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关于正确提取和处理氦气的典型操作顺序

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关于正确提取和处理氦气的典型操作顺序

发布日期:2019-04-27 作者: 点击:

氦气价格通常是天然气加工的副产品。天然气含有甲烷和其他碳氢化合物,它们是天然气燃烧时热能的主要来源。大多数天然气矿床还含有少量的氮气、水蒸气、二氧化碳、氦气和其他不可燃物质,这降低了天然气的潜在热能。为了生产热能水平可接受的天然气,必须除去这些杂质。这个过程叫做升级。

天然气升级有几种方法。当气体中氦的体积含量超过约0.4%时,通常使用低温蒸馏方法来回收氦的含量。一旦氦从天然气中分离出来,它将进一步精炼,使其纯度达到99.99+%以供商业使用。以下是氦气生产厂家提取和处理氦气的典型操作顺序。

预处理

因为这种方法使用极冷的低温段作为工艺的一部分,所有可能凝固的杂质——例如水蒸气、二氧化碳和某些重质碳氢化合物——必须首先在预处理过程中从天然气中去除,以防止它们堵塞低温管道。

1、天然气被加压至约800磅/平方英寸(5.5兆帕或54大气压)。然后,它流入洗涤器,在那里受到单乙醇胺的喷雾,单乙醇胺吸收二氧化碳并将其带走。

2、气流通过分子筛,分子筛从气流中分离出较大的水蒸气分子,同时让较小的气体分子通过。水被反冲洗出筛子并被移除。

3、当气体通过活性炭床时,气流中的任何重质碳氢化合物都被收集在活性炭床的表面。活性炭定期充电。气流现在主要包含甲烷和氮气,还有少量氦、氢和氖。

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分离

天然气通过被称为分馏的蒸馏过程被分离成主要成分。有时这个名字被简称为分馏,用来进行这种分离的垂直结构被称为分馏塔。在分馏过程中,氮气和甲烷分两个阶段分离,留下含高百分比氦气价格的气体混合物。在每个阶段,每种组分的浓度或分数都增加,直到分离完成。工业上,这一过程有时被称为氮气排斥,因为它的主要功能是从天然气中去除过量的氮气。

1、气流通过板翅式换热器的一侧,而来自低温段的非常冷的甲烷和氮气通过另一侧。进入的气流被冷却,而甲烷和氮气被加热。

2、气流然后通过膨胀阀,当压力下降到大约145-360磅/平方英寸(1.0-2.5兆帕或10-25大气压)时,膨胀阀允许气体快速膨胀。这种快速膨胀将气流冷却到甲烷开始液化的程度。

3、气流——现在一部分是液体,一部分是气体——进入高压分馏柱的底部。当气体通过塔内挡板向上流动时,会损失额外的热量。甲烷继续液化,在塔底形成富含甲烷的混合物,同时大部分氮气和其他气体流向塔顶。

4、液态甲烷混合物,称为粗甲烷,从高压塔底部抽出,在粗过冷器中进一步冷却。然后通过第二个膨胀阀,在进入低压分馏柱之前,该膨胀阀将压力降至约22磅/平方英寸(150千帕或1.5大气压)。当液态甲烷沿着塔向下流动时,大部分剩余的氮被分离出来,剩下的液体氮含量不超过4%,其余为甲烷。这种液体被抽走,加热,蒸发成升级的天然气。气态氮通过管道从低压塔的顶部排出,或者排出,或者收集起来进行进一步处理。

5、同时,来自高压塔顶部的气体在冷凝器。大部分氮气冷凝成蒸汽,并被送入低压塔的顶部。剩余的气体称为粗氦。它含有大约50-70%的氦,1-3%的未液化甲烷,少量的氢和氖,以及余量的氮。

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净化

粗氦必须进一步纯化,以除去大部分其他物质。这通常是一个多阶段过程,包括几种不同的分离方法,取决于粗氦的纯度和终级产品的预期用途。

1、粗氦首先被冷却到大约-315华氏度(-193摄氏度)。在这个温度下,大部分氮气和甲烷凝结成液体并被排出。剩余的气体混合物现在约为90%纯氦。

2、向气体混合物中加入空气以提供氧气。气体在预热器中加热,然后通过催化剂,这使得混合物中的大部分氢气与空气中的氧气反应,形成水蒸气。然后气体被冷却,水蒸气凝结并排出。

3、气体混合物进入变压吸附装置,该装置由几个并联运行的吸附容器组成。每一个容器里都有成千上万个充满微孔的颗粒。当气体混合物在压力下通过这些颗粒时,某些气体被截留在颗粒孔中。然后压力降低,气流反向,以清除截留的气体。氦气生产厂家根据容器的大小和气体的浓度,几秒钟或几分钟后重复该循环。这种方法从气体混合物中除去大部分残留的水蒸气、氮气和甲烷。氦现在纯度约为99.99%。

分发

氦在正常温度下以气体形式分布,或者在非常低的温度下以液体形式分布。气态氦以900-6000磅/平方英寸(6-41兆帕或60-410大气压)的压力分布在锻钢或铝合金圆筒中。大量液氦分布在容量高达约14,800加仑(56,000升)的隔热容器中。

1、如果氦要液化,或者如果需要更高的纯度,氖和任何痕量杂质都可以通过将气体通过活性炭床除去低温吸附器在约-423℉(-253℃)下运行。后一步可以达到99.999%或更高的纯度。

2、然后氦气通过管道进入液化器,在液化器中通过一系列热交换器和膨胀器。随着它逐渐冷却和膨胀,它的温度下降到大约-452华氏度(-269摄氏度),并液化。

3、大量的液氦通常装在不通风的加压容器中运输。如果货物在美国本土,运输时间通常不到一周。在这种情况下,液氦被放置在由卡车牵引车牵引的大型隔热罐式拖车中。罐体由两个壳体构成,在内壳和外壳之间有真空空间,以防止热量损失。在真空空间内,多层反射箔进一步阻止热量从外部流动。对于海外的延期装运,氦被放在特殊的集装箱里。除了提供隔热的真空空间之外,这些容器还具有填充有液氮的第二外壳,以从外部吸收热量。随着热量被吸收,液氮蒸发并排出。

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