我國天然氣提氦始于２０世紀(jì)６０年代的提氦試驗(yàn)Ｉ裝置，該裝置設(shè)計(jì)規(guī)模為５萬ｍ３／ｄ，年生產(chǎn)氦２萬ｍ３。其特點(diǎn)是采用“氨預(yù)冷的高中壓林德循環(huán)制冷＋兩段單塔精餾塔分離提氦工藝”，精餾塔分為常壓液甲烷冷凝段和減壓液甲烷冷凝段，低溫?fù)Q熱器為繞管式換熱器，現(xiàn)場(chǎng)儀表控制，提氦后的天然氣增壓后去管網(wǎng)。１９８９年，建成提氦Ⅱ試驗(yàn)裝置，該裝置設(shè)計(jì)規(guī)模為１０萬ｍ３／ｄ，年生產(chǎn)氦４萬ｍ３。在提氦Ｉ裝置的基礎(chǔ)上，引入“膨脹機(jī)＋高壓氮循環(huán)＋甲烷循環(huán)制冷”，采用兩塔分離工藝取代單塔分離工藝，主換熱器采用鋁板翅式換熱器，用單元儀表控制，提氦后的天然氣部分增壓去管網(wǎng)。裝置單位產(chǎn)品能耗從１３３ｋＷ·ｈ／ｍ３Ｈｅ下降至８９ｋＷ·ｈ／ｍ３Ｈｅ。
２０１２年，在四川省榮縣東興場(chǎng)鎮(zhèn)建成天然氣提氦裝置，這是我國目前唯一運(yùn)行中的 天然氣提氦裝置。該裝置設(shè)計(jì)日處理天然氣４０萬ｍ３，氦含量０．１８％（ｙ），年生產(chǎn)純氦約２１萬ｍ３，氦收率＞９６．５％，產(chǎn)品粗氦純度９０％（ｙ）～９５％（ｙ），單位產(chǎn)品能耗從 ８９ｋＷ·ｈ／ｍ３Ｈｅ下降為５５ｋＷ·ｈ／ｍ３Ｈｅ。粗氦采用氣瓶拖車運(yùn)輸?shù)轿髂嫌蜌馓锕境啥继烊粴饣た倧S（以下簡稱成化總廠）后，進(jìn)行氦的純化精制，生產(chǎn)出純度９９．９９９％（ｙ）～９９．９９９?。梗ィǎ┑漠a(chǎn)品供給用戶。
為更好地滿足用戶需求，在“十二五”期間，成化總廠對(duì)氦純化精制裝置進(jìn)行了技術(shù)改造，提高了自動(dòng)化控制水平。同時(shí)，增加氦儲(chǔ)存能力，將氦儲(chǔ)存能力從２萬ｍ３提高到８萬ｍ３，氦精制產(chǎn)能達(dá)到３０萬ｍ３／ａ。
加之產(chǎn)品質(zhì)量不斷升級(jí)，在原最高純度９９．９９９％（ｙ）的基礎(chǔ)上，成功研制出氦純度９９．９９９ ９％（ｙ）的產(chǎn)品，更好地滿足電子氣和
標(biāo)準(zhǔn)氣對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的需求。
通過天然氣自身為制冷介質(zhì)，采用膨脹工藝來獲得低溫的主要冷量，并使天然氣液化，然后通過氮?dú)獾膲嚎s節(jié)流制冷循環(huán)，提供液氮溫度下的冷量。在分離方面，通過第一分離塔實(shí)現(xiàn)氦與甲烷的分離，并提高氦的收率；然后，在第二分離塔實(shí)現(xiàn)氦與大量氮的分離，獲得氦摩爾分?jǐn)?shù)為６５％左右的粗氦；最后，粗氦復(fù)熱到常溫后，通過鈀催化脫除氦中氫含量至小于５００×１０－６（φ），通過膜分離獲得摩爾分?jǐn)?shù)為９０％～９５％的粗氦，壓縮后去儲(chǔ)存運(yùn)輸。
在氦的精制單元，通過進(jìn)一步將氦中氫脫除到小于５×１０－６（φ）后，通過壓縮機(jī)增壓至１５ＭＰａ，然后經(jīng)過分子篩兩塔脫水進(jìn)入冷箱，在冷箱中通過液氮為制冷劑，經(jīng)過冷凝吸附后獲得氦純度９９．９９９％（ｙ）以上的產(chǎn)品。由于產(chǎn)量較小，沒有后續(xù)的氦液化裝置，產(chǎn)品以高壓氣體狀態(tài)供給用戶。
由此可以看出，天然氣提
氦的工藝流程相對(duì)較長，通過自主研發(fā)的技術(shù)，成化總廠形成了有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的天然氣提氦的完整過程鏈，該技術(shù)獲得２０１３年度四川省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。
從技術(shù)創(chuàng)新看，在“十二五”期間，為配合榮縣天然氣提氦裝置建設(shè)需要，開展了“天然氣提氦工藝優(yōu)化研究”。在原天然氣前制冷工藝的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性開發(fā)出天然氣后膨脹制冷工藝，變先膨脹后分離的工藝為先分離后膨脹的工藝，通過制冷分離壓力溫度的提高，有效降低了提氦分離的不可逆損失，實(shí)現(xiàn)提氦單位產(chǎn)品能耗節(jié)約３０％，同時(shí)通過模擬研究，提出解決在高壓下降低氦溶解損失的解決方案。
另外，通過“液化天然氣聯(lián)產(chǎn)提氦工藝技術(shù)”的研究，創(chuàng)新性提出了在天然氣提氦的同時(shí)，副產(chǎn)部分ＬＮＧ 進(jìn)行冷量調(diào)節(jié)，即避免天然氣低溫下重組分積聚對(duì)運(yùn)行穩(wěn)定性和冷量調(diào)節(jié)可操作性的不利影響，又能副產(chǎn)部分ＬＮＧ產(chǎn)品，在一定程度上改善天然氣提氦的經(jīng)濟(jì)性。該技術(shù)已獲國家發(fā)明專利授權(quán)，成功應(yīng)用于榮縣天然氣提氦裝置建設(shè)，性能考核表明達(dá)到預(yù)期效果，其工藝流程簡圖見圖４。
值得說明的是，該裝置自動(dòng)控制化程度明顯提高，既降低人工操作的強(qiáng)度，又便于裝置的穩(wěn)定和安全運(yùn)行，用技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)管控水平的提高。
在裝置生產(chǎn)運(yùn)行方面，針對(duì)目前榮縣裝置天然氣流量不斷遞減的情況，采取調(diào)整燃?xì)鈮嚎s機(jī)轉(zhuǎn)速，降低壓縮機(jī)進(jìn)口壓力，裝置提氦后貧尾氣部分循環(huán)、減少胺液循環(huán)量與延長分子篩切換時(shí)間等技術(shù)措施；針對(duì)裝置流量大幅波動(dòng)和環(huán)境溫度周期性變化給裝置冷量平衡帶來的影響，在裝置安全平穩(wěn)控制上積累了經(jīng)驗(yàn)；針對(duì)低溫下的堵塞問題，在操作運(yùn)行控制和模擬分析上取得了一些新認(rèn)識(shí)和新見解。在提氦裝置停車檢修后，通過脫碳和分子篩吸附運(yùn)行，保證了天然氣脫水效果。
在分析技術(shù)方面，為滿足高純氣體分析的需要，建立光腔震蕩衰減光譜法，用于測(cè)量氣體中微量水，滿足對(duì)水分含量（φ）從１０－６級(jí)到１０－９級(jí)轉(zhuǎn)變的需要。
同時(shí)，在低溫濃縮法、熱導(dǎo)色譜法、脈沖放電氦離子化色譜法及氫火焰色譜法檢測(cè)氦中微量雜質(zhì)不斷完善的基礎(chǔ)上，開展氦離子化色譜法在高純氣體分析上的推廣與應(yīng)用。
同時(shí)，研制的氦中微量氫、氧、氮、甲烷、ＣＯ及ＣＯ２等１６項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)獲得國家二級(jí)標(biāo)物證書。加之，為滿足生產(chǎn)過程在線分析的需要，進(jìn)行了粗氦和氦中氫的連續(xù)在線檢測(cè)。作為主要起草單位之一，完成了ＧＢ／Ｔ ４８４４－２０１１《純氦 高純氦和超純氦》、ＧＢ／Ｔ２８１２３－２０１１《工業(yè)氦》與 ＧＢ／Ｔ３３３６０－２０１６《氣體分析痕量分析用氣體純化技術(shù)導(dǎo)則》等６項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的制定修訂。
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