa，容积5立方米的混合罐，使循环气与高氢工艺气更充分混合，同时使混合后气体在混合罐中有较长的停留时间，保证催化氧化反应的稳定。6.根据权利要求1所述的bog提氦工艺中脱除氢气的方法，其特征在于：采用钯触媒催化剂使含有氢、氧的混合气在催化氧化反应器中催化剂表面反应，可在常温下发生脱氢反应。7.根据权利要求1所述的bog提氦工艺中脱除氢气的方法，其特征在于：采用调节阀关联催化氧化单元压力来控制产品气去干燥单元的量，同时保证催化氧化单元运行压力的稳定，通过调节阀关联催化氧化单元压力，当催化氧化单元压力大于预定值时，调节阀打开向干燥单元送气，当催化氧化单元压力小于预定值时，调节阀关闭稳定催化氧化单元压力，因上游有高氢工艺气不断补入催化氧化单元，因此当调节阀关闭后，催化氧化单元压力会逐步上升达到触发调节阀打开的压力，形成进出催化氧化单元气量的平衡。
技术总结
本发明提供一种BOG提氦工艺中脱除氢气的方法，采用循环气与10％以上高氢工艺气混合的方法将高氢工艺气稀释至1.5％以下的安全范围，进而发生氧化反应脱除氢气。循环气与工艺气经管道混合器混合，用在线氢分析仪检测氢浓度后进入特殊结构的混合器中混合，混合后的混合气经出口在线氢分析仪检测合格后配氧进入催化氧化反应器反应脱氢，并保证进入反应器的氢浓度在1.5％以下。采用控制反应后残氧浓度控制补氧调节阀的开关来控制补氧量，同时设置补氧控制阀的最大开度不超10％，以防止过量补氧。使最大粗氦气流量为60Nm3/h，最高氢含量波动为25％的工艺气经混合后氢浓度降低到1.5％。本发明提供的脱除氢气的方法，可以在安全可靠的情况下长周期稳定运行。全可靠的情况下长周期稳定运行。
技术研发人员：何平 田礼伟 翟坤明 冯耀波 郑军 陈刚 郭绍鹏
受保护的技术使用者：四川远丰森泰能源集团股份有限公司
技术研发日：2021.09.24
技术公布日：2022/3/25
再多了解一些
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