本发明涉及天然气提氦领域，特别涉及一种天然气提纯氦设备；此外，本发明还涉及一种天然气提纯氦工艺方法。
背景技术：
1、氦气因其低密度、低沸点和惰性的性质被广泛应用于航空航天、制冷、医疗、光纤、检漏、深海潜水、高精度焊接生产等领域。氦是放射性衰变的产物，只在少部分天然气中以较高的浓度存在，天然气提氦是目前氦商业应用的唯一来源。
2、然而，现有技术中广泛采用天然气提氦方法是低温冷凝法，该方法具有产品纯度、回收率高等优点，但是操作弹性低、设备投资和操作费用比较大。此后又采用将天然气中催化脱氢燃烧氢的方法，但是当氢气浓度较高的情况下对其燃烧可能会引起各种不利的安全隐患。
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的问题，本发明的至少一个实施例提供了一种天然气提纯氦设备，避免了催化脱氢燃烧氢各种不利的安全隐患，将膜分离、变压吸附和氢气吸附技术结合，生产出高纯氦和高纯氢。为此，本发明还提供了一种天然气提纯氦工艺方法。
2、第一方面，本发明实施例提出一种天然气提纯氦设备，包括一级膜分离器、二级膜分离器和第一气体压缩机，一级膜分离器的输入端与天然气连通，一级膜分离器的输出端通过第一气体压缩机连接于二级膜分离器的输入端，包括变压吸附器、氢气吸附器和第二气体压缩机，二级膜分离器的输出端通过第二气体压缩机连接于变压吸附器的输入端，变压吸附器的输出端连接于氢气吸附器的输入端。
3、在一些实施例中，二级膜分离器的回流端通过回流管连接于一级膜分离器的输入端。
4、在一些实施例中，变压吸附器包括一段变压吸附器和二段变压吸附器，二级膜分离器的输出端通过第二气体压缩机连接于一段变压吸附器的输入端，一段变压吸附器的输出端连接于二段变压吸附器的输入端，二段变压吸附器的输出端连接于氢气吸附器的输入端。
5、在一些实施例中，一段变压吸附器的回流端通过回流管连接于二级膜分离器的输入端，二段变压吸附器的回流端通过回流管连接于二级膜分离器的输入端。
6、在一些实施例中，还包括三级膜分离器和第三气体压缩机，二级膜分离器的输出端通过第三气体压缩机连接于三级膜分离器的输入端，三级膜分离器的输出端通过第二气体压缩机连接于一段变压吸附器的输入端。
7、在一些实施例中，三级膜分离器的回流端通过回流管连接于二级膜分离器的输入端，一段变压吸附器的回流端通过回流管连接于三级膜分离器的输入端，二段变压吸附器的回流端通过回流管连接于三级膜分离器的输入端。
8、第二方面，本发明实施例还提供了一种天然气提纯氦工艺方法，包括以下步骤：
9、步骤1，天然气输送入一级膜分离器进行分离，将分离后的气体输送入第一气体压缩机进行压缩；
10、步骤2，将压缩后的气体输送入二级膜分离器进行再次分离，将分离后的气体输送入第二气体压缩机进行压缩；
11、步骤3，将压缩后的气体送入变压吸附器进行除杂，将除杂后的气体输送入氢气吸附器进行脱氢提取氦。
12、在一些实施例中，步骤3中，将压缩后的气体送入一段变压吸附器进行除杂，再将除杂后的气体送入二段变压吸附器进行进一步除杂，将进一步除杂后的气体输送入氢气吸附器进行脱氢提取氦。
13、在一些实施例中，步骤3之前，将压缩后的气体送入三级膜分离器进行进一步分离，将进一步分离的气体输送入第三气体压缩机进行压缩。
14、在一些实施例中，二级膜分离器输出的非渗透气回流至一级膜分离器的输入端，三级膜分离器输出的非渗透气回流至二级膜分离器的输入端，一段变压吸附器和二段变压吸附器输出的解析气回流至三级膜分离器的输入端。
15、可见，本发明实施例的一种天然气提纯氦设备和工艺方法，将天然气通过膜分离器进行分离，通过变压吸附器进行除杂，再通过氢气吸附器进行脱氢，将膜分离、变压吸附和氢气吸附技术结合，在常温下就能生产出高纯氦和高纯氢，避免了催化脱氢燃烧氢各种不利的安全隐患，比传统技术更具有经济优势。
16、在氦气浓度较低的时候用膜分离提浓氦气，比用变压吸附分离具有更高回收率的优势，减少气体循环量，降低能耗，一般仅在最后用一段变压吸附提纯氦气。本工艺用两段变压吸附提纯氦气，一段变压吸附的目的是用变压吸附脱除二氧化碳，膜分离无法去除二氧化碳，而在天然气中二氧化碳浓度较高时，必须采用两段变压吸附提纯氦气，另一段变压吸附去除二氧化碳。
17、如果用其它技术脱除二氧化碳都没有本方案经济，工艺复杂。比如胺法脱碳，流程极为复杂，投资和能耗都高。当原料气中二氧化碳浓度达到氦气浓度的10％时就需要两段变压吸附工艺提纯氦气。
1.一种天然气提纯氦设备，包括一级膜分离器、二级膜分离器和第一气体压缩机，所述一级膜分离器的输入端与天然气连通，所述一级膜分离器的输出端通过所述第一气体压缩机连接于所述二级膜分离器的输入端，其特征在于：包括变压吸附器、氢气吸附器和第二气体压缩机，所述二级膜分离器的输出端通过所述第二气体压缩机连接于所述变压吸附器的输入端，所述变压吸附器的输出端连接于所述氢气吸附器的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种天然气提纯氦设备，其特征在于：所述二级膜分离器的回流端通过回流管连接于所述一级膜分离器的输入端。
3.根据权利要求1所述的一种天然气提纯氦设备，其特征在于：所述变压吸附器包括一段变压吸附器和二段变压吸附器，所述二级膜分离器的输出端通过所述第二气体压缩机连接于所述一段变压吸附器的输入端，所述一段变压吸附器的输出端连接于所述二段变压吸附器的输入端，所述二段变压吸附器的输出端连接于所述氢气吸附器的输入端。
4.根据权利要求3所述的一种天然气提纯氦设备，其特征在于：所述一段变压吸附器的回流端通过回流管连接于所述二级膜分离器的输入端，所述二段变压吸附器的回流端通过回流管连接于所述二级膜分离器的输入端。
5.根据权利要求3所述的一种天然气提纯氦设备，其特征在于：还包括三级膜分离器和第三气体压缩机，所述二级膜分离器的输出端通过所述第三气体压缩机连接于所述三级膜分离器的输入端，所述三级膜分离器的输出端通过所述第二气体压缩机连接于所述一段变压吸附器的输入端。
6.根据权利要求5所述的一种天然气提纯氦设备，其特征在于：所述三级膜分离器的回流端通过回流管连接于所述二级膜分离器的输入端，所述一段变压吸附器的回流端通过回流管连接于所述三级膜分离器的输入端，所述二段变压吸附器的回流端通过回流管连接于所述三级膜分离器的输入端。
7.一种天然气提纯氦工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种天然气提纯氦工艺方法，其特征在于：所述步骤3中，将压缩后的气体送入一段变压吸附器进行除杂，再将除杂后的气体送入二段变压吸附器进行进一步除杂，将进一步除杂后的气体输送入氢气吸附器进行脱氢提取氦。
9.根据权利要求8所述的一种天然气提纯氦工艺方法，其特征在于：所述步骤3之前，将压缩后的气体送入三级膜分离器进行进一步分离，将进一步分离的气体输送入第三气体压缩机进行压缩。
10.根据权利要求9所述的一种天然气提纯氦工艺方法，其特征在于：所述二级膜分离器输出的非渗透气回流至所述一级膜分离器的输入端，所述三级膜分离器输出的非渗透气回流至所述二级膜分离器的输入端，所述一段变压吸附器和二段变压吸附器输出的解析气回流至所述三级膜分离器的输入端。
