BOG气体多级分离提取高纯氦气技术：稀有气体资源回收的重大突破

一、主要应用领域

二、解决的技术问题

1. 工艺复杂能耗高：传统深冷分离工艺运行温度极低（-196℃），换热网络复杂，设备繁多，投资和运行成本高；

2. 系统稳定性差：开停车时间长，操作灵活性差，难以适应BOG气体组分波动；

3. 纯度与收率矛盾：难以同时实现高纯度（≥99.999%）和高收率（≥95%）的双重要求；

4. 杂质脱除困难：BOG气体中含有氮气、甲烷、氢气等多种杂质，传统方法难以有效脱除；

5. 经济效益低下：高昂的投资和运行成本导致氦气提取经济效益差。

三、关键技术方案

1. 多级分离工艺流程

• 分级处理设计：采用催化氧化脱氢、膜分离、变压吸附、低温精制等多级分离技术组合；

• 流程优化布局：通过合理的工艺顺序安排，实现杂质逐级脱除和氦气逐步浓缩；

• 常温运行为主：大部分工艺环节在常温下运行，显著降低能耗和设备要求。

2. 催化氧化脱氢技术

• 双重脱氢装置：设置第一催化氧化脱氢装置进行粗脱氢（脱除99.5%以上H₂）和第二催化氧化脱氢装置进行精脱氢（脱至0.5ppmv以下）；

• 智能反应器选型：根据氢气含量选择固定床式或等温列管式反应器，有效控制反应温度；

• 钯基催化剂应用：采用钯钯含量为0.5wt%的高效脱氢催化剂，在50~200℃温度范围内实现高效脱氢。

3. 膜分离与压缩组合

• 二级膜分离系统：采用第一级膜和第二级膜组合，对N₂、CH₄的脱除效率≥90%；

• 渗透气回收利用：第二级膜的渗透气返回原料缓冲单元，提高氦气收率；

• 压缩工艺优化：设置第一压缩机和第二压缩机，分别将BOG气体增压至1.0~3.0MPa.G，为后续分离提供合适压力条件。

4. 变压吸附系统创新

• 双级变压吸附：第一变压吸附单元脱除N₂、CH₄、H₂O等主要杂质，第二变压吸附单元脱除微量N₂、CH₄、O₂、H₂O等残留杂质；

• 专用吸附剂开发：采用活性氧化铝、活性炭和离子交换改性分子筛（Li、Ca、Zn、Sr、La、Ce等离子改性）组合；

• 多塔循环操作：采用4-12个吸附塔组成循环系统，实现连续生产。

5. 氦气精制单元

• 低温吸附精制：采用活性炭或分子筛吸附剂，在-100~-196℃低温下脱除极微量杂质；

• 再生温度控制：再生温度为20~150℃，确保吸附剂性能恢复；

• 产品纯度保障：最终获得纯度≥99.999%的高纯氦气产品。

四、达到的有益效果

1. 产品品质卓越

• 纯度极高：最终产品氦气纯度≥99.999%，满足高端应用领域要求；

• 收率优异：整体氦气收率≥95%，最大限度回收稀有资源；

• 稳定性好：产品质量稳定可靠，杂质含量控制在ppmv级别。

2. 运行效率显著提升

• 能耗大幅降低：常温为主运行，相比深冷分离节能显著；

• 操作灵活性高：开停车方便，适应原料组分波动能力强；

• 自动化程度高：系统集成度高，便于自动化控制。

3. 经济性明显改善

• 投资成本低：设备简化，无需复杂的深冷设备和换热网络；

• 运行成本优：能耗降低，维护简单，综合运行成本低；

• 经济效益好：高收率和高纯度提升产品价值，投资回报率高。

4. 环境友好性突出

• 无污染排放：工艺过程中产生的解吸气和再生气均得到合理处置或回收利用；

• 资源充分利用：最大限度回收BOG气体中的氦气资源，符合可持续发展要求；

• 无二次污染：避免使用甲烷化工艺，不引入二氧化碳等额外杂质。

5. 技术先进性明显

• 创新工艺组合：首次将催化氧化脱氢、膜分离、变压吸附和低温精制有机结合；

• 材料创新应用：开发专用离子交换改性分子筛和高效脱氢催化剂；

• 系统集成优化：通过工艺参数优化和系统集成，实现整体性能突破。

6. 应用前景广阔

• 资源补充意义：为我国紧缺的氦气资源提供重要补充来源；

• 产业化推广价值：技术成熟度高，易于实现规模化生产；

• 领域拓展潜力：技术原理可推广至其他稀有气体分离提取领域。