一种天然气BOG制取高纯氦气的系统和方法

技术特征：
1.一种天然气bog制取高纯氦气的系统，其特征在于，包括顺次连接的bog缓冲罐(1)、冷压缩机(2)、液化冷箱(3)、换热器(4)的第一换热通道、催化氧化脱氢单元(5)、水冷却器(6)、干燥单元(7)、换热器(4)的第二换热通道以及低温吸附单元(8)；其中，所述的bog缓冲罐(1)的进口直接与lng贮罐的气相空间相连接；所述的冷压缩机(2)用于增压bog；所述的液化冷箱(3)用于通过冷凝法生产粗氦；所述换热器(4)的第一换热通道用于回收粗氦的冷量，提供低温吸附单元所需要的低温环境；所述的催化氧化脱氢单元(5)用于去除粗氦中的氢气；所述的水冷却器(6)用于冷却来自脱氢单元(5)的粗氦气；所述的干燥单元(7)用于干燥来自冷却器(6)的粗氦，干燥后的粗氦气进入换热器(4)的第二换热通道，被冷却至液氮温度，然后进入低温吸附单元(8)；所述的低温吸附单元(8)用于脱除粗氦中的氮气和氧气，获得纯度不低于99.999％的氦气。2.根据权利要求1所述的天然气bog制取高纯氦气的系统，其特征在于，所述的液化冷箱(3)包括依次相连的重烃脱除单元(9)、甲烷固化单元(10)、制冷机单元(12)和氮气脱除单元(13)，还包括为所述的重烃脱除单元(9)和甲烷固化单元(10)提供冷量的外部制冷循环(11)。3.根据权利要求2所述的天然气bog制取高纯氦气的系统，其特征在于，所述的液化冷箱(3)中的外部制冷单元采用间壁式制冷机，间壁式制冷机采用氮气膨胀制冷技术和液氮节流制冷技术。4.根据权利要求2所述的天然气bog制取高纯氦气的系统，其特征在于，所述的液化冷箱(3)中的制冷机单元采用低温制冷机，低温制冷机采用斯特林制冷机。5.根据权利要求1所述的天然气bog制取高纯氦气的系统，其特征在于，所述的催化氧化脱氢单元(5)使用al2o3为载体，金属pd为催化剂，运行时的脱氢温度为50-200℃、体积空速为300-5000/h。6.根据权利要求1所述的天然气bog制取高纯氦气的系统，其特征在于，所述的干燥单元(7)至少包含一组交替工作的干燥吸附塔，内部装填分子筛作为吸附剂。7.根据权利要求1所述的天然气bog制取高纯氦气的系统，其特征在于，所述的低温吸附单元(8)至少包含一组交替工作的低温吸附塔，内部装填活性炭作为吸附剂，吸附温度为不高于77k的液氮环境。8.根据权利要求1所述的天然气bog制取高纯氦气的系统，其特征在于，所述的干燥单元(7)和低温吸附单元(8)采用自动控制技术，实现自动吸附和脱附过程。9.根据权利要求1所述的天然气bog制取高纯氦气的系统，其特征在于，所述的低温吸附单元(8)所需要的低温环境由所述的液化冷箱(3)获得的粗氦气提供，或者采用液氮、制冷机的方式。10.一种天然气bog制取高纯氦气的方法，其特征在于，采用权利要求1～9任一所述的系统，具体包括以下步骤：步骤1，来自lng贮罐的bog首先进入缓冲罐(1)，再由冷压缩机(2)增压；步骤2，增压后的bog进入液化冷箱(3)，采用冷凝法分离重烃、甲烷及大部分氮气，获得粗氦；步骤3，粗氦经过换热器(4)的第一换热通道，换热器(4)回收冷量，用于提供低温吸附单元(8)所需要的低温环境，强化吸附效果；
步骤4，回收冷量后的粗氦进入催化氧化脱氢单元(5)，粗氦中的氢气与引入的过量氧气在催化剂表面进行催化氧化反应，生成气态水，成为脱氢粗氦气；步骤5，脱氢粗氦气进入水冷却器(6)进行冷却，气态的水被冷凝；步骤6，冷却后的脱氢粗氦气进入干燥单元(7)，经过不断交替的吸附和脱附，粗氦气中的游离水被完全除去，成为只含氮、氧和氦的干燥粗氦气；步骤7，干燥后的粗氦气进入换热器(4)的第二换热通道，被冷却至液氮温度，然后进入低温吸附单元(8)，经过连续地吸附和脱附，氦气浓度上升至≥99.999％的高纯氦浓度，通过解吸附得到高纯氦气，进一步降温生产液氦或者回收冷量后压缩装瓶。

技术总结
本发明公开了一种天然气BOG制取高纯氦气的系统和方法，涉及LNG工厂的BOG回收技术领域，包括顺次连接的BOG缓冲罐、冷压缩机、液化冷箱、换热器的第一换热通道、催化氧化脱氢单元、水冷却器、干燥单元、换热器的第二换热通道以及低温吸附单元。本发明通过合理的装置布局和能量利用，使得整个工艺在略高于常压的压力下运行，工艺流程简单，无复杂设备，运行能耗低，保证氦气回收率不低于96％，氦气纯度不低于99.999％。于99.999％。于99.999％。


技术研发人员：孙大明 汪乘红 沈惬
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2022.03.24
技术公布日：2022/6/28