浓缩煤层气深冷液化提氦工艺

作者：许继宗; 李雪飞^*; 袁崇亮; 王永忠; 张军良; 郭昊乾; 李小亮

来源：洁净煤技术, 2023, 29(11): 167-177.

DOI：10.13226/j.issn.1006-6772.22121001

• 氦气
• 煤层气
• 深冷液化
• 提氦工艺
• Aspen HYSYS模拟

氦气是国家重要战略气体之一，天然气提氦是其主要工业来源。我国由于缺少天然气资源严重受制于氦垄断国家，寻找新的氦气提取资源迫在眉睫。从与天然气组成类似，且不需复杂前处理的浓缩煤层气中提取氦气可作为破除我国氦气“卡脖子”的重要方向。利用Aspen HYSYS软件对浓缩煤层气提氦联产液化天然气(LNG)工艺进行模拟计算，分析了提氦塔的进料温度、进料压力、回流比、理论板数与进料位置及原料气组成等参数对深冷液化提氦工艺能耗、粗氦和LNG产品质量的影响。结果表明：浓缩煤层气深冷液化提氦工艺主要耗能设备为循环制冷过程中的压缩机和膨胀机，提氦过程中的冷凝器和再沸器。进气低温、高压条件下，深冷液化提氦分离效果好。一、二级提氦塔和脱氮塔的理论板数分别为8、7和4时，深冷液化提氦系统投资费用最低，经济性好。原料气中CH4体积分数由86%提高至93%,He体积分数由0.8%提高至1.5%,N2体积分数由13.2%降至5.5%时，经两级低温冷凝提氦后产品粗氦体积分数由66.68%提高至70.49%,He回收率由99.67%提高至99.93%,粗氦产量由7.47 m3/h提高至13.28 m3/h。针对15 000 m3/d生产规模，浓缩煤层气深冷液化提氦系统总投资约1 946万元，其中氮气循环制冷压缩机占比最大，约65.58%。针对浓缩煤层气，采用深冷液化工艺可实现粗氦制取同时联产液化天然气(LNG),对煤层气提氦工艺工业应用提供支持。

• 单位
  煤炭科学技术研究院有限公司; 窑街煤电集团有限公司